CZ291331B6 - Způsob zvyšování plnicí kapacity tabáku - Google Patents

Abstract

Při provádění způsobu zvyšování plnicí kapacity tabáku prostřednictvím jeho objemového rozpínání se náplň tabáku pro rozpínání umísťuje do impregnační komory, schopné odolat podmínkám zvýšeného tlaku, náplň tabáku se v impregnační komoře impregnuje s propanem jako expanzním činidlem za podmínek, postačujících k rozpínání impregnovaného tabáku alespoň o 50 % objemových při jeho vystavení expanzním podmínkám, náplň impregnovaného tabáku se vyjme z impregnační komory a impregnovaný tabák se vystaví podmínkám, postačujícím k rozpínání tabáku. Pro impregnování tabáku, který má být rozpínám, se tabák stlačuje při kompresním poměru alespoň 1,5:1 vzhledem k sypnému plnicímu objemu rozpínaného tabáku, přičemž impregnační objem impregnační komory se naplní stlačeným tabákem, který má být impregnován.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zvyšování plnicí kapacity tabáku prostřednictvím jeho objemového rozpínání. Zejména se vynález týká způsobu pro zlepšení výkonnosti a hospodárnosti procesu, při kterém dochází k rozpínání tabáku.

Dosavadní stav techniky

V posledních desetiletích se staly zpracovatelské postupy s expanzním zpracováním tabáku součástí výrobních procesů pro výrobu cigaret. Tabákové expanzní postupy slouží pro obnovení hustoty a/nebo objemu tabáku, odpovídající hustotě, popřípadě objemu volně sypaného tabáku, k jejichž ztrátě došlo 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, jsou popsány v patentových spisech US 3 524 451 a US 3 524 452. Tyto patentové spisy popisují způsoby, při kterých se tabák přivádí do styku s impregnační látkou, načež se prudce zahřeje, aby se impregnační látka odpařila a dosáhlo se expandování tabáku.

Patentový spis US 3 683 937 popisuje působ zpracování tabáku, při kterém má být dosaženo expandování tabáku a který využívá organických složek ve formě výparů pro impregnování tabáku. Impregnovaný tabák potom expanduje buď v důsledku zahřátí, nebo rychlého snížení tlaku.

Použití oxidu uhličitého pro expandování tabáku je popsáno v patentových spisech US 4 235 250, US 4 258 729, US 4 336 814 a dalších. V těchto a jim příbuzných postupech se oxid uhličitý buď 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 nepříznivě ovlivnit 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.

Patentové spisy US 4 461 310 a US 4 289 148 popisují expandování tabáku pomocí nadkritického dusíkového nebo argonového impregnování tabáku. Tyto plyny se odvádějí z tabáku v průběhu rychlého snižování tlaku, přičemž 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.

Patentový spis US 4 531 529 popisuje způsob zvyšování kapacity tabákové náplně cigarety, při kterém je tabák impregnován silně prchavým expanzním činidlem s nízkým bodem varu, například na 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

-1 CZ 291331 B6 atmosférického tlaku, takže tabák expanduje, aniž by bylo nutno jej zahřívat jak pro dosažení vlastního rozpíná 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.

Patentový spis US 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 mechanizmy, 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.

Patentový spis US 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, a u způsobu, 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 spisuje také uvedeno, že větší expanze tabáku se dosáhne, jestliže jsou dodržovány impregnační doby v rozsahu 1 až 10 minut před snížením tlaku.

Patentový spis US 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 s obsahem 4,5 litru, 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 patentového spisu US 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 prováděny některé úpravy, které měly přinést zkrácení celkové doby trvání cyklu. Avšak podstatného zvýšení výkonu je u známých systémů s přerušovaným

-2CZ 291331 B6 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 impregnační zóně a může být odebírán z této zóny k zajištění expanze v časovém intervalu, odpovídajícím trvání celého cyklu, který je kratší nezjedná 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 kterém je minimalizováno množství expanzního činidla, používaného pro zpracování tabáku.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl proto vyvinut způsob zvyšování plnicí kapacity tabáku prostřednictvím jeho objemového rozpínání, přičemž se náplň tabáku pro rozpínání umísťuje do impregnační komory, schopné odolat podmínkám zvýšeného tlaku, náplň tabáku se v impregnační komoře impregnuje s propanem jako expanzním činidlem za podmínek, postačujících k rozpínání impregnovaného tabáku alespoň o 50 % objemových při jeho vystavení expanzním podmínkám, náplň impregnovaného tabáku se vyjme z impregnační komory a impregnovaný tabák se vystaví podmínkám, postačujícím k rozpínání tabáku.

Pro impregnování tabáku, který má být rozpínán, se tabák stlačuje při kompresním poměru alespoň 1,5:1 vzhledem ksypnému plnicímu objemu rozpínaného tabáku, přičemž impregnační objem impregnační komory se naplní stlačeným tabákem, který má být impregnován.

Kompresní poměr je alespoň 2:1, s výhodou alespoň 3:1.

Impregnace se provádí při teplotě, která je rovna nebo vyšší než nadkritická teplota expanzního činidla.

Impregnace se provádí při nadkritickém nebo vyšším tlaku expanzního činidla.

Tabák pro impregnaci se předehřívá na zvýšenou teplotu před jeho umístěním do impregnační komory.

Tabák se předehřívá na teplotu alespoň 52 °C.

Impregnace se provádí po dobu kratší, než jedna minuta.

Expanzní činidlo se vpouští do impregnační komory jako tekutina při teplotě nad nadkritickou teplotou tekutiny a při tlaku nad nadkritickým tlakem tekutiny.

Propan se přivádí do impregnační komory při tlaku vyšším než 13,8 MPa nad okolním tlakem a při teplotě vyšší než 116 °C.

-3CZ 291331 B6

Při provádění způsobu vysokotlaké impregnace tabáku podle tohoto vynálezu 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 vy řešen 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 byl i menší.

Podle jiného výhodného provedení vynálezu je doba trvání jednoho impregnačního cyklu, při kterém se provádí impregnace tabáku za podmínek blízkých podmínkám, odpovídajícím nadkritickému tlaku a teplotě, podstatně zkrácena předehříváním tabáku před jeho přiváděním 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, ve 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 kapacity 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 patentovém spisu US 4 554 932, 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 patentovém spisu US 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 se

-4CZ 291331 B6 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 ve srovnání se známými zařízeními. Využitím předehřátého tabáku a/nebo v podstatě okamžitým 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, překračujícího pětinásobek 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, obr. 3b a obr. 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 provedení vynálezu

V následujícím popisu bude blíže objasněno několik příkladů provedení způsobu 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 z následujících příkladů provedení.

Obr. 1 znázorňuje příkladné provedení zařízení, využívající základních znaků vynálezu. Základní konstrukční vytvoření tohoto zařízení odpovídá konstrukci zařízení podle patentového spisu US 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, tak zařízení 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

-5CZ 291331 B6 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, přičemž 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 nafukovacími nebo jinak roztažitelnými těsnicími prvky 40, 42. Těsnicí prvky 40, 42 jsou vytvořeny ve formě hydraulicky rozpínavých elastomemích 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 neznázoměnými stíracími kroužky, které slouží pro stírání tabákových částic z povrchu vnitřní stěny dutého válcového pláště 12 a plnicího ústrojí, tvořeného vtlačovacími prvky 32, v průběhu přesouvání cívkové jednotky 14 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, zobrazené 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 48, 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, a to podle velikosti 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 neznázoměných 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

-6CZ 291331 B6 jednotky 64. je toto zařízení opatřeno výpamíkem 66. Akumulační jednotka 64 může být také zahřívána neznázoměným topným ústrojím, aby se tekutina uvnitř akumulační jednotky 64 udržovala v zahřátém stavu. Za výpamíkem 66 je ve směru proti proudu plynu umístěno vysokotlaké čerpadlo pro přívod vysokotlaké tekutiny pod tlakem například 17,6 MPa do výpamíku 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 na neznázoměné 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 zní. 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 schématicky 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 strany mají délku jedné stopy, tj. 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 síťka 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 prostory, vymezené různými kanálky a drážkami, do kterých nemá tabák 36 přístup.

-7CZ 291331 B6

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 předmětném zařízení. 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 plášť 100, vytvořený z materiálu, který je schopen odolávat vysokým teplotám a tlakům, například z vysoce kvalitní uhlíkové oceli, avytvrzený 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 absorpční 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 těsnícími kroužky 120', 121. 122, 123, 124, obklopujícími obvod pístového prvku 116 a zajišťujícími 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 vytvarovány 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 120', 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 ajsou schopny zajistit utěsnění spáry mezi tekutinovými komorami 118, 120 v průběhu posuvu pístového prvku H6.

Těsnicí kroužky 120' až 124 jsou udržovány ve stlačeném stavu prstencovým kroužkem 126, který je přitlačován v axiálním směru na těsnicí kroužky 120' 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 ^J/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.

-8CZ 291331 B6

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 akumulační jednotky 64, která je ovládána hydraulickou tekutinou. Podobně 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 pásmu cívkového impregnačního ústrojí, znázorněného na obr. 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 tlumicím ústrojím pro tlumení nárazů, opatřeným prstencovým dílem 114, podepřeným dvojicí talířových pružin 115 ve formě Bellvillových podložek. Koncové díly 104, 106 jsou vytvořeny 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 vtom, 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 pro jeho odvod z této tekutinové komory 118. 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 120 odváděn odvětrávacím otvorem 310 do regenerační jednotky, ve které může být propan buď spalován, nebo odváděn například do plynové regenerační jednotky, která je používána pro regeneraci 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 neznázoměné zachycovací nádrže.

-9CZ 291331 B6

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 předmětného řešení 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 zobrazeno 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. 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 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. kteiý 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 tlumen tlumicím prvkem, obsahujícím talířové pružiny 115. Impregnační tekutina

- 10CZ 291331 B6 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 neznázoměného vysokotlakého čerpadla, aby se propan přečerpal zpět do vysokotlaké tekutinové oblasti akumulační jednotky 64. Jestliže se plyn vypouští z akumulační jednotky 64, je pomocí neznázoměných 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, tvořeném 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 patentového spisu US 4 531 529, na jehož popis vynález 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, dodávané firmou Parker Bertea Aerospace, Parker Hannfin Corp., Metal Bellows Division, Moorpark, Califomia.

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 výhodně 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.

Jak je naznačeno v bloku 155, tabák ve formě řezané náplně se s výhodou předehřívá před svým přivedením do impregnační 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 současně 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 podstatně větší, než hustota tabáku před stlačením. Odborníkům je známo, že hustota volně 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

-11 CZ 291331 B6 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 nepodařilo 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 jedné až dvou sekund do asi dvaceti sekund. Jak je zobrazeno v bloku 170 na obr. 4, po této době se tlak sníží. Snížení tlaku probíhá v podstatě mžikově, to znamená, zeje 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 patentovém spisu US 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 podobně, protože při zahřívání se nevyskytují vysoké teploty. Řešení podle vynálezu je však možno využít i ve spojení s jinými expanzními činidly, včetně těch, která vyžadují využití expanzních podmínek včetně tepla, 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 řídicí systém nebo podobné řídicí systémy, obsahující čidla pro snímání podmínek v průběhu expanzního procesu, je mimořádně vhodný pro dosažení krátkého časového cyklu, který by měl trvat nejvýše dvacet

- 12CZ 291331 B6 sekund. Řídicí technické prostředky mohou být tvořeny pneumatickými, elektrickými nebo pneumaticko-elektrickými ústrojími, jejichž provedení je odborníkům zřejmé.

V příkladu na obr. 5 jsou v bloku 200 používána vhodná čidla pro ověření, že se cívka nachází v plnicí poloze 24 a že 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 cívkovou jednotku 14 do válcového pláště 12. Vhodné činidlo, 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 kratším, 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 atlakování 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 tehdy, když byl tabák 36 v impregnační zóně předehřát, proběhne impregnace velmi íychle, takže časovači ústrojí může být nastaveno na velmi krátký časový interval, pohybující se mezi několika sekundami až 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 plně 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

-13CZ 291331 B6 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, předehriváním tabáku podle vynálezu podstatně zkrátit dobu impregnačního cyklu.

Měření objemů jednotlivých dávek náplně tabáku 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, posuvně uložený ve válci s podobným průměrem, přičemž se 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 z následujících patentových nároků.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (9)

1. Způsob zvyšování plnicí kapacity tabáku prostřednictvím jeho objemového rozpínání, přičemž se náplň tabáku pro rozpínání umísťuje do impregnační komory, schopné odolat podmínkám zvýšeného tlaku, náplň tabáku se v impregnační komoře impregnuje s propanem jako expanzním činidlem za podmínek, postačujících k rozpínání impregnovaného tabáku alespoň o 50 % objemových při jeho vystavení expanzním podmínkám, náplň impregnovaného tabáku se vyjme z impregnační komory a impregnovaný tabák se vystaví podmínkám, postačujícím k rozpínání tabáku,

-14CZ 291331 B6 vyznačující se tím, že pro impregnování tabáku, který má být rozpínán, se tabák stlačuje při kompresním poměru alespoň 1,5:1 vzhledem ksypnému plnicímu objemu rozpínaného tabáku, přičemž impregnační objem impregnační komor}’ se naplní stlačeným tabákem, který má být impregnován.

2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že kompresní poměr je alespoň 2:1, s výhodou alespoň 3:1.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že impregnace se provádí při teplotě, která je rovna nebo vyšší než nadkritická teplota expanzního činidla.

4. Způsob podle jednoho nebo několika nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že impregnace se provádí při nadkritickém nebo vyšším tlaku expanzního činidla.

5. Způsob podle jednoho nebo několika nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že tabák pro impregnaci se předehřívá na zvýšenou teplotu před jeho umístěním do impregnační komory.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že tabák se předehřívá na teplotu alespoň 52 °C.

7. Způsob podle jednoho nebo několika nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že impregnace se provádí po dobu kratší, než jedna minuta.

8. Způsob podle jednoho nebo několika nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že expanzní činidlo se vpouští do impregnační komory jako tekutina při teplotě nad nadkritickou teplotou tekutiny a při tlaku nad nadkritickým tlakem tekutiny.

9. Způsob podle jednoho nebo několika nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že propan se přivádí do impregnační komory při tlaku vyšším než 13,8 MPa nad okolním tlakem a při teplotě vyšší než 116 °C.