CN102958393A - 烟草膨胀方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使烟草材料膨胀的方法，包括以下步骤：在具有环境压力的基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）中提供烟草，其中压力缸（12）与腔室（3、4、24、25、26、27）处于流体连通，该压力缸（12）进一步包括活塞（14）；和使压力缸（12）的活塞（14）运动以便使得腔室（3、4、24、25、26、27）中的压力改变至不同于环境压力的压力。当在基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）中提供烟草时，使腔室（3、4、24、25、26、27）的第一锁定装置（5、6）脱位以形成腔室中的第一开口，和通过第一开口将烟草插入腔室中。在使烟草在腔室中膨胀之后，使腔室的第二锁定装置（7、8）脱位以成腔室中的第二开口，和通过第二开口从腔室排出膨胀的烟草。本发明还涉及一种烟草膨胀设备。
Description
技术领域
本发明涉及使烟草膨胀的方法和烟草膨胀设备。
背景技术
在现有技术中，已知有使烟草膨胀的方法，其包括将湿的烟丝放入在高温下以高速度行进的输送介质流中。通常，输送介质为空气或者饱和或过热蒸汽，其同时使烟草膨胀和干燥。在这种膨胀设备中，输送介质和烟草的比率不能自由调节，因为烟草由该同一介质输送，而该比率必须选择成适合于容许对烟草的输送和干燥。使用输送介质使烟草膨胀的另一个缺点在于它需要较大量的空间。此外，不可使用显著超过或低于大气压力的加压。现有技术中已知的这种方法的一个实例可见于US 5,251,649。
此外，一种静止烟草膨胀方法见于US,789,435，其中待处理的烟草放置于带孔的容器中，所述容器设置至具有不透蒸汽的盖的腔室中。来自压缩机的气体被导入该腔室中。为了从该腔室释放压力，活塞阀即刻离开阀座。压力的突然释放使得在压力下截留在烟草的某些成分内的气体将能够使烟草膨胀。
然而，上述方法需要比较复杂的流体系统以用于积累和释放压力，并且还不能以高生产能力操作。
因此，需要提供一种烟草膨胀设备，其需要更少空间，但具有高生产能力和高膨胀效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟草膨胀方法和设备，其需要小的空间并能以高生产率和高膨胀效率使烟草膨胀。
这通过一种使烟草膨胀的方法实现，其中将烟草提供于具有环境压力的基本上可严密密封的腔室中。压力缸与腔室处于流体连通。根据本发明，压力缸进一步包括活塞。压力缸的活塞被移动以便使得腔室中的压力被改变至不同于环境压力的压力。通过移动活塞将压力改变至不同于环境压力的压力的特征容许相对于环境压力快速地改变基本上可严密地密封的腔室中的压力。因此，与初始压力积累通过压缩机缓慢提供的固定烟草膨胀的现有技术相比，本发明容许快速增加或减小腔室中的压力。这实现了对烟草的更有效处理。尤其是，烟草由于烟草中的水从液体相变至气体而膨胀。据信，烟草的膨胀量随着压力变化的速度增加。压力变化的速度越高，膨胀的烟草的量越大。
优选地，在基本上可严密地密封的腔室中提供烟草的步骤包括使腔室的第一锁定装置脱位以形成腔室中的第一开口，和随后通过第一开口将烟草插入腔室中。在使烟草在腔室中膨胀之后，该方法进一步包括以下步骤：使腔室的第二锁定装置脱位以形成腔室中的第二开口。在进一步的步骤中，通过第二开口从腔室排出膨胀的烟草。这使得烟草能够通过使用第一开口作为进入口和使用第二开口作为排出口而被运送通过腔室。因此，这种方法能够应用于具有指定烟草流动方向的自动化工厂环境中。因此，能够实现具有高生产能力的烟草膨胀方法。
优选地，通过活塞的运动将腔室中的压力降低至低于环境压力的压力。因此，包含在腔室中的烟草能够在不需要此前的腔室中的压力增大的情况下被直接膨胀。
替代地，这种方法包括通过活塞的运动将腔室中的压力升高至高于环境压力的压力以及随后快速地将压力降低至环境压力。通过随后快速地将压力降低至环境压力而使烟草膨胀。
优选地，腔室中的压力保持在高压下持续特定时间。优选地，高压介于高于大气压力大致0.5巴至高于大气压力大致8巴。优选地，高压保持大致30分钟至大致24小时，更优选地，高压保持大致8小时至大致24小时。
优选地，腔室的温度在压力降低之前升高。优选地，温度升高大致5摄氏度至大致250摄氏度，更优选大致25摄氏度至大致200摄氏度。
在给定量时间内将烟草保持在高温或高压或者保持在高温和高压便于通过处理介质浸渍烟草。通过处理介质良好地浸渍烟草而提高随后的膨胀的效率。
优选地，活塞的运动应用于在腔室中将压力快速地降低至环境压力。
替代地，通过缸中的活塞运动而将高于环境压力的压力降低至低于环境压力的压力。
优选地，将压力降低至环境压力通过打开排气阀来实现，其中排气阀优选地设置在缸内。因此，将通过由打开排气阀所引起的压力下降使烟草膨胀。替代地，排气阀设置于腔室中。
优选地，压力下降在大致0.01巴至大致10巴的范围内，更优选在大致0.1巴至大致5巴的范围内，最优选地在大致0.5巴至大致3巴的范围内。
优选地，形成压力下降的时间，例如从环境压力降低至低于环境压力的压力或者从超压力减小至大气压力的时间，在大致0.01秒至5分钟的范围内，更优选在大致0.05秒至0.2分钟的范围内，最优选地在大致0.1秒至大致0.5秒之间的范围内。
优选地，第一开口在腔室的顶部，而第二开口在腔室底部，以便使得可以使用重力来输送烟草通过膨胀设备。
优选地，处理介质被经由注入阀而注入腔室。处理介质可为促进烟草膨胀的任何介质。优选地，处理介质包括饱和蒸汽、过热蒸汽、空气、二氧化碳、氮气、氩气或者水中的至少一种。优选地，在处理介质为饱和蒸汽的情况下，饱和蒸汽在大致184摄氏度处于大致10巴的压力。优选地，在处理介质为过热蒸汽的情况下，过热蒸汽处于大致大气压力至大致4巴之间的压力和大致120摄氏度至250摄氏度的温度，更优选在大致160摄氏度至250摄氏度的温度。特别是，介质适于在形成腔室中的给定温度或压力之前降低腔室中的氧浓度。腔室内氧浓度的这种降低可减少或防止膨胀处理对烟草的性质的不利影响。
优选地，根据本发明的方法进一步包括使处理介质循环以便冲洗腔室的步骤，这通过以下方式实现：首先通过注入阀将处理介质注入腔室中，然后通过安装在腔室或缸中的放气阀排出处理介质，然后将排出的处理介质送至注入阀。因此，能够通过处理介质更有效地处理烟草，因为进一步的循环使得基本上所有烟草能够可靠地受到处理介质作用。此外，这容许更有效地从腔室去除残余的氧。
优选地，根据本发明的方法进一步包括在转动构件上设置至少两个基本上可严密地密封的腔室的步骤，其中所述至少两个基本上可严密地密封的腔室每个具有至少一个装载位置、至少一个加压位置和至少一个排出位置。根据本发明，所述至少一个装载位置、至少一个加压位置和至少一个排出位置可重合，以便使得在同一物理位置实现对腔室的装载、对腔室的加压（或减压）和将烟草从腔室排出。替代地，所述至少一个装载位置、至少一个加压位置或至少一个排出位置中的至少一个并不与其它位置重合。例如，根据本发明的方法可包括在第一装载位置将烟草的第一混合物装载入第一腔室中的步骤和在第二装载位置将烟草的第二混合物装载入同一第一腔室中的步骤，随后的在第一和在第二加压位置为第一腔室加压、在第三加压位置为腔室减压的步骤，以及在单个排出位置从第一腔室排出膨胀的烟草的步骤，其中所述单个排出位置与所述第一装载位置重合。
优选地，根据本发明的方法进一步包括以下步骤：使转动构件旋转，以及，在转动构件的旋转期间将所述腔室之一中的烟草保持在不同于环境压力的压力。随后，当腔室处于排出位置时，从腔室排出烟草。转动构件提供了以下好处：能够限定一个或几个装载位置，在这些位置设置容许容易地利用烟草填充腔室的装置。在转动构件旋转以便使得包括烟草的腔室从装载位置移动到排出位置的同时，已经在装载位置填充入腔室中的烟草能够在一定时间内被保持在不同于环境压力的压力。通过随后在装载位置填充腔室和在排出位置排出烟草，能够实现一种几乎连续的烟草膨胀方法，提高了烟草膨胀方法的生产能力和效率。
另外，根据本发明的方法可包括使加压的腔室停放在停放位置的步骤，在该位置，腔室被长时间保持在给定压力和温度。优选地，腔室的停放位置在旋转构件外部，例如在存储装置中。在那种情况下，根据本发明的方法进一步包括将加压的腔室从转动构件卸载至存储装置中的停放位置的步骤和将加压的腔室从存储装置中的停放位置装载于转动构件上的步骤。优选地，存储装置容纳多个存储构件，例如2至大致100个腔室。这样，甚至在烟草长时间浸渍在腔室中的情况下，也能够有效地进行烟草的连续膨胀。
在一个实施例中，利用为每个基本上可严密地密封的腔室提供的单独的缸将基本上可严密地密封的腔室加压。这是有益的，因为甚至在转动构件旋转期间也能够连续地控制腔室中的压力。此外，为每个基本上可严密地密封的腔室提供的缸能够以可靠和容易的方式连接至相应的基本上可严密地密封的腔室。
替代地，在加压位置中，通过与加压位置的基本上可严密地密封的腔室连通的固定缸将填充有烟草的基本上可严密地密封的腔室加压。因此，转动构件的所有基本上可严密地密封的腔室能够通过仅仅一个固定缸而被依次地加压。替代地，多个固定缸在多个加压位置对基本上可严密地密封的腔室加压。
优选地，缸和腔室被一筛分离，流体可透过该筛但烟草不可透过该筛。因此，烟草能被可靠地保持于缸或流体连通管道或连接缸与腔室的管以外。特别是，筛在靠近连接缸与腔室的流体通道的开口的位置设置在腔室内。
本发明还涉及一种烟草膨胀设备，其包括至少一个基本上可严密地密封的腔室和与该至少一个腔室连通的压力缸，其中压力缸包括活塞并且适于将该至少一个腔室中的压力改变至不同于环境压力的压力。该至少一个基本上可严密地密封的腔室中的烟草能经受不同的压力，以便以快速可靠的方式使烟草膨胀。优选地，烟草膨胀设备包括用于打开和关闭基本上可严密地密封的腔室的锁定装置，其中所述锁定装置是可滑动的或可枢转的以便实现腔室的打开和关闭。因此，腔室能容易地打开以便使得烟草能够被填充至腔室中并且膨胀的烟草能够从腔室排出。
特别地，烟草膨胀设备包括多个基本上可严密地密封的腔室，其中每个腔室适于依次地位于装载位置，在该位置，烟草能被通过装载锁定装置填充在相应的腔室中。烟草膨胀设备可包括2、3、4、5、6、8、10、12、24、50或更多个腔室或任何其它数量的腔室。腔室可具有不同的尺寸但是均一的尺寸是优选的。
优选地，腔室的容积为大致0.001立方米至大致10立方米，更优选为大致0.01立方米至2立方米，并且最优选为大致0.1立方米至大致1立方米。
此外，每个腔室适于定位于排出位置，在该位置，烟草能通过排出锁定装置从相应的腔室排出。因此，通过能够将每个腔室定位于装载位置以及还有排出位置，能够实现一种有效并且几乎连续的烟草膨胀方法。此外，用于填充烟草的固定装置能够在靠近处于装载位置的腔室处设置，并且固定排出装置能够位于靠近处于排出位置的腔室设置。
优选地，所述多个基本上可严密地密封的腔室设置在转动构件上，所述转动构件适于被旋转。因此，旋转使得腔室能够依次地位于装载位置和排出位置。
然而，替代地，基本上可严密地密封的腔室也可设置在可线性地运动的构件上。
另外，烟草膨胀设备包括如上文所述的用于处于停放位置的加压的腔室的存储装置。
优选地，通过注入阀注入处理介质，该注入阀容许控制注入的介质的量。优选地，注入阀提供再循环功能。
为了提供再循环功能，压力活塞设置有具有放气阀的放气口，以便使得处理介质通过腔室中的注入口而注入。同样地，已经处于压力缸中的空气或处理介质能够从压力缸排出。
在另一个实施例中，再循环开口可设置于腔室自身中。
此外，烟草膨胀设备可设置有排气阀，该排气阀可位于缸处或腔室中，但是优选地位于腔室与缸之间的流体连通管道处。排气阀可打开以便在腔室和压力缸中产生突然的压力变化，特别是用于从腔室和压力缸突然释放高压的空气或处理介质。替代地，压力的降低通过快速地缩回压力缸的活塞实现。排气阀和放气阀可实现为同一阀。
在使用时，烟草膨胀设备优选地根据以下两种操作模式操作，即“加压模式”和“真空模式”。
在“加压模式”中，首先烟草腔室的装载锁定装置被打开并且烟草被插入腔室中。然后，装载锁定装置被关闭并且在压力缸处的放气阀被打开的同时蒸汽被通过注入阀注入腔室中。因此，蒸汽首先填充腔室同时置换腔室中的空气，其流动通过筛，经由连通管道进入压力缸并且通过放气阀。当以前包括在腔室和压力缸中的空气已经完全地被蒸汽置换时，可停止蒸汽注入。任选地，可通过使通过放气阀排出的蒸汽循环至注入阀而进行再循环步骤，以便保证腔室中的所有烟草已经充分经受蒸汽作用。
压力缸的起初处于缩回位置的活塞然后被移动以便在腔室中产生高压。缩回位置指的是连接至腔室的缸的容积最大或至少比较大的位置。贯穿该过程，注入阀、放气阀和排气阀被关闭。然而，替代地，或另外地，也可通过经注入阀注入高压蒸汽来产生腔室中的压力。
烟草被在一定时间内保持高压以便使得所有烟草在高压经受蒸汽作用。
然后通过活塞的运动或通过打开排气阀而突然释放压力。突然的压力释放造成烟草内的水快速从液体相变成蒸气，并且因此使烟草膨胀。替代地，压力的突然释放通过缩回活塞和同时打开排气阀获得。
在最后的步骤中，在烟草腔室的底部的排出锁定装置被打开并且膨胀的烟草被排出。
在“真空模式”中，在压力缸的活塞处于向前位置以便最初实现压力缸中的最小容积时，通过装载锁定装置将烟草提供至腔室中。
然后，关闭装载锁定装置并且通过注入阀注入蒸汽并且通过放气阀排出蒸汽，如上所述。在可选的使蒸汽再循环之后，蒸汽注入阀和放气阀两个都关闭，并且压力缸的活塞缩回，以便使得压力缸中的容积突然增加以在压力缸和烟草腔室中产生压力，该压力显著低于环境压力。该压力容许烟草膨胀。
随后，为了再加压，打开排气阀以便再次升高腔室和压力缸中的压力至环境的大气压力。另外地，或替代地，可进行压力缸的活塞的运动以便实现再加压过程。最后，腔室的排出锁定装置被打开并且膨胀的烟草被排出。
附图说明
以下将参考附图通过实例来对本发明进行进一步描述，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的烟草膨胀设备的前视立体图，和
图2是根据本发明的实施例的烟草膨胀设备的水平剖视图。
具体实施方式
图1中所示的烟草膨胀设备1包括转动构件2，所述转动构件2可围绕旋转轴线3旋转，所述旋转轴线基本上竖直地设置于转动构件2的基本上中心位置。
图1的虚线表示烟草膨胀设备的通常将隐藏的部分，因为它们位于烟草膨胀设备内或位于烟草膨胀设备的后侧上。
在该实施例中，转动构件2具有基本上圆柱形外部形状和圆形的平的上、下表面。旋转构件2可通过任何适当的驱动装置驱动，例如通过伺服马达或步进马达驱动。
转动构件2设置有烟草腔室3、4，当从旋转轴线3观察时，它们位于转动构件2的径向外侧区域中。烟草腔室3、4从转动构件2的上表面延伸到下表面。
特别是，烟草腔室3、4包括在转动构件2的顶侧的装载口。装载口可通过装载锁定装置5、6关闭，所述装载锁定装置5、6枢转地安装在装载口的一侧。在图1中，烟草腔室3的装载锁定装置5打开而烟草腔室4的装载锁定装置6关闭。
此外，烟草腔室3、4包括在转动构件2的下侧的排出口，所述排出口可通过可枢转排出锁定装置7、8关闭，所述可枢转排出锁定装置在图1中两个都示出为关闭。
当装载锁定装置5、6和排出锁定装置7、8被关闭时，烟草膨胀腔室3、4基本上是可严密地密封的。只有一个流体连通管道9、10将腔室3、4连接至压力缸12的下部11、13。压力缸12包括活塞14，所述活塞14可穿过压力缸的上部15和下部11、13运动以便改变压力缸12中的压力。
图1示出了分开式压力缸，包括旋转缸部分和固定缸部分。压力缸12包括下部11、上部15和活塞14，而烟草腔室8仅仅连接至分开式压力缸的下部13而没有连接至上部或活塞。在使用时，分开式压力缸12的固定上部15和活塞14与转动构件2中的下部11、13对准。
另外，阀可设置于连通管道9、10中以便使得腔室3、4中的压力可保持于不同于环境压力的水平，即使上部15和活塞14不连接至压力缸12的下部11、13。这提供了以下优点，活塞14和相应的致动装置只需要设置于所示位置，而压力缸的相应下部11、13可通过使转动构件2围绕旋转轴线3旋转而与活塞14对准。
然而，替代地，可为每个腔室3、4设置完全装备的压力活塞。
每个腔室3、4包括注入口，在注入阀16、17控制之下，介质例如蒸汽可被通过所述注入口注入腔室3、4。放气阀18、19设置在压力缸12的下部11、13上，以便使得能够排出被通过注入阀16、17注入的蒸汽所置换的空气。排气阀可设置于与放气阀18、19类似的位置。替代地，排气阀和放气阀18、19为同一阀。
在一个实施例中，有可能放气阀18、19经由再循环管与注入阀16、17处于流体连通以便容许通过放气阀18、19排出的介质再循环至注入阀16、17并回至腔室3、4。
在图2中，示出了烟草膨胀设备的水平剖视图。更多的烟草腔室24、25、26、27设置于转动构件2中，所述烟草腔室24、25、26、27并未示出于图1中。腔室24、25、26、27分别经由连通管道28、29、30、31与压力缸12的下部20、21、22、23处于流体连通。转动构件2中的用于使烟草膨胀的腔室的数目可为任何数目，而图1中为清楚起见仅仅示出两个腔室3、4。对于实际生产环境，可能希望具有更高数目的腔室，如4、6、8、12、16或24个，因为这容许增加烟草的生产能力。
在使用时，烟草设置于位于烟草腔室3的位置的烟草腔室中。同时，已经膨胀的烟草从位于腔室24的位置的烟草腔室排出。当腔室3被填充指定量的烟草时，相应的装载锁定装置5被关闭并且腔室中的压力改变至不同于环境压力的压力。随后，使转动构件2沿顺时针方向旋转六十度，打开腔室24的装载锁定装置并且将烟草提供至腔室24。同时，从腔室25排出烟草。因此，如图2中所示，腔室3处于装载位置而腔室24处于排出位置。此外，腔室3处于加压位置。
通过缩回活塞或通过打开排气阀而释放腔室23中的压力。然后，打开排出锁定装置。因此，在旋转构件转动六十度之后，可填充一个烟草腔室而同时排空另一个烟草腔室。这容许在烟草膨胀设备中操作一种用于烟草膨胀的方法，其具有高生产能力和效率。
Claims (13)
1.一种使烟草材料膨胀的方法，包括：
在具有环境压力的基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）中提供烟草，其中压力缸（12）与腔室（3、4、24、25、26、27）处于流体连通，该压力缸（12）进一步包括活塞（14）；和
使压力缸（12）的活塞（14）运动以便使得腔室（3、4、24、25、26、27）中的压力改变至不同于环境压力的压力，
其中在基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）中提供烟草的步骤包括以下进一步的步骤：
使腔室（3、4、24、25、26、27）的第一锁定装置（5、6）脱位以形成腔室（3、4、24、25、26、27）中的第一开口，和
通过第一开口将烟草插入腔室（3、4、24、25、26、27）中；并且
在使烟草在腔室中膨胀之后，该方法进一步包括以下步骤：
使腔室（3、4、24、25、26、27）的第二锁定装置（7、8）脱位以形成腔室中的第二开口，和
通过第二开口从腔室（3、4、24、25、26、27）排出膨胀的烟草。
2.根据权利要求1所述的方法，其中改变压力包括通过活塞（14）的运动将腔室（3、4、24、25、26、27）中的压力降低至低于环境压力的压力。
3.根据权利要求1所述的方法，包括通过活塞（14）的运动将腔室（3、4、24、25、26、27）中的压力增加至高于环境压力的压力，以及随后将压力降低至环境压力。
4.根据权利要求3所述的方法，其中将压力降低至环境压力通过打开阀实现。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：经由注入阀（16、17）将处理介质注入至腔室（3、4、24、25、26、27）。
6.根据权利要求5所述的方法，包括通过以下方式使处理介质循环以便冲洗腔室：
通过注入阀（16、17）将处理介质注入腔室（3、4、24、25、26、27）中；
通过放气阀（18、19）排出处理介质，其中所述放气阀安装于腔室（3、4、24、25、26、27）或压力缸（12）或流体连通管道（9、10）中；以及
将排出的处理介质送至注入阀（16、17）。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中多个基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）设置在转动构件（2）上，并且该方法包括以下步骤：
在多个腔室（3、4、24、25、26、27）之中的处于装载位置的一个腔室中提供烟草；
使转动构件（2）旋转；
将处于多个腔室（3、4、24、25、26、27）之中的一个腔室内的烟草保持在不同于环境压力的压力，同时使转动构件（2）旋转；和
当腔室（3、4、24、25、26、27）处于排出位置时，从腔室（3、4、24、25、26、27）排出烟草。
8.根据权利要求7所述的方法，包括利用为每个基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）提供的单独的缸将基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）加压。
9.根据权利要求7所述的方法，包括通过与处于加压位置的基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）连通的固定缸（12）将处于加压位置的、填充有烟草的基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）加压。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中缸（12）和腔室（3、4、24、25、26、27）被一筛分离，流体能透过该筛但烟草不能透过该筛。
11.一种烟草膨胀设备，包括：
基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27），
与腔室（3、4、24、25、26、27）连通的压力缸（12），其中该压力缸（12）包括活塞（14）并且适于将腔室（3、4、24、25、26、27）中的压力改变至不同于环境压力的压力，和
用于打开和关闭基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）的锁定装置（5、6、7、8），其中所述锁定装置（5、6、7、8）可滑动地或可枢转地安装以使得能够打开和关闭腔室（3、4、24、25、26、27）。
12.根据权利要求11所述的烟草膨胀设备，包括多个基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27），其中每个腔室（3、4、24、25、26、27）适于依次地位于装载位置，在该装载位置，烟草能被填充于相应的腔室（3、4、24、25、26、27）中，其中进一步地，每个腔室（3、4、24、25、26、27）适于位于排出位置，在该排出位置，能从相应的腔室（3、4、24、25、26、27）排出烟草。
13.根据权利要求12所述的烟草膨胀设备，其中所述多个基本上可严密地密封的腔室（3、4、24、25、26、27）设置在转动构件（2）上，所述转动构件适于被旋转。
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