СПОСОБ ТУШЕНИЯ СИГАРЕТ И САМОТУШАЩАЯСЯ СИГАРЕТА Российский патент 2014 года по МПК A62C3/00 A24D1/02 

Изобретение относится к тушению сигарет после курения, брошенных на воспламеняющуюся поверхность, в жилых и нежилых помещениях, а также на промышленных предприятиях, общественно-бытовых зданиях, складах, цехах, лесных массивах.

Известен способ тушения пожаров, в котором для предотвращения горения необходимо: не допустить в зону горения окислителя (кислорода воздуха), а также горючего вещества, интенсивно тормозить скорость химических реакций в пламени (ингибированием), охладить зону ниже температуры воспламенения (сайт http://safety.s-system.ru/main/subject-105). Применение такого способа является неэффективным для тушения исключительно тлеющего остатка сигарет.

Наиболее близким аналогом является способ тушения пожара в замкнутом пространстве, заключающийся в уменьшении скорости реакции за счет снижения температуры и концентрации окислителя в зоне горения (RU 2366478 C2, МПК A62C 3/00, опубл. 10.09.2009 г.).

Однако применение данного способа исключительно для целей тушения непотушенного остатка сигарет является неэффективным вследствие необходимости наличия специального дорогостоящего оборудования.

Известна сигарета с низкой воспламеняющейся способностью, содержащая табачный стержень, бумажную гильзу. Бумажная гильза содержит высокотемпературные кольца, расположенные перпендикулярно оси и предотвращающие распространения огня вдоль длины сигареты по ее поверхности (RU 2412623 C2, МПК A24D 1/02).

Недостатком такой сигареты является недостаточная надежность тушения при ее попадании на воспламеняющуюся поверхность.

Известна сигарета с низкой воспламеняющей способностью, принятая за прототип, содержащая бумажную гильзу, имеющую ось, фрагмент с высокой плотностью набивки, который расположен коаксиально вокруг фрагмента с высокой плотностью набивки.

То есть, сигарета состоит из центрального цилиндрического фрагмента с высокой плотностью и охватывающего его периферийного цилиндрического фрагмента с низкой плотностью набивки табака, а также бумажной гильзы и фильтра (RU 2266694 C2, МПК A24D 1/02, опубл. 27.12.2005 г).

Недостатком такой сигареты является недостаточная эффективность и надежность тушения при ее попадании на воспламеняющуюся поверхность.

Задачей способа тушения сигарет и самотушащейся сигареты является повышение эффективности, надежности тушения непотушенных остатков сигарет при их попадании на воспламеняющуюся поверхность.

Технический результат способа тушения сигарет реализуется путем уменьшения скорости реакции за счет снижения температуры и концентрации окислителя в зоне горения, в отличие прототипа, концентрация окислителя в зоне горения снижается до минимальной величины, необходимой для окисления наиболее горючего газообразного продукта термического разложения табака, за счет уменьшения площади набивки табака с высокой плотностью и одновременным увеличением площади набивки табака с низкой плотностью при перемещения зоны пиролиза, пористого и раскаленного углистого остатка в процессе тления сигареты от торца к фильтру.

Технический результат самотушащейся сигареты реализуется благодаря тому, что она содержит табачный стержень, состоящий из фрагментов с низкой и высокой плотностью набивки табака, обернутую вокруг него бумажную гильзу, фильтр, но в отличие от прототипа, фрагменты с высокой плотностью набивки размещены по длине табачного стержня от открытого конца до фильтра в виде усеченного конуса, обращенного конусностью в сторону фильтра, а фрагменты с низкой плотностью набивки размещены по периферии усеченного конуса между ним и бумажной гильзой.

Известно, что для тушения тлеющего пожара необходимо уменьшение потока воспламеняющихся газов ниже некоторого критического уровня, которое определяется из соотношения (Д. Драйздел / Введение в динамику пожаров // пер. Ю.А. Кошмаров. - М.: Стройиздат - 1990. - с.231)

$$C=C\min ,\left(1\right)$$

где С min - минимальная концентрация окислителя в зоне горения (кислорода воздуха, находящегося между жилками табака, помещенного в бумажную гильзу), необходимая для окисления наиболее горючего газообразного продукта термического разложения табака (окиси углерода).

Известно, что для тушения открытого огня концентрация кислорода воздуха должна быть ниже 14-15%, а для тушения тления концентрация кислорода воздуха должна быть ниже 5-6%.

При тлении набивки табака в сигарете протекают гетерогенные реакции взаимодействия углерода с кислородом воздуха. Процесс тления происходит там, где затруднен теплообмен. При снижении концентрации кислорода воздуха уменьшается максимальная температура тления.

Таким образом, скорость тепловыделения определяется концентрацией кислорода воздуха в зоне реакции.

Основой процесса тления является реакция кислорода воздуха (O₂) с углеродом (C), состоящая из трех реакций.

1. Реакция окисления углерода (C) кислородом воздуха (O₂)

C+O₂=CO₂+97650 кКал кг моль.

2. Реакция взаимодействия углекислоты с углеродом

2C+C₂=2CO+588860 кКал кг моль.

3. Реакция окисления окиси углерода

2CO+O₂=2CO₂+1364 кКал кг моль,

где CO₂ - двуокись углерода (углекислый газ),

CO - окись углерода.

Процесс тления сигареты представляет собой три зоны: зону пиролиза, зону пористого углистого остатка, зону раскаленного твердого углистого остатка. (Д. Драйздел / Введение в динамику пожаров // пер. Ю.А. Кошмаров. - М.: Стройиздат, - 1990. - c.275). В соответствии с вышеприведенным тушение тлеющего табачного изделия происходит за счет снижения количества окислителя (кислорода воздуха) в процессе тления при протекании трех вышеперечисленных реакций: реакция окисления углерода (C) кислородом воздуха (O_»), реакции взаимодействия углекислоты с углеродом, реакция окисления окиси углерода.

На фиг.1 изображена тлеющая сигарета, где: 1 - зона пиролиза, 2 - зона пористого остатка, 3 - зона раскаленного твердого углистого остатка, 4 - фильтр, 5 - зона набивки табака, 6 - углистый остаток с пеплом.

Способ тушения сигареты, заключается в следующем.

Для тушения тлеющей сигареты, имеющей длину 85 мм, диаметр 8 мм, длину окружности 24,8 мм, при попадании ее на воспламеняющуюся поверхность концентрация кислорода воздуха, находящегося между жилками табака, помещенного в бумажную гильзу, снижается до C min=5-6%, то есть уровня необходимого для окисления окиси углерода. Это достигается путем снижения плотности набивки табака в зоне тушения до 0,05-0,15 г/см³.

Таким образом, в процессе тления непотушенного остатка сигареты, брошенной на воспламеняющуюся поверхность, наступает такой момент, при котором, за счет уменьшения площади набивки табака с высокой плотностью и одновременным увеличением площади набивки табака с низкой плотностью при перемещения зоны пиролиза, пористого и раскаленного углистого остатка в процессе горения сигареты от торца к фильтру, количество тепла, выделившегося при тлении предыдущего участка, будет не достаточно для воспроизведения тления последующего участка табачной набивки сигареты по ее длине. Тление сигареты прекращается и происходит ее самотушение.

На фиг.2 изображена продольный разрез сигареты, где: 7 - цилиндрический табачный стержень, состоящий из фрагментов с низкой 8 и высокой 9 плотностью начинки табака, 10 - бумажная гильза, 4 - фильтр, 11 - усеченный конус.

Тушения сигареты осуществляется следующим образом.

При попадании тлеющего непотушенного остатка сигареты, состоящей из цилиндрического табачного стержня 7, бумажной гильзы 10, фильтра 4, на воспламеняющуюся поверхность тление распространяется вдоль длины сигареты от открытого конца до фильтра по фрагментам с высокой плотностью начинки 9, заключенного в усеченный конус 11 с конусностью, обращенной в сторону фильтра. При движении в зоны пиролиза, пористого и раскаленного твердого углистого остатка по длине сигареты, количество фрагментов с высокой плотностью начинки постепенно снижается и количества тепла, образующегося при их тлении и передаваемого к фрагментам с низкой плотностью 8 начинки, также снижается. Наступает такой момент, при котором количество тепла, образующегося при тлении фрагментов с высокой плотностью набивки табака недостаточно для тления периферийных фрагментов с низкой плотностью набивки табака. В этот момент тление сигареты прекращается и происходит ее самотушение.

Предлагаемое изобретение найдет применение для тушения тлеющей сигареты после курения в жилых и нежилых помещениях, а также на промышленных предприятиях, общественно-бытовых зданиях, промышленных площадках, складах, цехах, лесных массивах.

Использование: изобретение относится к способу тушения и самотушащейся сигарете для его реализации. Причем самотушащаяся сигарета, содержащая табачный стержень, состоящий из фрагментов с низкой и высокой плотностью набивки табака, обернутую вокруг него бумажную гильзу, фильтр, отличается тем, что фрагменты с высокой плотностью набивки размещены по длине табачного стержня от открытого конца до фильтра в виде усеченного конуса, обращенного конусностью в сторону фильтра, а фрагменты с низкой плотностью набивки размещены по периферии усеченного конуса между ним и бумажной гильзой. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ тушения сигарет путем уменьшения скорости реакции за счет снижения температуры и концентрации окислителя в зоне горения, отличающийся тем, что концентрацию окислителя в зоне горения снижают до минимальной величины, необходимой для окисления наиболее горючего газообразного продукта термического разложения табака, за счет уменьшения площади набивки табака с высокой плотностью и одновременным увеличением площади набивки табака с низкой плотностью при перемещения зоны пиролиза, пористого и раскаленного углистого остатка в процессе тления сигареты от торца к фильтру.

2. Самотушащаяся сигарета, содержащая табачный стержень, состоящий из фрагментов с низкой и высокой плотностью набивки табака, обернутую вокруг него бумажную гильзу, фильтр, отличающаяся тем, что фрагменты с высокой плотностью набивки размещены по длине табачного стержня от открытого конца до фильтра в виде усеченного конуса, обращенного конусностью в сторону фильтра, а фрагменты с низкой плотностью набивки размещены по периферии усеченного конуса между ним и бумажной гильзой.