具有改进的燃料元件的吸烟制品的制作方法

专利名称:具有改进的燃料元件的吸烟制品的制作方法
本发明涉及一种吸烟制品，这种制品能产生一种类似烟草烟的烟雾，其好处是含有极少量不完全燃烧或高温分解的产物。
吸烟制品已经出现许多年了，特别是近二、三十年来。许多这种制品使用烟草代用品。烟草代用品是由许多不同的经过处理或未经过处理的植物，例如玉米杆，桉树叶，莴苣叶，玉米叶，玉米丝，苜蓿等制成的。大量的专利讲到，推荐的烟草代用品用改良的纤维质材料通过氧化作用和热处理制成，或将另外的材料改良成具有纤维的特性来制成。这些代用品最完整的清单中的一个可见雷尼等人的编号为4，079，742的美国专利。尽管作出了巨大的努力，但可以看到，这些制品作为烟草代用品没有一种是令人完全满意的。
许多推荐的吸烟制品依赖于一种烟雾或一种气体的产生。一些这种制品声称能产生一种没有热的烟雾或气体。如见雷(Ray)的编号为4，284，089的美国专利。然而，这些制品产生的烟雾或气体失去了相当地类似烟草烟的风味。
一些推荐的产生烟雾的吸烟制品都利用一种热的或燃料元件，以便产生烟雾。
这些推荐的制品中的最早的一个可见西格尔(Siegel)的编号为2，907，686的美国专利。西格尔推荐的一种烟草代用品包括一种活性炭燃料，最好是一2.5英寸(63.5mm)的活性炭棒，这种炭棒能燃烧并产生热气体，以及由燃料所携带的一种增香剂，这种增香剂能被蒸发出来，附带在热气体里。西格尔还推荐一种能容纳增香剂的单独的载体(如粘土)和一种能与增香剂混和的烟形成剂(如丙三醇)。西格尔所推荐的烟草代用品包有浓缩的糖溶液，以形成一层不能渗透的外衣，从而迫使热气体和增香剂流入使用者的嘴。可以看到，在西格尔所推荐的制品的燃料里由于存在增香剂和/或烟形成剂，将会导致这些剂料的热分解，并产生一种附带的异味。此外，还可以看到，这种制品将会产生含有上述的不受欢迎的热分解产物的、大量的异味烟。
另一种这样的制品公布在埃利斯(Ellis)等人的编号为3，258，015的美国专利上。埃利斯等人推荐的一种吸烟制品有一外部呈圆柱形的燃料，该燃料具有良好的阴燃特性，最好是切细的烟草或复制的烟草，包在一贮有烟草、复制烟草、或其它的能产生尼古丁和水汽的物质的金属管外面。吸烟时，燃烧的燃料加热尼古丁物质，导致尼古丁汽和潜在的烟雾发生材料(包括水汽)的释放。它们与进入金属管开口端的热空气混和。这种制品的一个显著的缺点是，当烟草燃料用完时金属管的后端会伸出。这种推荐的吸烟制品的其它明显的缺点包括，存在大量的烟草高温分解物，大量的烟草异味烟和灰，以及在金属管里的尼古丁物质的可能的高温分解。
在编号为3，356，094的美国专利里，埃利斯等人改进了他们原来的设计，以限制金属管的伸出。这种新设计使用一个用某种材料(例如某种盐或环氧树脂胶结的陶瓷)制成的管子，从而在加热时使其变得易碎。这种易碎的管子在吸烟者从制品的端部去灰时能被清除掉。虽然制品的外表很象普通的香烟，但显然从未有这类商品在市场上出售过。在辛格蒂格斯(Synectics)的编号为1，185，887的英国专利里也可以看到类似的制品。
在编号为3，738，374的美国专利里，贝内特(Bennett)推荐使用炭或石墨纤维，织物，或与氧化剂结合的、作为代用品香烟填料的布。调味剂或香料的渗入提供的风味进入选用的过滤嘴。
博伊德(Boyd)等人的编号为3，943，941和4，044，777的美国专利，和加拉赫(Gallaher)的编号为1，431，045的英国专利推荐使用与易挥发的固体物质混和、或浸润着易挥发的液体物质的纤维状的炭燃料，这种易挥发物质在燃料燃烧时能被升华或蒸馏，并形成烟流，被使用者作为“烟”吸入。在列举的烟形成剂中有多元醇，例如丙二醇，丙三醇，和1，3-丁二醇，还有甘油酯，例如甘油三醋酸酯。不管博伊德等人的方案里，在易挥发物质蒸馏时是否有化学变化，但是可以看到，这些材料与燃料的混合物将导致易挥发物质的大量的热分解，并产生强烈的异味。在埃里特斯曼(Ehretsmann)等人的编号为4，286，604的美国专利和哈特惠克(Hardwick)等人的编号为4，326，544的美国专利中也可见到类似的制品。
博尔特(Bolt)等人在编号为4，340，072的美国专利里推荐的一种吸烟制品具有一带一中心空气通道的燃料棒，和一贮存烟雾形成剂的烟嘴室。燃料棒最好是复制烟草和/或烟草代用品压制物或挤压物，虽然该专利还推荐使用烟草，烟草代用品材料和炭的混合物，或羧甲基纤维素纳(SCMC)和炭的混合物。被推荐的烟雾形成剂是含尼古丁物质，或在甘油三醋酸酯或苯甲酸苄酯里的香料的颗粒或微粒。燃烧时，空气进入空气通道，在那里它与来自燃烧棒的已燃气混和。这些热气体的流动据说能破坏所述的颗粒或微粒，以便释放易挥发物质。这种物质据说能形成一种烟雾，并且/或者被送入主流烟内。可以看到，在博尔特等人推荐的制品里，部分地由于较长的燃料棒，从烟雾形成剂里不能产生足够的令人满意的烟雾，特别是在开始抽吸时。由于使用颗粒或微粒，从而将进一步削弱烟雾的释放，这是因为需要用热量去破坏物质的壁。此外，总的烟雾的释放将取决于烟草或烟草代用品的使用，但这些物质将会产生大量的高温分解物和异味烟，而这在这种型式的吸烟制品里显然是不受欢迎的。
在摩西(Moses)的编号为3，516，417的美国专利里推荐的一种吸烟制品里有一与博尔特等人推荐的制品基本相同的烟草燃料，只是摩西使用一种加倍厚的烟草芯子来代替博尔特等人的颗粒或微粒香料。看图4和栏目4的17-35行。同样的烟草燃料制品还被公布在兰兹劳特(Lanzillotti)等人的编号为4，347，855的美国专利里和伯内特(Burnett)等人的编号为4，391，285的美国专利里。赫恩(Hearn)的申请号为117，355的欧洲专利公布了一种类似的吸烟制品，这种制品具有一热分解的木质纤维素热源，该热源内具有一轴向通道。这些制品也会遇到许多与博尔特等人推荐的制品类似的问题。
斯坦纳(Steiner)在编号为4，474，191的美国专利里公布了一种有一空气进入管道的“吸烟装置”，该管道除了在装置点火时，在其它的时间通过一火焰隔离壁是完全与燃烧室隔离的。为了有助于装置的点火，斯坦纳提供的装置允许在燃烧室和空气进口管道之间的空气有一个临时的通道。斯坦纳的传热壁也可作为尼古丁和其它的易挥发的或可升华的烟草模拟物质的析出区。在一个实施例里(图9和10)，该装置有一坚硬的、传热的外壳。例举的能作这种外壳的材料包括陶瓷，石墨，金属等。在另一个实施例里，斯坦纳想象用一种具有开放的微孔外形的精制的纤维素基产品来代替他的烟草(或其它能燃烧的材料)燃料元件，这种产品与活性炭混和。当这种材料浸有有香味的物质时，会发放出一种类似烟草芳香的烟雾。类似的东西还可看斯坦纳的编号为4，569，258的美国专利。
就本发明人所知，上述的吸烟制品或烟草代用口没有一种获得过商业上的成功，由此可见，没有一种被广泛地销售过。市场上缺乏这类吸烟制品是由各种原因引起的，它包括在制品使用的开始和全过程中没有足够的烟雾生成，乏味，由于烟雾形成物和/或增香剂的高温分解而产生的异味，存在着大量的热分解产物和支流烟，以及丑陋的外形。
因此，尽管几十年的关心和努力，市场上仍旧没有一种能使人联想到普通香烟味道的，并且没有大量不完全燃烧和高温分解产物的吸烟制品。
在一九八五年末，一批获得专利或登记在案的外国专利公布了几种新型的吸烟制品，这些制品具有使人联想到普通香烟风味的益处和优点，并且没有大量的不完全燃烧和高温分解产物。这些专利中的最早一个是编号为13985/3890的利比里亚专利，它公布于一九八五年九月十三日。这个专利与然后公布的编号为174，645的欧洲专利公布相当，它公布于一九八六年三月十九日。
本发明涉及一种用于吸烟制品的燃料元件，以及利用这种新的燃料元件的吸烟制品，该燃料元件在制品使用的开头和全过程中能产生大量的烟雾，并且没有显蓍的烟雾形成物的热分解和没有大量的高温分解或不完全燃烧的产物，或异味烟。本发明推荐的制品在不需要燃烧烟草的情况下能提供给使用者以香烟的烟的感觉。
本发明的、最好用于一种细长的、香烟型的吸烟制品里的燃料元件是一短的、最好是含炭的材料，即长度约小于30mm，最好是约小于20mm，该含炭材料有许多位于其内的、或贴近其外围的纵向延伸通道，这些通道最好纵向贯通。该燃料元件最好与物理上分离的烟雾发生装置连接，这种烟雾发生装置最好与燃料元件有热传导交换关系。
此处所述的“外围通道”可以是下面两种形式的一种或全部，即(1)沿着燃料元件的外围纵向延伸的开口通道最好从一端通到另一端;
(2)位于靠近燃料元件纵向外围的纵向孔，最好从一端通到另一端，燃料元件的外周表面的至少一部分会逐渐烧去，从而在燃料元件燃烧时形成开口通道。
这些孔和/或通道可以具有任何合适的截面形状。最合适的孔是圆形的，最合适的通道是矩形的或基本是矩形的，以便制造。然而，也可以使用其它的截面形状。
在本发明的一个推荐的实施例里，燃料元件有许多在外缘上的开口的通道，它们包括两组或更多组相邻的通道(或凹槽)，这些通道陷入燃料元件的外周表面，最好从它的点火端延伸到不点火端(见图2-5)。
在本发明另一个推荐的实施例里，燃料元件在其外围具有至少两个外围通道，这些外围通道是位于靠近燃料元件纵向外周表面的纵向延伸的孔，最好从它们的点火端延伸通向它们的不点火端。最好，这些纵向延伸的孔位于靠近燃料元件的外周表面处，这样当燃料在它的外周表面处烧尽时，孔打开(即焚毁)并形成开口通道(见图6-8)。
在许多这类推荐的实施例里，一些通道和/或外围孔可以互相靠近安排，这样在燃料元件燃烧时，它们能够合并成较大的通道。
最好，燃料元件具有一组外围通道和一个或几个中心通道。此外所述的中心通道是纵向延伸的孔，由于它们位于燃料元件内，因此在使用时，它们不会因焚毁而靠向外周表围表面。如使用一个以上的中心通道，那么在燃料元件燃烧时，将会有利于这些通道的合并(见图9和10)。当存在中心通道时，可以发现通过成形后的烘烤可使燃料元件燃烧时产生的一氧化碳(CO)降低。这种烘烤过程通常是在高温下进行的，例如，从约750℃到1000℃，最好从约850℃到约950℃，并持续几个小时。
在特别推荐的实施例里，燃料元件的不点火端由一导热元件包围。通常，由于这种元件的降热性质，燃料元件隔开通道的那部分和/或燃料元件外周表面的那部分在燃烧时将在不同的情况下被烧尽，但是它们与导热元件接触的那部分将不会燃烧。
已经发现，在用于香烟型的吸烟制品里的燃料元件里使用外围通道，在抽吸时，相对于相同的、但没有周边通道的燃料元件的确能降低所形成的和输送给使用者的CO的水平。在本发明推荐的实施例里，抽吸时所输送的一氧化碳总量(用非扩散式红外线分析法测定)通常约在15毫克以下，比较好的是在9毫克以下，最好是在7毫克以下，以上数据是在FTC抽吸条件(见下述)下抽吸约10次所得到的。
本发明推荐的外围通道的外形还有助于改进和方便点火，由此能使使用者对这种吸烟制品感到满意。另外，在燃料元件里存在这种通道有助于较早地增加烟雾的输送(例如，抽吸1-4次)。
本发明还能给使用者一种美感。在利用本发明的燃料元件的香烟型吸烟制品里(见图1)，包围着燃料元件的外层包装纸一般能迅速地燃烧，形成一合意的灰色灰衣。这灰有两个用途(1)作为一种标记，告诉使用者制品已被点燃，(2)灰的多孔性容许氧气方便地进入，从而促进燃料元件的燃烧。
还可以进一步发现，对于致密的燃料元件(即，具有至少0.5克/毫升的密度)来说，附加的外围通道将能改进它在吸烟制品里的点火性能和燃烧性能。
本发明的燃料元件在长度上通常约小于30毫米，较好的是约小于20毫米，最好是约小于10到15毫米。燃料元件的直径范围从约2毫米到约8毫米，最好是从约4毫米到6毫米。为了在FTC抽吸条件下，在期望的抽吸次数，即从约8次到12次抽吸过程中能保持燃烧，燃料元件应具有至少约0.7克/毫升的密度，最好具有至少约0.85克/毫升的密度，可用汞侵入的方法来测定。
燃料元件和物理上分离的烟雾发生装置最好组装成导热交换关系。这种导热交换关系最好通过提供一导热元件，如金属导管来获得，这种导热元件能有效地将热量从燃烧的燃料元件传导和输送给烟雾发生装置。
导热元件最好与燃料元件接触，而烟雾发生装置至少环绕着它的外周表面的一部分，并且它可以形成一用来贮存烟雾形成材料的容器。最好，导热元件从制品的点火端处凹进，至少凹进约3毫米或更多是有益的，最好至少凹进约5毫米或更多，以避免对燃料元件点火和燃烧的影响，并避免在燃料元件被烧尽后导热元件的任何突出。
此外，燃料元件的至少一部分最好有一隔热元件，例如一种隔热纤维外套，该外套最好是有弹性的，并至少有0.5毫米的厚度，这将减少径向的热量损失，并有助于保持热量和将热量从燃料元件导向烟雾发生装置，并且可以帮助减少燃料元件发生火焰的倾向。隔热元件也最好包住烟雾发生装置的至少一部分，这样有助于产生类似普通香烟的感觉。
这里所述形式的吸烟制品是特别有益的，因为热的、燃烧的火芯总是靠近烟雾发生装置，这样能最大限度地输送热量，并最大限度地产生烟雾，特别是在具有导热元件和/或隔热元件的实施例里。此外，由于烟雾形成物质是与燃料元件物理分离的，因此它呈现出比燃烧的火芯低得多的温度，从而使烟雾形成物热分解的可能性降至最低限度。
本发明的吸烟制品一般具有烟嘴，烟嘴里有纵向延伸的通道，以便将烟雾发生装置产生的烟雾输送给使用者。最好，香烟型的吸烟制品具有与普通香烟类似的外形尺寸，因此，烟嘴和烟雾输送结构的延伸长度通常是制品长度的一半或更多。另一方面，燃料元件和烟雾发生装置可以制成没有插入的烟嘴或烟雾输送结构的式样，可以和可随意和重复使用的烟嘴(例如香烟咬口)一起作为可分离和易处理的烟芯使用。
本发明的吸烟制品还可以包括一烟草填料，以便用来给烟雾加入烟草香味。最好，烟草盛放在烟雾发生装置的嘴端，或包围着烟雾发生装置的外周，而且/或者它还可以与容纳烟雾形成物的载体混和。其它的物质，例如增香剂，可以用类似的方法加入烟雾发生装置。在一些实施例里，烟草填料可以作为盛放烟雾形成物的载体。烟草或烟草萃取调味剂可以二者择一地或附加地加入燃料元件，以便提供额外的烟草风味。
本发明推荐的实施例，用微粒总净重(WTPM)测定，可知在前三次抽吸中能输送至少0.6mg的烟雾，这是在FTC抽吸条件下抽吸，由2秒时间内35毫升抽吸量组成，隔以58秒的阴燃时间。较可取的是，本发明的实施例在前三次抽吸中能输送1.5毫克或更多的烟雾。最好，本发明的实施例，在FTC抽吸条件下抽吸时，在前三次抽吸中能输送3毫克或更多的烟雾。此外，本发明的实施例在FTC抽吸条件下输送的平均值即每次抽吸的微粒总净重(WTPM)至少约是0.8毫克，这至少是对于最初6次抽吸而言，最好至少是最初抽吸的10次。
除了上述的性能，本发明推荐的实施例还能够提供一种烟雾，这种烟雾是化学单体，基本上由空气，碳的氧化物，水，含有任何想要的香味或其它想要的挥发性物质的烟雾形成物，以及微量的其它物质。这种烟雾通过阿姆斯试验(Amestest)的测定，可知没有显著的诱变活性。此外，推荐的吸烟制品实际上可以制成无灰的，这样，使用者在使用时就不必去清灰。
此外所用的，并且仅仅是为了本申请的目的所用的词“烟雾”，被限定包括蒸汽，气体，颗粒等等，这些颗粒是看得见的和看不见的，特别还有那些被使用者认为“类似烟”的成份，这些成份是通过燃料元件的热量作用在盛放于烟雾发生装置或制品的其它地方里的物质而产生的。如果这样限定，那么“烟雾”这个词就包括挥发性的增香剂和/或药理的或生理的活性剂，不管它们是否会产生可见的烟雾。
此处，所用的词组“导热交换关系”被限定为烟雾发生装置和燃料元件的机械的排列，以便在燃料元件全部的燃烧时间内，将热量从燃烧的燃料元件处输送给烟雾发生装置。导热交换关系可以通过使烟雾发生装置与燃料元件接触的方法和/或利用导热元件将热量从燃烧的燃料处输送给烟雾发生装置的方法获得。最好两种输送热量的方法都采用。
此处，所用的词“含碳的”意味着主要含有碳。
此处所用的词“绝缘元件”是指所有的、当用于本发明的吸烟制品时主要是对热起绝缘作用的材料。最好，这些材料在制品使用中不会燃烧，但是它们可以包括缓慢燃烧的炭之类的材料，和使用时会融化的材料，如低温品级的玻璃纤维。合适的热绝缘体具有的导热率约小于0.05，较可取的是约小于0.02，最好是约小于0.005，其单位是克-卡/(秒)(厘米2)(℃/厘米)[g-cal/(sec)(cm2)(℃/cm)]。[见Hackh's Chemical Dictionary 34(4th ed.，1969)and Lange's Handbook of Chemistry 10，272-274(11th ed.，1973)]图1为利用本发明改进的燃料元件制作的一最佳吸烟制品的纵向图。
图2-图10图示了由点火端看去，本发明几个推荐的燃料元件通道外形。
图2A为图2所示燃料元件的纵向图。
图11图示了这里使用的从点火端看去的另一可行的燃料元件通道外形。
图1图示了一种香烟型吸烟物品，它应用了本发明推荐的碳质燃料元件10。燃料元件10的外周表面8用诸如玻璃纤维之类的一绝缘纤维弹性套16围绕着。有一金属制套管12嵌套在燃料元件10口端一部分上，该套管12含有一烟雾发生装置，该烟雾发生装置含有带一种或多种烟雾形成剂(例如诸如甘油或丙烯乙二醇之类的多羟基乙醇)的一基本材料14。
套管12由一烟草套筒18包围着。二个切口样通道20设制在套管出口端弯卷的管子中间。
烟草套筒18的出口端固定着出口端部分22，出口端部分22包括一酣酸纤维素环形段24以及卷拢的非纺织的聚丙烯斯格林布(non-wovenpolypropylenescrim)过滤部分。整个制品或其部分用一层或多层的香烟纸30-36紧紧包覆。
图2图示了本发明一较佳燃料元件的通道外形。在这个实施例中，燃料元件10的外周表面8上，具有四组相邻的通道或槽11，每组通道或槽11都位于外周表面并相隔大约90°配置。在各组中，靠近的通道相互由一碳的小隆起部13隔开。
图2的燃料元件或类似的燃料元件在燃烧期间，所述碳的小隆起部13渐渐烧完(至与绝缘套管12的接触点)同时二个通道合成一个较大的通道。结果，被烧过的燃料元件(图2)具有四个相等的分隔开的大通道，它们从点火端延伸到插入套管12的尖端。
这种类型的燃料元件可使传输到吸用者的烟雾较大的稀释，这样减少了一氧化碳传递的量。这种类型的燃料元件也对烟雾发生装置快速地传输热量，从而有助于提高初期的烟雾传递。
在图3的实施例中，燃料元件10提供四组靠近的通道11，每组均位于外周表面8上，其中二组彼此贴近，还有二组均距离一较大碳隆起物15约120°，分置在上述两组的两边。
在两组贴近的通道中，所述较大的隆起物15分隔所述的组，它开始慢慢地烧尽(即，仅仅要在进行几次抽吸后)。相对比的是，各组中分隔相邻通道的一小的碳隆起部13，迅速地烧完以致二通道合成一个较大的通道。正如前面所述的实施例那样，隆起部渐渐烧至与套管12接触的尖端。
在图4实施例中，燃料元件10供以三组相邻的通道，各组位于外周表面8上相隔约120°。每组中，通道通过一碳的小隆起部13彼此隔开，这样在燃料元件燃烧期间两通道合为一个较大的通道(至与套管接触的尖端)。最终，燃烧的燃料元件具有三个相等的隔开的大通道，从点火端朝暴露的非点火端部分延伸。
图4的燃料元件同时具有一中心通道9，它形如十字从点火端到燃料元件的非点火端。具有这种通道外形的燃料元件燃烧非常迅速同时提供了低的CO度。
如图2～4图示的那样，开口的通道实施例可以在燃料元件外周表面上的尺寸、数量以及位置进行变化。一般来说，这里有用的通道深度范围约从0.005英寸(0.13毫米)至0.10英寸，约从0.010英寸(0.25毫米)至0.050英寸(1.3毫米)更好些，最好是在约0.025英寸(0.62毫米)至0.035英寸(0.88毫米)的范围。
各通道的宽度可约从0.005英寸(0.13毫米)到0.05英寸(1.3毫米)变化，约从0.010英寸(0.25毫米)到0.025英寸(0.64毫米)更好些，最好是在约0.014英寸(0.35毫米)至0.020英寸(0.50毫米)的范围。
分隔相邻通道的间距可在约0.012英寸(0.3毫米)至0.040英寸(1.0毫米)范围内变化，约从0.015英寸(0.38毫米)至0.030英寸(0.76毫米)更好些，约在0.020英寸(0.51毫米)至0.025英寸(0.64毫米)的范围最好。当二组相邻通道合为一体时(如图3)，大的隆起部通常为分隔相邻通道隆起部的大约两倍尺寸。
图5实施例中，燃料元件10提供一系列十个均匀分隔的通道11，全都位于外周表面8面上。这个燃料元件在燃烧期间，分隔各通道的燃料隆起部(除插入套管部分以外)渐渐地烧尽，它提供了增强的空气流以及相应的空气对烟雾流的稀释。
本发明其它种类的较佳实施例图示在图6-10中。这些燃料元件供以至少两个纵向延伸的紧靠燃料元件外周表面的孔。这个类型的较佳实施例中，燃料元件同时供以至少一个位于中心的纵向延伸通道。在这些燃料元件中，外围的孔在燃料元件燃烧期间最好烧光从而形成开口通道(至少在其点火端上)。这种烧光的特征由尺寸(即，直径)和孔与燃料元件外周表面的贴近程度(外侧网状厚度)决定。
这些孔的直径可在约0.015英寸(0.38毫米)至0.045英寸(1.14毫米)范围，约在0.020英寸(0.51毫米)至0.040英寸(1.0毫米)更好些，最好是在约0.025英寸(0.64毫米)到0.039英寸(0.99毫米)的范围。
一般来说，人们发现外侧网状物厚度应小于约0.025英寸(0.62毫米)，约小于0.015英寸(0.38毫米)更好，约小于0.010英寸(0.25毫米)就更好，最好小于约0.006英寸(0.15毫米)，它们提供期望的燃烧特性和低的CO度。
图6实施例中，燃料元件10供以三组相邻的纵向孔11，每组位于外周表面8附近相隔约120°。各组中，相邻的纵向孔通过一小量的碳13彼此隔开，碳13在燃料元件燃烧期间烧光而使相邻的孔接合。此外，燃料元件外侧网状物17是如此小的厚度以致纵向孔同样迅速地燃烧燃料元件的外周表面，从而形成大的开口通道。具有这种类型圆形通道外形的燃料元件点火同样的迅速同时提供低的CO度。
图7实施例中，燃料元件10供以四个纵向延伸的孔11，每个孔位于外周表面8附近同时相隔约90°。燃料元件也供以一个位于中心的纵向孔7。这种类型燃料元件的最佳实施例中，在圆形孔11和中心孔7(即，内部网状物)之间的燃料13部分，以及从圆形孔11到燃料元件外周表面8(即，外侧网状物)延伸的燃料17部分几乎是相同的。
这种燃料元件燃烧期间，外侧网状物17迅速地烧光，留下四个沿燃料元件外周表面延伸的开口通道，直到与套管接触的尖端(即，所述燃料元件的“非插入”长度。
图8实施例中，燃料元件10供以二组相邻的纵向孔11，每组孔位于外周表面8附近相隔约180°。在各组孔中，相邻的纵向孔通过一少量的碳13彼此隔开，以致在燃料元件燃烧期间相邻的孔接合。同样，孔通过少量的碳17与燃料元件表面隔开，以使孔迅速地烧通外侧网状物至外周表面，从而形成单一的大通道。具有这种外围通道结构的燃料元件点火迅速同时提供低的CO度。
图9的实施例代表本发明目前最佳的圆形通道外形。如图所示，在这个实施例的燃料元件中供以七个大的中间孔7，它们如图排列，即一个中心孔和六个位于中心孔六角的孔。燃料元件进一步供以六个较小的纵向延伸的外围孔11，每个孔配置的燃料元件外周表面8与六角中心孔7之间的约一半距离。
这种燃料元件燃烧期间，在小的圆形孔11和燃料元件外周表面8之间的区域慢慢地烧尽，最终直到燃料元件的六个通道均烧完其非插入长度。另外，在七个中心孔7间的碳迅速地烧光，提供了一个大的中心孔。具有这种通道外形的燃料元件点火很快，同时比没有外围孔的类似燃料元件提供更低的CO度。
图10实施例中，燃料元件供以十二个纵向延伸的圆形孔11，每个孔配置在燃料元件外周表面18与三个三角排列的中间孔7外周边间约一半的距离。
这种燃料元件燃烧期间，在外围孔11和燃料元件外周表面8之间的区域慢慢地烧尽，最终，十二个通道均能燃至燃料元件的非插入长度。另外，中间孔7间的碳迅速地烧尽，提供一个大的中心通道。具有这种通道外形的燃料元件点火同样很快，同时比没有外围通道的类似燃料元件提供了更低的CO度。
图11图示了用于图1中吸烟制品的另一个燃料元件通道外形。如图所示，燃料元件10供以三个窄长的中心通道7和在外周表面上的三个相等配置的通道11。这种类型的燃料元件点火迅速并且传输良好的烟雾和低的CO。
本发明燃料元件由点火燃烧，产生用来挥发在烟雾发生装置中的一种或多种烟雾形成剂的热量。因为推荐的燃料元件比较短，所以热的、燃烧着的火心总是紧靠着烟雾发生装置。这种在燃料元件中紧靠的燃烧着的火心和多个外围通道增大了燃烧的速度，有助于热量从燃烧着的燃料元件传递到烟雾发生装置。
传递给烟雾发生装置的热量最好能足以产生足够烟雾但又不降解烟雾形成物。
应用一热传导元件有助于热传递，这种热传导元件如一金属箔或一个烟雾发生装置的金属外壳，它们与燃料元件和烟雾发生装置接触或接合。这种元件最好是凹进的，即与燃料元件点火端隔开至少约3毫米，至少约5毫米或以上更好，从而避免干扰点火以及燃烧元件的燃烧，同时避免当燃料元件耗尽后伸出在外。
应用一绝缘元件有助于热传递，这种顷绝缘元件是卷绕着至少燃料元件的一部分，更好是烟雾发生装置一部分的外包装纸。这样的一种绝缘元件有助于产生良好的烟雾，它是通过保持由燃料元件燃烧所产生的大量的热并传送至烟雾发生装置而实现的。
由于在较佳实施例中烟雾形成物是与燃料元件物理分离的，同时因为燃料元件中通道的数量、排列或外形(或组成)可用来控制从燃烧着的燃料元件到烟雾发生装置的热传递，所以烟雾形成物显露出一般比燃烧着的燃料更低的温度，从而它的热分解降到最低的可能性。另一个结果是在抽吸期间产生近乎纯净的烟雾，而在闷烧期间只产生少量或甚至没有烟雾。此外，利用一碳质的燃料元件消除了大量热分解或不完全燃烧产品的现象以及大量异味烟雾的出现。
由于本发明使用的较佳燃料元件的小尺寸及燃烧特性，所以燃料元件常常在几次抽吸中开始烧光大致露出的全部长度。这样，邻近烟雾发生器的燃料元件部分很快地变热，尤其在最初或当中的抽吸过程中惊人增大的热量传递给烟雾发生器。
热传递以及因此而来的烟雾传输由于燃料元件中许多的通道存在而被特别地增大，通道的存在尤其在抽吸过程中可使热的气体迅速地输到烟雾发生器中。由于较佳的燃料元件比较短，所以没有长的非燃烧燃料部分充当一热吸收剂，就象先前的热烟雾制品一样。
本发明的较佳实施例中，短的碳质燃料元件，热传导元件，绝缘装置，以及伴随烟雾发生器燃料中的通路提供了一个系统，该系统能在事实上每次的抽吸中产生足够量的烟雾。经几次抽吸后烟雾发生器随绝缘装置一起贴近火心导致在抽吸期间和在抽吸之间相对长的闷烧期间均具有很高的热传输。
一般来说，本发明实际应用的一些实施例中可使用的可燃燃料元件通常具有一个不大于普通香烟的直径(即小于或等于大约8毫米)，一般小于30毫米长。更有利的是，燃料元件长度约为或小于15毫米，长度约为或小于10毫米更好。有利的是，燃料元件的直径约在2毫米至8毫米之间，最好约为4毫米至6毫米。
另一方面，其它几何横截面的形状(圆形以外的)如需要可用于这里描述的燃料元件，例如方形、矩形的、椭圆形以及诸如此类的形状。在这些情形中，上述使用的直径大小是指的横截面上的最大尺寸，它在任何情况下最好保持约8毫米。这样，这里用以任何燃料元件点火端的最大横截面区域约为64平方毫米。
这里使用的燃料元件的密度一般约从0.7克/毫升至1.5克/毫升。密度约大于0.7克/毫升更好，约大于0.85克/毫升最好。
用来形成燃料元件的较佳材料为碳。这些燃料元件的碳含量较好至少占重量的60%至70%，占重量约80%或80%以上最好。高碳含量的燃料元件是较为理想的，这是因为它们产生极少量的热分解和不完全燃烧产物、少量的或没有可见的异味烟、小量的烟尘，并具有高的热容量。然而，含碳量较低的燃料元件也在本发明的范围内。例如，含碳量约为50%至60%的燃料元件，尤其是在一少量的烟草，烟草萃取物、或一非燃烧的中性填充料可被应用的地方。
虽然不是最好的情况，其它燃料材料也可以使用，诸如模制的或经挤压的烟草，再制烟草，烟草物质及这类的材料，只要它们产生且提供给烟雾发生装置足够的热量从而产生如上所讨论的那种来自烟雾形成材料所需要的烟雾度就行。所用的燃料密度较好是大于约0.7克/毫升，大于约0.85克/毫升更好，它比普通吸烟制品采用的密度要更高些。在使用了象这样的其它材料时，最好在燃料中含有碳，作为其它燃料成份的均衡物，含有粘结剂、燃烧调节剂和水份等，碳含量较好是至少约占重量的20%至40%，更好是至少约占重量的50%，最好是至少约占重量的65%至70%。
在较佳燃料元件中所用的碳质材料，实际上可由现有技术从已知的众多碳源中的任何一种中取得。尽管可用其它来源的碳质材料，碳质材料最好经过热解的或碳化的纤维材料，象木、棉、人造纤维、烟草、椰子、纸及此类的材料来获取。
在多数情况下，碳质的燃料元件可用一普通的香烟打火机点燃而不使用氧化剂。这种类型的燃烧特性一般从一纤维材料中获取，这种纤维材料在一中性大气或一真空下已经约400℃至1100℃的温度下热解，约在500℃至950℃更好，最好是在约750℃的温度。只要被热解物质中心的温度达到前述温度范围至少几分钟，如约15分，那么热解时间不认为是非常重要的。采用渐渐增高的温度许多小时以上的一缓慢热解被认为可产生一具有高碳产品的均匀热解材料。经热解的材料最好随即冷却(至少低于约35℃)，碾成一精制粉末(筛号约为负200)，并在温度高达约850℃的一惰性气流中加热，从而在下一处理过程之前除去一切保留的挥发物。
一较佳的碳质燃料元件通过常规的压力形成或挤压技术将由粉末碳及粘结剂制备的材料压制或挤压而成。用作燃料元件的一种较佳的非活性碳是由热解纸制备的，该热解纸诸如一种非云母级的大草原加拿大包皮纸(anon-talcgradeofGrandePrairieCanadianKraft)，它可从在田纳西州孟林斯的伯克利纤维公司买到(fromtheBuckeyeCelluloseCorporationofMemphis，TN.)。用于这样的燃料元件的一较佳的活性碳为PCB-G，另一较佳的非活性碳为PXC，它们都可从宾夕法尼亚洲比兹堡的卡尔干碳公司中买到(fromCalgonCarbonCorporation，Pittsburgh，PA.)。
可用以制备这样的燃料元件的粘合剂已广为人知。一种较佳的粘合剂为羧基甲基纤维素钠(SCMC)，它可被单独的使用，或最好与氯化钠、蛭石、矽酸铝、碳酸钙以及诸如此类的材料结合。一种特殊的较佳级SCMC粘合剂可以从喝库利斯化学公司牌号7HF买到(fromtheHerculesChemicalCo.，underthedesignation7HF)。其它有用的粘合剂含有如瓜尔树胶(guargum)那样的树胶，其它的纤维素衍生物诸如甲基纤维素和羧基甲基纤维素之类(CMC)。
可以应用的粘合剂浓度范围很大。粘合剂的量最好限制在由粘合剂造成的不希望的燃烧产品为最低限度。另一方面，在加工和使用过程中，含有足够的粘合剂可保持燃料元件合在一起。所以所用的粘合剂量取决于燃料中碳的粘聚力。
一般来说，一种经挤压的碳质燃料可通过约占重量50%至99%的碳质材料混合加以制备，约占重量80%至95%最好，并带约占重量1%至50%的粘合剂，约占重量5%至20%最好，并具有足够的水从而制成一硬生面团样稠性的膏体。如果需要，小量的例如约占重量35%的、最好约占重量10%至20%的烟草、烟草萃取物以及类似之物可伴随附加的水一起加进膏体中，从而保持一个硬面团样的稠度。接着所述的团利用一标准的柱塞或活塞型挤压机挤压成所希望的形状、带有选定的通道和/或通路，同时进行干燥，最好约在95℃下将水份含量减小到约占重量的2%至7%。另一种办法是，通道或通路可通过各自应用通常的钻或切割技术来形成。
在某些较佳的实施例中，碳/粘合剂的燃料元件形成后，在一惰性大气下进行热解，例如约从750℃至1150℃、最好是从约850℃至950℃下持续几个小时，从而将粘结剂转变为碳而形成一种实际为100%碳的燃料元件。
在这些条件下“焙烘出”的燃料元件一般比不经焙烘的燃料元件传输更低的CO，但转而较为难以点燃。具有本发明外围通道结构的经焙烘的燃料元件同样表现出较低的CO传输度，但并未察觉到比未经焙烘的燃料元件的点燃来得困难。
本发明的燃料元件也可含有一种或多种用来改善燃烧特性的添加剂，如约占重量5%、最好约占重量的1%至2%的碳化钾。也可使用一些用以改善物理特性的添加剂，象陶土那样的粘土、蛇纹岩、天然活性白土(attapulgile)、以及诸如此类。
尽管多数情况是不需要的，但要求利用一氧化剂以便通过香烟打火机使其点燃的碳质材料是在本发明的范围之内，正如需要利用一发光阻燃剂或其它种类燃烧改进剂的碳质材料一样。象这样的燃烧改进剂在许多专利以及公开物上揭示，同时这些普通技术现在已广为人知。
在某些较佳实施例中，碳质燃料元件基本上是易于挥发的有机材料。因为这个原故，这就意味着燃料元件不需要特意地浸透或混合大量象挥发性烟雾形成剂或香味剂之类的挥发有机材料，这些有机材料在燃烧燃料中会发生降解。然而，少量的材料如水在燃料元件中被碳自然地吸收是可以出现的。类似地，少量的烟雾形成物可从烟雾发生装置迁移，这样也可出现在燃料中。
在其它较佳实施例中，燃料元件可含有烟草、烟草萃取物、和/或其它的材料，它们主要用来给烟雾增加香味。根据添加剂、燃料元件、以及所要求的燃烧性质，这些添加剂的量可达至约占重量的25%或25%以上。烟草和/或烟草萃取物可被加到碳质的燃料元件中，例如加入约占重量的10%至20%，从而对主烟流提供烟草香味并对侧烟流提供与普通香烟相近的香味，而一般不影响制品的阿姆斯测试活性(Amestest)。
本发明实际使用的烟雾发生装置是与燃料元件物理上分离的。由于是物理的分离，这就是说含有烟雾形成材料的基体、容器、或容腔不与燃料元件混合或不为燃料元件的一部分。这样的安排有助于减少或消除烟雾形成基本材料的热降解以及异味烟的出现。因为不是燃料元件的一部分，所以烟雾发生装置较好的端为与燃料元件连接或靠近燃料元件，以使燃料和烟雾发生装置成一个导热交换关系。理想情况是，通过提供一导热元件来实现导热交换关系，这样的导热元件象金属箔之类，它嵌装在燃料元件的点火端，这样将热量有效地从燃烧着的燃料元件传导或传输到烟雾发生装置。
烟雾发生装置最好配置在离燃料元件点火端不大于15毫米处。作为烟雾发生装置的容器长度可在约2毫米至60毫米内变化，约从5毫米至40毫米更好，最好是约在20毫米至35毫米范围。用作烟雾发生装置的容器直径可以从约2毫米至8毫米内变化，最好是在约3毫米至6毫米范围。因为带有燃料元件，所以如果需要可有选择地应用几种形状。这时，这里给出的外径值提供的是所选形状的横截面上的最大尺寸。
较理想的情况是，烟雾发生装置含有一种或多种能携带一种或多种烟雾形成物的热稳定材料。这里使用的一种“热稳定的”材料是一种能经得起高的、即使是受控制的、如约从400℃至600℃的温度，它可以永久地存在于燃料周围而没有明显的分解或燃烧。应用这种材料认为有利于保持烟雾单一的“烟”化学过程，正如在较佳实施例中阿姆斯测试活性缺乏所证明的那样。尽管不是最佳情况，其它的烟雾发生装置如热可挠曲的微型套管或固体烟雾形成基本材料之类，只要它们能释放大量的形成满意的类似烟草香烟气的烟雾，均在本发明的范围之内。
可用作载体或烟雾形成物的基体的热稳定材料，在现有技术中已广为人知。有用的载体应该是多孔的，它必须能够吸附某种烟雾形成剂并在被燃料加热时释放出其中潜在的烟雾。有用的热稳定材料含有多孔度碳，石墨，活性或非活性碳及类似材料，诸如PC-25和PG-60可从在康涅狄格洲的旦伯利联合碳化物公司(fromUnionCarbideCorp.，Danbury，CT，)买到，SGL碳可从卡尔根(Calgon)买到。其它合适的材料含有诸如陶瓷、玻璃、矾土、蛭石、象矽酸铝样的粘土、这样材料的混合以及此类的无机固体。碳和矾土基材是最为理想的。
一种特别有用的矾土基材是一种高表面积矾土(约为2802米/克)，诸如可从戴维森化学组的W.R.格利斯和公司买到的牌号为SMR-14-1986那样的品种(from the Davison Chemical Division of W.R.Grace & Co.)。这种矾土(-14至+20美国的筛号)经过处理使之适宜本发明制品中使用，这种处理是通过约一小时在升温下进行烧结，如大于1000℃，最好约从1400℃至1550℃温度，随后进行适当的冲洗和干燥。
人们发现，适宜粒度的基体也可从碳、烟草或碳及烟草的混合物中形成，应用一种由日本的富机·坡达KK制造的、出售的贸易名为“玛伦利哲”的(madebyFujiPaudalKKofJapan，andsoldunderthetradenameof“Marumerizer”)机器在一种一工序加工处理中成为稠密的颗粒。这种装置在美国专利再版第27，214号中加以描述。
本发明制品中使用的非烟草不含水的单一或复合的烟雾形成物，必须能在燃烧燃料元件加热烟雾发生装置所出现的温度下产生一种烟雾。这样的物质较理想的是会形成碳、氢和氧，但它们可含其它的材料。这样的物质可以呈固体、半固体状或液体形状。这种物质和/或物质的混合物的沸点或升华点可达至约500℃的范围。具有这些特性的物质含有诸如甘油、三乙烯乙二醇、丙烯乙二醇以及一元、二元或多元羧酸之类的多羟醇，诸如硬脂酸甲酯、十二烯酸盐、四元十二双酸二甲酯(tetradodecandioate)，以及其它物质。
较佳的烟雾形成物为多羟醇、或多羟醇的混合物。更理想的烟雾形成物选自甘油，三乙烯乙二醇和丙烯乙二醇。
当一基体材料用作一种载体时，烟雾形成物可通过任何已知的技术、在足以渗入或覆盖材料的浓度下扩散在基本材料上或基本材料内。例如，烟雾形成物可通过浸泡、喷淋、蒸气沉淀、或类似的技术而呈饱和浓度或稀释溶液提供使用。固体烟雾形成成份可与基体材料混和同时甚至在最终基本材料形成前就被完全地散布开。
由于烟雾形成物的运载会在从载体到载体以及从烟雾形成物到烟雾形成物中有所变化，故非烟草不含水的烟雾形成物的量一般可从约20毫克至140毫克范围内变化，最好是约从40毫克至110毫克。作为微粒总净重(WTPM)尽可能多的、被载在基本材料中的烟雾形成物应传输给吸用者。作为微粒总净重，传输到吸用者的在基材中带的烟雾形成物约占重量2%以上为好，约占重量15%以上更好，约占重量20%以上最为理想。
烟雾发生装置也可含有一种或多种挥发性香味剂，诸如薄荷脑、香兰素、人造咖啡、烟草萃取物、尼古丁、咖啡因、以及其它能给烟雾以香味的溶液和附加剂。它也可含有任意其它希望的挥发性固体或液体材料。另一方面，这些选用的附加剂可置于烟雾发生装置和出口端之间，诸如在一分离的基材或容器中或沿出口端被包覆在通道内，或在选用的烟草填料中。
一种特别好的烟雾发生装置具有含前面提及的烟草萃取物、烟草香料改良剂的矾土基材，烟草香料改良剂诸如乙酰丙酸或葡萄糖五氯酚酣酸纤维素、一种或多种香味添加剂、一烟雾形成添加剂如甘油之类。
一烟草填料可利用来自燃料元件和来自不含水的非烟草烟雾形成物的顺烟流。在这样的情况下，热气渗透烟草从而进行蒸馏并从烟草中用蒸馏法提取挥发性成份，而不带燃烧或大量的热分解。这样，吸用者得到一种含天然烟草的味道和香味的烟雾，而没有那种普通香烟产生的多种燃烧产物。
这里所揭示的制品类型可被用来或被改良用作药物传输制品，这是因为它传输挥发的药理上或生理上的活化材料，诸如肾上腺素、间羟异丙肾上腺素、间羟叔丁肾上腺素、或之类的材料。
本发明实际使用的较佳的导热元件为一种诸如深凹的铝质的金属箔或管，它的厚度小于约0.01毫米至0.1毫米或更小。导热材料的厚度和/或种类可以有所变化(如来自联合碳化物公司的格利箔(e.g.Grafoil，fromUnionCarbide)从而达到实际上任何所需要的热传导度。
如所述的实施例，导热元件最好接触或交叠燃料元件尾部部分，同时可以形成内部封装烟雾形成基材的容器。较好的情况是，导热元件的延伸不超过约一倍半的燃料元件的长度。最佳情况是，导热元件交叠或换句话说接触约不大于燃料元件尾部的5毫米、最好不大于2～3毫米。这种类型的优选深孔元件不会干涉燃料元件的点火或燃烧特性。在燃料元件消耗到与导热元件接触处的时候，象这样的元件通过充当一种热量吸收器帮助燃料元件熄火。甚至在燃料元件耗尽后这些元件也不会突出在制品的点火端之外。
本发明实际使用的绝缘元件最好是由一层或多层的绝缘材料所形成的一种弹性套筒。这种套筒至少约为0.5毫米厚比较有利，最好至少约为1毫米厚，约从1.5毫米至2.0毫米的厚度最为理想。套筒最好伸出超过约一半的燃料元件长度。更好的情况是，它同时基本上延伸包住整个燃料元件以及用作烟雾发生装置的套管的外周。如图1所示的实施例中，可使用不同的材料作为烟制品中这两个部分的绝缘套管。
由本发明所采用的绝缘元件一般为无机或有机纤维，诸如由玻璃、矾土、硅石、玻璃质材料、矿质木料、碳、硅、硼、有机聚合物、纤维素、以及此类含有这些材料的混合物造出。不含纤维的绝缘材料诸如硅气凝溶胶、珍珠岩、玻璃以及此类材料也可以使用。最理想的绝缘元件具有弹性，从而有助于模仿普通香烟的感觉。绝缘材料在使用过程中一般最好不会燃烧。然而，可以使用象低温度级玻璃纤维那样的低度燃烧材料和在加热过程中熔化的特种材料。这些材料主要用作一种绝缘套筒，它保持且将由燃烧燃料元件所产生的大部分热量直接传给烟雾发生装置。由于绝缘套筒在靠近燃烧着的燃料元件处变热至一有限的深度，这同样可将热量朝烟雾发生装置方向传导。
目前最好的绝缘纤维为诸如玻璃纤维那样的陶瓷纤维。两种较理想的玻璃纤维是由俄亥俄洲多伦多的欧文斯-康尼生产的牌号为6432和6437的(byOwens-CorningofToledo，Ohiounderthedesignations6432and6437)试验性材料。其它种适宜的玻璃纤维可从在纽约、太莉的孟尼纸公司那里买到(availablefromtheManningPaperCompanyofTroyNewyork)，牌号为孟尼格拉斯1000和孟尼格拉斯1200(Manniglas1000andManniglas1200)。当可能的情况下，玻璃具有一低软化点的纤维材料如约低于650℃是最为理想的。
几种商业上可买得到的无机绝缘材料是用一种粘合剂如PVA来制备的，这种粘合剂能起到在操作过程中保持结构完整性的作用。这些会在加热中显出一种粗劣香味的粘合剂应该被去除，例如在使用前通过在约650℃温度的空气中持续约15分钟的加热进行处理。如果需要的话，约占到重量3%的果胶可加到纤维中，用以提供套筒的机械强度而不产生任何粗劣的香味。
在本发明许多实施例中，尽管出口端部分可被如以一香烟托架那样的形式分开地提供，但是燃料及烟雾发生装置将与一出口端部分相连。制品的这一元件(出口端部分)将提供包封，并导引经蒸发的烟雾形成基物进入吸用者的嘴中。鉴于其约35毫米至50毫米的长度，它也保持了热火心远离吸用者的嘴和手指，同时提供足够的时间使热烟雾在到达吸用者前形成并冷却。
应根据烟雾形成基材来选择适用的出口端部分，使得经过浓缩或过滤产生最小的烟雾损失，同时应该能够经受与制品其它元件接合处的温度。较理想的出口端部分含有酣酸纤维素-聚丙烯斯克林(scrim)混合物，这种混合物在图1实施例中进行了说明，同时所述的出口端部分已被堪克伯等人(Sensabaughetal.)在欧洲专利公开号第174，645号上所揭示了。
制品的整个长度或其上的任意部分可用香烟纸紧紧包封。位于燃料元件端上的较理想的纸在燃料元件燃烧过程中应不会爆出火苗。另外，这种纸最好具有可控制的阴燃特性，而且能产生一种灰色的、象香烟的烟尘。
在这些实施例中利用一种其上的纸远离被套上的燃料元件燃烧的绝缘套筒，因为进入燃料元件的气流没有被阻碍所以能达到最大的热传递。然而，纸可制成在燃烧的燃料元件的热辐照下保持全部的或部分的无损坏。这样的纸可限制气流进入燃烧的燃料元件，从而控制燃料元件燃烧的温度和其后的给烟雾发生装置的热传导。
为降低燃料元件的燃烧率和温度，从而保持一低的CO/CO2比率，一种无孔的或零孔隙率纸经处理或具有细孔(例如不可燃的云母纸带有许多的孔)，这种纸可用作外包装纸夹层。这样的纸特别在中等抽吸时(即，4～6次抽吸)，有助于提供更好的持久的热传递。
为了最大限度的烟雾传输，以免因空气渗透扩散(即，外界)穿入制品而稀释，从烟雾发生装置至嘴端应使用一种无孔纸。
象这样的纸在香烟和/或纸的现有技术中已为人所知，而且这种纸的混合可用来达到各种不同的作用效果。本发明制品中采用的最佳纸含有RJR阿枪的8-0560-36型带有不沾嘴唇的嘴端用纸(RJRArcher's8-0560-36TippingwithLipReleasepaper)，由北卡罗来纳洲、比斯·福诺斯特的卡斯塔制造的卡斯塔的646布拉格包装纸以及ECUSTA01788纸(Ecusta's646PlugWrapandECUSTA01788manufacturedtyEcustaofPisgahForest，NC.)，以及堪伯利-克拉克的P868-16-2纸和P878-63-5纸(Kimberly-Clark'sP868-16-2andP878-63-5papers)
本发明最佳的制品所产生的烟雾从化学上是很简单的，它基本上由空气、碳氧化物、含有任意所需的香料或其它所需挥发性材料的烟雾形成剂、水以及少量的其它材料所组成。本发明最佳制品产生的微粒总净重(WTPM)经过阿姆斯试验(Amestest)的测试不具有致变的活性，也就是说，本发明推荐的制品产生的微粒总净重(WTPM)与对这样的制品暴露的微生物进行标准试验发现的逆转录株数量之间不存在值得注意的剂量对应关系。根据阿姆斯试验的支持者认为，一个值得注意的剂量对应反应表明被测试的制品中存在着致变物。参看阿姆斯等人的致变物研究31卷347～364页(1975年)(Amesetal.，Mut.Res.，31∶347～364(1975));尼格等人的致变物研究42卷335页(1977年)(Nagaoetal.，Mut.Res.，42∶335(1977))。
本发明最佳实施例中进一步的优点是在使用过程中产生的烟尘与传统香烟烟尘相比相对地要少。在最佳的碳燃料元件燃烧时，它基本上转变为带有产生很少烟尘的氧化碳，这样在使用物品时无需来处理烟尘。
本发明中的燃料元件和吸烟制品将进一步参照下列的实例加以说明，这些实例会有助于对本发明的理解，但不能认为是对本发明的一种限制。除其它说明外，这里所写的百分比均为重量百分比。所有的温度均为摄氏温度。在所有的实例中，制品具有普通香烟直径的、最大横截面约为7至8毫米的尺寸(直径)。
实例1本发明的燃料元件(各具有约0.86克/毫升的密度)是从一种经挤压的碳、SCMC粘合剂以及K2CO3的混合物按下列方法制备的碳是通过氮氛围下，用不含云母的大草原加拿大牛皮(GrandPrairieCanadianKraft)硬木纸经碳化制备，它以约每小时10℃的步进速率增温达到最终750℃的渗碳温度。
在氮的氛围下冷却到低于大约35℃后，碳磨碎成负200筛号的大小。粉末状的碳随后在氮的氛围下加热到大约850℃的温度以去除挥发物。
在氮的氛围下冷却到低于大约35℃后，碳磨碎成精制的粉末，即具有约从0.1至50微米的一平均颗粒尺寸。
这种精制的粉末与阿修斯(Hercules)7 HF SCMC粘合剂(9份碳∶1份粘会剂)、占重量1%的K2CO3、以及足够的水混合，从而制成一种生硬的、象生面团样的膏体。
燃料元件是由这种膏体挤压，具有如图2～图10所描绘的大致圆形的通道结构。然后，从挤出物中切割所需长度的单个燃料元件并加以干燥。有关所选的单个燃料元件的详细情况在以下实例中给出。
图9描绘的燃料元件基本上按上述方法制备。七个大的中间孔各具有约0.021英寸的直径，同时六个外围通孔各具有约0.010英寸的直径。内通孔间的网状物厚度约为0.008英寸，外围的平均网状物厚度为0.019英寸。
最理想的燃料元件(10毫米×4.48毫米)在形成后经900℃的一氮气环境下烘出。
大体如图1所示那种类型的最佳香烟型吸烟制品是按下列方式制备的用作图1吸烟制品的套管(12Capsule)是由深凹的铅材制备的。这个套管具有约为0.004英寸(0.01毫米)的平均壁厚，长度约为30毫米，内直径约为4.5毫米。除带有的二个槽口样开口处(各槽口尺寸约为0.65×3.45毫米，间隔约为1.14毫米)，容腔的尾部是密封的，从而可将烟雾形成物传输到吸用者。
烟雾发生装置的基体材料为具有筛号为-14至+20(美国)的、W.R.格拉斯的SMR14-896(W.R.Grace's SMR14-896)高表面积矾土(表面积为280米2/克)。在使用前，这种矾土以一约从1450℃至1550℃均热温度进行持续约一小时的烧结。冷却后，这种矾土用水冲洗并进行干燥。
这种经烧结的矾土与按表1所列比例的组成成份用一种二工序加工方法相融合表一矾土67.7%甘油19.0%喷雾干化萃取物8.5%香料混合物4.2%葡萄糖五醋酸0.6%总计100.0%喷雾干化的萃取物为一含水的烟草萃取物溶液经蒸发产生的干的粉末残渣。它含有水溶性的烟草成份。香料混合物是一种模仿香烟烟味的香精成份的混合物。这里用的一种这样的材料可从瑞士，日内瓦的佛门尼获得(fromFirmenichofGeneva，Switzerland)牌号为T69-22。
在第一工序中，喷雾干化的烟草萃取物与足够的水混合从而形成一种膏体。这种膏体随即经混合供给上述的矾土载体，这种混合一直要进行到膏体被矾土均匀吸收为止。接着，经处理的矾土进行干燥从而将水份含量减少到约占重量的百分之一。在第二工序中，这种经处理的矾土与所列的其它组成成份混合物进行混合，直到液体被均匀地吸进(或被吸进)矾土为止。用约325毫克的这种基本材料可填满套管。
按上述制备的燃料元件被插进满装的套管开口端约3毫米的深度。燃料元件-套管系统在燃料元件一端紧紧包封，使用具有10毫米长的带百分之三果胶粘结剂、直径约为7.5毫米的、欧文斯-康尼6437(Owens-Corning6437)(软化点约为650℃)玻璃纤维套筒。这种玻璃纤维套筒随后用堪伯利·克拉克P878-63-5纸紧紧包卷(KimberlyClarkP878-63-5Paper)。
具有卡斯塔646(Ecusta646)衬套外包装纸的一直径为7.5毫米的烟草杆(28毫米长)，其上改制出一个纵向的孔道(直径约为4.5毫米)。上述装套的燃料元件-套管系统被插入烟草杆的孔道，直到玻璃纤维套筒紧靠在烟草上为止。被装套的部分通过堪伯利·克利克的P850-208纸(byKimberly-Clark'sP850-208纸)(一种经特殊加工的P878-16-2型纸)包卷在一起。
图1所示的一种出口端部分由组合的两部分构成;(1)一个具有用646号孔塞包装纸紧紧包封的酣酸纤维素空心圆筒;以及(2)一段非织造的聚丙烯斯克林布、轧成一个长30毫米、用堪伯利-克拉克的P850-186-2纸紧紧包封的直径为7.5毫米的圆筒，它具有堪伯利-克拉克的P850-186-2的一种复合的外包装纸。
组合的出口端部分通过用RJR阿枪股份有限公司的8-0560-36型带不沾嘴唇的嘴端用纸(RJRArcherInc.8-0560-36tippingwithlipreleasepaper)的一层最终外包装纸将装配的燃料元件-套筒部分包卷在一起。
图1型的吸烟制品利用图9型的燃料元件制备，并通过FTC吸烟条件对这些制品进行一氧化传输测试，同时测量CO的生成物(应用一种倍克门仪器公司的型号为864非扩散式IR分析器)(usingaBeckmanlnstrumentsCo.Model864Non-dispersiveIRAnalyzer)。以这种方式测试的吸烟制品抽吸10次以上输出平均为13.5毫克的CO，且易于点燃。整个受测试的各次抽吸中烟雾传输是令人满意的。
在对照中，没有六个外围通孔的、仅在850℃焙烘出的图9型的一燃料元件(尺寸为10毫米×4.5毫米)，当它用于图1中的吸烟制品时在FTC吸烟条件下，抽吸十次传输的CO平均为13.1毫克，但点燃非常困难。
实例2图2和图3中描述的燃料元件基本上按实例1进行制备，但在形成后不经焙烘。图示的通道孔形可在碳/SCMC膏体挤压加工期间如实例1那样形成。
具有大致如图2中图示那样的通道外形的燃料元件(尺寸为10毫米×4.5毫米)尺寸如下通道的深度-约为0.030英寸，通道的宽度-约为0.016英寸;隔开相邻通道的碳隆起部宽度-约为0.021英寸。
具有大致如图3中图示那样的通道外形的燃料元件(尺寸为10毫米×4.5毫米)尺寸如下通道的深度-约为0.030英寸，通道的宽度-约为0.016英寸;隔开相邻通道的碳隆起宽度-约为0.021英寸;隔开一对相邻通道的碳隆起部宽度-约为0.042英寸。
吸烟制品就象实例1中利用图2和或/图3型燃料元件那样制备。
在持续2秒钟抽吸50毫升容积的机械抽烟条件下，这些吸烟制品可用30秒钟抽吸一次的频率来抽。在这些条件下，两种燃料元件的平均抽吸数约为15次。使用所描述的燃料元件的制品的烟雾传输(在开始和整个过程中)是良好的。
采用这些燃料元件类型吸烟制品利用FTC吸烟条件，如实例1那样对一氧化碳的传递进行测试。在FTC吸烟条件下，平均约抽吸10次、使用具有图2和图3图示的外围通道外形的燃料元件的吸烟制品产生约为8毫米的CO。
实例3图4描述的燃料元件型大致如实例2那样进行制备，但形成后不经熔烘。
图示的通道外形在碳/SCMC膏体挤压加工过程中形成。通道的尺寸基本上与实例2对燃料元件所说的那些尺寸一样。中心通道的尺寸约为0.06英寸×0.01英寸和0.03英寸×0.01英寸。
使用具有这样通道外形燃料元件的吸烟制品，它们在如实例2所述的条件下对烟传输加以测试。除所用的套管只有约23毫米长这种情况以外，这些吸烟制品其基本上与实例1所描述的情况大致相同。约抽吸14次以上(50毫升的容积)的烟雾传输为好。
使用具有这样通道外形燃料元件的吸烟制品，它如实例1那样对CO的传输进行测试。在FTC吸烟条件下，约抽吸10次以上CO传输约为10毫克。
实例4图5描述的燃料元件基本上如实例1那样进行制备，但形成后不经熔烘。图示的通道外形在碳/SCMC膏体的挤压加工过程中形成。每个隆起部的宽度约为0.021英寸同时每个通道的宽度约为0.021英寸。每个通道的深度约为0.030英寸。
使用实例1中具有这种类型通道外形、尺寸为10毫米×4.5毫米的燃料元件的吸烟制品，它们象前面的实例那样对烟雾及一氧化碳的传输进行测试。约抽吸15次(50毫升容积)的烟雾传输为好。在FTC吸烟条件下，约10次以上抽吸的CO传输约为9毫克。
实例5图6描述的燃料元件基本上如实例1那样进行制备。图示的通道外形经过对碳/SCMC膏体挤压、切割、干燥加工并经手工钻孔后形成。道孔直径约为0.025英寸。外围网状物厚度约为0.005英寸。内侧网状物厚度约为0.004英寸。燃料元体的总尺寸为10毫米×4.5毫米。
使用实例1中具有这样的通道外形燃料元件的吸烟制品，它们象前面的实例那样对一氧化碳的传输进行测试。在FTC吸烟条件下，这些燃料元件抽吸10次以上传输平均约7.5毫克的CO。
实例6图7描述的燃料元件基本上如实例1那样进行制备，但形成后不经熔烘。图示的通孔外形经过对碳/SCMC膏体挤压加工、干燥加工和割加工和手工钻孔后形成。每个通孔的直径约为0.025英寸。内和外围网状物厚度都约为0.025英寸。
具有这样的通道外形的燃料元件对一氧化碳的传输加以测试，这是通过如实例1那样来制备吸烟制品，且将这些制品在FTC吸烟条件下并对CO产生物进行测量。
具有基本上如图7所示形状的燃料元件(尺寸为10毫米×4.5毫米)在FTC吸烟条件下，抽吸9次上以上传输平均约为8毫克的CO。
实例7图8描述的燃料元件基本上如实例1那样进行制备，但形成后不经熔烘。图示的通道外形在碳/SCMC膏体挤压加工后形成。通道直径约为0.037英寸，外围网状物厚度约为0.009英寸且内网状物厚度约为0.002英寸。
使用实例1中具有这样的通道外形、尺寸为10毫米×4.5毫米的燃料元件的吸烟制品，使其经受FTC吸烟条件并测量CO的产生物来对一氧化碳传输进行测试。在FTC吸烟条件下，这些吸烟制品抽吸11次以上传输平均约为8.6毫克的CO。
实例8图10描述的燃料元件基本上如实例1那样进行制备。图示的通道外形在碳/SCMC膏体挤压加工过程中形成。三个大的中心通孔的直径各约为0.021英寸，且十二个外围通孔的直径各约为0.010英寸。内侧孔间的网状物厚度约为0.008英寸，且外围网状物的平均厚度约为0.020英寸。
另外，具有这种通孔外形的燃料元件(尺寸为10毫米×4.47毫米)，它们在形成后进行950℃的持续3小时的熔烘。
实例1中的吸烟制品利用具有这种通道外形燃料元件加以制备，同时通过让这些制品经受FTC吸烟条件及测量CO产生物来测试一氧化碳的传输。以这种方式所测试的吸烟制品在FTC吸烟条件下，抽吸十次以上传输平均约为11.9毫克的CO。此外，燃料元件易于点燃而不带任何明显的困难。
实例9图11描述的燃料元件基本上如实例1那样进行制备，但形成后不经熔烘。图示的通道外形在碳/SCMC膏体挤压加工过程中形成。三个中心通孔的尺各约为0.1×0.020英寸，且通孔间的间距约为0.012英寸。三个等间隔的通道(间隔120°)被切进燃料元件的外周表面，每个通道约为0.020英寸深、约0.020英寸宽。
实例1中的吸烟制品利用具有这种通道外形的燃料元件(尺寸为长5.3毫米，直径6.0毫米)加以制备，同时通过让这些制品经受FTC吸烟条件及对CO产生物的测量来测试一氧化碳的传输。以这种方式所测试的吸烟制品在FTC吸烟条件下，抽吸10次以上传输平均约为8毫克的CO。
本发明包括其含有的最佳实施例已进行了详尽的描述。然而，在现有技术中有经验的人们按本发明揭示的内容进行思考可在本发明上制出变形体和/或改进，这点是令人赞赏的，而正如下列陈述的权利要求
那样这些变形体和/或改进仍在本发明的范围和构思之内。
权利要求
1.一种吸烟制品，它含有(a)一种长度小于30毫米、具有许多外围纵向通道的可燃性燃料元件；(b)含有烟雾形成材料的一烟雾发生装置。
2.根据权利要求
1所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件上的外围通孔至少一个为槽。
3.根据权利要求
1所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件上至少有一个外围通道是贴近燃料元件外周表面设置的一个孔。
4.根据权利要求
3所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件燃烧过程中，所述孔燃烧到达燃料元件的外周表面，从而形成一槽。
5.根据权利要求
1，2，3或4所述的吸烟制品，其特征在于所述的燃料元件为碳质。
6.根据权利要求
1，2，3，4或5所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件至少有四个外围通道。
7.根据权利要求
1，2，3，4或5所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件至少有一个位于中心的纵向延伸的通道。
8.根据权利要求
7所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件有许多位于中心的纵向延伸通道。
9.根据权利要求
8所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件有至少三个位于中心的纵向延伸通道。
10.根据权利要求
8所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件燃烧过程中，至少有二个位于中心的纵向延伸通道合并。
11.根据权利要求
1，2，3，4或5所述的吸烟制品，其特征在于在燃料元件燃烧过程中，至少有两个外围通道合并。
12.根据权利要求
1，2，3，4或5所述的吸烟制品，其特征在于还含有一导热元件，它围绕燃料元件外周的一尾端部分。
13.根据权利要求
1，2，3，4或5所述的吸烟制品，其特征在于还含有一热绝缘元件，它围绕燃料元件的一部分。
14.根据权利要求
1，2，3，4或5所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件长度约为20毫米或更短。
15.根据权利要求
14所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件的直径约小于8毫米。
16.根据权利要求
1，2，3，4或5所述的燃料元件，其特征在于燃料元件长度约为10毫米或更短。
17.根据权利要求
16所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件直径约小于6毫米。
18.根据权利要求
1，2，3，4或5所述的吸烟制品，其特征在于吸烟制品为一种香烟型吸烟制品。
19.根据权利要求
18所述的吸烟制品，其特征在于所述制品在持续2秒钟抽吸35毫升的气、抽吸十次，每次抽吸隔以58秒钟的闷烧时，它传输约13毫克或更少的CO。
20.根据权利要求
18所述的吸烟制品，其特征在于所述制品在持续2秒钟抽吸35毫升的气、抽吸十次，每次抽吸隔以58秒钟的闷烧时，它传输约9毫克或更少的CO。
21.根据权利要求
18所述的吸烟制品，其特征在于所述制品在持续2秒钟抽吸35毫升的气、抽吸十次，每次抽吸隔以58秒钟的闷烧时，它传输约7毫克或更少的CO。
22.根据权利要求
1所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件长度约小于20毫米，且密度至少约为0.7克/毫升。
23.根据权利要求
1所述的吸烟制品，其特征在于燃料元件长度约为或小于10毫米，且密度至少约为0.85克/毫升。
24.用于一吸烟制品的一种燃料元件，它为碳质的并具有许多外围纵向通道。
25.根据权利要求
24所述的碳质燃料元件，其特征在于至少有一个外周通道为一槽。
26.根据权利要求
24所述的碳质燃料元件，其特征在于至少一个外围通道是贴近圆周表面设置的一个孔。
27.根据权利要求
26所述的碳质燃料元件，其特征在于燃料元件燃烧过程中，所述孔燃烧到达燃料元件的圆周表面从而形成一槽。
28.根据权利要求
24，25，26或27所述的碳质燃料元件，其特征在于它至少有四个外围通道。
29.根据权利要求
24，25，26或27所述的碳质燃料元件，其特征在于它也具有至少一个位于中心的纵向延伸通道。
30.根据权利要求
29所述的碳质燃料元件，其特征在于它具有许多位于中心的纵向延伸通道。
31.根据权利要求
30所述的碳质燃料元件，其特征在于它至少有三个位于中心的纵向延伸通道。
32.根据权利要求
31所述的碳质燃料元件，其特征在于在燃料元件燃烧过程中，至少两个位于中心的纵向延伸通道合并。
33.根据权利要求
24，25，26或27所述的碳质燃料元件，其特征在于燃料元件燃烧过程中，至少两个外围通道合并。
34.根据权利要求
24，25，26或27所述的碳质燃料元件，其特征在于它的长度约小于30毫米。
35.根据权利要求
24，25，26或27所述的碳质燃料元件，其特征在于它的长度约为或小于20毫米。
36.根据权利要求
25所述的碳质燃料元件，其特征在于它具有约小于8毫米的直径。
37.根据权利要求
24，25，26或27所述的碳质燃料元件，其特征在于它具有的最大横截面尺寸约为3毫米至8毫米。
专利摘要
本发明涉及一种吸烟制品，这种制品在使用过程中产生足量的烟雾，它提供给使用者抽香烟时的感觉和滋味，而不存在普通香烟中燃烧烟草产生的大量燃烧产物。本吸烟制品的推荐的实施例包括一短的、能燃烧的、含碳的燃料元件，一种热稳定的、能容纳一种烟雾形成物的基体(如颗粒氧化铝)，一有效的热绝缘装置，和一较长的烟嘴部分。
文档编号A24D1/00GK87105964SQ87105964
公开日1988年6月22日 申请日期1987年12月9日
发明者杰克·富兰克林·克利曼, 詹姆斯·利·雷斯, 伊伦斯特·求伯特·弗尔, 海伦·伯恩森·诺曼, 奥立佛·崩斯·修伦, 威廉·卡布尔·斯归尔 申请人:R·J·雷诺兹烟草公司