CZ134994A3 - Expansion process of tobacco treating - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení pro expanzní zpracování tabáku. Zejména se vynález týká způsobu a zařízení pro zlepšení výkonnosti a hospodárnosti procesu, při kterém dochází k expandování tabáku.

Dosavadní stav techniky

V posledních dvou desetiletích se staly zpracovatelské postupy s expanzním zpracováním tabáku důležitou součástí výrobních procesů pro výrobu cigaret. Tabákové expanzní postupy slouží pro obnovení hustoty a/nebo objemu tabáku, odpovídající hustotě, popřípadě objemu volně sypaného tabáku, které byly ztraceny v průběhu sušení a skladování tabákových listů. Kromě toho je expandovaný tabák důležitou složkou četných cigaret s malým nebo podstatně sníženým obsahem dehtu.

Komerčně významné expanzní postupy, kterými se zajišťuje narovnávání a prostorové rozpínání částic tabáku z jeho původně zmačkaného stavu, je popsáno v US-PS 3 524 451 a US-PS 3 524 452. Tyto patentové spisy popisují způsoby, při kterých se tabák přivádí do kontaktu s impregnační látkou, načež se prudce zahřeje, aby se impregnační látka odpařila a dosáhlo se expandování tabáku. US-PS 3 683 937 popisuje způsob zpracování tabáku, při kterém má být dosaženo expandování tabáku a který využívá organických složek ve formě výparů pro impregnování tabáku. Impregnovaný tabák potom expanduje budí v důsledku zahřátí nebo rychlého snížení tlaku.

Použití oxidu uhličitého pro expandování tabáku je popsáno V US-PS 4 235 250, US-PS 4 258 729 a US-PS 4 336 814 a dalších. V těchto a jim příbuzných postupech se oxid uhličitý bud v plynné nebo kapalné formě přivede do kontaktu s tabákem pro jeho impregnaci a potom se takto impregnovaný tabák vystaví podmínkám vyvolávajícím rychlé zahřátí, aby se oxid uhličitý prudce odpařil a tím se dosáhlo expandování tabáku. U známých postupů, využívajících k expandování tabáku oxidu uhličitého, je zpravidla nutno tabák silně zahřát, aby se dosáhlo dostatečného a stabilního expandování tabáku. Toto silné zahřívání může poškodit vůni tabáku a/nebo může vyvolat vznik velkého množství jemných tabákových částic. Kromě toho způsoby, které používají pro impregnaci tabáku kapalného oxidu uhličitého, přinášejí zpravidla ten výsledek, že takto impregnovaný tabák má podobu pevných bloků tabáku, obsahujících suchý led, který se musí před tepelným zpracováním rozbít, takže se zvyšuje složitost tohoto postupu.

US-PS 4 461 310 a US-PS 4 289 148 popisují expandování tabáku pomocí nadkritického dusíkového nebo argonového impregnování tabáku. Tyto plyny se odvádějí z tabáku v průběhu rychlého snižování tlaku a tabák expanduje po svém vystavení účinku zahřátého plynu nebo mikrovlnného záření. Tyto postupy vyžadují zpracování tabáku za tlaků překračujících 14,06 MPa nebo 28,12 MPa až do 70,31 MPa, aby se dosáhlo výrazné expanze tabáku.

US-PS 4 531 529 popisuje způsob zvyšování kapacity tabákové náplně cigarety, při kterém je tabák impregnován silně prchavým expanzním činidlem s nízkým bodem varu, například za normálních podmínek plynnými halogenidy uhlíku nebo uhlovodíky, při provozních tlakových a teplotních podmínkách, které jsou vyšší nebo blízké kritickým tlakům a teplotám expanzního činidla. Tlak se při tomto postupu rychle snižuje na hodnotu atmosférického tlaku, takže tabák expanduje, aniž by bylo nutno jej zahřívat jak pro dosažení vlastního rozpínání tabáku, tak také pro stabilizování expandovaného stavu tabáku. Tlakové podmínky pro tento způsob se pohybují od 3,6 MPa výše bez známé horní meze. Při zkouškách bylo použito tlaků nižších než 14,2 MPa a bylo přitom dosaženo expanze tabáku bez nadměrného lámání jeho částic. Tlaky vyšší než je tato hodnota nejsou za normálních podmínek považovány za využitelné. Jestliže se délka časového intervalu, potřebného pro zvýšení tlaku expanzního činidla na potřebnou hodnotu, pohybuje mezi 1 až 10 minutami, je nutný jen velmi krátký nebo dokonce nulový časový interval pro udržování těchto tlakových podmínek, které jsou předpokladem pro dosažení účinného impregnování tabáku.

US-PS 4 554 932 popisuje zařízení pro zpracovávání tabáku tlakovou tekutinou, opatřené dutým válcovým pouzdrem, ve kterém je axiálně posuvně uložena cívková jednotka, pohyblivá mezi nakládací polohou, nacházející se mimo vnitřní prostor válcového pouzdra, a polohou, ve které se provádí zpracování tabáku a která se nachází uvnitř válcového pouzdra. Cívková jednotka je opatřena na svých plochách, které jsou v kontaktu s vnitřní válcovou plochou válcového pouzdra, těsnicími prvky, které dosedají na vnitřní plochu válcového pouzdra, aby se tak vytvořila uzavřená tlaková komora. Do této tlakové komory jsou zaústěna přívodní potrubí pro přívod pracovní tekutiny do tlakové komory. Tento systém tak tvoří zařízení využívané pro vysokotlaké zpracování materiálů, například pro impregnaci tabáku a vyvolání jeho expanze, které umožňuje snadné plnění pracovního prostoru zpracovávaným materiálem a jeho pozdější vyprazdňování při současném minimalizování nebo dokonce vyloučení problémů souvisejících s utěsněním zařízení nebo s blokovacími mechanismy, které musí být obvykle používány u vysokotlakých technologických zařízení. Toto zařízení je opatřeno tlakovou nádobou, která přispívá ke zkrácení doby trvání celého procesu a zvyšuje hospodárnost technologického postupu zajišťujícího expandování tabáku.

US-PS 5 067 293 je zaměřen na způsob a zařízení pro zpracování tabákového materiálu a jiných biologických materiálů, opatřené mechanismy vytvářejícími dynamická těsnění, u kterých vzájemně spolupůsobící pohyblivé plochy zajišťují utěsnění zpracovací komory. Dynamický těsnicí systém podle tohoto vynálezu je využitelný pro zpracování tabáku při zvýšených teplotních a tlakových podmínkách, zahrnujících také podmínky nadkritické teploty a nadkritického tlaku u způsobů, při kterých probíhá expanze tabáku. V tomto spisu jsou popsány jak kontinuální postupy, tak také přerušované procesy. Pro expandování tabáku je v tomto spisu popsáno použití nadkritických tekutin v hmotnostním poměru vůči tabáku větším než 40:1, přičemž v tomto spisu je uvedeno, že úplná impregnace tabákového materiálu probíhá v podstatě okamžitě. V tomto spisu je také uvedeno, že větší expanze tabáku se dosáhne, jestliže jsou dodržovány impregnační doby v rozsahu 1 až 10 minut před snížením tlaku.

US-PS 4 962 773 popisuje způsob zpracování cigaretových tyčkových polotovarů za takových podmínek, při kterých dochází k expanzi náplně cigarety, tvořené řezaným tabákem a uložené uvnitř cigaretového obalového papírku. V tomto patentovém spisu je popsáno také použití různých impregnačních podmínek a různých impregnačních tekutin včetně impregnačních podmínek využívajících nadkritických tlaků a teplot. Při zpracování pracovních vzorků byla použita tlaková nádoba obsahem 4,5 litrů, ve které probíhalo impregnování tabákových tyček v nadkritických podmínkách.

Postupy vytvářející podmínky pro expandování tabáku, včetně způsobů popsaných v předchozí části, musí probíhat jako přerušované postupy nebo jako plynulé postupy, jak je to například patrno z US-PS 5 067 293, jestliže je používáno impregnačních tlaků, které jsou v podstatě vyšší než je atmosférický tlak. Přerušované i plynulé zpracovatelské postupy vyžadují složitá pracovní zařízení a prodlužují dobu trvání jednoho zpracovatelského cyklu, protože potřebují čas na otevírání a uzavírání nádob a přivádění a odvádění impregnačních látek z nádob. U těchto známých zařízení byly prová5 děny některé úpravy, které měly přinést zkrácení celkové doby trvání cyklu. Avšak podstatného zvýšení výkonu je u známých systémů s přerušovaným pracovním cyklem a známými technologickými postupy možné dosáhnout jen zvýšením objemu jednotlivých systémů a/nebo zvýšením počtu jednotlivých systémů, používaných současně.

Podstata vynálezu

Vynálezem má být dosaženo zlepšení expandovacího procesu při zpracování tabáku, kterým by bylo možno výrazně zvýšit výkon vysokotlakého impregnačního systému pro impregnaci tabáku. Tabák může být podle vynálezu impregnován ve vysokotlakové impregnanční zóně a může být odebírán z této zóny k zajištění expanze v časovém intervalu, odpovídajícím trvání celého cyklu, který je kratší než jedna minuta, zejména kratší než 15 až 30 sekund. Kromě toho je úkolem vynálezu zvýšení kapacity zpracování tabáku dosažením výrazně lepšího využití pracovního prostoru, který je k dispozici ve vysokotlaké impregnační zóně. Vynálezem má být rovněž vyřešen způsob, při které je minimalizováno množství expanzního činidla, používaného pro zpracování tabáku.

Tento úkol je vyřešen způsobem vysokotlaké impregnace tabáku podle vynálezu, při kterém se celý impregnační prostor ve vysokotlaké impregnační zóně vyplní stlačeným tabákem. Do impregnační zóny se potom přivádí příslušné činidlo, které impregnuje stlačený tabák. Stlačený tabák se stlačuje tak, že poměr objemů v nestlačeném a stlačeném stavu je větší než 1,25:1, například 1,5:1 a zejména je dosaženo stlačení v objemových poměrech nejméně 2:1 až 3:1 nebo i větších. Tím je podstatně zlepšeno využití prostoru, který je k dispozici v impregnační zóně, například o 50% až 200% nebo i více. I přes stlačení tabáku v průběhu jeho impregnace je možno dosáhnout výrazné expanze tabáku o nejméně 50%, přičemž podle dalších výhodných provedení způsobu podle vynálezu je možno dosáhnout zvětšení plnicí kapacity o 100% i více. Kromě toho se u výhodného provedení způsobu podle vynálezu zkracuje celková doba trvání jednoho impregnačního cyklu pro impregnaci stlačeného tabáku pod 20 sekund.

Kromě výrazného zvýšení dosažitelné kapacity vysokotlaké zpracovávací nádoby je možno tímto výhodným řešením podle vynálezu dosáhnout podstatného snížení množství expanzního činidla, přiváděného do impregnační zóny v průběhu impregnace. Tímto výhodným provedením vynálezu je tak vyřešen způsob zpracování tabáku, u kterého může být objem expanzního činidla, využívaného k impregnování tabáku, menší než objem tabáku měřený ve volně sypaném, to znamená nestlačeném stavu. Objem expanzního činidla se může pohybovat kolem jedné poloviny objemu tabáku nebo může být i menší.

Podle jiného výhodného provedení vynálezu je doba trvání jednoho impregnačního cyklu, při kterém se provádí impregnace tabáku za podmínek blízkých jícím nadkritickému tlaku a dehříváním tabáku před jeho nebo vyšších podmínkám odpovídateplotě, podstatně zkrácena přepřivádéním do impregnační oblasti. Při řešení dalších zdokonalení postupu podle vynálezu bylo zjištěno, že předběžným stlačením a předehřátím expanzního činidla na teplotní a tlakové podmínky, které jsou vyšší než nadkritické hodnoty ještě před přivedením do impregnační oblasti, je možno dosáhnout účinné impregnace tabáku expanzním činidlem řádově v několika sekundách, ve kterých se produkuje impregnovaný tabák, který se může ve značném rozsahu rozpínat. Celková doba trvání jednoho cyklu, zahrnující dobu přivádění tekutiny za nadkritických tlakových a teplotních podmínek, časový interval impregnace a dobu trvání časového úseku, v kterém probíhá snižování tlaku, je kratší než 1 minuta, zejména je kratší než 20 sekund, jestliže se tento způsob provádí podle výhodných provedení vynálezu. Při využití těchto výhodných provedení je možno dosáhnout zvýšení ka7 pacity plněného prostoru o nejméně 50% nebo dokonce až o více než 100% při době trvání jednoho cyklu 10 až 12 sekund.

K provádění těchto výhodných způsobů zpracování tabáku je možno využít různých zařízení, například cívkového zařízení pro expandování tabáku, popsaného v US-PS 4 554 93 2, který může být výhodně modifikován tím, že je navíc opatřen plnicím ústrojím, které je zdokonaleno oproti jiným známým řešením natolik, že je schopno zasouvat dávku tabáku do prstencového prostoru cívkového tělesa a současně vloženou dávku tabáku stlačovat na obvod posuvné cívky.

Způsob podle vynálezu je výhodně prováděn zařízením, jehož podstata spočívá v tom, že používá akumulační jednotky pro zajištění dodávky předehřáté vysokotlaké tekutiny do expanzní zóny pro expandování tabáku. Použitím akumulátoru se minimalizuje potřebný objem tekutiny skladované při vysokém tlaku a za vysokých teplot pro vysokotlaký impregnační proces a tím se snižují nároky na vysokotlaké nádoby a zlepšuje se provozní bezpečnost způsobu podle vynálezu.

Podle jiného výhodného provedení zařízení je pro impregnování tabáku způsobem popsaným v US-PS 4 531 529 přiváděn propan ve své tekuté formě při teplotě, která je vyšší než je kritická teplota, a při tlaku vyšším než je kritický tlak . V poslední době bylo zjištěno, že použitím propanu udržovaného pod tlakem vyšším než 14,06 MPa se dosahuje zkrácení celkové doby trvání jednoho pracovního cyklu. Kombinací různých výhodných provedení zařízení podle vynálezu se může dosáhnout zvýšení kapacity zpracování tabáku ve vysokotlaké impregnační zóně deseti- až třicetinásobně oproti výkonům uváděným ve známém stavu techniky. Z toho vyplývá, že stlačováním tabáku se dosáhne dvojnásobného až trojnásobného zvýšení kapacity zařízení podle vynálezu ve srovnání se známými zařízeními. Využitím předehřátého tabáku a/nebo v podstatě okam8 žitým přivedením předehřáté a předem stlačené tekutiny v nadkritickém stavu do expanzní zóny je možno uskutečnit v každé provozní minutě pět nebo i více pracovních impregnačních cyklů pro impregnaci tabáku. U tohoto řešení může být použita expanzní komora daného objemu pro impregnaci množství volně sypaného tabáku tabáku překračujícíhopétinásobek nebo deseti-až patnáctinásobek objemu impregnační komory za každou minutu provozu zařízení.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení, zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 schematický příčný řez zařízením, využitým k realizaci způsobu podle vynálezu, ve kterém jsou další provozní polohy vyznačeny čerchovanými čarami, obr. 2 příčný řez zařízením, vedený rovinou 2-2 z obr. 1 a zobrazující ústrojí pro stlačování tabáku, které přivádí slisovávaný tabák do impregnačního prostoru zařízení z obr. 1, obr. 3a, 3b a 3c příčné řezy výhodnými provedeními akumulačních jednotek pro zařízení z obr. 1, které jsou schopny v podstatě okamžitě přivádět tekutiny mající teplotu a tlak nad nadkritickými teplotami a tlaky do zařízení podle obr. 1, obr. 4 blokové schéma způsobu, probíhajícího podle vynálezu a obr. 5 blokové schéma ovládání činnosti zařízení z obr. 1.

Příklady provedeni vynálezu

V následujícím popisu bude blíže objasněno několik příkladů provedení způsobu a zařízení podle vynálezu. I když je v tomto popisu vynález objasněn pomocí několika konkrétních způsobů a zařízení, zobrazených na výkresech, rozumí se, že vynález není omezen jen na tato příkladná provedení. Do rozsahu vynálezu spadají ještě další alternativní provedení, modifikace a ekvivalentní řešení, která jsou odborníkům zřejmá z předchozího popisu a následujících příkladů provedení.

Obr. 1 znázorňuje příkladné provedení zařízení, využívající základních znaků vynálezu. Základní konstrukční vytvoření tohoto zařízení odpovídá konstrukci zařízení podle US-PS 4 554 932, zmíněného ve stavu techniky. Aby popis příkladného provedení nebyl příliš obsáhlý, nebudou v něm uváděny všechny podrobnosti zařízení, které je možno snadno seznat z tohoto patentového spisu.

Jak je zobrazeno na obr. 1, zařízení podle vynálezu obsahuje tlakovou nádobu 10, která je opatřena dutým válcovým pláštěm 12 a cívkovou jednotkou 14. Dutý válcový plášť 12 a cívková jednotka 14 mohou být vyrobeny z libovolného vhodného materiálu, zejména z nerezavějící oceli, bronzu a podobně. Konkrétní konstrukční vytvoření a dimenzování jednotlivých částí musí být takové, aby odolávalo tlakům, které se budou vyskytovat v tlakové nádobě 10.

Cívková jednotka 14 je opatřena válcovitě tvarovanými koncovými díly 16, 18 a spojovací tyčí 20. Jestliže je cívková jednotka 14 uložena uvnitř dutého válcového pláště 12, jak je to zobrazeno na obr. 1, pak je mezi k sobě přivrácenými plochami koncových dílů 16, 18 a spojovací tyče 20 vymezen prstencový prostor 22 s předem stanoveným vnitřním objemem, který tvoří utěsněnou tlakovou komoru nebo zónu.

Jak je zobrazeno na obr. 1, cívková jednotka 14 je uložena vodorovně a je posuvná vratnými posuvnými pohyby mezi třemi polohami, z nichž plnicí poloha 24 a vyprazdňovací poloha 26 jsou zobrazeny čerchovanými čarami a impregnační poloha je na obr. 1 zobrazena plnými čarami. Pohyb cívkové jednotky 14 je ovládán hydraulickým pístem 28 nebo podobnou hnací jednotkou, který je axiálně spojen prostřednictvím hřídele 30, zobrazeného částečně na obr. 1, s cívkovou jednotkou 14 pro ovládání jejího přemísťování do jedné ze tří zmíněných poloh.

Tabák 36 se přivádí na obvod cívky po jejím přemístění do plnicí polohy 24 pomocí dvou vzájemně protilehlých půlválcových vtlačovacích prvků 32. Tabák 36 může být přiváděn v libovolné formě včetně tabákových listů s řapíky a středními žebry, ve formě proužků nařezaných z listů s odstraněnými řapíky nebo ve formě řezaného cigaretového tabáku obsahujícího řezané nebo drcené proužky pro výrobu cigaret. Vtlačovací prvky 32 jsou spojeny tyčemi 34 s neznázorněným lineárním pohonným ústrojím, například s hydraulickým válcem s pístem a podobně. Do cívkové jednotky 14 jsou vtlačovány jednotlivé dávky tabáku 36 tak, aby se tabák slisoval, jak to bude podrobněji popsáno při objasňování obr. 2.

Jakmile se cívková jednotka 14 naplní tabákem 36 ve své plnicí poloze 24, přemístí se do impregnační polohy. Každý z koncových dílů 16, 18 je opatřen na svém obvodu naflakovacími nebo jinak roztažitelnými těsnicími prvky 40, 42. Těsnicí prvky 40. 42 jsou vytvořeny ve formě hydraulicky rozpínavých elastomerních kroužků, do kterých se přivádí hydraulická kapalina kapalinovými potrubími 44. Hydraulická kapalina, kterou je například potravinářský olej, je vtlačována do tekutinových potrubí 44 z hydraulického akumulátoru 45 a roztlačuje těsnicí prvky 40, 42 ve formě kroužků tak, že jejich obvodové plochy dosedají těsně na vnitřní plochu tlakové nádoby 10 a tím utěsňují tlakovou komoru, vytvořenou v prstencovém prostoru 22 cívkové jednotky 14. Těsnicí prvky 40, 42 jsou s výhodou opatřeny neznázorněnými stíracími kroužky, které slouží pro stírání tabákových částic s povrchu vnitřní stěny dutého válcového plááté 12 a plnicího ústrojí tvořeného vtlačovacími prvky 32 v průběhu přesouvání cívkové jednotky 11 z jedné její polohy do druhé. Hydraulická kapalina se přivádí do kapalinového potrubí 44 na jednom konci cívkové jednotky 14 osovým kanálkem vytvořeným ve spojovací trubce 46, zobra11 zené částečně na obr. 1 a spojené nejméně jedním svým koncem s cívkovou jednotkou 14.

Vysokotlaká plynová potrubí 48, 49 jsou zaústěna do dutého válcového pláště 12 přes vstupní otvory 50, 51. které jsou umístěny proti prstencovému prostoru 52 vytvořenému v obvodové ploše druhého koncového dílu 18 mezi jeho obvodovými těsnicími prvky 42. Prstencový prostor 52 je propojen skupinou radiálních kanálků 54 a axiálních kanálků 56 s drážkami 58, vytvořenými v povrchu spojovací tyče 20. Vstupní otvory 50, 51 tak umožňují přivádění tlakové tekutiny do tlakové komory v prstencovém prostoru 22 a její vypouštění, jestliže se cívková jednotka 14 nachází v zobrazené poloze. Spojovací tyč 20 je opatřena na svém obvodu nejméně jednou síťkou 59, obalující tuto spojovací tyč 20., aby se axiální kanálky 56 a drážky 58 neucpávaly tabákem.

Do plynových potrubí 40, 49 je vřazena dvojice rychločinných ventilů 60, 62 pro ovládání rychlého přívodu tlakové látky do prstencového prostoru 22 tvořícího tlakovou impregnační komoru. Těmito rychločinnými ventily 60, 62 jsou zejména kulové ventily s průměrem od 12,7 mm do 38,1 mm nebo i větší, podle velikost impregnační komory v prstencovém prostoru 22, aby se dosáhlo prakticky okamžitého přívodu vysokého tlaku a rychlého snížení vysokého tlaku. Rychločinné ventily 60, 62 jsou s výhodou otevírány a uzavírány automaticky pomocí neznázorněných hydraulických ovládačů.

Vysokotlaké plynové první plynové potrubí 48 je spojeno s akumulační jednotkou 64, která bude podrobněji popsána v další části popisu. Pro ohřívání plynu přiváděného do akumulační jednotky 64 je toto zařízení opatřeno výparníkem 66. Akumulační jednotka 64 může být také zahřívána neznázorněným topným ústrojím, aby se tekutina uvnitř akumulační jednotky 64 udržovala v zahřátém stavu. Za výparníkem 66 je ve směru proti proudu plynu umístěno vysokotlaké čerpadlo pro přívod vysokotlaké tekutiny pod tlakem například 17,6 MPa do výparniku 66 a akumulační jednotky 64.

Druhé vysokotlaké plynové potrubí 49, které je využíváno pro odvádění tlakové látky z prstencového prostoru 22 impregnační komory, je napojeno a neznázorněné regenerační ústrojí pro regeneraci plynu, ve kterém se plyn odváděný z impregnační zóny regeneruje pro opětné použití.

Ve vyprazdňovací oblasti, ve které probíhá odebírání tabáku, se nachází pneumatické vyprazdňovací ústrojí tvořené například bezolejovým kompresorem, který usměrňuje tlakovou tekutinu, například tlakový vzduch nebo dusík, na cívkovou jednotku 14 obklopenou tabákem při jejím pohybu do vyprazdňovací polohy 26 a opětném vysouvání z ní. Tabák odstraněný z cívkové jednotky 14 v < její vyprazdňovací poloze 26 je zachycován v rozplétací jednotce 73., obsahující kmitající a do sebe zasahují hroty, a odtud je odváděn do vratného žlabu 74, ve kterém může být tabák dále zpracováván pro další sušení nebo zahříván pro expandování, pokud je to požadováno.

Obr. 2 zobrazuje schematicky příkladné provedení vtlačovacích prvků 32., kterými se vtlačuje tabák 36 do prstencového prostoru 22 na obvodu cívkové jednotky 14. Jak je patrno z tohoto příkladu, každý z vtlačovacích prvků 32 má tvar půlválcové skořepiny a je přesuvný z odtažené polohy do uzavírací polohy 80. zobrazené čerchovanými čarami. Tabák 36 je přiváděn násypnými šachtami 82 do plnicích oblastí. Vtlačovací prvky 32 s válcovými lisovacími plochami se potom přesouvají do nakládací a uzavírací polohy 80, ve které stlačují tabák 36 na obvod cívkové jednotky 14 a tím v podstatě vyplňují prstencový prostor 22 kolem spojovací tyče 20 a mezi koncovými díly 16. 18 cívkové jednotky 14. Tabák 36 se přivádí v podstatě v takovém množství, že jeho objem měřený ve volně sypaném stavu před zatlačováním na obvod cívkové jednotky 14 je podstatně větší než je objem tohoto prstencového prostoru 22.

Objemové množství dávky tabáku 36 před jeho stlačováním nebo objem volně sypaného tabáku 36 je určován na základě měření hustoty tabáku v krychlové nádobě, jejíž všechny stany mají délku jedné stopy, t.j. 30,5 cm. Tabák se nasype do měřicí krychlové nádoby a zvážením se určí jeho hustota ve volně sypaném stavu. Objem dávky tabáku ve volně sypaném stavu před jeho lisováním na obvod cívkové jednotky 14 potom může být určen z hmotnosti dávky a z hodnoty hustoty tabáku ve volně sypaném stavu. Objem volně sypané dávky se podělí objemem stlačené dávky tabáku, to znamená objemem prstencového prostoru 22 cívkové jednotky 14, aby se určil stlačovací poměr. Všechny tyto hodnoty jsou určovány nebo upravovány s ohledem na skutečnou vlhkost dávky tabáku, přiváděné do impregnační oblasti. Tak například pro prstencový prostor 22 cívkové jednotky 14, mající objem 410 cm³, který je současně objemem impregnační komory, má mít dávka volně sypaného tabáku objem 819 cm³ před natlačováním na cívkovou jednotku 14. takže stlačovací poměr je v tomto případě 2:1.

Ze zobrazených příkladů provedení je zřejmé, že objem, který je k dispozici na cívkové jednotce 14 pro uložení tabáku 36. je menší než celkový objem prostorů pro vysokotlakou tekutinu. Cívková jednotka 14 obsahuje navíc tekutinové kanálky 54, 56 a drážky 58 tvořící přídavné prostory pro tekutinu, které nemohou být zaplněny tabákem, protože pronikání tabáku do těchto míst brání sítka 59. Z toho důvodu je využitelný prostor, který může být zaplněn tabákem 36, vlisovaným do prstencového prostoru 22 cívkové jednotky 14, tvořícího impregnační oblast, zpravidla menší než objem prostorů, které může vyplňovat impregnační tekutina. Objem prostoru pro tabák 36 odpovídá zpravidla 75 až 80% objemu prostorů vytvořených pro impregnační tekutinu, který navíc obsahuje prosto14 ry vymezené různými kanálky a drážkami, do který nemá tabák 36 přístup.

Na obr. 3a, 3b a 3c jsou zobrazeny příčné řezy akumulačními jednotkami 64, které jsou určeny pro použití v zařízení podle obr. 1 a které jsou schopny zajistit prakticky okamžité přivádění tekutin majících tlak a teplotu vyšší než jsou nadkritické teploty a tlaky těchto tekutin přiváděných do zařízení podle obr. 1. Na obr. 3a je zobrazeno výhodné příkladné provedení akumulačního ústrojí typu plyn/plyn, které je použitelné v zařízení podle vynálezu. Akumulační jednotka 64 je upravena pro zajištění zásoby impregnační tekutiny udržované při vysoké teplotě a vysokém tlaku, například propanu při tlaku 17,58 MPa a teplotě 129°C, a připravené pro přívod do impregnační oblasti cívkové impregnační jednotky podle příkladu z obr. 1. Akumulační jednotka 64 obsahuje válcový plášt 100 vytvořený z materiálu, který je schopen odolávat vysokým teplotám a tlakům, například z vysoce kvalitní uhlíkové oceli, a vytvrzený na své vnitřní ploše 102. Na obou koncích akumulační jednotky 64 jsou koncové díly 104, 106. ve kterých jsou vytvořeny vstupní otvory 108, 110 pro přívod vysokotlakého plynu. Koncové díly 104, 106 jsou upevněny na koncích válcového pláště 100 svými vnějšími závity 112. Na každém z koncových dílů 104, 106 je umístěno absorbční ústrojí pro tlumení rázů, obsahující prstencový díl 114, podepřený dvojicí talířových pružin 115 vytvořených ve formě Bellvillových podložek.

Ve válcovém plášti 100 je uprostřed jeho délky uložen axiálně posuvný pístový prvek 116. který vymezuje na obou svých stranách dvě samostatné tekutinové komory 118, 120. Pístový prvek 116 je vytvořen z vhodného materiálu, zejména z fosforového bronzu. Na obvodové ploše pístového prvku 116 jsou uloženy kluzné těsnicí prvky 119. které jsou schopny zajistit dokonalé oddělení první tekutinové komory 118 od druhé tekutinové komory 120 při pohybu pístového prvku 116 a při tlakových a teplotních podmínkách, o kterých byla zmínka v předchozím popisu. Kluzné těsnicí prvky 119 jsou inertní, ohebné a schopné se rozpínat v radiálním směru pro vyvození těsnicích sil mezi vnější stranou pístového prvku 116 a vnitřní plochou válcového pláště 100.

Příkladné provedení kluzného těsnicího prvku 119. zobrazené na obr. 3a, je tvořeno pěti samostatnými uhlíkovými těsnicími kroužky 120', 121, 122, 123, 124. obklopujícími obvod pístového prvku 116 a zajištujícími těsnicí kontakt mezi obvodovou plochou pístového prvku 116 a vnitřní plochou válcového pláště 100. Tři vnitřní těsnicí kroužky 121, 122, 123 jsou pružnější než vnější těsnicí kroužky 120', 124. Tyto těsnicí kroužky 120' až 124 jsou vyformovány z uhlíkového materiálu Grafoil dodávaného firmou A.W.Chesterton, přičemž těsnicí kroužky 121 až 123 jsou vyrobeny z materiálu označeného NS Style 5300 Solid Die Formed Rings a vnější těsnicí kroužky 120¹ . 124 jsou vyrobeny z materiálu označeného NS Style 5600 GTP HD Solid Die Formed Rings. Je však pochopitelně možno používat i jiných materiálů, které jsou inertní a jsou schopny zajistit utěsnění spáry mezi tekutinovými komorami 118, 120 v průběhu posuvu pístového prvku 116.

Těsnicí kroužky 120' až 124 jsou udržovány ve stlačeném stavu prstencovým kroužkem 126. který je přitlačován v axiálním směru na těsnicí kroužky 120¹ až 124 obvodovými radiálními výstupky 128 prstencového přitlačovacího dílu 130. Prstencový přitlačovací díl 130 je upevněn na pístovém prvku 116 pomocí šroubu 132 s vnějším závitem a vyvozuje předem určenou přítlačnou sílu pomocí přítlačných prvků 134, kterými jsou talířové pružiny o průměru 19,5 mm, dodávané firmou A.W.Chesterton Company s označením Style 5500 3/4 inch Flange Spring. Stlačovací síla vyvozovaná šroubem 132. prstencovým přitlačovacím dílem 130 a prstencovým kroužkem 126 na těsnicí kroužky 120' až 124 má být dostatečně velká pro zploštění dvou přítlačných prvků 134 ve formě talířových pružin dotažením šroubu 132. Tímto předepnutím se dosáhne rozepnutí vnějších těsnicích kroužků 120' , 124 směrem ven a tím se vytvoří potřebná těsnicí síla mezi vnějším obvodem posuvného pístového prvku 116 a vnitřní obvodovou plochou válcového pláště

100.

V zařízení zobrazeném na obr. 3a je v první tekutinové komoře 118 udržován například plynný dusík při tlaku 42,2 MPa, zatímco impregnační látka, například propan, má v druhé tekutinové komoře 120 tlak 17,6 MPa. Jestliže se vysokotlaká impregnační látka vypustí z druhé tekutinové komory 120 do impregnační komory z příkladu na obr. 1, může se pístový prvek 116 přesunout velmi rychle do kontaktu s prvním koncovým dílem 104. přičemž rázová síla je absorbována tlumicími prvky ve formě talířových pružin 115. Potom se impregnační tekutina přečerpává zpět do akumulační jednotky 64, dokud se nedosáhne předem určené hodnoty vnitřního tlaku, například 17,6 MPa.

Na obr. 3b je znázorněno jiné příkladné provedení akumu- | lační jednotky 64. která je ovládána hydraulickou tekutinou j a která je rovněž využitelná u zařízení podle vynálezu. Podobné jako u akumulační jednotky 64 z příkladu na obr. 3a je i tato akumulační jednotka 64 využívána pro vysokotlakou impregnaci pomocí impregnační látky, udržované na vysokém tlaku, například pomocí propanu o tlaku 17,6 MPa, v impregnačním j i

pásmu cívkového impregnačního ústrojí, znázorněného na obr. 1

1. Akumulační jednotka 64 má v podstatě podobné konstrukční vytvoření jako akumulační jednotka 64 typu plyn/plyn z obr.

3a. Tato akumulační jednotka 64 z obr. 3b je rovněž opatřena válcovým pláštěm 100 koncovými díly 104. 106 opatřenými vstupním otvorem 110 pro přívod vysokotlakého plynu a tlumi- ) cím ústrojím pro tlumení nárazů, opatřeným prstencovým dílem |

114. podepřeným dvojicí talířových pružin 115 ve formě Bellvillových podložek. Koncové díly 104, 106 jsouvytvořeny obdobně jako bylo popsáno v předchozí části ve vztahu k příkladu na obr. 3a s výjimkou toho, že první koncový díl 104 není opatřen vstupním otvorem 108 pro přívod vysokotlakého plynu. Další rozdíl spočívá v tom, že tlumicí ústrojí pro tlumení nárazů je v tomto příkladu opatřeno tlumicími výstupky 300.

Akumulační jednotka 64 podle obr. 3b je ovládána hydraulickou látkou. Akumulační jednotka 64 obsahuje běžný hydraulický píst 302. spojený společnou pístnicí 304 s pístovým prvkem 116. Pístový prvek 116 má v příkladu na obr. 3b v podstatě stejné konstrukční vytvoření jako střední konstrukční prvek 116 z obr. 3a s výjimkou toho, že jeden jeho konec je spojen s koncem společné pístnice 304. Uvnitř válcového pláště 100 je uprostřed jeho délky pevně uchycen zarážkový prvek 306. který na svých dvou opačných stranách vymezuje vnitřní konce obou tekutinových komor 118, 120. Nepohyblivý zarážkový prvek 306. vytvořený podobně jako píst, je opatřen středním otvorem 307. který je upraven pro vedení společné pístnice 304, která se tak může posouvat vratnými posuvnými pohyby ve dvou vzájemně opačných směrech ve středním otvoru 307 zarážkového prvku 306.

První tekutinová komora 118 je opatřena otvorem 308 pro přívod hydraulické látky, například potravinářského oleje, do první tekutinové komory 118 a odvádění z ní. Hydraulická látka je vtlačována vstupním otvorem 308 do první tekutinové komory 118. aby udržovala impregnační látku, například propan, v druhé tekutinové komoře 120 na tlaku 17,6 MPa. Jestliže se impregnační tekutina vypustí z druhé tekutinové komory 120 do impregnační komory znázorněné na obr. 1, pístový prvek 116 se může rychle přemístit do kontaktu s prvním koncovým dílem 104. přičemž náraz je absorbován tlumicími prvky s talířovými pružinami 115 podobně jako v předchozím příkladu. Potom se impregnační tekutina přečerpává zpět do druhé tekutinové komory 120. dokud v ní tlak nedosáhne hodnoty 17,6 MPa.

Nepohyblivý zarážkový prvek 306 ve formě pevného pístu také odděluje případně prosakující propan od prosakující hydraulické látky. Veškerý unikající propan je z druhé tekutinové komory 12 odváděn odvětrávacím otvorem 310 do regenerační jednotky, ve které může být propan bud spalován nebo odváděn například do plynové regenerační jednotky, která je používána pro reneraci plynu vypouštěného z impregnační komory, která byla popsána v předchozí části, popřípadě do vratného žlabu 74. Veškeré množství unikající hydraulické látky je odváděno výtokovým otvorem 312 do regenerační oblasti pro regeneraci hydraulické kapaliny, například do neznázorněné zachycovací nádrže.

Akumulační jednotka 64 může být opatřena také zahřívacím pláštěm 314. umístěným podle obr. 3b kolem vnějšího obvodu válcového pláště 100. Zahřívací plášť 314 může být libovolného typu, používaného u známých zařízení pro zahřívání tekutiny a/nebo udržování teploty tekutiny uvnitř nádoby. U řešení podle vynálezu je zahřívací plášť používán pro zahřívání impregnační tekutiny v druhé tekutinové komoře 120. Tento zahřívací plášť 314 probíhá s výhodou podél celé délky druhé tekutinové komory 120. jak je to patrno z obr. 3b. Tento zahřívací plášť 314 však může probíhat po celé délce válcového pláště 100 akumulační jednotky 64., jak je to zobrazena na obr. 3c. Zahřívací plášť 314 je vytápěn konvenčními způsoby, například přívodem a odvodem horkého oleje příslušnými topnými potrubími 316, 318.

Na obr. 3c je znázorněno ještě další příkladné provedení akumulační jednotky 64, která je použitelná v zařízení podle vynálezu. Podobně jako u předchozích příkladů je i na obr. 3c akumulační jednotka 64 využívána pro vytvoření vysokého tlaku, například 17,6 MPa, v impregnační tekutině, například v propanu, a stejného tlaku v impregnační komoře cívkového impregnačního ústrojí, zobrazeného na obr. 1. Stejně jako akumulační jednotka 64 zobrazená na obr. 3b má i akumulační jednotka 64 na obr. 3c řadu konstrukčních znaků stejných jako u konstrukčního provedení podle obr. 3a. Také v tomto případě je akumulační jednotka 64 opatřena válcovým pláštěm 100. koncovými díly 104, 106 se vstupním otvorem 110 pro přívod vysokotlakého plynu a středově umístěným pístovým prvkem 116. Pístovým prvkem 116 jsou od sebe odděleny dvě samostatné oblasti, první tekutinová komora 118 a nejméně jedna další tekutinová komora 120, které jsou umístěny na opačných stranách pístového prvku 116♦ Koncové díly 104, 106 a pístový prvek 116 jsou vytvořeny stejně jako u akumulační jednotky 64 z obr. 3a jen s tím rozdílem, že první koncový díl 104 není opatřen vstupním otvorem 108 pro přívod tlakového plynu. V tomto výhodném provedení vynálezu je první koncový díl 104 modifikován tak, že je opatřen dírou 320. která je upravena pro vedení posuvné spojovací tyče 322, posouvající se vratnými pohyby ve dvou opačných axiálních směrech, jak bude podrobněji popsáno v další části popisu. Kromě toho je pístový prvek 116 upraven na jednom svém konci pro spojení se spojovací tyčí, jak bude rovněž podrobněji popsáno v další části popisu.

S pístovým prvkem 116 je spojena prostřednictvím spojovací tyče hydraulická ovládací jednotka 324 nebo podobné hnací ústrojí pro ovládání pohybu pístového prvku 116 uvnitř akumulační jednotky 64. Hydraulická ovládací jednotka 324 může být tvořena libovolným typem hydraulických hnacích a ovládacích ústrojí, která se používají pro přeměnu hydraulické energie na mechanickou práci. Ve znázorněném příkladném provedení je například hydraulická ovládací jednotka 324 opatřena válcovým pláštěm 326. který je na obou svých koncích spojen s čelními díly 328, 330. Uvnitř válcového pláště 326 je uprostřed jeho délky uložen píst 332, který je posuvný v jeho vnitřním prostoru a odděluje od sebe svými protilehlými plochami dvě samostatné oblasti 334, 336 pro hydraulickou látku. Každá z těchto oblastí 334, 336 obsahuje příslušný průtočný otvor 338, 340. První průtočný otvor 338 přivádí hydraulickou látku ze zdroje 342 přívodním potrubím 344. zatímco druhým průtočným otvorem 340 se hydraulická látka vrací zpět vratným potrubím 346 do zdroje 342 hydraulické látky, jak je to naznačeno šipkami. Hydraulická ovládací jednotka 324 také obsahuje spojovací tyč 348. která prochází axiálně z pístu 332 skrze první oblast 334 pro hydraulickou látku a průchozím otvorem 350 v prvním čelním dílu 328. Spojovací tyč 348 je spojena se základní spojovací tyčí 322. takže vratné posuvné pohyby spojovací tyče 348 se přenášejí na stejné axiální vratné posuvné pohyby základní spojovací tyče 322 a tím je ovládán pohyb pístového prvku 116 uvnitř válcového pláště 100.

Jak již bylo uvedeno u předchozích příkladů, v druhé tekutinové komoře 120 je udržována impregnační tekutina například propan, na tlaku 17,6 MPa. Jestliže je vysokotlaká impregnační tekutina vytlačována hydraulickou ovládací jednotkou 324 z druhé tekutinové komory 120 do impregnační komory, zobrazené na obr. 1, může se pístový prvek 116 rychle přemístit do kontaktu s prvním koncovým dílem 104. přičemž náraz vznikající při dosednutí pístového prvku 116 může být tlumena tlumicím prvkem, obsahujícím talířové pružiny 115. Impregnační tekutina se potom čerpá zpět do akumulační jednotky 64. dokud se v ní nedosáhne požadované hodnoty tlaku, zejména 17,6 MPa.

U zařízení podle obr. 1 je při jeho provozu využíváno neznázorněného vysokotlakého čerpadla, aby se propan přečerpal zpět do vysokotlaké tekutinové oblasti akumulační jednotky 64. Jestliže se plyn vypouští z akumulační jednotky 64, je pomocí neznázorěných snímacích ústrojí a prvků snímán pokles tlaku a ovládací ústrojí uvede do činnosti čerpadlo, které okamžitě začne opět dodávat akumulační jednotce 64 tlakový plyn, zejména propan, pod vysokým tlakem. Plynová akumulační jednotka 64 může být znovu naplněna v poměrně krátkém časovém intervalu, který se pohybuje mezi 5 a 30 sekundami, přičemž tento časový interval je u zařízení podle vynálezu využit pro impregnaci tabáku v impregnačním prostoru, tvořeným prstencovým prostorem 22 cívkové jednotky 14.

Na obr. 4 je znázorněno blokové schéma, které objasňuje průběh způsobu podle vynálezu. Tento způsob má s výhodou stejný průběh jako způsob podle US-PS 4 531 529, na který popis vynálezu navazuje. Při tomto způsobu se využívá, jak je vyznačeno v prvním bloku 150. vysokotlaké skladovací jednotky pro skladování propanu při vysoké teplotě, například akumulační jednotky 64 podle obr. 3a až 3c, ovšem tato vysokotlaká skladovací jednotka může mít i jiné konstrukční vytvoření než akumulační jednotka 64. Propan může být skladován při vysokém tlaku a vysoké teplotě také ve vyrovnávacím zásobníku. U řešení podle vynálezu je možno využít také akumulační jednotky Metal Bellows, prodávané firmou Parker Bertea Aerospace, Parker Hannfin Corp., Metal Bellows Division, Moorpark, California.

Propan je udržován pod tlakem 14,06 MPa, s výhodou pod tlakem mezi 17,58 MPa a 21,09 MPa. Jestliže je používáno pro impregnaci tabáku těchto vysokých tlaků, je možno impregnační dobu zkrátit na 5 až 15 sekund, přičemž je možno současně dosáhnout mimořádně výhodného zvýšení kapacity množství tabáku, které je možno přivést do impregnačního prostoru, například je možno zvýšit kapacitu náplně o 50 až 100%. Teplota propanu je výhodné udržována vyšší než 138°C, zejména mezi 149°C a 204°C, například v rozsahu 149°C až 157°C. Tím je zajištěn dostatek tepla pro zahřívání tabáku v impregnační zóně.

155. tabák ve formě řezané před svým přivedením do imJak je naznačeno v bloku náplně se s výhodou předehřívá pregnační zóny. Předehřátím tabáku se také zajišťuje teplo pro vytvoření vhodných podmínek pro krátkodobý cyklus v impregnační zóně. Tabák je předehříván zejména na teplotu kolem

52°C, s výhodou na teplotu kolem 60°C nebo vyšší, například na teplotu v rozsahu od 66°C do 71°C. Tabák může být také přídavně zvlhčen, aby se zvýšila jeho ohebnost. U řešení podle vynálezu je výhodná vlhkost tabáku od 16% do asi 30% nebo i vyšší.

Předehřívání tabáku může být prováděno v různých ústrojích, například ve vytápěných bubnech, mikrovlnnou energií nebo vstřikováním páry. Přednost je dávána zahřívání parou, protože při tomto postupu přechází teplo do tabáku efektivněji a přitom se současné může zvýšit vlhkost tabáku.

Předehřátý tabák se potom stlačuje, jak je to vyznačeno v bloku 160 blokového schéma. Jak již bylo uvedeno v předchozí části popisu, tabák se stlačuje ve stlačovacím poměru 1,25:1, zejména v poměru 1,5:1. Ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu je tabák stlačován ve stlačovacím poměru větším než 2:1, který může dosahovat až poměru 3:1 nebo i větší hodnoty. Stlačováním tabáku se zvyšuje jeho hustota, takže hustota tabáku přiváděného do impregnační zóny je podstatné větší než hustota tabáku před stlačením. Odborníkům je známo, že hustota volné sypaného tabáku se může měnit v širokých mezích v závislosti na tom, zda je tabák ve formě listů nebo ve formě řezané náplně, popřípadě v závislosti na druhu tabáku, na jeho vlhkosti a dále na řadě dalších faktorů. U řešení podle vynálezu se zpravidla používá tabáku s balicí hustotou 320 kg/m³, vypočtenou pro vlhkost 12%. I když se zvýšením balicí hustoty může v určitém rozsahu zvýšit délka časového intervalu potřebného pro dosažení stejné hodnoty expanze, je u řešení podle vynálezu možno používat tabáku s balicí hustotou 400 až 480 kg/m³, vypočtenou pro vlhkost 12% nebo vyšší, přičemž v tomto případě se dosahuje impregnačních dob kratších než 20 sekund a plnicí kapacita se zvyšuje o více než 50 až 100*.

Stlačený tabák se potom impregnuje v impregnační zóně, jak je to vyznačeno v bloku 165. Jestliže je jako impregnační tekutiny používáno propanu, je kumulativní množství tepla přiváděného do impregnační zóny ze zahřátého propanu a z předehřátého tabáku s výhodou dostačující pro zajištění impregnačních podmínek v impregnační zóně mezi 116°c a 132°C, zejména kolem 127°C. Bylo zjištěno, že impregnace při teplotních a tlakových podmínkách, které jsou vyjádřeny teplotou kolem 127°C a tlakem 17,6 MPa, může proběhnout v časovém intervalu kolem 5 sekund nebo i kratším, jestliže je teplo dodáváno jak předehřátým tabákem, tak také předehřátým propanem.

Je zřejmé, že jestliže je propan zahřát na vyšší teplotu, může být tabák ohříván na nižší stupeň, aby bylo dosaženo stejných impregnačních podmínek v impregnační zóně. Předpokládá se ovšem, že zvyšování teploty propanu má svou horní hranici, při jejímž překročení by již mohlo docházet v impregnační zóně k poškození nebo snížení kvality tabáku. Kromě toho protože se u výhodného provedení vynálezu používá malého množství impregnační tekutiny, je objem a hmotnost impregnační tekutiny, která je k dispozici pro zahřívání tabáku poměrně malá. Hmotnost expanzního činidla je zpravidla přibližně stejná nebo menší než hmotnost tabáku. Z toho vyplývá také vhodnost dodávání tepla zdrojem představovaným tabákem.

Je také zřejmé, že potřebných teplotních podmínek v impregnační zóně pro impregnaci tabáku je možno dosáhnout i jinými prostředky, například použitím zahřívacích prvků přímo v impregnační zóně. Pro dosažení mimořádně krátkých dob trvání jednotlivých cyklů se ukazuje být kombinace předehřátého tabáku s předehřátým vysokotlakým propanem nejvhodnější kombinací, kterou se dosahuje nejlepších výsledků. Důvod zlepšeného účinku předehřátého tabáku se dosud nepodařil plně objasnit. Je možné, že předehřátý tabák by mohl absorbovat impregnační tekutinu rychleji než tabák mající teplotu svého okolí v důsledku různých faktorů, zahrnujících také zvýšení ohebnosti tabáku.

Stlačený a impregnovaný tabák se udržuje v impregnačních podmínkách poměrně krátkou dobu, pohybující se v rozsahu od 1 až 2 sekund do asi 20 sekund. Jak je zobrazeno v bloku 170 na obr. 4, po této době se tlak sníží. Snížení tlaku probíhá v podstatě mžikově, to znamená je dosaženo v časovém intervalu jedné sekundy nebo i kratším. Takto rychlého snížení tlaku je možno dosáhnout rychločinným ventilem, majícím velký vstupní otvor. Stlačený tabák je potom ihned odebrán z impregnační zóny, takže může proběhnout expandování tabáku. Tabák je s výhodou upravován kontaktem s nucené cirkulujícím suchým vzduchem nebo ohřátým vzduchem, aby se zachovala hodnota vlhkosti například kolem 10 až 12%, která napomáhá stabilizovat tabák v expandovaném stavu.

Jestliže je expanzním činidlem propan nebo podobné expanzní činidlo, popsané v US-PS 4 531 529, není nutné další zahřívání tabáku pro jeho stabilizování v expandované formě.

Kromě toho v takovém případě nedochází k výraznějším ztrátám aromatických látek, cukrů a podobné, protože při zahřívání se nevyskytují vysoké teploty. Řešení podle vynálezu je však možno využít i ve spojení s jinými expanzními činidly včetně J těch, které vyžadují využití expanzních podmínek včetně tep- , la, aby se dosáhlo expanze nebo stabilizace expandovaného tabáku.

Obr. 5 znázorňuje průběh ovládání činnosti zařízení z obr. 1, aby se dosáhlo výrazného rozpínání tabáku v krátkém časovém intervalu, trvajícím méně než dvacet sekund. Tento j řídicí systém nebo podobné řídicí systémy, obsahující čidla 3 pro snímání podmínek v průběhu expanzního procesu, je mimořádně vhodný pro dosažení krátkého časového cyklu, který by měl trvat nejvýše dvacet sekund. Řídicí technické prostředky mohou být tvořeny pneumatickými, elektrickými nebo pneumaticko-elektrickými ústrojími, jejichž provedení je odborníkům I zřejmé. |

V příkladu na obr. 5 jsou v bloku 200 používána vhodná čidla pro ověření, že se cívka nachází v plnicí poloze 24 a ze v pohotovostním prostoru pro plnění je připravena správná dávka tabáku.Jestliže jsou tyto podmínky splněny, řídicí proces se přesouvá do bloku 205 a vtlačovací prvek 32 se uvádí do pohybu, aby vtlačil dávku tabáku 36 do cívkové jednotky 14♦ Vhodným snímacím mechanismem, zjišťujícím například stav polohovacího ventilu, se kontroluje, zda jsou oba vtlačovací prvky 32 ve správné plnicí poloze, přičemž řídicí proces potom přechází do bloku 210. V bloku 210 se aktivuje hydraulický píst 28., aby přesunul cívkou jednotku 14 do válcového pláště 12.. Vhodné čidlo sledující například polohový ventil snímá polohu cívky v příslušném místě válcového pláště 12 a ovládání pohybu se potom uskutečňuje v bloku 215.

Ovládací operace, uskutečňované v rámci bloku 215. obsahují otevření ventilu, aby se propojil hydraulický akumulátor 45 s těsnicími prvky 40, 42. Hydraulický akumulátor 45 obsahuje zejména dostatečné množství hydraulické kapaliny pro vytvoření vnitřního tlaku 21,09 MPa v každém z těsnicích prvků 40, 42 v průběhu časového intervalu kolem jedné sekundy nebo kratší, zejména v časovém intervalu podstatně kratším než jedna sekunda. Další snímací členy snímají tlak kapaliny uvnitř těsnicích prvků 40, 42 a jakmile dosáhne tlak požadované hodnoty, například 21,09 MPa, přechází další ovládání do bloku 220.

Blok 220 zahrnuje ovládací povely, kterými se otevře rychločinný ventil 60 a uvede se do chodu časovači ústrojí. Tím je umožněno zahřívání a tlakování impregnační tekutiny, například propanu, na tlak vyšší než 14,06 MPa a teplotu kolem 149°C nebo vyšší, aby byla tato tekutina připravena k přivádění do prstencového prostoru 22, který je impregnační zónou. Za těchto podmínek a zejména když byl tabák 36 v impregnační zóně předehřát, proběhne impregnace velmi rychle, takže časovači ústrojí může být nastaveno na velmi krátký časový interval pohybující se mezi několika sekundami a asi 15 až 20 sekundami. Nastavení časového intervalu pro impregnaci může být upraveno také s ohledem na vlhkostní podmínky, teplotní podmínky a hustotní podmínky v tabáku 36 v prstencovém prostoru 22 impregnační zóny. Jakmile časovači ústrojí dosáhne nastaveného časového intervalu, přechází ovládání na blok 225. kterým se plnicí ventil uzavře. Příslušné čidlo ověří, že je tento ventil uzavřen a další ovládání přejde na blok 230. kterým se ovládá rychlé otevírání vypouštěcího rychločinného ventilu 62.. Další ovládání činnosti zařízení se provádí v bloku 235 při současném opakovaném snímání tlaku tlakovým čidlem v impregnační zóně, dokud tlak v impregnační zóně nepoklesne na předem stanovenou nízkou hodnotu, například na 7,0 až 14,1 MPa. V tomto okamžiku přechází ovládání do bloku 240. přičemž ventil se otevře, aby se umožnilo vypuštění hydraulické kapaliny z těsnicích prvků 40, 42. Další snímací ústrojí měří tlak hydraulické kapaliny v těsnicích prvcích 40. 42 a jestliže tlak v kapalině dosáhne žádané nízké hodnoty, přejde ovládání zařízení do bloku 245.

V bloku 245 se uvede do činnosti hydraulický píst 28. který přesune cívkovou jednotku 14 do vyprazdňovací polohy 26. Současně se uvede do činnosti kompresor 72 pro usměrňování vysokotlakého vzduchu nebo dusíku na cívku při jejím posuvu do vyprazdňovací polohy 26. v dalším bloku 250 snímá odpovídající čidlo polohu cívky a oznamuje dosažení plné vysunuté vyprazdňovací polohy, načež hydraulický píst 28 bezprostředně nato změní směr pohybu cívky, která se tak začne vracet do plnicí polohy 24. Řízení činnosti zařízení potom přechází do bloku 255. ve kterém snímá snímač polohu cívky ve vnitřním prostoru válcového pláště 12. načež se kompresor 72 vypne. Sled řídicích operací se potom vrací zpět do bloku 200.

V předchozím popisu příkladného provedení způsobu podle vynálezu, při kterém probíhá v tabáku rozpínavý proces, byly popisovány různé aspekty tohoto postupu s ohledem na použití propanu jako činidla podporujícího rozpínání tabáku a použití impregnačních teplotních podmínek, blízkých nebo překračujících superkritické teploty, společně se zvýšeným tlakem, blížícím se nebo překračujícím nadkritické hodnoty tlaku, přičemž tento způsob byl prováděn na výhodném provedení zařízení. Avšak předpokládá se, že různé expanzivní postupy a zařízení pro zajištění expandování tabáku, popsané v předchozím popisu, jsou využitelné i pro jiné způsoby expanzivního zpracování tabáku, pro jiné expanzivní tekutiny a zařízení. Například je možno stlačováním tabáku výrazně zvýšit výkon četných impregnačních postupů pro impregnaci tabáku, prováděných v různých nádobách za vysokého tlaku, dosahujícího například 70,3 MPa, pro následnou expanzi tabáku. Podobně může použití dávek expanzních činidel, zajišťujících expanzi tabáku, které jsou podstatně menší než je objem volně sypané dávky tabáku, přivedeného do impregnační zóny, zvýšit ekonomiku mnoha impregnačních a expanzních postupů při zpracování tabáku včetně těch, u kterých je expanzní činidlo přítomno v impregnační zóně v průběhu impregnace ve formě plynu nebo kapaliny, popřípadě v obou těchto formách.

Podobně je možno použít pro podstatné zkrácení délky časového intervalu, potřebného pro impregnaci před následnou zahřívací operací, v podstatě mžikového přívodu impregnačních látek s vysokou teplotou a vysokým tlakem, například oxidu uhličitého, do impregnační zóny. Podobně je možno v případech, kdy je využíváno impregnační tekutiny pro impregnaci tabáku za zvýšených teplotních podmínek, předehříváním tabáku podle vynálezu podstatně zkrátit dobu impregnačního cyklu.

Měření objemů jednotlivých dávek náplně tabáku u zařízení podle vynálezu se provádí podobně jako u běžných způsobů pomocí elektronického automatického měřicího přístroje pro měření objemu tabákové náplně, obsahujícího tuhý píst o průměru 9,21 cm, posuvné uložený ve válci s podobným průměrem a vyvozuje tlak 1,83 MPa na vzorek tabáku, uložený ve válci. Má se za to, že tyto parametry simulují stlačovací podmínky, kterým je tabák vystaven v průběhu vytváření cigarety. Pro měření tabákových vzorků je používáno expandovaného tabáku v dávkách s hmotností 50 g, přičemž vzorků s hmotností 100 g je používáno pro měření hodnot neexpandovaného tabáku.

Vynález byl objasněn na několika konkrétních příkladných provedeních. Je ovšem zřejmé, že je možno vytvořit řadu obměn, variací a modifikací tohoto příkladného provedení, které všechny spadají do rozsahu vynálezu, který je zřejmý z předchozího popisu a následujících nároků.

Claims (32)

1. Způsob expanzního zpracování tabáku, vyznačující se tím, že nejprve se umístí do impregnační komory, schopné odolávat zvýšeným tlakovým podmínkám, dávka stlačeného tabáku, obsahující tabák v takovém množství, že objem volně sypané dávky je roven nejméně 150% objemu impregnačního prostoru impregnační komory, načež se tento stlačený tabák impregnuje v impregnační komoře expanzním činidlem v podmínkách postačujících k vytvoření impregnovaného tabáku, schopného rozpínání o alespoň 50% po vystavení expanzivním podmínkám.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že stlačená dávka tabáku má takový objem, že ve volně sypaném stavu je její objem rovný nejméně 200% užitného impregnačního objemu impregnačního prostoru.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dávka tabáku se připraví z řezaného náplňového tabáku.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím , že impregnace se provádí při teplotních podmínkách rovných nebo překračujících nadkritickou teplotu expanzního činidla.

5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že impregnační operace se provádí při nadkritické teplotě expanzního činidla nebo nad nadkritickou teplotou.

6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že expanzním činidlem je propan.

7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že impregnační operace se provádí v časovém intervalu kratším než jedna minuta.

8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že impregnační operace se provádí v časovém intervalu kratším než třicet sekund.

Ϊ

9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že impregnační operace se provádí v časovém intervalu kratším než dvacet sekund.

10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že expanzní činidlo se se přivádí do impregnační komory ve formě tekutiny mající teplotu vyšší než je nadkritická teplota tekutiny a tlak vyšší než je nadkritický tlak tekutiny.

11. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že při impregnační operaci se přivádí do impregnační komory propanová tekutina při tlaku vyšším než 14,06 MPa a při teplotě vyšší než 116°C.

12. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tabák v impregnační zóně se předehřívá na zvýšenou teplotu před umístěním do impregnační zóny.

13. Způsob podle nároku 12, vyznačující tím, že tabák se předehřívá na teplotu nejméně 52°C.

14. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že celkové množství tepla přiváděného do expanzní komory z předehřátého tabáku a expanzní tekutiny je mezi 116° a 132°C.

15. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že impregnovaný a stlačený tabák se odebere z impregnační komory a vystaví se působení podmínek postačujících pro expandování tabáku.

16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že odstraňovači operace obsahuje odstraňování dostatečného množství expanzního činidla z komory pro snížení tlaku v komoře na hodnotu blízkou atmosférickému tlaku.

17. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že se postupně opakuje vtlačování, impregnování a vyjímání jednotlivých dávek tabáku, přičemž vtlačování, impregnování a vyjímání je prováděno tak, že množství tabáku zpracovaného za minutu v impregnační komoře, měřené ve volně sypaném stavu, je rovno nejméně pětinásobku využitelného objemu komory.

18. Zařízení k provádění způsobu impregnace tabáku podle nejméně jednoho z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že obsahuje komorovou jednotku pro zpracování tabáku (36) při zvýšeném tlaku, ústrojí přizpůsobené a upravené pro vpravování a stlačování dávky tabáku (36) do této komory, ústrojí pro přivádění expanzní tekutiny do komorové jednotky pro impregnaci dávky tabáku (36) a ústrojí pro odebírání impregnované a stlačené dávky tabáku (36) z této expanzní komory.

19. Zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že komorová jednotka obsahuje dutý válcový plášť (12), cívkovou jednotku (14), posuvnou v axiálním směru vratnými pohyby mezi nejméně jednou polohou vně dutého válcového pláště (12) a zpracovací polohou uvnitř válcového pláště (12), přičemž cívková jednotka (14) je tvořena prvním a druhým válcovým koncovým dílem (16, 18) a spojovací tyčí (20)-, probíhající mezi oběma koncovými díly (16, 18) a spojující je navzájem, přičemž mezi vnějšími plochami koncových dílů (16, 18) a spojovací tyčí (20) je vymezen prstencový prostor (22) kolem spojovací tyče (20), a těsnicí prvky (40, 42) upravené pro utěsnění spár mezi válcovými koncovými díly (16, 18) a vnitřní plochou válcového pláště (12) při umístění cívkové jednotky (14) v pracovní poloze, ve které je vnitřní plochou dutého válcového pláště (12), koncovými díly (16, 18) a těsnicími prvky (40, 42) vytvořena tlaková komora.

20. Zařízení podle nároku 19,vyznačující se tím, že plnicí a stlačovací ústrojí obsahuje dvojici vzájemně protilehlých potrubí na opačných stranách cívkové jednotky (14) a vtlačovací prvky (32) pro stlačování tabáku (36), posuvné ve dvou vzájemně opačných směrem uvnitř těchto potrubí mezi odtaženou polohou a vysunutou polohou pro přesouvání tabáku tímto potrubím a vtlačování tabáku (36) do prstencového prostoru (22) cívkové jednotky (14), přičemž každé z vtlačovacích ústrojí (32) pro vtlačování tabáku (36) do prstencového prostoru (22) cívkové jednotky (14) je opatřeno půlválcovou čelní plochou, přizpůsobenou svým tvarem a velikostí vnější válcové ploše prstencového prostoru (22) cívkové jednotky (14).

21. Zařízení pro impregnování tabáku expanzním činidlem, vyznačující se tím, že obsahuje komoru pro uložení dávky tabáku (36) za zvýšených tlakových podmínek, ústrojí pro přívod expanzního činidla v tekuté formě do komory pro impregnaci tabáku (36), akumulátor napojený na ústrojí pro přívod expanzního činidla a upravený pro udržování přívodu expanzního činidla i při zvýšení teplotě a tlaku, přičemž akumulátor obsahuje pohyblivý člen vymezující nejméně jednu tekutinovou zónu a upravený pro měnění objemu této zóny, přičemž tato tekutinová zóna obsahuje expanzní činidlo.

22. Zařízení podle nároku 21,vyznačující se tím, že pohyblivý člen vymezuje nejméně dvě oddělené zóny pro tekutinu, z nichž jedna zóna obsahuje expanzní činidlo a druhá z obou zón obsahuje plynnou stlačovací látku.

23. Zařízení podle nároku 21,vyznačující se tím, že pohyblivý člen vymezuje nejméně dvě oddělené zóny pro tekutinu, z nichž jedna zóna obsahuje expanzní činidlo a druhá z obou zón obsahuje hydraulickou stlačovací látku.

24. Zařízení podle nároku 21,vyznačující se tím, že pohyblivý člen je spojen s hydraulickým ovládacím ústrojím pro měnění objemů obou zón.

25. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 21 až 24, vyznačující se tím, že pohyblivý člen je tekutinotěsný a je uzávěrou proti úniku podstatného množství expanzní tekutiny ze zóny obsahující expanzní tekutinu, když je expanzní tekutina udržována pod tlakem vyšším než 14,1 MPa a na teplotě vyšší než 93°C.

26. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 21 až 25, vyznačující se tím, že expanzním činidlem je propan.

27. Zařízení podle nároku 22,vyznačující se tím , že stlačovací látkou je dusík a expanzním činidlem je propan.

28. Zařízení podle nároku 27,vyznačující se tím, že expanzní činidlo je udržováno na tlaku vyšším než 14,1 MPa a na teplotě kolem 93°C a stlačovací látka je udržována na tlaku vyšším než 42,2 MPa.

29. Zařízení podle nároku 21,vyznačující se tím, že akumulátor obsahuje válcový plášť (100) a pohyblivý člen je uložen posuvné uvnitř válcového pláště (100).

30. Zařízení podle nároku 29,vyznačuj ící se tím , že je opatřen prvním a druhým koncovým dílem (104, 106), osazeným na opačných koncích válcového pláště (100) a prvním a druhým tlumicím prvkem pro tlumení nárazů, upevněným na vnitřní straně obou koncových dílů (104, 106).

31. Zařízení podle nároku 30,vyznačuj ící se tím, že pohyblivý člen je opatřen mazacími prostředky umístěnými kolem obvodu tohoto pohyblivého členu pro zajištění mazání mezi vnější obvodovou plochou pohyblivého členu a vnitřní plochou válcového pláště (100).

32. Zařízení podle nároku 29,vyznačuj ící se tím, že pohyblivý člen je opatřen na svém vnějším obvodu těsnicími členy pro zajištění těsnicího kontaktu mezi vnějším obvodem pohyblivého členu a vnitřní plochou válcového pláště