Композиційне джерело тепла для курильного виробу

Реферат: Композиційне джерело (6) тепла для застосування в курильному виробі, яке включає в себе неспалиму пористу керамічну матрицю (16) і дисперсне спалиме паливо (18), яке проникло у згадану неспалиму пористу керамічну матрицю (16). Згадана неспалима пориста керамічна матриця виготовлена з одного або більше дисперсного(их) матеріалу(ів), середній розмір частинок (D50) яких є щонайменше у п'ять разів менший, ніж згаданий середній розмір частинок (D50) згаданого дисперсного спалимого палива. За варіантом, якому віддають перевагу, згадана неспалима пориста керамічна матриця (16) містить один або більше оксид(ів) металів перехідного ряду. UA 112457 C2 (12) UA 112457 C2 UA 112457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Цей винахід стосується джерела тепла, наприклад, джерела тепла, придатного для використання в курильному виробі. Цей винахід також стосується курильного виробу, який включає в себе джерело тепла за цим винаходом. В цій галузі техніки відомі курильні вироби, в яких аерозоль утворюється передаванням тепла від спалимого джерела тепла до фізично відокремленої аерозолетвірної речовини. Згадана аерозолетвірна речовина може бути розташована всередині, навколо або нижче за ходом повітря від джерела тепла. При використанні спалиме джерело тепла курильного виробу запалюють, і леткі сполуки вивільнюються з аерозолетвірної речовини передаванням тепла від згаданого спалимого джерела тепла. Вивільнені леткі сполуки захоплюються повітрям і просмоктуються через курильний виріб під час затяжки. Споживач вдихає утворений аерозоль. Спалимому джерелу тепла, придатному для використання в курильному виробі, було б бажаним мати певні властивості для забезпечення можливості або підсилення відчуття куріння. Наприклад, згадане джерело тепла під час згоряння має виробляти кількість тепла, достатню для забезпечення вивільнення ароматизованого аерозолю з аерозолетвірної речовини, однак при цьому бути достатньо малим для розміщення в курильному виробі, який може бути такого самого розміру, як і традиційна сигарета із жевріючим кінцем. Крім того, джерело тепла має бути здатне до горіння при обмеженій кількості повітря, поки паливо в джерелі тепла не буде вичерпане, а також має при горінні виробляти як можна менше або по суті зовсім не виробляти монооксиду вуглецю, оксидів азоту або інших потенційно небажаних газів. На додаток до цього, температура запалювання джерела тепла має бути достатньо низькою, так що джерело тепла є легко запалюване за нормальних умов для запалювання традиційної сигарети із жевріючим кінцем із застосуванням, наприклад, сірника або традиційної запальнички. Джерело тепла має також мати відповідну теплопровідність. Якщо при згорянні від зони горіння джерела тепла в інші частини джерела тепла відводиться занадто багато тепла, згоряння в зоні горіння джерела тепла припиниться, якщо температура впаде нижче температури гасіння джерела тепла. Отже, джерело тепла із занадто високою теплопровідністю може бути небажано важко займистим і після займання може зазнавати передчасного самогасіння. Теплопровідність джерела тепла має бути на рівні, який при використанні забезпечує здійснення ефективного передавання тепла до аерозолетвірної речовини без підведення занадто великої кількості тепла до будь-якого засобу або елемента, із застосуванням якого згадане джерело тепла закріплене, встановлене або іншим чином введене в курильний виріб. Джерело тепла також не має руйнуватися перед або під час використання, і має витримувати невеликі механічні навантаження, які можуть виникати, наприклад, в результаті того, що споживач упустив курильний виріб. Було б бажаним надати композиційне джерело тепла, придатне для використання в курильних виробах, яке б відповідало деяким або всім із зазначених вище вимог. Було б також бажаним надати композиційне джерело тепла, яке здатне каталізувати розкладання одного або більше потенційно небажаного(-их) газу(-ів), які утворюються при його згорянні. Було б також бажаним надати композиційне джерело тепла, яке здатне утримувати дисперсну речовину, яка утворюється при його згорянні. За цим винаходом запропоноване композиційне джерело тепла, наприклад, композиційне джерело тепла, придатне для використання в курильному виробі, при цьому згадане композиційне джерело тепла включає в себе пористу неспалиму керамічну матрицю і дисперсне спалиме паливо, що повністю проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю, при цьому згадана неспалима пориста керамічна матриця виготовлена з одного або більше дисперсного(-их) матеріалу(-ів), середній розмір частинок (D50) якого(-их) у щонайменше у п'ять разів менше, ніж середній розмір частинок (D50) дисперсного спалимого палива. У цьому описі термін "композиційне джерело тепла" (в однині або у множині) вжитий для позначення джерела тепла, яке включає в себе щонайменше два окремі компоненти, які в поєднанні набувають властивостей, відсутніх у щонайменше двох компонентів окремо. Як також описано нижче, функції композиційних джерел тепла за цим винаходом ефективно розділені між неспалимою пористою керамічною матрицею і спалимим паливом, яке проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю. У цьому описі термін "керамічний" вжитий для позначення будь-якої неметалевої твердої речовини, яка залишається твердою при нагріванні. 1 UA 112457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У цьому описі термін "повністю прониклий" вжитий для позначення того, що частинки спалимого палива повністю оточені неспалимою пористою керамічною матрицею. Отже, контакт між частинками спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю, по суті відсутній. У цьому описі термін "середній розмір частинок (D50)" вжитий для позначення середнього об'ємного гранулометричного складу, і це значення вказує на вміст частинок, діаметр яких становить менше ніж 50 % у загальному розподілі. За варіантом, якому віддають перевагу, неспалима пориста керамічна матриця виготовлена з одного або більше дисперсного(-их) матеріалу(-ів), середній розмір частинок (D50) яких є щонайменше у десять разів менший, ніж середній розмір частинок (D50) дисперсного спалимого палива. Міцність композиційних джерел тепла за цим винаходом переважно визначається неспалимою пористою керамічною матрицею. Розірвання залежності міцності композиційних джерел тепла за цим винаходом від спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю, є корисним, оскільки спалиме паливо зазнає значних змін під час згоряння, що ускладнює контролювання його механічних характеристик. Частинки спалимого палива в композиційних джерелах тепла за цим винаходом по суті не контактують між собою і розміщені в окремих порожнинах у неспалимій пористій керамічній матриці. Під час згоряння частинки спалимого палива зазнають змін у цих окремих порожнинах, але структура неспалимої пористої керамічної матриці залишається по суті незмінною, що забезпечує певну перевагу. Завдяки повному розміщенню дисперсного палива у неспалимій пористій керамічній матриці за цим винаходом забезпечена перевага, яка полягає в униканні багатьох істотних недоліків у характеристиках згоряння, пов'язаних з відомими джерелами тепла, які включають в себе неспалиму пористу керамічну матрицю і дисперсне спалиме паливо, в яких частинки спалимого палива контактують між собою. Під час згоряння в таких відомих джерелах тепла в результаті згоряння сполучених частинок спалимого палива можуть бути утворені нові канали пор з великими діаметрами. В результаті гарячі частинки спалимого палива можуть виходити з таких відомих джерел тепла через новостворені канали, що є певним недоліком. Крім того, під час згоряння механічна цілісність таких відомих джерел тепла може зменшуватись до критичного рівня унаслідок утворення слабких зон в результаті спалювання сполучених частинок спалимого палива, що є певним недоліком. За варіантом, якому віддають перевагу, неспалима пориста керамічна матриця має міцність на стискання, яка становить більше ніж або дорівнює приблизно 10 МПа при визначенні із застосуванням стандартного пристрою для механічних випробувань натисканням на передню і задню поверхні зразка з постійною швидкістю деформування і вимірюванням сили, при докладанні якої зразок руйнується. Це дозволяє композиційним джерелам тепла за цим винаходом витримувати невеликі механічні навантаження і запобігає руйнуванню композиційних джерел тепла перед і під час використання. Кінетика горіння згаданих композиційних джерел тепла регулюється порами в неспалимій пористій керамічній матриці композиційних джерел тепла за цим винаходом. За варіантом, якому віддають перевагу, неспалима пориста керамічна матриця має по суті нескінченні канали пор. Застосування неспалимої пористої керамічної матриці, яка має по суті нескінченні канали пор, в композиційних джерелах тепла за цим винаходом забезпечує перевагу, яка полягає в наданні можливості кисню проходити через по суті нескінченні канали пор до спалимого палива, яке проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю. Крім того, це застосування забезпечує можливість монооксиду вуглецю або діоксиду вуглецю, які утворюються при згорянні спалимого палива, виділятися зі композиційних джерел тепла за цим винаходом через по суті нескінченні канали пор, що є певною перевагою. За варіантами здійснення цього винаходу, яким віддають перевагу, згадана неспалима пориста керамічна матриця має пори, які є достатньо малими для утримання будь-якого дисперсного матеріалу, який утворюється при згорянні палива, яке проникло в цю неспалиму пористу керамічну матрицю. За варіантом, якому віддають перевагу, неспалима пориста керамічна матриця має пори діаметром від приблизно 0,01 мікрона (мкм) до приблизно 10 мікронів (мкм) за результатами визначення методом ртутної порозіметрії. Провідність композиційних джерел тепла за цим винаходом регулюється переважно неспалимою пористою керамічною матрицею. Використання керамічного матеріалу з низькою теплопровідністю забезпечує перевагу, яка полягає у забезпеченні можливості виготовлення 2 UA 112457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 композиційних джерел тепла за цим винаходом, які мають помірну теплопровідність, навіть якщо теплопровідність спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю, є значно вищою. За варіантом, якому віддають перевагу, неспалима пориста керамічна матриця має -6 коефіцієнт температуропровідності, який становить більше ніж або дорівнює приблизно 1 × 10 2 квадратних метрів на секунду (м /с) за результатами визначення методом лазерного спалаху. За варіантом, якому віддають більшу перевагу, неспалима пориста керамічна матриця має -6 2 -6 2 коефіцієнт температуропровідності від приблизно 0,4 × 10 м /с до приблизно 1 × 10 м /с результатами визначення методом лазерного спалаху. Застосування неспалимої пористої керамічної матриці, яка має коефіцієнт температуропровідності, який становить більше ніж або -6 2 дорівнює приблизно 1 × 10 м /с, в композиційних джерелах тепла за цим винаходом забезпечує перевагу, яка полягає у підпалюванні спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю, із застосуванням сірника, запальнички або іншого прийнятного засобу запалювання протягом приблизно 10 с. У варіантах здійснення цього винаходу, яким віддають перевагу, неспалима пориста керамічна матриця не зазнає суттєвих змін об'єму при згорянні спалимого палива, яке проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю. За варіантом, якому віддають перевагу, коефіцієнт теплового розширення неспалимої пористої керамічної матриці є більшим, ніж коефіцієнт теплового розширення спалимого палива, яке проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю. За варіантом, якому віддають перевагу, неспалима пориста керамічна матриця зазнає зміни в об'ємі, яка є меншою або дорівнює приблизно 5 відсоткам за результатами визначення методом дилатометрії при згорянні спалимого палива, яке проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю. За варіантом, якому віддають більшу перевагу, неспалима пориста керамічна матриця зазнає зміни в об'ємі, яка є меншою або дорівнює приблизно 1 відсотку за результатами визначення методом безконтактної дилатометрії при згорянні спалимого палива, яке проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю. Матеріали, придатні для використання у неспалимій пористій керамічній матриці композиційних джерел тепла за цим винаходом, відомі в цій галузі і наявні на ринку від різних постачальників. За варіантом, якому віддають перевагу, неспалима пориста керамічна матриця містить один або більше оксид(-ів). За варіантом, якому віддають перевагу, неспалима пориста керамічна матриця містить щонайменше один оксид металу перехідного ряду, за варіантом, якому віддають більшу перевагу, щонайменше один оксид металу перехідного ряду з високою каталітичною активністю для перетворення монооксиду вуглецю на діоксид вуглецю. Прийнятні оксиди металів перехідного ряду відомі в цій галузі і включають, але без обмеження ними, оксид заліза, оксид марганцю і їх суміші. Як альтернатива або на додаток до цього, неспалима пориста керамічна матриця може містити один або більше оксид(-ів) з низькою теплопровідністю. Прийнятні оксиди з низькою теплопровідністю включають, але без обмеження ними, діоксид цирконію, кварц, аморфний діоксид кремнію і їх суміші. Неспалимі пористі керамічні матриці, які мають низький коефіцієнт температуропровідності, для застосування в композиційних джерелах тепла за цим винаходом можуть бути виготовлені з одного або більше дисперсного(-их) матеріалу(-ів), такого(-их) як, наприклад, діоксид цирконію (ZrO2) і оксид заліза (Fе2О3). Міцності неспалимій пористій керамічній матриці може надавати зв'язувальна речовина, зміцнювальна обробка або їх комбінація. Методи зміцнювальної обробки відомі в цій галузі. Зміцнювальна обробка може включати тепловий процес, при якому між частинками неспалимої керамічної матриці утворюються контакти, наприклад, в результаті поверхневої дифузії. Термічна обробка може включати поступове або ступеневе нагрівання до бажаної максимальної температури, наприклад, до приблизно 750 °C, з подальшим охолодженням. Нагрівання, охолодження або як нагрівання, так і охолодження здійснюють в атмосфері інертного газу, наприклад, в атмосфері аргону або азоту, що забезпечує певні переваги. Альтернативно згаданою зміцнювальною обробкою може бути процес, аналогічний описаному в DE-A-10 2004 055 900. Зміцнювальна обробка за варіантом, якому віддають перевагу, зберігає пори в неспалимій пористій керамічній матриці у кількості, достатній для протікання газу до і від спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю. Зміцнювальна обробка має також зберегти достатню теплостійкість сусідніх частин неспалимої пористої керамічної матриці, щоб забезпечити можливість підпалювання спалимого 3 UA 112457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю, із застосуванням сірника, запальнички або іншого прийнятного засобу запалювання протягом приблизно 10 с. За варіантом, якому віддають перевагу, композиційні джерела тепла за цим винаходом включають в себе щонайменше один каталізатор для розкладання газу, утвореного при спалюванні спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю. Неспалима пориста керамічна матриця може містити каталізатор для розкладання газу, утвореного при спалюванні спалимого палива. Наприклад, як описано вище, неспалима пориста керамічна матриця може містити один або більше оксид(-ів) металів перехідного ряду з високою каталітичною активністю, таких як, наприклад, оксид заліза або оксид марганцю, для перетворення монооксиду вуглецю на діоксид вуглецю. В таких варіантах здійснення цього винаходу при використанні, якщо молекули газу, утворені при згорянні спалимого палива, виділяються з композиційного джерела тепла через пори у неспалимій пористій керамічній матриці, вони мають багато контактів зі стінками каналів пор. Застосування в композиційних джерелах тепла за цим винаходом неспалимої пористої керамічної матриці, яка має каталітичну активність, може, таким чином, забезпечити перевагу, яка полягає в сприянні ефективному видаленню будь-яких потенційно небажаних газів, утворених при згорянні спалимого палива. Як альтернатива або на додаток до цього, композиційні джерела тепла за цим винаходом можуть містити щонайменше один каталізатор, який проник у неспалиму пористу керамічну матрицю, для розкладання газу, утвореного при згорянні спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю. Як альтернатива або на додаток до цього, принаймні частина поверхні неспалимої пористої керамічної матриці може бути покрита шаром каталізатора для розкладання газу, утвореного при згорянні спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю. Теплопровідність, структура і розміри композиційних джерел тепла за цим винаходом і тепловий контакт між композиційними джерелами тепла за цим винаходом і будь-якими засобами, або елементами, із застосуванням яких згадані композиційні джерела тепла закріплені, встановлені або іншим чином включені до складу курильного виробу, мають бути підібрані так, щоб при застосуванні температура поверхні композиційних джерел тепла залишалась в діапазоні температур для оптимальної роботи будь-яких каталізаторів, включених до їх складу. При використанні композиційні джерела тепла за цим винаходом за варіантом, якому віддають перевагу, досягають робочої температури протягом приблизно 30 с або менше після запалювання спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю. Для скорочення часу, необхідного для досягнення робочої температури, композиційні джерела тепла за цим винаходом можуть додатково включати в себе один або більше окисник(ів), які проникли в неспалиму пористу керамічну матрицю, який(-і) забезпечує(-ють) додаткову кількість кисню під час запалювання спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю. Прийнятні окисники включають, але без обмеження ними, нітрати, хлорати, перхлорати, перманганати та їх суміші. Один або більше окисник(-ів) може(-уть) бути розподілений(-і) по суті рівномірно по всьому об'єму неспалимої пористої керамічної матриці. Альтернативно суміш одного або більше окисник(-ів) і спалимого палива може бути локалізована в каналі або іншій частині композиційного джерела тепла, яка виступає як "підпальник" при запалюванні композиційного джерела тепла. Наприклад, якщо неспалима пориста керамічна матриця має щонайменше один прохід для повітряного потоку, суміш одного або більше окисник(-ів) і спалимого палива може бути локалізована в щонайменше одному проході для повітряного потоку. Композиційні джерела тепла за цим винаходом для використання в курильних виробах за варіантом, якому віддають перевагу, здатні генерувати тепло протягом 10 хв при згорянні спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю. Неспалима пориста керамічна матриця може мати один або більше прохід(-ів) для повітряного потоку для газообміну та/або теплообміну. За варіантом, якому віддають перевагу, композиційні джерела тепла за цим винаходом мають максимальну температуру горіння від приблизно 400 °C до приблизно 800 °C. При використанні кінетика горіння композиційних джерел тепла за цим винаходом регулюється потоком кисню до спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю. У варіантах здійснення цього винаходу, яким віддають перевагу, засобом для регулювання часу, необхідного для досягнення робочої температури, є швидкість дифузії молекул кисню через канали пор неспалимої пористої керамічної матриці. 4 UA 112457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Швидкість дифузії молекул кисню через канали пор неспалимої пористої керамічної матриці дещо збільшується із підвищенням температури. Отже, для одержання стабільної температури горіння від приблизно 400 °C до приблизно 800 °C композиційні джерела тепла за цим винаходом при високих температурах можуть включати в себе додатковий механізм обмеження швидкості горіння спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю. У певних варіантах здійснення цього винаходу додатковим механізмом обмеження швидкості може бути зустрічний потік молекул газу, який утворюється при високих температурах. Наприклад, у варіантах здійснення цього винаходу, в яких спалиме паливо, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю, містить вуглець, утворення монооксиду вуглецю в результаті спалювання вуглецю зростає при високій температурі. Кожна молекула кисню, яка проходить через канали пор до спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю, спричинює утворення двох молекул монооксиду вуглецю, які у подальшому мають вийти з композиційного джерела тепла через канали пор. Дифузію додаткових молекул кисню у неспалиму пористу керамічну матрицю сповільнює зустрічний потік молекул монооксиду вуглецю з неспалимої пористої керамічної матриці. Як альтернатива або на додаток до цього, зустрічний потік молекул газу може бути утворений при високих температурах в результаті вивільнення газу з іншого компонента, включеного до складу негорючої пористої керамічної матриці. Наприклад, до складу неспалимої пористої керамічної матриці може бути включений карбонат або гідрат, який термічно розкладається при відповідній високій температурі. В інших варіантах здійснення цього винаходу іншим механізмом обмеження швидкості за альтернативним варіантом може бути термічно активована зміна пористості неспалимої пористої керамічної матриці композиційного джерела тепла. Наприклад, спікання неспалимої пористої аморфної керамічної матриці може зменшити розмір пор неспалимої пористої аморфної керамічної матриці при горінні. В ще інших варіантах здійснення цього винаходу перерозподіл розплаву, який утворюється при згорянні спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю композиційного джерела тепла, може бути застосований для регулювання кінетики його горіння. Наприклад, композиційне джерело тепла може включати в себе спалиме паливо, яке має низьку температуру плавлення (таке як, наприклад, алюміній або магній), яке при використанні вбирається каналами пор неспалимої пористої керамічної матриці під дією капілярних сил, і, отже, згадане спалиме паливо змінює реактивність неспалимої пористої керамічної матриці й переріз каналів пор. За варіантом, якому віддають перевагу, спалиме паливо, яке проникло в пористу керамічну 9 матрицю, має ентальпію окиснення, яка становить більше ніж або дорівнює 40 × 10 джоулів на 3 кубічний метр (Дж/м ) за результатами визначення із застосуванням динамічної сканувальної калориметрії (DSC). Спалимі палива, придатні для використання в композиційних джерелах тепла за цим винаходом, включають, але без обмеження ними, вуглець (такий як, наприклад, деревне або активне вугілля (у тому числі вугільний порошок з твердих порід дерева) або вуглецева сажа), метали з низькою атомною масою (такі як, наприклад, алюміній або магній), карбіди (такі як, наприклад, карбід алюмінію (Аl4С3) і карбід кальцію (СаС2)), нітриди і їх суміші. Спалимі палива, придатні для використання в композиційних джерелах тепла за цим винаходом, наявні на ринку. За варіантом, якому віддають перевагу, об'ємна частка спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю, становить більше ніж або дорівнює приблизно 20 % композиційного джерела тепла. За варіантом, якому віддають перевагу, об'ємна частка спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю, є меншою або дорівнює приблизно 50 % композиційного джерела тепла. Перевага віддається спалимим паливам для використання в композиційних джерелах тепла за цим винаходом, які по суті складаються з однієї або більше вуглецевої(-их) сполуки(-ук). Розміром частинок і поверхневою активністю спалимого палива регулюють займистість композиційних джерел тепла за цим винаходом. Як правило, дисперсні спалимі палива, які мають частинки малого розміру, легше запалюються. Однак включити велику об'ємну частку дисперсних спалимих палив, які мають частинки малого розміру, до складу неспалимої пористої керамічної матриці, є більш складною проблемою. Для вирішення цієї проблеми композиційні джерела тепла за цим винаходом можуть включати в себе суміші дисперсних спалимих палив з частинками різного розміру. Якщо композиційні джерела тепла за цим винаходом включають в себе два або декілька дисперсних спалимих палив, які мають частинки різного середнього розміру (D50), неспалиму 5 UA 112457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пористу керамічну матрицю виготовляють з одного або більше матеріалу(-ів) із середнім розміром частинок (D50) у щонайменше п'ять разів меншим, ніж середній розмір частинок (D50) дисперсного спалимого палива, присутнього у найбільшій кількості за масою. За варіантом, якому віддають перевагу, композиційні джерела тепла за цим винаходом включають в себе одне або більше дисперсне(-их) спалиме(-их) паливо(-ив), яке(-і) має(-ють) розмір частинок від приблизно 1 мікрона (мкм) до приблизно 200 мікрон (мкм). Спалиме паливо може містити одну або більше домішку(-ок) для зниження температури запалювання спалимого палива. Як альтернатива або на додаток до цього спалиме паливо може містити одну або більше домішку(-ок) для зменшення виділення потенційно небажаних газів зі спалимого палива при його згорянні. При використанні спалиме паливо, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю композиційних джерел тепла за цим винаходом, забезпечує необхідну теплоту згоряння. На додаток до спалимого палива, частина неспалимої пористої керамічної матриці також може сприяти тепловиділенню. Наприклад, неспалима пориста керамічна матриця композиційних джерел тепла за цим винаходом може містити один або більше оксид(-ів) у відновленому стані (такі як, наприклад, Fе3О4), які забезпечують займання композиційних джерел тепла через екзотермічну реакцію окиснення. Композиційні джерела тепла за цим винаходом можуть мати будь-яку бажану форму. Форма композиційних джерел тепла за цим винаходом розроблена так, щоб забезпечувати бажану доступну площину поверхні з урахуванням, наприклад, технологічних міркувань та експлуатаційних вимог, із забезпеченням тим самим певних переваг. За варіантом, якому віддають перевагу, композиційні джерела тепла за цим винаходом є загалом циліндричними. За варіантом, якому віддають перевагу, композиційні джерела тепла за цим винаходом мають загалом круглий поперечний переріз. Композиційні джерела тепла за цим винаходом можуть бути виготовлені із застосуванням прийнятних відомих способів формування керамічних виробів, таких як, наприклад, шлікерне лиття, екструзія, лиття під тиском і матричне пресування. Співекструзія та інші прийнятні відомі способи можуть також бути застосовані, якщо в композиційних джерелах тепла бажаними є, наприклад, градієнти концентрації. Композиційні джерела тепла за цим винаходом можуть бути виготовлені з більш великих брикетів штампуванням або різанням. Дисперсне спалиме паливо може проникнути в неспалиму пористу керамічну матрицю за допомогою змішування одного або більше дисперсного(-их) спалимого(-их) палива(-ив) з відповідною кількістю одного або більше дисперсного(-их) сировинного(-их) матеріалу(-ів) для формування неспалимої пористої керамічної матриці, яка має відповідний відносний розмір частинок. Для уникнення або зменшення утворення агломератів частинки одного або більше дисперсного(-их) спалимого(-их) палива(-ив) за варіантом, якому віддають перевагу, не притягуються одна до одної. Як альтернатива або на додаток до цього, для уникнення або зменшення утворення агломератів, частинки одного або більше дисперсного(-их) сировинного(-их) матеріалу(-ів) для формування неспалимої пористої керамічної матриці за варіантом, якому віддають перевагу, не притягуються одна до одної. За варіантом, якому віддають перевагу, частинки одного або більше дисперсного(-их) спалимого(-их) палива(-ив) притягуються до частинок одного або більше дисперсного(-их) сировинного(-их) матеріалу(-ів) для формування неспалимої пористої керамічної матриці. В процесі формування можуть бути застосовані органічні зв'язувальні речовини. Також можуть бути включені інші домішки, наприклад, домішки для полегшення обробки (технологічні домішки), такі як, наприклад, мастильні матеріали, домішки для сприяння затвердінню (спікальні домішки), спалюванню або видаленню потенційно небажаних газоподібних продуктів згоряння. Такі домішки і їх корисність відомі в цій галузі техніки. Якщо затвердіння композиційних джерел тепла за цим винаходом здійснюється шляхом термічної обробки, атмосфера печі має бути пристосована до вимог композиційного джерела тепла. Як правило, для запобігання передчасного згоряння спалимого палива, яке проникло в пористу керамічну матрицю, має бути застосована інертна або відновна атмосфера. Під час термічної обробки для підвищення активності певних компонентів композиційних джерел тепла за цим винаходом або для поліпшення інших їх властивостей можуть бути застосовані фазові перетворення. 6 UA 112457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Наприклад, композиційні джерела тепла за цим винаходом можуть включати в себе Fe 2O3, який відновлюється з одержанням Fe 2O4, який має дуже низьку температуру згоряння, або FeO, який має низьку теплопровідність. Такі фазові перетворення можуть бути врегульовані контролюванням атмосфери печі (парціальний тиск кисню) і залежності час-температура в печі. Домішки, які не є стійкими до будь-якої з попередніх стадій процесу, можуть бути введені в композиційні джерела тепла за цим винаходом із застосуванням додаткової стадії просочування. Наприклад, окисники, які розкладаються під час термічної обробки, можуть бути додані до композиційних джерел тепла за цим винаходом просочуванням згаданих окисників з розчинів солей і подальшим висушуванням цих композиційних джерел тепла. Якщо композиційні джерела тепла за цим винаходом включають в себе вуглець як спалиме паливо, концентрація вуглецю поблизу поверхні композиційних джерел тепла може бути зменшена остаточною обробкою, що забезпечує перевагу, яка полягає в зниженні виділення моноксиду вуглецю під час горіння. Наприклад, зовнішня поверхня композиційних джерел тепла може бути швидко нагріта полум'ям або піддана обробці іншим прийнятним способом для локального спалювання вуглецю без запалювання композиційних джерел тепла. За цим винаходом запропонований також курильний виріб, який включає в себе композиційне джерело тепла за цим винаходом і аерозолетвірний субстрат. В цьому описі термін "аерозолетвірний субстрат" означає субстрат, здатний до вивільнювання летких сполук при нагріванні для утворення аерозолю. Композиційне джерело тепла і аерозолетвірний субстрат курильних виробів за цим винаходом можуть бути розташовані впритул одне до одного. Альтернативно композиційне джерело тепла і аерозолетвірний субстрат курильних виробів за цим винаходом можуть бути відокремлені із застосуванням прийнятних засобів (таких як, наприклад, теплоізоляція або повітряний зазор) для запобігання запалюванню аерозолетвірного субстрату під час згоряння спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю композиційного джерела тепла. В певних варіантах здійснення цього винаходу композиційне джерело тепла розташоване співвісно з аерозолетвірним субстратом, який розташований нижче за ходом повітря від композиційного джерела тепла. Наприклад, композиційні джерела тепла за цим винаходом можуть бути застосовані в курильних виробах, які зазнають нагрівання, розкритих в WO-A2009/022232, які включають в себе спалиме джерело тепла, аерозолетвірний субстрат, розташований нижче за ходом повітря від спалимого джерела тепла, і теплопровідний елемент, розташований навколо і в контакті із задньою частиною спалимого джерела тепла і суміжною передньою частиною аерозолетвірного субстрату. Однак слід зазначити, що композиційні джерела тепла за цим винаходом також можуть бути застосовані в курильних виробах інших конструкцій. В цьому описі терміни "вище за ходом повітря" і "нижче за ходом повітря" вжиті для позначення відносних положень компонентів або частин компонентів курильних виробів за цим винаходом відносно напрямку повітря, яке просмоктується через курильні вироби під час їх використання. В альтернативних варіантах здійснення цього винаходу композиційне джерело тепла оточене вздовж обводу аерозолетвірним субстратом. В альтернативних варіантах здійснення цього винаходу аерозолетвірний субстрат оточений вздовж обводу композиційним джерелом тепла. Наприклад, курильні вироби за цим винаходом можуть включати в себе порожнисте загалом циліндричне композиційне джерело тепла, яким оточений вздовж обводу аерозолетвірний субстрат. Курильні вироби за цим винаходом можуть також включати в себе конденсаційну камеру, розташовану нижче за ходом повітря від композиційного джерела тепла і аерозолетвірного субстрату. Курильні вироби за цим винаходом можуть також включати в себе мундштук, розташований нижче за ходом повітря від композиційного джерела тепла, аерозолетвірного субстрату і конденсаційної камери, якщо вона присутня. Аерозолетвірний субстрат курильних виробів за цим винаходом може містити будь-який матеріал, здатний до вивільнення летких сполук при контакті з гарячими газами, які проходять через композиційне джерело тепла. За варіантом, якому віддають перевагу, аерозолетвірний субстрат містить тютюн. Нижче цей винахід буде описаний, тільки у вигляді прикладу, з посиланнями на супровідні фігури, з-посеред яких: на Фіг. 1 зображений схематичний вид у поздовжньому розрізі курильного виробу за першим варіантом здійснення цього винаходу; 7 UA 112457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на Фіг. 2 зображений схематичний вид у поздовжньому розрізі курильного виробу за другим варіантом здійснення цього винаходу; і на Фіг. 3 зображений схематичний вид у поздовжньому розрізі композиційного джерела тепла за першим варіантом здійснення цього винаходу; на Фіг. 4 зображений схематичний вид у поздовжньому розрізі композиційного джерела тепла за другим варіантом здійснення цього винаходу; на Фіг. 5а зображене композиційне джерело тепла за цим винаходом, виготовлене за Прикладом 1; на Фіг. 5b зображене композиційне джерело тепла за цим винаходом, виготовлене за Прикладом 2. Курильні вироби за першим і другим варіантами здійснення цього винаходу, які зображені на Фіг. 1 та Фіг. 2, відповідно, мають декілька спільних компонентів; ці компоненти позначені однаковими позиціями. Кожен курильний виріб зазвичай включає в себе видовжений циліндричний пруток 2, прикріплений одним кінцем до співвісного циліндричного фільтра 4. Видовжений циліндричний пруток 2 включає в себе циліндричне композиційне джерело 6 тепла 6 і аерозолетвірний субстрат 8, повністю обгорнуті зовнішньою обгорткою із сигаретного паперу (не показана). Композиційне джерело 6 тепла виготовлено, як описано в наведених нижче розділах Композиційні джерела тепла: Приклад 1 або Композиційні джерела тепла: Приклад 2. В курильному виробі за першим варіантом здійснення цього винаходу, показаному на Фіг. 1, композиційне джерело 6 тепла і аерозолетвірний субстрат 8 розташовані співвісно одне з одним. Як показано на Фіг. 1, композиційне джерело 6 тепла розташоване на кінці прутка 2 на певній відстані від фільтра 4, і аерозолетвірний субстрат 8 розташований нижче за ходом повітря від композиційного джерела 6 тепла на кінці прутка 2 і суміжно з фільтром 4. В курильному виробі за другим варіантом здійснення цього винаходу, показаному на Фіг. 2, композиційне джерело б тепла розташоване всередині і оточене вздовж обводу аерозолетвірним субстратом 8. В третьому варіанті здійснення цього винаходу, який не показаний на фігурах, композиційне джерело 6 тепла являє собою порожню циліндричну трубку, і аерозолетвірний субстрат 8 розташований всередині і оточений вздовж обводу композиційним джерелом тепла 6. В усіх трьох варіантах здійснення цього винаходу між композиційним джерелом 6 тепла і аерозолетвірним субстратом 8 передбачена теплоізоляція або повітряний зазор 10 для запобігання запалюванню аерозолетвірного субстрату 8 при згорянні спалимого палива, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю композиційного джерела 6 тепла. При використанні споживач запалює спалиме паливо, яке проникло в неспалиму пористу керамічну матрицю композиційного джерела 6 тепла, а потім просмоктує повітря у нижньому за ходом повітря напрямку через пруток 2 курильного виробу до фільтра 4. При проходженні через пруток 2 просмоктане повітря нагрівається композиційним джерелом 6 тепла, і нагріте повітря проходить через аерозолетвірний субстрат 8 з вивільненням ароматної пари з, наприклад, подрібненого різаного тютюнового наповнювача, в аерозолетвірному субстраті 8. При проходженні ароматної пари, вивільненої з аерозолетвірного субстрату 8, у нижньому за ходом повітря напрямку через пруток 2, вона конденсується, утворюючи аерозоль, який проходить через фільтр 4 до ротової порожнини споживача. Композиційні джерела тепла за першим і другим варіантами здійснення цього винаходу для застосування в курильних виробах, показаних на Фіг. 1 і Фіг. 2, показані на Фіг. 3 і Фіг. 4, відповідно. Композиційні джерела тепла, показані на Фіг. 3 і Фіг. 4, мають декілька однакових компонентів; ці компоненти позначені однаковими позиціями. Кожне композиційне джерело тепла являє собою циліндр загалом круглого поперечного перерізу і зазвичай включає в себе неспалиму пористу керамічну матрицю 16 і множину частинок спалимого палива 18, яке проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю 16. Композиційне джерело тепла за першим варіантом здійснення цього винаходу, показане на Фіг. 3, також має зовнішній ізолювальний шар 20, який оточує вздовж обводу неспалиму пористу керамічну матрицю 16 і може бути виготовлений з того самого або іншого матеріалу, що і неспалима пориста керамічна матриця 16. Композиційне джерело тепла за другим варіантом здійснення цього винаходу, показане на Фіг. 4, має центральний циліндричний прохід 22 для повітряного потоку, який проходить в осьовому поздовжньому напрямку крізь неспалиму пористу керамічну матрицю 16. Як показано на Фіг. 4, між внутрішньою поверхнею неспалимої пористої керамічної матриці 16 і проходом 22 8 UA 112457 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 для повітряного потоку розташований шар каталітичного матеріалу 24 (такого як, наприклад, оксид заліза або оксид марганцю). Слід зазначити, що за альтернативними варіантами здійснення цього винаходу, які не показані на фігурах, зовнішній ізолювальний шар 20 і шар 24 каталітичного матеріалу, які показані на Фіг. 3 і Фіг. 4, відповідно, можуть бути відсутні. Слід також зазначити, що в інших варіантах здійснення цього винаходу, які не показані на фігурах, композиційні джерела тепла за цим винаходом можуть мати як зовнішній ізолювальний шар, так і шар каталітичного матеріалу. Композиційні джерела тепла: Приклад 1 Композиційні джерела тепла за цим винаходом виготовляють змішуванням 236 г оксиду заліза (Fe2O3), який має середній розмір частинок (D50) 0,140 мкм, наявного на ринку від Alfa Aesar (штат Массачусетс, США), 52 г порошкового активованого вугілля NORIT A Special E153, який має середній розмір частинок (D50) 4 мкм, наявного на ринку від Norit Nederland BV (Amersfoort, Нідерланди), 104 г вугільного порошку з твердих порід дерева, який має середній розмір частинок (D50) 45 мкм, наявного на ринку від Holzkohlewerk Luneburg (Hamburg, Німеччина), і 190 г діоксиду цирконію (ZrO2), який має середній розмір частинок (D50) 0,6 мкм, наявного на ринку від Wilhelm Priem GmbH & Co. KG (Bielefeld, Німеччина), в планетарному змішувачі. Змішування проводять з додаванням 125 г борошна, 64 г цукру, 14 г кукурудзяної олії і 24 г цитрату калію. До суміші повільно додають воду для одержання придатної для екструдування маси. Після цього пасту екструдують через фільєру із застосуванням лабораторного шнекового екструдера для утворення циліндричних прутків круглого поперечного перерізу, які мають довжину приблизно 30 см і діаметр приблизно 7,8 мм. Три поздовжні проходи для повітряного потоку, які мають діаметр приблизно 1,66 мм, формуються в циліндричних прутках із застосуванням оправок круглого поперечного перерізу, встановлених в отвір фільєри. Після завершення екструдування циліндричні прутки висушують на пластинах з канавками. Після завершення сушіння циліндричні прутки розрізають на відрізки довжиною приблизно 10 см. Згадані відрізки нагрівають в печі в атмосфері аргону в діапазоні температур від кімнатної до 100 °C протягом 1,3 год, і потім при температурі від 100 °C до 700 °C протягом 2 год. Після періоду витримування тривалістю 0,3 год при температурі 700 °C піч охолоджують до кімнатної температури. Окремі виготовлені композиційні джерела тепла можуть бути запалені із застосуванням запальнички з жовтим полум'ям, і, як визначено, горять протягом 12 хв при максимальній температурі горіння 780 °C. Після спалювання композиційні джерела тепла залишаються механічно міцними і їх, наприклад, не можна зламати пальцями. Ступінь пилоутворення незначний. Після спалювання з композиційними джерелами тепла можна поводитись без серйозних застережних заходів. Композиційні джерела тепла: Приклад 2 Композиційні джерела тепла за цим винаходом виготовляють змішуванням 236 г оксиду заліза (Fe2O3), який має середній розмір частинок (D50) 0,140 мкм, наявного на ринку від Alfa Aesar (штат Массачусетс, США), 52 г порошкового активованого вугілля NORIT A Special E153, яке має середній розмір частинок (D50) 4 мкм, наявного на ринку від Norit Nederland BV (Amersfoort, Нідерланди), 104 г вугільного порошку з твердих порід дерева, який має середній розмір частинок (D50) 45 мкм, наявного на ринку від Holzkohlewerk Luneburg (Hamburg, Німеччина), і 190 г діоксиду цирконію (ZrCb), який має середній розмір частинок (D50) 0,6 мкм, наявного на ринку від Wilhelm Priem GmbH & Co. KG (Bielefeld, Німеччина), в планетарному змішувачі. Змішування проводять з додаванням 125 г борошна, 64 г цукру, 14 г кукурудзяної олії і 24 г цитрату калію. До суміші повільно додають воду для одержання придатної для екструдування маси. Після цього пасту екструдують через фільєру із застосуванням лабораторного шнекового екструдера для утворення циліндричних прутків круглого поперечного перерізу, які мають довжину приблизно 30 см і діаметр приблизно 7,8 мм. Три поздовжні проходи для повітряного потоку, які мають діаметр приблизно 1,66 мм, формуються в циліндричних прутках із застосуванням оправок круглого поперечного перерізу, встановлених в отвір фільєри. Після завершення екструдування циліндричні прутки висушують на пластинах з канавками. Після завершення сушіння циліндричні прутки розрізають на відрізки довжиною приблизно 10 см. Згадані відрізки нагрівають в печі в атмосфері азоту в діапазоні температур від кімнатної до 100 °C протягом 1,3 год, а потім при температурі від 100 °C до 680 °C протягом 1,9 год. Після періоду витримування тривалістю 0,2 год при температурі 680 °C піч охолоджують до кімнатної температури. 9 UA 112457 C2 5 Окремі виготовлені композиційні джерела тепла можуть бути запалені із застосуванням запальнички із синім полум'ям, і, як визначено, горять протягом 12 хв при максимальній температурі горіння 800 °C. Композиційні джерела тепла є механічно міцними як перед, так і після спалювання, і вони, наприклад, не можуть бути зламані пальцями. Ступінь пилоутворення мінімальна. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1. Композиційне джерело (6) тепла для курильного виробу, яке включає в себе: неспалиму пористу керамічну матрицю (16); і дисперсне спалиме паливо (18), яке проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю (16), причому згадана неспалима пориста керамічна матриця утворена з одного або більше дисперсного(их) матеріалу(ів), середній розмір частинок (D50) яких є у щонайменше п'ять разів менший, ніж середній розмір частинок (D50) згаданого дисперсного спалимого палива, й об'ємна частка згаданого спалимого палива (18), яке проникло в згадану неспалиму пористу керамічну матрицю (16), є меншою або дорівнює приблизно 50 % композиційного джерела тепла (6). 2. Композиційне джерело (6) тепла за п. 1, яке відрізняється тим, що згадана неспалима пориста керамічна матриця (16) містить один або більше оксид(ів). 3. Композиційне джерело (6) тепла за п. 2, яке відрізняється тим, що згадана неспалима пориста керамічна матриця (16) містить один або більше оксид(ів) металів перехідного ряду. 4. Композиційне джерело (6) тепла за п. 2 або п. 3, яке відрізняється тим, що згадана неспалима пориста керамічна матриця (16) містить один або більше оксид(ів), вибраних з групи, яку складають оксид заліза, оксид марганцю, діоксид цирконію, кварц і аморфний діоксид кремнію. 5. Композиційне джерело (6) тепла за п. 1, п. 2 або п. 3, яке відрізняється тим, що згадана неспалима пориста керамічна матриця (16) має пори діаметром від приблизно 0,01 мкм до приблизно 10 мкм. 6. Композиційне джерело тепла за будь-яким із пп. 1-5, яке відрізняється тим, що згадана неспалима пориста керамічна матриця (16) має коефіцієнт температуропровідності, який -6 2 становить менше ніж або дорівнює приблизно 1×10 м /с. 7. Композиційне джерело (6) тепла за будь-яким із пп. 1-6, яке відрізняється тим, що згадане спалиме паливо (18) має ентальпію окиснення, яка становить більше ніж або дорівнює 9 3 приблизно 40×10 Дж/м . 8. Композиційне джерело (6) тепла за будь-яким із попередніх пунктів, яке відрізняється тим, що згадане спалиме паливо (18) містить вуглець, алюміній, магній, один або більше карбід(ів) металів, один або більше нітрид(ів) металів або їх комбінацію. 9. Композиційне джерело (6) тепла за будь-яким із попередніх пунктів, яке додатково містить щонайменше один каталізатор для розкладання газу, утвореного при згорянні згаданого палива. 10. Композиційне джерело (6) тепла за п. 9, яке відрізняється тим, що щонайменше один каталізатор є прониклим у згадану неспалиму пористу керамічну матрицю (16). 11. Композиційне джерело (6) тепла за будь-яким із попередніх пунктів, яке додатково містить один або більше окисник(ів). 12. Композиційне джерело (6) тепла за п. 11, яке відрізняється тим, що один або більше окисник(ів) вибрані з групи, яку складають нітрати, хлорати, перхлорати і перманганати. 13. Композиційне джерело (6) тепла за будь-яким із попередніх пунктів, яке додатково має щонайменше один прохід (22) для повітряного потоку. 14. Курильний виріб, який включає в себе: композиційне джерело (6) тепла за будь-яким із попередніх пунктів; і аерозолетвірний субстрат (8). 10 UA 112457 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11