Способ объемного расширения табака

 

Данное изобретение обеспечивает усовершенствование способов объемного расширения табака, которое способно улучшить производительность по табаку в системах пропитывания табака под высоким давлением. В соответствии с различными признаками данного изобретения табак может быть пропитан в зоне пропитывания при высоком давлении и удаляться из этой зоны для объемного расширения в течение величин длительности полного цикла менее чем одна минута, обычно менее чем примерно 15-30 секунд. В дополнение к этому величины производительности по табаку могут быть дополнительно улучшены в соответствии с другими признаками данного изобретения путем достижения резко улучшенного использования имеющегося обрабатывающего пространства в зоне пропитывания при высоком давлении. Кроме того, изобретение обеспечивает получение способов для сведения к минимуму количества агента для объемного расширения, применяемого для обработки табака. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Данное изобретение относится к способам объемного расширения табака и к устройствам для их осуществления. Более конкретно, изобретение относится к способам и устройствам, имеющим целью улучшение производительности и экономичности объемного расширения табака.

В течение двух последних десятилетий способы объемного расширения табака стали важной частью процесса изготовления сигарет. Способы объемного расширения табака используют для восстановления объемной плотности и/или объема, которые потеряны при сушке и хранении табачного листа. В дополнение к этому, увеличенный в объеме табак является важным компонентом многих сигарет с низким содержанием смол и со сверхнизким содержанием смол. Имеющие коммерческое значение способы объемного расширения табака описаны в патенте США N 3,524,451 Fredrickson и в патенте США N 3,524,452 Moser et al. В этих патентах описаны способы, при которых табак вводят в контакт с составом для пропитки и затем быстро нагревают для улетучивания этого состава для пропитки и объемного расширения табака. Вариант этих способов описан в патенте США N 3,683,937 Fredrickson et al, принятом в качестве ближайшего аналога, в котором раскрывается способ объемного расширения табака, путем помещения загрузки сырого табака в камеру пропитки, способную выдержать условия повышенного давления и имеющую необходимый объем для заполнения нагрузки сырого табака. Пропитывание табака в камере пропитки осуществляют агентом объемного расширения, представляющим собой органическое соединение в парообразном состоянии. Пропитывание осуществляют при условиях, достаточных для получения пропитанного табака, способного увеличиваться в объеме, по меньшей мере примерно на 50% при воздействии на него условий объемного расширения.

Удаление пропитанной нагрузки сырого табака из камеры пропитки осуществляют при воздействии условий, достаточных для объемного расширения: пропитанный табак подвергают объемному расширению либо нагревом, либо путем быстрого снижения давления.

Использование двуокиси углерода для объемного расширения табака описано в патенте США N 4,235,250 Utsch; в патенте США N 4,258,729 Burde et al.; и в патенте США N 4,336,814 Sykes et al., среди прочих. В этих и относящихся к ним способах двуокись углерода в газообразной или жидкой форме вводится в контакт с табаком для пропитывания, и после этого пропитанный табак подвергают быстрому нагреву для улетучивания двуокиси углерода и таким образом для объемного расширения табака. При известных способах объемного расширения с помощью двуокиси углерода обычно необходимо нагревать табак чрезмерным образом с целью достижения существенного и стабильного расширения табака. Этот чрезмерный нагрев может повредить аромату табака и/или привести к образованию чрезмерного количества табачной мелочи. В дополнение к этому такие способы, при которых используют жидкую двуокись углерода для пропитывания табака, обычно приводят к получению пропитанного табака в форме твердых кусков табака, содержащих сухой лед, которые должны быть раздроблены до тепловой обработки, в результате чего происходит усложнение процесса.

В патенте США N 4,461,310 Zeihn и в патенте США N 4,289,148 Zeihn описан способ объемного расширения табака с использованием сверхкритической пропитки табака азотом или аргоном. Эти газы удаляют из табака во время быстрого уменьшения давления, а табак подвергают объемному расширению 5 путем воздействия на него нагретым газом или микроволн. Эти способы требуют обработки табака при давлении свыше 2000 или 4000 фунтов/дюйм² (140,6 или 281,2 кг/см²) до выше 10000 фунтов на дюйм² (703,1 кг/см²) с целью достижения существенного объемного расширения табака.

В патенте США N 4,531,529 White и Conrad описывается способ 10 увеличения заполняющей способности табака, при котором табак пропитывают агентом объемного расширения с низкой температурой кипения и с высокой летучестью, таким, как газообразный галоид углеводород или углеводород, при условиях процесса около или выше критических температуры и давления для агента объемного расширения. Давление быстро сбрасывается в атмосферу, в результате чего табак подвергается объемному расширению без необходимости нагрева для расширения табака или для фиксирования табака в расширенном состоянии. Объем табака увеличивается по меньшей мере на 50%. Условия давления этого способа находятся в пределах от 36 кг/см² (512 фунтов/дюйм²) и выше с неизвестным верхним пределом. Использовались давления ниже 142 кг/см² (2000 фунтов/дюйм²) для получения удовлетворительного объемного расширения табака без чрезмерного раздробления. Как было сказано, давления выше этого диапазона обычно не требовались. Когда временной интервал, используемый для повышения давления агента объемного расширения до необходимого давления, находился в пределах от 1 до 10 минут, требовалось 25 мало времени или не требовалось дополнительного времени выдержки под давлением с целью достижения эффективного пропитывания табака.

В патенте США N 4,554,932 Conrad и White описано устройство для обработки текучей средой под давлением, содержащее цилиндрический трубчатый корпус и узел соответствующей намотки, установленный для 30 перемещения между положением загрузки вне корпуса и положением обработки внутри корпуса. Уплотнительные элементы на узле намотки предусмотрены для зацепления с корпусом для образования камеры давления. Предусмотрены трубопроводы для введения рабочих текучих сред в камеру давления. Таким образом данная система обеспечивает получение устройства для использования при обработке материалов с высоким давлением, такой, как пропитка табака для объемного расширения, позволяющего легкую загрузку и выгрузку или сводящего к минимуму проблемы, связанные с механизмами герметизации и запирания, обычно применяемыми в устройствах обработки при высоком давлении. В соответствии с этим, данное устройство обеспечивало получение сосуда давления, дающего экономию времени и улучшающего экономичность при объемном расширении табака.

Патент США N 5,067,293 Kramer направлен на способ и устройство для обработки табачного материала и других биологических материалов, имеющий механизм образования динамического уплотнения, в котором взаимодействующие подвижные поверхности герметизируют камеру обработки. Система динамической герметизации, предусмотренная согласно этому патенту, полезна при обработке табака при повышенных температуре и давлении, включая условия сверхкритических температуры и давления для процессов, включающих объемное расширение табака. Описаны как непрерывный, так и периодический процессы. Для объемного расширения табака описано применение сверхкритических соотношений текучих сред по отношению к весу табака, превышающих 40:1, и, как было сказано, полная пропитка табачного материала оказывалась действительно мгновенной. Как было сказано, более значительная степень объемного расширения табака была получена, когда до сброса давления выдерживалось время пропитки от 1 до 10 минут.

В патенте США N 4,962,773 White et al. описан способ воздействия на сердцевину сигареты такими условиями, при которых рубленый наполнитель подвергается объемному расширению внутри бумажной обертки. Применение различных условий пропитки и текучих сред описано в данном патенте, включая использование условий пропитки, проведенной при давлении и температуре выше сверхкритических. Сосуд давления, имеющий объем 4,5 литра, использовался в рабочих примерах для пропитки табачных палочек при сверхкритических условиях.

Процессы объемного расширения табака, включающие вышеописанные и другие, должны проводиться в виде периодического процесса или непрерывного процесса (патент США N 5,067,293 Kramer), когда используется давление пропитки, существенно превышающее атмосферное давление. Периодический и непрерывный процессы обработки требуют сложной обрабатывающей аппаратуры и увеличенных временных циклов из-за времени, требуемого для открывания и закрывания сосудов и введения и извлечения пропитывающего агента из сосудов. Были достигнуты некоторые улучшения производительности при модификации различных устройств, используемых для уменьшения времени цикла; однако значительные улучшения производительности в известных периодических системах доступны с использованием обычной технологии, во-первых, путем увеличения объемов отдельных систем и/или увеличения числа используемых одновременно периодических обрабатывающих систем.

Задача настоящего изобретения состоит в повышении выхода табака в системах пропитки табака при высоком давлении.

Поставленная задача достигается способом увеличения заполняющей способности табака с использованием объемного расширения табака, включающим помещение загрузки сырого табака в камеру пропитки, способную выдержать условия повышенного давления и имеющую необходимый объем для заполнения загрузки сырого табака, пропитывание табака в камере пропитки агентом объемного расширения при условиях, достаточных для получения пропитанного табака, способного увеличиваться в объеме, по меньшей мере примерно на 50% при воздействии на него условий объемного расширения и удаление пропитанной загрузки сырого табака из камеры пропитки при воздействии условий, достаточных для объемного расширения, причем загрузку сырого табака, который должен быть пропитан, спрессовывают при сжатии в отношении по меньшей мере 1,5:1 относительно свободного заполняемого объема табаком, который должен быть расширен, и в качестве агента объемного расширения используют пропан.

Предпочтительно загрузку сырого табака спрессовывают при сжатии в отношении по меньшей мере примерно 2:1, более предпочтительно при сжатии в отношении по меньшей мере примерно 3:1.

Предпочтительно агент объемного расширения подают в камеру пропитки в виде текучей среды.

Предпочтительно по меньшей мере часть стадии пропитывания проводить в условиях температуры равной или выше критической температуры агента объемного расширения и в условиях давления равного или выше надкритического давления агента объемного расширения.

Предпочтительно стадию пропитывания проводить в течение промежутка времени меньшего, чем 30 секунд.

Предпочтительно табак предварительно нагревают при повышенной температуре до помещения его в камеру пропитки.

Предпочтительно агент объемного расширения впускают в камеру пропитки в виде текучей среды, имеющей температуру выше надкритической температуры текучей среды и давление выше надкритического давления текучей среды.

Предпочтительно стадия пропитывания включает введение в камеру пропитки текучей среды пропана при давлении выше примерно 2000 фунтов на дюйм² (140,62 кг/см²) и при температуре выше примерно 240^oF (116^oC).

Предпочтительно табак предварительно нагревают до температуры по меньшей мере 125^oF (52^oC), более предпочтительно до температуры по меньшей мере 140^oF (60^oC).

Предпочтительно суммарное количество тепла, подаваемого в камеру пропитки от предварительно нагретого табака и текучей среды объемного расширения находится в диапазоне примерно 240-270^oF (116-132^oC).

Данное изобретение обеспечивает получение усовершенствований в способах объемного расширения табака, которые способны в значительной степени повысить выход табака в системах пропитки табака при высоком давлении. В соответствии с различными аспектами данного изобретения табак может быть пропитан в зоне пропитки при высоком давлении и удаляться из этой зоны для объемного расширения в течение промежутков времени полного цикла менее, чем 1 минута, обычно менее, чем примерно 15-30 секунд. В дополнение к этому величины пропускной способности для табака дополнительно увеличиваются в соответствии с другими аспектами изобретения путем достижения значительно улучшенного использования имеющегося рабочего пространства в зоне пропитки при высоком давлении. Кроме того, данное изобретение приводит к получению способов, сводящих к минимуму количество агента для объемного расширения, применяемого для обработки табака.

Согласно одному признаку данным изобретением обеспечивается получение способа пропитки табака при высоком давлении, при котором практически все имеющееся пространство для пропитывания в зоне пропитки при высоком давлении заполняется спрессованным табаком. В зону пропитки вводится агент, который пропитывает спрессованный табак. Обычно спрессованный табак спрессовывают в количестве более чем 1,25:1, например, 1,5:1, и его предпочтительно спрессовывают в объеме не менее 2:1-3:1 или более. Таким образом, выход по имеющемуся объему в зоне пропитывания значительно улучшается, например, на 50-200% или более. Несмотря на сжатие табака при пропитывании, в предпочтительных вариантах осуществления может быть достигнута значительная степень объемного расширения табака, не менее, чем 50% и более, чем 100%, в отношении степени заполнения, и для пропитывания спрессованного табака могут быть использованы промежутки времени цикла менее, чем 20 секунд.

Кроме того, в дополнение к резкому увеличению имеющейся производительности для сосуда обработки высокого давления, этот признак изобретения также может привести к значительному уменьшению количества агента объемного расширения, вводимого в зону пропитывания при пропитке. Этот признак изобретения таким образом обеспечивает получение способа объемного расширения табака, при котором объем агента расширения, используемого для пропитки табака, может составлять меньше, чем объем табака при измерении в рыхлом, то есть неспрессованном виде. Обычно объем агента расширения может составлять примерно половину или менее, если сравнить с объемом табака.

Согласно другому признаку изобретения, время цикла для пропитывания табака при условиях, близких к условиям надкритических давления и температуры или превышающих их, в значительной степени улучшается путем предварительного подогрева табака до введения табака в зону пропитки. Согласно еще одному признаку изобретения, было обнаружено, что предварительное повышение давления и предварительный нагрев агента расширения до условий температуры и давления, превышающих надкритические значения, до подачи в зону пропитки позволяет успешную пропитку табака агентом расширения в течение секунд для получения пропитанного табака, способного расширяться в объеме в значительной степени. Продолжительность времени полного цикла, включая надкритичное время ввода текучей среды, время пропитывания и время сброса давления, менее, чем 1 минута, предпочтительно менее, чем 20 секунд, может быть достигнута в соответствии с этим признаком данного изобретения. Способность заполнения возрастает более, чем на 50%, до 100% и свыше 100% может быть достигнута при продолжительности цикла в 10-12 секунд или ниже.

Различные устройства могут быть использованы при проведении процессов согласно изобретению. При одном предпочтительном варианте исполнения было использовано устройство для объемного расширения табака, такое, которое описано в патенте США N 4,554,932 Conrad и White. Более предпочтительно, это устройство модифицировано так, чтобы включать предпочтительное средство загрузки табака, которое одновременно загружает табак и спрессовывает его в виде подвижной бобины.

В соответствии с другим вариантом исполнения устройства согласно изобретению для подачи предварительно нагретой текучей среды при высоком давлении в зону объемного расширения табака используют резервуар. Применение этого резервуара сводит к минимуму объем хранящейся текучей среды под высоким давлением и при высокой температуре во время процесса пропитывания при высокой температуре и высоком давлении, в результате чего сводится к минимуму нужда в сосудах высокого давления и уменьшаются заботы в отношении безопасности, связанные с этим процессом.

В более предпочтительных вариантах осуществления изобретения пропановая текучая среда подается при температуре выше ее критической температуры и выше ее критического давления для пропитывания табака согласно способу White и Conrad, патент США N 4,531,529. Теперь было обнаружено, что применение пропана при давлениях выше 2000 фунтов на дюйм² уменьшает время цикла. При комбинировании различных признаков настоящего изобретения производительность по табаку в зоне пропитывания при высоком давлении может быть увеличена более, чем в 10-30 раз по сравнению с производительностями, описанными в уровне техники. Таким образом, спрессовывание табака дает производительность в 2-3 раза или более по сравнению с нормальной производительностью. При использовании предварительно нагретого табака и/или практически одновременного ввода подогретой, предварительно сжатой до сверхкритического давления текучей среды в зону объемного расширения за каждую минуту работы может быть выполнено до 5 или более циклов пропитывания табака. Таким образом, камера объемного расширения заданного объема легко может быть использована для пропитывания насыпных объемов табака, превышающих в 5 и предпочтительно 10-15 или более раз объем пропиточной камеры за каждую минуту работы.

На чертежах, которые являются частью настоящего изобретения, представлено: Фиг. 1 - схематичный вид в поперечном сечении одного предпочтительного устройства, применяемого в данном изобретении с различными рабочими положениями, частично изображенными пунктиром; Фиг. 2 - схематичный вид в поперечном сечении по линии 2-2 Фиг. 1 и иллюстрирующая устройство для спрессовывания табака для ввода спрессованного табака в пространство для пропитывания в устройстве, изображенном на Фиг. 1; Фиг. 3а, 3б и 3в - виды в поперечном сечении предпочтительных резервуаров для применения в устройстве, изображенном на Фиг. 1, и которые способны практически мгновенно вводить текучие среды, имеющие величины температуры и давления, превышающие их сверхкритические значения температуры и давления, в устройство по Фиг. 1; Фиг. 4 - представлен предпочтительный способ с использованием различных признаков данного изобретения; и Фиг. 5 - схематически представлен предпочтительный метод управления для приведения в работу устройства, изображенного на Фиг. 1.

Ниже приводятся разные варианты осуществления способа и выполнения устройства согласно изобретению. Тогда как данное изобретение описано со ссылкой на конкретные способы и устройства, включая изображенные на чертежах, необходимо понимать, что изобретение не предусматривает ограничения его таким образом. Напротив, изобретение включает многочисленные альтернативные варианты, модификации и эквиваленты, как это станет очевидным из вышеприведенного обсуждения и нижеследующего подробного описания.

На Фиг. 1 иллюстрируется предпочтительное устройство для использования в отношении разнообразных признаков изобретения. Устройство на Фиг. 1 в общем плане выполнено в соответствии с патентом США N 4,554,932, выданным 26 ноября 1985 года Conrad и White, который включен в данное описание путем ссылки. Различные детали, описанные в патенте 4,554,932, не повторяются в данном случае в целях большей краткости. Однако в отношении таких деталей делается ссылка на патент '932.

Как показано на Фиг. 1, это устройство включает в себя сосуд 10 давления, имеющий цилиндрический кожух или оболочку 12 и узел намотки 14. Кожух 12 и узел намотки 14 могут быть изготовлены из любых подходящих материалов, включая нержавеющую сталь, бронзу и тому подобное. Особая конструкция и размер кожуха и намотки должны быть достаточными для того, чтобы выдержать давления, отмечаемые внутри сосуда давления, как это будет видно.

Узел намотки 14 включает концевые элементы 16 и 18 цилиндрической формы и соединительный стержень 20. Когда бобина находится внутри кожуха 12, как изображено на Фиг. 1, концевые элементы 16 и 18, соединительный стержень 20 и кожух 12 образуют кольцевое пространство 22, заранее заданного объема, образующее герметизированную камеру или зону давления.

Как показано на Фиг. 1, узел намотки расположен горизонтально и выполнен так, чтобы обеспечить возвратно-поступательное движение между положением 24 загрузки, изображенного пунктиром, положением 26 выгрузки, также изображенного пунктиром, и положением пропитки, специально показанным на Фиг. 1. Гидравлический поршень или подобное средство привода 28 аксиально прикреплено через вал 30, частично показанный на Фиг. 1, для перемещения бобины между этими тремя положениями.

Табак загружают на эту бобину в положении 24 с помощью пары противоположно расположенных полуцилиндрических загружающих элементов 32. Табак может быть в любой из нескольких форм, включая форму листа (включая стебель и жилки листа), стрипсов (лист без удаленного стебля) или рубленого сигаретного наполнителя (стрипсы, разрубленные или изрезанные на полоски для изготовления сигарет). Загружающие элементы 32 соединены через стержни 34 со средством создания усилия возвратно- поступательного движения (не показано), таким, как гидравлический поршень или аналогичное средство. Раздельные порции табака 36 подаются под воздействием усилия на бобину 14, предпочтительно для сжатия табака, как пояснено более подробно ниже при описании Фиг. 2.

После загрузки бобины в положении 24 бобину перемещают в положение пропитывания. Каждый из концевых элементов 16 и 18 включает соответственно надувные уплотняющие элементы 40 и 42. Уплотняющие элементы выполнены из гидравлически надуваемых эластомерных колец, к которым поступает гидравлическая рабочая жидкость по линии 44 подачи рабочей среды. Гидравлическая рабочая жидкость, такая, как пищевое масло, продавливается по трубопроводам 44 от гидравлического накопителя 45 в уплотняющие элементы 40, заставляя их расширяться наружу и уплотнять камеру 22 давления, предотвращая утечки. Целесообразно также, чтобы уплотнительные элементы включали выполненные заодно кольцевые компенсаторы износа (не показаны), которые служат для соскабливания частиц табака с внутренней поверхности кожуха 12 и с элементов загрузки табака 32 с тем, чтобы бобина перемещалась из одного положения в другое. Гидравлическую рабочую жидкость вводят в трубопровод 44 от одного конца бобины через отверстие сквозь соединительную тягу 46, частично изображенную на Фиг. 1 и соединенную по крайней мере с одним концом бобины 14.

Трубопроводы 48 и 49 для газа высокого давления сообщаются через кожух 12 через входные отверстия 50 и 51, которые расположены в линию с кольцевым пространством 52, выполненным на концевом элементе 18 между уплотняющими элементами 42. Кольцевое пространство 52 соединено через множество радиальных входных отверстий 54 и аксиальных входных отверстий 56 с канавками 58, выполненными в поверхности соединительной тяги 20. Входные отверстия 50 и 51 таким образом позволяют вводить и удалять текучую среду под высоким давлением в камеру давления 22 и из нее, когда элемент бобины 14 находится в показанном положении. Один или более экранов 59 окружают соединительную тягу 20 для того, чтобы предупредить засорение табаком входных отверстий 56 и канавок 58.

Пара быстродействующих клапанов 60 и 62 предусмотрена для обеспечения быстрого ввода текучей среды в камеру пропитывания 22 и вывода из нее. Эти клапаны представляют собой предпочтительно шаровые клапаны, размер входного отверстия которых в пределах от 1/2 дюйма (1,27 см) до 1,5 дюйма (3,81 см) в диаметре или более, в зависимости от размера зоны пропитывания 22 для того, чтобы обеспечить практически мгновенный ввод и вывод текучей среды под высоким давлением в зону пропитывания 22 и из нее. Целесообразно, чтобы клапаны открывались и закрывались автоматически с помощью быстродействующих гидравлических силовых приводов (не показаны).

Со стороны входа трубопровод газа высокого давлениям 48 соединен с накопителем 64, более подробно описанным ниже. Предусмотрен испаритель 66 для нагрева газа, подаваемого в накопитель 64. Накопитель 64 также может нагреваться с помощью непоказанных средств для поддержания текучей среды внутри накопителя в нагретом состоянии. Выше по потоку от испарителя 66 предусмотрен непоказанный насос высокого давления для подачи текучей среды под высоким давлением, например, 2500 фунтов на дюйм² (175,78 кг/см²) в испаритель 66 и накопитель 64.

Трубопровод высокого давления 49, который используется для отвода текучей среды под высоким давлением из зоны пропитывания 22, связан с зоной извлечения газа (не показана) для сбора текучей среды, удаленной из зоны пропитывания.

Пневматическое устройство выгрузки, такое, как не содержащий масла компрессор 72, предусмотрено в зоне выгрузки табака и направляет текучую среду при таком высоком давлении или азот на табак в бобине 14, когда бобину перемещают в положение выгрузки 26 или из него. Табак, удаленный в положении 26 выгрузки, принимается в блок разматывания 73, содержащий зацепляющиеся качающиеся зубцы, и затем подается на сборный лоток 74, где табак может быть дополнительно подвергнут обработке по сушке или же может нагреваться для объемного расширения, при необходимости.

На Фиг. 2 схематически изображается средство 32 загрузки табака со сжатием 32, которое используется для сжатия табака вокруг бобины 14. Как изображено, каждый из элементов загрузки 32 представляет собой полуцилиндрический элемент, установленный для перемещения между положением извлечения и закрытым положением 80, изображенным пунктиром. Табак 36 подают через лотки 82 в зону загрузки табака. Цилиндрические элементы 32 после этого перемещают в положение загрузки 80 для вдавливания табака 36 на элемент бобины 14, в результате чего значительно заполняется кольцевое пространство между концевыми элементами 16 и 18 и вокруг соединительной тяги 20. Количество табака 36 предпочтительно такое, чтобы его объем, замеренный в насыпном виде до загрузки на бобину 14, был существенно больше, чем объем этого кольцевого пространства.

Объем табака до спрессовывания или насыпной наполнительный объем табака определяется путем измерения плотности табака в кубическом контейнере размером один фут на один фут на один фут. Табак выгружают в кубический контейнер и взвешивают для определения плотности заполнения в насыпном виде табака. Насыпной объем заполнения загрузки табака до сжатия на бобине может быть затем определен из веса загрузки и величины плотности заполнения в насыпном виде табака. Насыпной объем заполнения этой загрузки делят на спрессованный объем табачной загрузки, то есть объем на бобине, для определения степени сжатия (коэффициента уплотнения). Все значения определяют при истинной влажности загрузки табака, подаваемой в зону пропитывания, или корректируются до этой влажности. Таким образом, для бобины, имеющей объем пропитывания в 25 дюймов³ (409,68 см³), спрессовывание табака, имеющего насыпной объем заполнения в 50 дюймов³ (819,36 см³) на бобине, приведет к степени сжатия 2:1.

Очевидно, что объем, имеющийся на бобине 14 для того, чтобы быть занятым табаком, должен быть меньше, чем общее пространство, имеющееся для занятия текучей средой под высоким давлением. В связи с этим бобина включает входные отверстия 54 и 56 для текучей среды и каналы 58, которые образуют пространство, доступное для этой текучей среды, но которое не может быть занято табаком из-за присутствия экранов 59. Таким образом, "доступный объем" для занятия табаком, то есть объем, который имеется для занятия табаком в плотно упакованном виде в зону пропитывания 22, обычно меньше объема, имеющегося для занятия пропитывающей средой. Обычно доступный объем для занятия табаком составляет примерно 75-80% от объема, доступного для пропитывающей текучей среды, причем последний включает в себя пространство, образованное различными каналами и входными отверстиями, которое недоступно для табака.

Фиг. 3а, 3б и 3в представляют собой виды в поперечном сечении предпочтительных накопителей для использования в устройстве, изображенном на Фиг. 1, и которые способны вводить практически мгновенно текучие среды, имеющие значения температуры и давления выше их сверхкритических значений температуры и давления, в устройство по Фиг. 1. На Фиг. 3 представлено предпочтительное устройство накопителя типа газ/газ, которое пригодно в соответствии с данным изобретением. Накопитель 64 используется для обеспечения подачи текучей пропитывающей среды при высоком давлении и высокой температуре, такой, как пропан при 2500 фунтов на дюйм² (175,78 кг/см²) и при температуре выше 200^oF (129^oC), к зоне пропитывания в бобинном пропитывателе, показанном на Фиг. 1. Накопитель 64 включает трубчатый корпус 100, выполненный из материала, способного выдерживать высокие значения температуры и давления, такого, как высокоуглеродистая сталь, которая была подвергнута закалке по ее внутренней поверхности 102. На каждом конце накопителя имеются элементы 104 и 106, включающие входные отверстия 108 и 110, соответственно, для ввода газа под высоким давлением. Концевые элементы закреплены на резьбе 112 на концах корпуса 100. На каждый концевой элемент установлено ударопоглощающее устройство, включающее кольцевой элемент 114, опирающийся на пару фланцевых пружин в форме тарельчатых пружин 115.

Расположенный по центру поршневой элемент 116 установлен для перемещения внутри цилиндра 100 и образует две раздельные зоны 118 и 120 для текучей среды на его противоположных сторонах. Поршневой элемент 116 выполнен из подходящего материала, такого, как фосфористая бронза. Скользящий уплотнительный элемент 119 предусмотрен вокруг наружной периферийной части поршневого элемента 116. Уплотнительный элемент 119 способен образовывать и поддерживать уплотнение между зонами 118 и 120 во время движения поршня 116, при вышеописанных условиях температуры и давления. Уплотняющий элемент является инертным, он гибок и способен расширяться в радиальном направлении наружу для создания уплотняющего усилия между наружной стороной поршня 116 и внутренней поверхностью корпуса 100. Уплотняющий элемент 119 в качестве примера представлен на Фиг. 3а в виде пяти отдельных угольных уплотнительных колец 120-124, охватывающих периферийную часть поршня 116 и обеспечивающий контакт с уплотнением между наружной периферийной частью поршня 116 и внутренней частью корпуса 100. Все три внутренних поршневых кольца 121-123 являются более гибкими, чем наружные поршневые кольца 120 и 124. Эти уплотнительные кольца получают литьевым формованием из угля GRAFOIL и могут быть приобретены у фирмы A. W. Chesterson Company под названием NS Style 5300 "Твердые штампованные кольца" (121-123) и NS Style 5600 GTP HD "Твердые штампованные кольца" (120, 124). Однако могут быть применены другие материалы, которые инертны и способны обеспечивать уплотнение между зонами 118 и 120 во время перемещения поршня 116.

Уплотнительные кольца 120-124 поддерживаются под сжатием с помощью кольцевого круглого элемента 126, который прижимается аксиально против этих колец с помощью ушей 128 кольцевого силового элемента 130. Силовой элемент 130 прикреплен к поршневому элементу 116 с помощью резьбового болта 132 и он создает заранее заданное усилие давления, вызванное элементами давления 134, которые представляют собой фланцевые пружины на 3/4 дюйма, коммерчески доступные от фирмы A. W. Chesterson Company в виде фланцевых пружин Style 5500 3/4 дюйма. Усилие сжатия, прилагаемое через болт 132, элемент сжатия 130 и кольцевой элемент 126 на уплотнительные кольца 122-124, представляет собой значение силы, едва достаточное для того, чтобы сплющить обе фланцевые пружины 134 при затягивании болта 132. Это приводит к радиальному расширению наружу уплотнительных колец 120 и 124, которые в результате создают уплотняющее усилие между наружной периферийной частью скользящего поршня 116 и внутренней периферийной частью корпуса 100.

В устройстве на Фиг. 3а инертный газ высокого давления, такой, как азот, при давлении 6000 фунтов на дюйм² (421,9 кг/см²), сохраняется в одной камере для текучей среды 118, в то время как текучая среда пропитывания, такая, как пропан, при 2500 фунтов на дюйм² (175,78 кг/см²), сохраняется во второй зоне 120 для текучей среды. Когда текучая среда для пропитывания с высоким давлением сбрасывается из зоны 120 в пропитывающее устройство, изображенное на Фиг. 1, поршень 116 может быстро быть перемещен в контакт с концевым элементом 104, а усилие поглощается поглощающими элементами 115. После этого текучая среда для пропитывания перекачивается назад в накопитель до достижения заранее заданного давления, предпочтительно 2500 фунтов на дюйм² (175,8 кг/см²).

На Фиг. 3б изображен другой вариант выполнения накопителя, который приводится в действие с помощью гидравлической рабочей жидкости, который также используется в настоящем изобретении. Как и накопитель, изображенный на Фиг. 3а, накопитель 64 Фиг. 3б используется для обеспечения подачи текучей среды для пропитывания с высоким давлением, такой, как пропан, при 2500 фунтов на дюйм² (175,78 кг/см²), к зоне пропитывания в бобинном пропитывателе, показанном на Фиг. 1. Накопитель 64 практически подобен во многих отношениях по конструкции накопителю типа газ/газ, изображенному на вышеуказанной Фиг. 3а. Например, накопитель 64, изображенный на Фиг. 3б, включает в себя трубчатый корпус 100, концевые элементы 104 и 106, включая входное отверстие 110 для подачи газа под высоким давлением, ударопоглощающее устройство, включающее кольцевой элемент 114, опирающийся на пару фланцевых пружин 115 в виде тарельчатых пружин. Концевые элементы 104 и 106 имеют конфигурацию, описанную выше по отношению к накопителю Фиг. 3а, за исключением того, что концевой элемент 104 не содержит входного отверстия 108 для ввода газа под высоким давлением. Также как изображено, ударопоглощающее устройство может включать ударопоглощающие проушины 300.

Накопитель Фиг. 3б приводится в действие с использованием гидравлической рабочей среды. Накопитель 64 включает обычный гидравлический поршневой элемент 302, соединенный с помощью обычного штока 304 с поршневым элементом 116. Поршневой элемент 116 на Фиг. 3б имеет конструкцию, которая практически такая же, что и описанная выше, по отношению к расположенному по центру поршневому элементу 116 на Фиг. 3а, за исключением того, что один его конец прикреплен к одному концу обычного штока 304. Расположенный по центру стационарный упорный элемент 306 неподвижно установлен внутри цилиндра 100 и образует на его противоположных сторонах зоны 118 и 120 для текучей среды. Неподвижный поршневой элемент 306 включает в себя отверстие 307, предназначенное для приема штока 304, который, в свою очередь, перемещается аксиально сквозь нее возвратно-поступательно.

Зона текучей среды 118 включает входное отверстие 308 для подачи и отвода гидравлической рабочей среды, такой, как пищевое масло, в зону текучей среды 118 и из нее. Гидравлическая рабочая среда продавливается через впускное отверстие 308 в зону текучей среды 118 с тем, чтобы удерживать текучую пропитывающую среду, такую, как пропан, при давлении 2500 фунтов на дюйм² (175,78 кг/см²) во второй зоне 120 для текучей среды. Когда текучая среда для пропитывания под высоким давлением сбрасывается из зоны 120 в пропитыватель, изображенный на Фиг. 1, поршень 116 может быть быстро приведен в контакт с концевым элементом 104, а усилие поглощается силопоглощающими элементами 115, как описано выше. После этого текучую среду перекачивают назад в накопитель до достижения заранее заданного давления, предпочтительно 2500 фунтов на дюйм² (175,78 кг/см²).

Неподвижный поршневой элемент 306 также отделяет любые утечки пропана от любых утечек гидравлической рабочей среды. Любые утечки пропана направляются через входное отверстие 310 к зоне сбора пропана. Здесь пропан может быть сожжен или удален, например, в зону сбора газа для извлечения текучей среды, удаленной из зоны пропитывания, как описано выше, или в лоток сбора 74. Любые утечки гидравлической рабочей среды направляются через входное отверстие 312 в зону сбора гидравлической рабочей среды, например, в бак хранения гидравлической рабочей среды (не показан).

Также, как изображено на Фиг. 3б, накопитель может включать нагревательную рубашку 314 вокруг наружной периферийной части цилиндра 100. Нагревательная рубашка 314 может быть любого из типов, известных в данной области, устройств для нагрева текучей среды и/или для поддержания температуры текучей среды внутри сосуда. В данном изобретении нагревательная рубашка 314 используется для нагрева текучей среды для пропитки в зоне 120 для текучей среды. В соответствии с этим целесообразно, чтобы нагревательная рубашка проходила вдоль всей длины зоны 120 пропитывания текучей средой, как изображено на Фиг. 3б. Как будет оценено специалистом, нагревательная рубашка 314 также может проходить по всей длине цилиндра накопителя, как показано на Фиг. 3в. Нагревательная рубашка 314 подает тепло обычным путем, например, вводом и выводом нагретого масла через трубопроводы 316 и 318, соответственно.

На Фиг. 3в представлен еще один вариант выполнения накопителя, который может быть использован согласно настоящему изобретению. Как и в случае с накопителями, изображенными на Фиг. 3а и 3б, накопитель 64 на Фиг. 3в используется для подачи текучей среды для пропитывания при высоком давлении, такой, как пропан при 2500 фунтов на дюйм² (175,78 кг/см²), в зону пропитывания в бобинном пропитывателе, показанном на Фиг. 1. Также, как и с накопителем, изображенном на Фиг. 3б, накопитель 64 на Фиг. 3в практически подобен во многих отношениях по конструкции накопителю, изображенному на вышеуказанной Фиг. 3а. Накопитель, изображенный на Фиг. 3в, включает трубчатый корпус 100, концевые элементы 104 и 106, включая входное отверстие 110 для подачи газа под высоким давлением, и расположенный по центру поршневой элемент 116. Поршень 116 образует две раздельные зоны, зону 118 и по крайней мере одну зону 120 для текучей среды, на его противоположном конце. Концевые элементы 104 и 106 и поршень 116 имеют такую конфигурацию, как описано выше, со ссылкой на накопитель Фиг. 3а, за исключением того, что концевой элемент 104 не включает в себя впускное отверстие 108 для ввода газа под высоким давлением. В этом варианте осуществления изобретения концевой элемент 104 модифицирован так, что включает отверстие 320, которое предназначено для возвратно-поступательного перемещения в нем соединительной тяги 322, как описано более подробно ниже. В дополнение к этому, поршень 116 сконструирован на одном из его концов с возможностью подсоединения к соединительной тяге 322, также как это описано более подробно ниже.

На Фиг. 3в гидравлическое устройство привода или подобное двигательное устройство 324 соединено с поршнем 116 через соединительную тягу 322 для перемещения поршня 116 внутри накопителя 64. Гидравлический привод 324 может быть любым из типов гидравлических приводных устройств, известных в данной области, для превращения гидравлической энергии в механическую работу. Например, как изображено, гидравлическое приводное устройство 324 может иметь трубчатый корпус 326. К каждому концу гидравлического приводного устройства 324 присоединены концевые элементы 328 и 330. Расположенный по центру поршневой элемент 332 установлен для перемещения внутри цилиндра 326 и образует две раздельные зоны 334 и 336 для гидравлической рабочей среды на его противоположных концах. Каждая из зон 334 и 336 включает входные отверстия 338 и 340, соответственно. Через впускное отверстие 338 поступает гидравлическая рабочая среда от источника 342 подачи гидравлической рабочей среды по трубопроводу 344, в то время как отверстие 340 служит для возврата гидравлической рабочей среды к источнику 342 подачи рабочей жидкости по трубопроводу 346, как показано стрелками. Гидравлическое приводное устройство 324 также включает соединительную тягу 348, которая радиально выходит из поршня 332 через зону 334 текучей среды и через отверстие 350 в концевом элементе 328. Соединительная тяга 348 соединена с соединительной тягой 322 так, что возвратно-поступательное движение соединительной тяги 348 превращается в возвратно-поступательное перемещение соединительной тяги 322, и таким образом в движение поршня 116 внутри цилиндра 100.

Как отмечено выше, текучая среда для пропитывания, такая, как пропан, при 2500 фунтов на дюйм (175,78 кг/см²), поддерживается во второй зоне 120 для текучей среды. Когда текучую среду для пропитывания с высоким давлением перемещают с помощью гидравлического приводного устройства 324 из зоны 120 в пропитыватель, изображенный на Фиг. 1, поршень 116 может быть быстро приведен в контакт с концевым элементом 104, а сила поглощается силопоглощающими элементами 115. После этого текучую среду для пропитывания перекачивают назад в накопитель до достижения заранее заданного значения, предпочтительно 2500 фунтов на дюйм² (175,78 кг/см²).

Возвращаясь к Фиг. 1, надо отметить, что при работе для подачи пропана в зону текучей среды с высоким давлением накопителя 64 используется насос высокого давления (не показан). Когда газ выпускают из накопителя, потерю давления улавливают непоказанные средства, а средство управления приводит в действие насос, который немедленно начинает вновь заполнять накопитель текучей средой под высоким давлением, такой, как пропан. Накопитель 64 газа может быть перезаполнен за небольшой промежуток времени в 5-30 секунд, в ходе периода времени, используемого в данном изобретении для пропитывания табака в зоне пропитывания 22 Фиг. 1.

На Фиг. 4 представлен один предпочтительный способ по данному изобретению. Предпочтительно способ по Фиг. 4 проводят согласно патенту США N 4,531,529, выданному 30 июля 1985 года White и Conrad, который включен в настоящее описание путем ссылки. Блок хранения пропана при высоком давлении и высокой температуре, такой, как накопитель 64 на Фиг. 3, предусмотрен для показа как блок 150. Блок 150 хранения может принимать иные формы, чем накопитель 64. Например, для хранения пропана с высокой температурой и высоким давлением также рассматривается высокообъемный уравнительный резервуар. В качестве альтернативы, накопитель Metal Bellows, который можно получить у Parker Bertea Aerospace, Parker Hannfin Corp., Metal Bellows Division, Moorpark, California, рассматривается для применения в данном случае.

Давление пропана поддерживается предпочтительно выше 2000 фунтов на дюйм² (140,62 кг/см²), целесообразно в пределах примерно от 2500 фунтов на дюйм² (175,78 кг/см²) до 3000 фунтов на дюйм² (210,93 кг/см²). В соответствии с настоящим изобретением, было обнаружено, что чрезвычайно короткие промежутки времени между примерно 5 и примерно 15 секундами, могут быть использованы для пропитывания табака, при использовании высоких значений давления, что привидит к крайне желательному увеличению заполняющей способности по табаку, например, к увеличению заполняющей способности выше, чем на 50-100%. Целесообразно поддерживать температуру пропана выше 280^oF (138^oC), предпочтительно в пределах между примерно 300^oF (149^oC) и 400^oF (204^oC), например, примерно 300-315^oF (149-157^oC). Это обеспечивает избыточное заметное количество тепла для нагрева табака в зоне пропитывания.

Как указано под блоком 155, табак предпочтительно в форме рубленого наполнителя целесообразно нагревать до введения в зону пропитывания. Предварительный нагрев табака также обеспечивает подачу тепла для установления собственных условий с коротким временным циклом в зоне пропитывания. Предпочтительно табак предварительно нагревают до температуры выше примерно 125^oF (52^oC), более предпочтительно до температуры примерно 140^oF (60^oC) или выше, например, до температуры 150^oF-160^oF (66^oC-71^oC) или выше. Дополнительная влага может быть добавлена к табаку для улучшения гибкости табака. Целесообразно использовать в данном изобретении содержание влаги в пределах примерно от 16% до примерно 30% или более.

Предварительный нагрев табака может быть проведен любым из разнообразных средств, включая использование нагреваемых барабанов, микроволновой энергии и ввода пара. Как полагают, нагрев паром является предпочтительным, так как тепло передается табаку более эффективно, в то время как уровень влаги может быть повышен.

После этого предварительно нагретый табак спрессовывают, как указано, в блоке 160. Как описано ранее, табак предпочтительно спрессовывают при степени сжатия не менее примерно 1,25:1, более предпочтительно выше 1,5:1. Целесообразно, чтобы табак спрессовывали до степени сжатия выше, чем 2:1, до величин соотношения 3:1 и более. Сжатие табака увеличивает плотность табака, поэтому плотность табака, подаваемого в зону пропитывания, существенно больше, чем плотность табака до спрессовывания. Специалисты в данной области поймут, что значения плотности наполнения табаком в насыпном виде могут меняться в очень большой степени в зависимости от того, представлен табак в форме листа или в форме рубленого наполнителя; типа табака, содержания влаги в табаке и других факторов. Согласно данному изобретению легко применяются плотности упаковки в 20 фунтов на фут³ (0,5536 кг/см³), в расчете на содержание влажности 12%. Хотя увеличение плотности упаковки может, до определенных пределов, увеличить время цикла для достижения идентичных значений объемного расширения, в данном изобретении также успешно применяли плотности упаковки свыше 25-30 фунтов на фут³ (0,682-0,8304 кг/см³) в расчете на 12% влажность, при достижении длительности пропитывания ниже 20 секунд и повышения заполняющей способности более, чем на 50-100%.

Спрессованный табак после этого пропитывают в зоне пропитывания, обозначенной как блок 165. Когда в качестве среды пропитки используют пропан, целесообразно, чтобы суммарное количество тепла, подаваемого в зону пропитывания от нагретого пропана и предварительно нагретого табака было достаточным для создания условий пропитывания в зоне пропитывания в пределах от примерно 240^oF (116^oC) до примерно 270^oF (132^oC), предпочтительно примерно 260^oF (127^oC). Было выявлено, что пропитывание при условиях температуры и давления примерно в 260^oF (127^oC) и 2500 фунтов на дюйм² (175,76 кг/см²) может быть достигнуто примерно за 5 секунд или даже меньше, когда тепло подается как от предварительно нагретого табака, так и предварительно нагретого пропана.

Очевидно, что когда текучая среда пропан нагревается до более высоких температур, табак может быть нагрет до меньшей степени для достижения желательных температурных условий в зоне пропитывания. Однако, как полагают, существует верхний предел температуры для пропана, выше которого табак в зоне пропитывания мог бы быть поврежден. В дополнение к этому, так как в предпочтительных вариантах данного изобретения используются малые объемы пропитывающих текучих сред, масса пропитывающей среды, имеющаяся для нагрева табака, относительно мала. Масса агента объемного расширения обычно такая же или меньше, чем масса табака. Таким образом, добавление тепла от такого источника, как табак, желательно.

Также очевидно, что температурные условия в зоне пропитывания табака могут быть достигнуты другими средствами, такими, как путем использования нагревателя в зоне пропитки. Однако из-за крайне коротких промежутков времени цикла, было найдено, что сочетание предварительно нагретого табака и предварительно нагретого пропана с высоким давлением дает чрезвычайно желательные результаты. Целесообразные эффекты предварительного подогрева табака поняты не полностью. Однако возможно, что подогретый табак мог бы поглотить пропитывающую текучую среду с большей скоростью, чем табак при окружающей температуре, из-за факторов, включающих гибкость табака.

Спрессованный и пропитанный табак выдерживают при условиях пропитывания в течение кратковременного периода времени, в пределах от 1 до 2 секунд и до примерно 20 секунд. Как показано на блоке 170 на Фиг. 4, после этого давление сбрасывается. Предпочтительно, чтобы сброс давления был практически мгновенным, то есть достигался в течение 1 секунды или меньше. Это может быть достигнуто путем применения быстродействующего клапана, имеющего большое входное отверстие для быстрого сброса давления. Затем спрессованный табак удаляется практически немедленно из зоны пропитывания, с тем, что увеличение объема табака может быть достигнуто. Предпочтительно, табак обрабатывают путем контакта с нагнетаемым сухим воздухом или нагретым воздухом с целью установления содержания влаги, например, примерно в 10-12%, что помогает стабилизировать табак в его увеличенном объеме.

Когда агент объемного расширения представляет собой пропан или подобный агент объемного расширения, относящийся к типу, описанному в патенте США N 4,531,529 White и Conrad, не требуется нагрева табака для фиксации табака в его увеличенном объеме. Кроме того, нет значительной потери летучих ароматизирующих веществ, Сахаров и тому подобное из-за отсутствия условий нагрева до высокой температуры. Однако данное изобретение также может быть использовано в сочетании с другими агентами объемного расширения, включающими такие, которые требуют применения условий объемного расширения, включающих тепло, с целью достижения объемного расширения табака или его фиксации.

На Фиг. 5 представлен способ регулирования, применяемый в связи с устройством по Фиг. 1, для достижения существенного объемного расширения табака в течение кратковременных циклов, составляющих менее 20 секунд. Такая или подобная система управления, включающая датчики для отслеживания условий во время процесса объемного расширения, крайне желательны для получения циклов с продолжительностью в 20 секунд или менее. Средства управления могут быть пневматическими, электрическими или электропневматическими и могут включать в себя микропроцессор, как это будет очевидно для специалистов в данной области.

Согласно Фиг. 5 в блоке 200 используются различные датчики для проверки того, что бобина находится в положении загрузки 24 и что имеющая соответствующий размер загрузка табака готова к введению. Если эти условия соблюдены, то управление переходит на блок 205, и элементы загрузки 32 приводятся в движение для того, чтобы заставить табак войти на бобину 14. Соответствующий чувствительный механизм, такой, как датчик клапана положения, улавливает присутствие обоих элементов загрузки 32 в соответствующем положении загрузки, а затем управление переходит на блок 210. В блоке 210 гидравлический поршень 28 приводится в действие для перемещения бобины в корпус давления 12. Соответствующий датчик, такой, как датчик позиционного клапана или аналогичный, улавливает положение бобины в требуемом месте в корпусе 12 и затем управление переходит на блок 215.

В блоке 215 клапан раскрывается для того, чтобы позволить гидравлической рабочей среде из гидравлического накопителя 45 заполнить уплотнения 40 и 42. Гидравлический накопитель 45 предпочтительно содержит достаточный объем рабочей жидкости для того, чтобы поднять давление в каждом из уплотнений 40 и 42 до давления в 3000 фунтов на дюйм (210,92 кг/см²) в течение временного периода примерно в 1 секунду. Соответствующий датчик улавливает давление рабочей жидкости внутри уплотнений 40 и 42, и когда давление находится на требуемом значении, например, 3000 фунтов на дюйм² (210,93 кг/см²), управление передается на блок 220.

В блоке 220 быстродействующий наполнительный клапан 60 открывается и таймер приводится в действие. Это позволяет, нагретой и имеющей повышенное давление среде для пропитывания, такой, как пропан, при давлении выше 2000 фунтов на дюйм² (149,62 кг/см²) и при температуре примерно 300^oF (149^oC) или выше, входить в зону пропитывания 22. При этих условиях и, в частности, когда табак в зоне пропитывания был предварительно подогрет, пропитывание довольно кратковременно, с тем, чтобы таймер мог быть установлен на короткий промежуток времени в пределах от нескольких секунд до примерно 15-20 секунд. Время пропитывания может быть отрегулировано на основе условий влажности, температурных условий и условий плотности табака в зоне пропитывания 22. Когда таймер достигает установленного временного периода, управление переходит на блок 225, где заполняющий клапан закрыт. Датчик проверяет, что этот клапан закрыт, и управление немедленно передается на блок 230 для быстрого открывания вентиляционного клапана 62.

Затем управление переходит на блок 235, в котором с датчика давления периодически считываются показания до тех пор, пока давление в зоне пропитывания не упадет до заранее заданного низкого давления, например, 10-20 фунтов на дюйм² (0,7-1,4 кг/см²). В этот момент управление переходит на блок 240, в котором раскрывается клапан, позволяющий удалить рабочую жидкость из уплотнений 40 и 42. Соответствующий детектор улавливает давление рабочей жидкости в уплотнениях и, когда давление жидкости достигнет требуемого низкого давления, управление передается на блок 245.

В блоке 245 гидравлический поршень 28 приводится в действие, перемещая бобину 14 в положение выгрузки 26. В то же самое время компрессор 72 запускается для подачи воздуха или азота под высоким давлением на бобину, когда она перемещается в положение 26. В блоке 250 соответствующий датчик улавливает положение бобины, когда она достигнет полностью вытянутого положения выгрузки, и тогда гидравлический поршень 28 немедленно меняет направление перемещения бобины для возврата в положение загрузки 24. Затем контроль передается в блок 255, в котором датчик детектирует положение бобины в камере 12, а затем компрессор 72 отключается. После этого последовательность управления вновь запускается, начиная с блока 200.

Различные признаки описанных здесь способов объемного расширения табака были обсуждены конкретно по отношению к использованию пропана в качестве ускоряющего объемное расширение пропитывающего агента и к применению условий температуры при пропитывании, близкой или превышающей сверхкритическую, вместе с условиями повышенного давления, приближающегося к сверхкритическому давлению или превышающего его, и по отношению к предпочтительному аппарату. Однако различные показательные способы и устройства для объемного расширения табака, описанные в данном случае, также считаются применимыми к другим способам объемного расширения табака, текучим средам объемного расширения и устройствам. Например, спрессовывание табака может существенно улучшить производительность многих способов пропитывания табака, проводимых в разнообразных сосудах при высоких уровнях давления, например, выше 100 фунтов на дюйм² (7,03 кг/см), для последующего объемного расширения табака. Подобным же образом, применение таких объемов агентов объемного расширения табака, которые существенно меньше, чем объем заполнения табака в насыпном виде, подаваемого в зону пропитывания, может улучшить экономичность многих процессов пропитывания и объемного расширения табака, включая процессы, при которых агент объемного расширения в зоне пропитывания присутствует во время пропитывания в виде газа или жидкости или в виде обоих.

Подобным же образом, практически мгновенное введение в зону пропитывания текучих сред пропитывания при высокой температуре и при высоком давлении, таких, как двуокись углерода, могут быть использованы условия, близкие или превышающие сверхкритические как для температуры, так и давления, с целью значительного сокращения временного периода пропитывания, необходимого до последующего этапа нагрева. Таким же образом, когда пропитывающая текучая среда используется для пропитывания табака при условиях высокой температуры, этап предварительного нагрева табака согласно данному изобретению может в значительной мере улучшить время цикла пропитывания.

Величины производительности по заполнению табаком, как они описаны в данном случае, измеряются обычным образом, с использованием автоматизированного с помощью электроники измерителя заполняющей способности, в котором твердый поршень диаметром 3,625 дюйма (9,2 см) устанавливается с возможностью скольжения в цилиндр подобного размера и воздействует давлением в 2,6 фунтов на дюйм² (0,18 кг/см²) на образец табака, помещенный в этот цилиндр. Эти параметры, как полагают, имитируют условия упаковки, при которых табак обрабатывается в устройстве для изготовления сигарет при 5 образовании сердечника сигареты. Замеренные пробы табака, имеющие вес в 50 г, использованы в качестве табака с объемным расширением. Пробы, имеющие вес 100 г, используются для табака без объемного расширения.

Изобретение было описано со значительными подробностями по отношению к предпочтительным вариантам осуществления. Однако может быть внесено 10 много изменений, вариантов и модификаций в настоящее изобретение, как оно описано в вышеприведенном описании и определено в прилагаемой формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Способ объемного расширения табака, включающий помещение загрузки сырого табака в камеру пропитки, способную выдерживать условия повышенного давления и имеющую необходимый объем для заполнения загрузки сырого табака, пропитывание табака в камере пропитки агентом объемного расширения при условиях, достаточных для получения пропитанного табака, способного увеличиваться в объеме по меньшей мере на 50% при воздействии на него условий объемного расширения, и удаление пропитанной загрузки сырого табака из камеры пропитки при воздействии условий, достаточных для объемного расширения, отличающийся тем, что он включает спрессовывание загрузки сырого табака, который должен быть пропитан, при сжатии в отношении по меньшей мере 1,5:1 относительно свободного заполняемого объема табаком, который должен быть расширен, и в качестве агента объемного расширения используют пропан.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрузку сырого табака спрессовывают при сжатии в отношении по меньшей мере примерно 2:1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрузку сырого табака спрессовывают при сжатии в отношении по меньшей мере примерно 3:1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что агент объемного расширения подают в камеру пропитки в виде текучей среды.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть стадии пропитывания проводят в условиях температуры, равной или выше надкритической температуры агента объемного расширения.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть стадии пропитывания проводят в условиях давления, равного или выше надкритического давления агента объемного расширения.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию пропитывания проводят в течение промежутка времени, меньшего чем 30 с.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что табак предварительно нагревают при повышенной температуре до помещения его в камеру пропитки.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что агент объемного расширения впускают в камеру пропитки в виде текучей среды, имеющей температуру выше надкритической температуры текучей среды и давление выше надкритического давления текучей среды.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия пропитывания включает введение в камеру пропитки текучей среды пропана при давлении выше примерно 2000 фунтов на дюйм² (140,62 кг/см²) и при температуре выше примерно 240^oF (116^oC).

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что табак предварительно нагревают до температуры по меньшей мере 125^oF (52^oC).

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что табак предварительно нагревают до температуры по меньшей мере 140^oF (60^oC).

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что суммарное количество тепла, подаваемого в камеру пропитки от предварительного нагретого табака и текучей среды объемного расширения, находится в диапазоне примерно 240-270^oF (116-132^oC).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 11.06.2006

Извещение опубликовано: 10.01.2008        БИ: 01/2008

---