DE69208390T2

DE69208390T2 - Aufblähvorrichtung für ein landwirtschaftliches Produkt oder ähnliches

Info

Publication number: DE69208390T2
Application number: DE69208390T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ogawa; Manabu Takeuchi; Kensuke Uchiyama; Hiromi Uematsu; Kazuo Yoshimoto
Original assignee: Japan Tobacco Inc
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: AU1635692A; EP0514859A2; CA2068923C; AU644736B2; EP0514859A3; DE69208390D1; CA2068923A1; KR920021073A; KR960001836B1; TW219891B; EP0514859B1; US5365950A; RU2060058C1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der EP-A-0 328 676 bekannt. Diese Vorrichtung enthält jedoch keine Einrichtung zum Rückgewinnen und Trennen des Blähmittels, zum Entfernen eingemischter Luft und zum Minimieren der Menge des in die Atmosphäre ausgetragenen Blähmittels.
Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Verbesserung einer Vorrichtung zum Aufblähen eines landwirtschaftlichen Produkts, wie beispielsweise Tabakmaterial oder Futter. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung unter Verwendung von Kohlendioxid als Aufblähmittel, das das Tabakmaterial oder dergleichen kontinuierlich aufzublähen und das Aufblähmittel im System rückzugewinnen vermag, ohne es nach außen auszutragen.
Wenn eine Zigarette aus Tabakmaterial, d.h. den geschretterten Tabakblättern hergestellt werden soll, werden üblicherweise die Gewebe des Tabakmaterials aufgebläht.
Um das Tabakmaterial Aufzublähen, wird ein gasförmiges oder flüssiges Aufblähmittel, d.h. ein organisches Lösungsmittel, Kohlendioxid oder dergleichen verflüssigt oder auf einen hohen Druck komprimiert, wobei das Tabakmaterial im Aufblähmittel gehalten wird, um die Tabakgewebe mit dem Aufblähmittel zu imprägnieren, und die Tabakgewebe werden druckgemindert und daraufhin erwärmt, um das imprägnierte Aufblähmittel aufzublähen, wodurch die Gewebe des Tabakmaterials aufgebläht werden. Wenn das Tabakmaterial auf diese Weise aufgebläht wird, wird sein Volumen vergrößert, um die zum Herstellen einer Zigarette erforderliche Tabakmaterialmenge zu verkleinern, und um einen leichten Rauchgenuß zu erzeugen. Das auf diese Weise aufgeblähte Tabakmaterial wird verwendet, um eine Zigarette direkt herzustellen oder durch Vermischen mit einem nicht aufgeblähten Tabakmaterial.
Die Vorrichtungen zur Durchführung dieses Aufblähprozesses sind in Chargenaufblähvorrichtungen und kontinuierlich arbeitenden Aufblähvorrichtungen klassifiziert. In einer Chargenvorrichtung wird eine vorbestimmte Tabakmenge in einem Imprägnierbehälter bevorratet, ein Hochdruck-Aufblähmittel wird dem Imprägnierbehälter zugeführt, um das Tabakmaterial mit dem Aufblähmittel zu imprägnieren, woraufhin das Tabakmaterial abgeführt wird, wodurch das Tabakmaterial aufgebläht wird. Bei der kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung, die beispielsweise in der EP-A-0 328 676 offenbart ist, wird das Tabakmaterial kontinuierlich in einen Imprägnierbehälter zugeführt, dem Hochdruck-Aufblähmittel zugeführt wird, um das Tabakmaterial mit dem Aufblähmittel zu imprägnieren, und das Tabakmaterial, das mit dem Aufblähmittel imprägniert ist, wird kontinuierlich abgeführt.
Obwohl die zuerst genannte Chargenvorrichtung einen einfachen Aufbau hat, ist ihr Wirkungsgrad niedrig und eine große Menge Aufblähmittel geht ungünstigerweise in die Umgebungsluft verloren. Die zuletzt genannte kontinuierlich arbeitende Vorrichtung ist effizient und kann das Aufblähmittel ohne Verschwendung rückgewinnen und wiederverwenden. Die kontinuierlich arbeitende Vorrichtung erfordert jedoch Ventileinheiten zum kontinuierlichen Zuführen des Tabakmaterials in den Imprägnierbehälter, während der Druck im Imprägnierbehälter vergrößert wird, und zum Abführen des Tabakmaterials, während der Druck im Imprägnierbehälter gemindert wird. Da Luft in dem Imprägnierbehälter durch die Ventileinheiten beigemischt wird, wodurch der Blähwirkungsgrad verschlechtert wird, muß das durch die Ventileinheiten ausgetragene Aufblähmittel rückgewonnen werden.
Seit neuem wird Kohlendioxid, das die Umwelt selten nachteihg beeinflußt, häufig als Aufblähmittel verwendet. Der Vorgang muß jedoch unter einem hohen Druck durchgeführt werden, um Kohlendioxid zu imprägnieren, und die Ventileinheiten, die vorstehend erläutert sind, bedürfen eines hohen Leistungsvermögens.
Die Größe einer derartigen Vorrichtung ist in jüngster Zeit immer größer geworden, um die Menge von in ihr verwendetem Kohlendioxid zu vergrößern. Um einen ungünstigen Einfluß auf die Umwelt zu verhindern und den Kohlendioxidverbrauch zu verringern, ist es demnach erforderlich, soviel Kohlendioxid wie möglich rückzugewinnen, um seine Menge zu vermindern, die nach außen abgegeben wird, und um im Imprägnierbehälter beigemischte Luft wirksam abzuführen.
Zum Aufblähen von Tabakmaterial verwendetes Kohlendioxid wird komprimiert und erneut verwendet, wie vorstehend erläutert. Da die Kompression von Kohlendioxid jedoch Energie erfordert, ist eine weitere Energieerhaltung erforderlich. Da in das umlaufende Kohlendioxid Luft gemischt wird, sind eine großen Anlage und Energie erforderlich, um die eingemischte Luft abzutrennen. Demnach muß die Menge der in das umlaufende Kohlendioxid gemischten Luft so stark wie möglich vermindert werden.
Die Vorrichtung kann nicht nur als Vorrichtung zum Aufblähen von Tabakmaterial verwendet werden, wie vorstehend erläutert, sondern auch als Vorrichtung, die zum Trocknen eines landwirtschaftlichen Produkts, beispielsweise von Gemüse verwendet wird, wobei das Gemüse aufgebläht wird, um ein Trockengemüse herzustellen, das leicht gekocht werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Aufblähen eines landwirtschaftlichen Produkts, beispielsweise Tabakmaterial unter Verwendung eines Aufblähmittels, beispielsweise Kohlendioxid zu schaffen, das die vorstehend angeführten Erfordernisse erfüllt, um ein kontinuierliches Aufblähen des Tabakmaterials zu gewährleisten, um so stark wie möglich zu verhindern, daß Luft in das Kohlendioxid gemischt wird, um die eingemischte Luft wirksam abzuführen, und um die Energie zu minimieren, die zum Betrieb der Aufblähvorrichtung erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird für eine Aufblähvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 gekennzeichnet.
Demnach umfaßt eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen Imprägnierbehälter, dem ein Aufblähmittel, beispielsweise Kohlendioxid, das auf einen hohen Druck druckerhöht ist, zugeführt wird. Das Tabakmaterial wird dem Imprägnierbehälter durch die Drehschieber kontinuierlich zugeführt. Das mit Kohlendioxid im Imprägnierbehälter imprägnierte Tabakmaterial wird durch die Drehschieber kontinuierlich abgeführt, in das Tabakmaterial in einer Niederdruck-Hochtemperatur-Atmosphäre imprägniertes Tabakmaterial wird aufgebläht, und die Gewebe des Tabakmaterials werden aufgebläht.
Die Drehschieber fördern das Tabakmaterial kontinuierlich während der Druck des Atmosphärengases des Tabakmaterials, beispielsweise das Kohlendioxid erhöht bzw. gemindert wird. Beispielsweise sind zwei Drehschieber in Reihe auf jeder der Druckerhöhungs- und -minderungsseiten angeordnet. Wenn der Druck im Imprägnierbehälter beispielsweise 30 at beträgt, wird das Atmosphärengas des Tabakmaterials durch jeden Drehschieber um 15 at druckerhöht bzw. druckgemindert.
Kohlendioxid, das dem Imprägnierbehälter und den Drehschiebern zugeführt wird, wird rückgewonnen und erneut verwendet. Von außen strömende Luft wird in das rückgewonnene Kohlendioxid gemischt, und die eingemischte Luft wird entfernt und abgeführt. Die Luftkonzentration im Kohlendioxid, das in dieser Vorrichtung umläuft, wird demnach innerhalb eines Bereichs beibehalten, um die Aufblähausbeute nicht zu mindern.
Eine PSA (Druck-Pendel-Adsorptions-)Vorrichtung wird als Einheit zum Trennen von Luft vom rückgewonnenen Kohlendioxid verwendet. Diese Vorrichtung verwendet ein Adsorptionsmittel, beispielsweise Aktivkohle oder Zeolith, dessen Adsorptionsanteil für Kohlendioxid durch Ändern des Drucks geändert wird. Das Adsorptionsmittel adsorbiert Kohlendioxid selektiv, beispielsweise ein Gasgemisch, das mit einem Druck von etwa 2 at zugeführt wird, und eingemischte Luft wird abgetrennt. Wenn der Druck nahezu auf Vakuum gemindert wird, wird adsorbiertes Kohlendioxid desorbiert und rückgewonnen. Dieser Vorgang kann abwechselnd effizient durchgeführt werden, indem eine Mehrzahl von Adsorptionstürmen verwendet wird.
Ein luftdichter Behälter ist stromauf vom druckminderungsseitigen Drehschieber vorgesehen, und das Tabakmaterial wird dem Drehschieber durch einen luftdichten Behälter zugeführt. Ein weiterer luftdichter Behälter ist ebenfalls stromab vom druckminderungsseitigen Drehschieber vorgesehen, und das vom druckminderungsseitigen Drehschieber ausgetragene Tabakmaterial wird zu einem Aufblähschritt durch diesen luftdichten Behälter gefördert. Kohlendioxid wird diesen luftdichten Behältern zugeführt, und Luft in den luftdichten Behältern wird durch Kohlendioxid ersetzt. Deshalb wird verhindert, daß Luft sich in das Kohlendioxid-Umlaufsystem von beispielsweise dem Imprägnierbehälter durch diese Drehschieber mischt.
Da diese beiden Drehschieber jeweils auf den Druckerhöhungsund Druckminderungsseiten vorgesehen sind, befindet sich den näher am Imprägnierbehälter angeordneten Drehschieber durchsetzendes Kohlendioxid auf einem Zwischendruck, und durch den Drehschieber weiter entfernt vom Imprägnierbehälter ausgetragenes Kohlendioxid befindet sich auf einem niedrigen Druck. Das Zwischendruck-Kohlendioxid und das Niederdruck-Kohlendioxid werden durch getrennte Rückgewinnungssysteme rückgewonnen, auf einen hohen Druck durch getrennte Verdichter oder dergleichen druckerhöht und zum Imprägnierbehälter rückgeführt. Demnach kann die für die Druckerhöhung des rückgewonnenen Kohlendioxids erforderliche Energie reduziert werden.
Diese Erfindung läßt sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstehen; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Gesamtaufbaus einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines ersten Drehschiebers und eines luftdichten Behälters,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht eines vierten Drehschiebers und eines luftdichten Behälters,
Fig. 4 eine Längsschnittansicht einer Modifikation eines luftdichten Behälters,
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Rückgewinnungs- /Trenneinheit,
Fig. 6 eine schematische Ansicht der Rückgewinnungs- /Trenneinheit in einem weiteren Zustand,
Fig. 7 eine Kurvendarstellung der Kenngrößen einer Verflüssigungs-Trenneinheit,
Fig. 8 eine Kurvendarstellung der Kenngrößen einer Adsorptions-/Trenneinheit,
Fig. 9 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 11 eine schematische Ansicht des Gesamtaufbaus einer Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Diese Ausführungsformen sind Beispiele für kontinuierlich arbeitende Tabakmaterial-Aufblähvorrichtungen unter Verwendung von Kohlendioxid als Aufblähmittel. Die Fig. 1 bis 6 zeigen die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Aufbau dieser Vorrichtung wird nunmehr erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch den Gesamtaufbau der Tabakmaterial-Aufblähvorrichtung. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 21 einen Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 und 22 einen Imprägnierbehälter. Kohlendioxid mit einem vorbestimmten Druck wird in dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 auf einem Druck von etwa 15 at gehalten. Kohlendioxid wird dem Imprägnierbehälter 22 zugeführt, um einen Druck von etwa 30 at aufrechtzuhalten, und das Innere des Imprägnierbehälters 22 ist im wesentlichen mit gasförmigem Kohlendioxid befüllt.
Das Tabakmaterial wird dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 kontinuierlich zugeführt und daraufhin vom Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 dem Imprägnierbehälter 22 zugeführt. Die Gewebe des Tabakmaterials werden mit Kohlendioxid im Imprägnierbehälter 22 imprägniert.
Das mit Kohlendioxid imprägnierte Tabakmaterial wird einer Heizeinheit 23 kontinuierlich zugeführt, um in Kontakt mit überhitztem Wasserdampf in der Heizeinheit 23 zu gelangen. Daraufhin wird das in das Tabakmaterial imprägnierte Kohlendioxid aufgebläht, wodurch die Gewebe des Tabakmaterials aufgebläht werden.
Die jeweiligen Abschnitte der Aufblähvorrichtung werden nunmehr erläutert. Das Tabakmaterial wird in einem Transportrohr 31 zusammen mit Luft transportiert. Das Tabakmaterial wird von der Luft durch eine Tangential- Trenneinrichtung 32 getrennt und einem nachfolgend näher erläuterten luftdichten Behälter durch Luftsperrventile 33 und 34 zugeführt. Beim Druck im luftdichten Behälter handelt es sich im wesentlichen um Atmosphärendruck.
Das dem luftdichten Behälter 35 zugeführte Tabakmaterial wird dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 durch einen druckerhöhungsseitigen ersten Drehschieber 36 zugeführt. Während das Tabakmaterial durch den ersten Drehschieber 36 zugeführt wird, wird seine Atmosphäre ausgehend vom im wesentlichen Atmosphärendruck auf etwa 15 at des Vorbereitungsimprägnierbehälters 21 druckerhöht. Eine Schnecke 37 ist im Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 vorgesehen, um das Tabakmaterial zu fördern.
Das Tabakmaterial aus dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 wird daraufhin dem Imprägnierbehälter 22 durch einen druckerhöhungsseitigen zweiten Drehschieber 41 zugeführt. Während das Tabakmaterial durch den zweiten Drehschieber 41 zugeführt wird, wird seine Atmosphäre ausgehend von 15 at des Vorbereitungsimprägnierbehälters 21 auf 30 at des Imprägnierbehälters 22 druckerhöht.
Das dem Imprägnierbehälter 22 zugeführte Tabakmaterial wird daraufhin durch eine Schnecke 42 gefördert, die im Imprägnierbehälter 22 vorgesehen ist. Kohlendioxid wird dem Inprägnierbehälter 22 zugeführt, um den hohen Druck auf etwa 30 at aufrechtzuerhalten, und die Gewebe des Tabakmaterials werden mit Kohlendioxid imprägniert.
Das aus dem Imprägnierbehälter 22 ausgetragene Tabakmaterial wird einem luftdichten Behälter 44 durch einen druckminderungsseitigen dritten Drehschieber 43 zugeführt. Das Innere des luftdichten Behälters 44 wird in einer Kohlendioxidatmosphäre gehalten, die einen Druck von etwa 15 at hat. Während das Tabakmaterial durch den dritten Drehschieber 43 hindurchtritt, wird das Umgebungsgas druckgemindert von 30 at des Imprägnierbehälters 22 auf 15 at des luftdichten Behälters 44.
Ferner wird das aus dem luftdichten Behälter 44 ausgetragene Tabakmaterial einem luftdichten Behälter 46 durch einen druckminderungsseitigen vierten Drehschieber 45 zugeführt. Das Innere des luftdichten Behälters 46 wird in einer Kohlendioxidatmosphäre gehalten, die im wesentlichen Atmosphärendruck hat. Während das Tabakmaterial durch den vierten Drehschieber 45 hindurchtritt, wird sein Druck erniedrigt von 15 at des luftdichten Behälters 44 auf etwa den Atmosphärendruck des luftdichten Behälters 46.
Das dem luftdichten Behälter 46 zugeführte Tabakmaterial wird kontinuierlich einer Aufblähsäule 51 der vorstehend erläuterten Heizeinrichtung durch ein Luftsperrventil 47 zugeführt. Ein Gasgemisch aus Luft und übererhitztem Wasserdampf strömt durch die Aufblähsäule 51. Das Gasgemisch wird auf eine vorbestimmte Temperatur durch eine Heizeinrichtung 52 erwärmt und durch ein Gebläse 53 in die Aufblähsäule 51 geleitet. Das der Aufblähsäule 51 zugeführte Tabakmaterial kontaktiert das zu erwärmende Gasgemisch. Daraufhin wird das in das Tabakmaterial imprägnierte Kohlendioxid aufgebläht, wodurch die Gewebe des Tabakmaterials aufgebläht werden. Das aufgeblähte Tabakmaterial wird durch eine Tangential-Trenneinrichtung 54 abgetrennt und durch ein Luftsperrventil 55 ausgetragen. Das Luftsperrventil 47 dient dazu, zu verhindern, daß das Gas in der Aufblähsäule 51 in den luftdichten Behälter 46 strömt.
Die ersten bis vierten Drehschieber 36, 41, 43 und 45 haben im wesentlichen denselben Aufbau. Fig. 2 zeigt den Aufbau von beispielsweise dem ersten Drehschieber 36. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Gehäuse des Drehschiebers 36. Zufuhr- und Austragöffnungen 2 und 3 sind im Gehäuse 1 gebildet. Ein Drehelement 4 ist im Gehäuse 1 drehbar luftdicht untergebracht. Eine Mehrzahl von Taschen 5 sind an der Außenoberfläche des Drehelements 4 gebildet. Eine Mehrzahl von druckerhöhungs- und minderungsseitigen Öffnungen 6 und 7 sind im Gehäuse 1 gebildet. Die Endstufen-Hochdrucköffnung von den druckerhöhungsseitigen Öffnungen 6 ist mit dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 durch ein Kohlendioxidzufuhrrohr 9 derart verbunden, daß ihm Hochdruck-Kohlendioxid zugeführt wird. Die letzte Niederdrucköffnung von den druckminderungsseitigen Öffnungen 7 ist mit einem Kohlendioxidrückgewinnungsrohr 10a derart verbunden, daß druckgemindertes Kohlendioxid rückgewonnen wird. Die verbleibenden druckminderungsund druckerhöhungsseitigen Öffnungen 6 und 7 stehen miteinander durch entsprechende Verbindungsrohre 8 in Verbindung.
Die Innenseite der Zufuhröffnung 2 ist beispielsweise auf Atmosphärendruck eingestellt, und die Innenseite der Austragöffnung 3 ist in eine Zwischendruck-Kohlendioxidatmosphäre eingestellt. Das in die Zufuhröffnung 2 durch einen Einfülltrichter oder dergleichen zugeführte Tabakmaterial wird in den jeweiligen Taschen 5 des Drehelements 4 bevorratet und nacheinander zur Austragöffnung 3 gefördert, wenn sich das Drehelement 4 dreht.
Da die Innenseite der Austragöffnung 3 in die Zwischendruck- Kohlendioxidatmosphäre eingestellt ist, ist das Innere einer leeren Tasche 5, die der Austragöffnung 3 gegenüberliegt, um das Tabakmaterial in ihr auszutragen, in den Zwischendruck der Kohlendioxidatmosphäre eingestellt. Während die Taschen 5 nacheinander den druckminderungsseitigen Öffnungen 7 gegenüberliegen, wird Hochdruck-Kohlendioxid in jede Tasche 5 nacheinander in die gegenüberliegende druckminderungsseitige Öffnung 7 ausgetragen, um beispielsweise jeweils um 5 at druckgemindert zu werden. Da die druckminderungsseitigen Öffnungen 7 durch die Verbindungsrohre 8 mit den druckerhöhungsseitigen Öffnungen 6 in Verbindung stehen, wird aus den jeweiligen druckminderungsseitigen Öffnungen 7 ausgetragenes Kohlendioxid den entsprechenden druckerhöhungsseitigen Öffnungen 6 zugeführt. Während jede Tabakmaterial enthaltende Tasche 5 nacheinander jeder druckerhöhungsseitigen Öffnung 6 gegenüberliegt, wird Kohlendioxid in dieser Tasche 5 beispielsweise jeweils um 5 at druckerhöht. Wenn jede Tasche 6 der endstufen-druckerhöhungseitigen Öffnung 6 gegenüberliegt, wird Kohlendioxid in dieser Tasche 5 auf denselben Druck druckerhöht, wie er auf der Innenseite der Austragöffnung 3 herrscht. Daraufhin liegt diese Tasche 5 der Austragöffnung 3 gegenüber, um das in ihr enthaltene Tabakmaterial durch die Austragöffnung 3 auszutragen.
Wenn die leere Tasche 5 der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung 7 gegenüberliegt, wird in der Tasche 5 verbliebenes Niederdruck-Kohlendioxid aus der druckminderungsseitigen Öffnung 7 durch das Kohlendioxid-Rückgewinnungsrohr 10a rückgewonnen, und das Innere der Tasche 5 wird auf Atmosphärendruck wieder eingestellt.
Eine Düsenwand 12 ist in der Austragöffnung 3 vorgesehen, und eine Einspritzöffnung 11 ist gebildet, um mit dem Spalt zwischen der Düsenwand 12 und der Innenfläche der Austragöffnung 3 zu kommunizieren. Hochdruck-Kohlendioxid wird durch die Einspritzöffnung 11 zugeführt, um Hochdruck-Kohlendioxid aus dem Spalt, der durch die Düsenwand 12 und die Innenfläche der Austragöffnung 3 festgelegt ist, in die leere Tasche 5 einzuspritzen, aus der das Tabakmaterial ausgetragen wurde, wodurch das in der Tasche 5 verbliebene Tabakmaterial durch den Einspritzstrom abgeführt wird.
Die vorstehende Beschreibung betrifft beispielsweise einen druckerhöhungseitigen Drehschieber zum kontinuierlichen Zuführen des Tabakmaterials, während sein Druck erhöht wird. Die druckminderungsseitigen Drehschieber zum Austragen des Tabakmaterials, während sein Druck erniedrigt wird, haben jedoch denselben Aufbau, wie den vorstehend erläuterten, und führen Druckerhöhungs und -minderungsvorgänge umgekehrt aus.
Fig. 3 zeigt beispielsweise den Aufbau eines Abschnitts, der den vierten Drehschieber 45 und den luftdichten Behälter 46 umfaßt. Da der vierte Drehschieber 45 das Tabakmaterial fördert, während es dessen Druck erniedrigt, verläuft die Drehrichtung des Drehelements 4 in Bezug auf die druckerhöhungsund druckminderungsseitigen Öffnungen 6 und 7 entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Drehschiebers 36. Jede Tasche 5, die das Tabakmaterial aufnimmt, das durch die Zufuhröffnung 2 zugeführt wurde, fördert deshalb das Tabakmaterial zu der Austragöffnung 3, während es nacheinander den druckminderungsseitigen Öffnungen 7 gegenüberliegt. Der Druck in jeder Tasche 5 wird während dieser Förderung jeweils um 5 at erniedrigt.
Nunmehr werden die Kohlendioxidzufuhr und -rückgewinnungssysteme dieser Aufblähvorrichtung erläutert. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 61 einen Gasbehälter, zu dem von einer Kohlendioxidversorgungsquelle 62 Kohlendioxid nachgefüllt wird. Kohlendioxid im Gasbehälter 61 wird auf einen hohen Druck, beispielsweise 30 at durch einen Kompressor 39 komprimiert und dem Imprägnierbehälter 22 durch ein Entwässerungsmittel 60 zugeführt, um Feuchtigkeit aus dem Kohlendioxid zu entfernen, einem Wärmetauscher 63 und einem Ventil 64. Hochdruck-Kohlendioxid wird den Einspritzöffnungen der ersten und zweiten Drehschieber 36 und 41 durch Ventile 65 und 66 zugeführt und in die Taschen der Drehschieber 36 und 41 eingespritzt, um das verbliebene Tabakmaterial zu abzuführen.
Aus der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung des zweiten Drehschiebers 41 ausgetragenes Kohlendioxid wird dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 zugeführt. Aus der endstufendruckminderungsseitigen Öffnung des dritten Drehschiebers 43 ausgetragenes Kohlendioxid wird dem luftdichten Behälter 44 zugeführt. Die Drücke des Vorbereitungsimprägnierbehälters 41 und des luftdichten Behälters 44 werden beispielsweise auf 15 at durch ein Drucksteuerventil 120 eingestellt, und überschüssiges Kohlendioxid zur Aufrechterhaltung des Drucks wird auf Atmosphärendruck druckgemindert und rückgewonnen.
Aus diesen Bestandteilen schließlich rückgewonnenes Niederdruck-Kohlendioxid wird im Gasbehälter 61 rückgewonnen und in der folgenden Weise zugeführt. Es ist zu beachten, daß die Bezugsziffer 67 eine Kühlmaschine zum Kühlen umlaufenden Kohlendioxids bezeichnet.
Die luftdichten Behälter 35 und 46 dieser Aufblähmittelvorrichtung sind stromauf vom druckerhöhungsseitigen ersten Drehschieber 36 bzw. stromab vom druckminderungsseitigen vierten Drehschieber 45 vorgesehen, um zu verhindern, daß sich Außenluft in Kohlendioxid mischt, das in der vorstehend erläuterten Weise umläuft.
Fig. 2 zeigt einen Abschnitt, der den druckerhöhungsseitigen ersten Drehschieber 36 und den luftdichten Behälter 35 umfaßt. Der luftdichte Behälter 35 ist mit der Zufuhröffnung 2 des Drehschiebers 36 verbunden. Der luftdichte Behälter 35 hat im wesentlichen eine auf dem Kopf stehende konische Gestalt und dient als Rutsche. Eine Tabakmaterialbeschickungsöffnung 71 ist in der Oberseite des luftdichten Behälters 35 gebildet, und das Tabakmaterial wird kontinuierlich in die Beschickungsöffnung 71 durch die Drehschieber 33 und 34 zugeführt.
Eine Kohlendioxid-Umleitungsöffnung 72 und eine Kohlendioxidaustragöffnung 73 sind in der Oberseite des luftdichten Behälters 35 gebildet. Die Umleitungsöffnung 72 steht mit der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung 7 des Drehschiebers 36 durch das Umleitungsrohr 10a in Verbindung. Die Austragöffnung 73 steht mit dem Gasbehälter 61 durch ein Rohr 74 in Verbindung.
In dem den vorstehenden Aufbau aufweisenden ersten Drehschieber 36 wird, wenn jede Tasche 5 des Drehelements 4 des Drehschiebers 36 der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung 7 gegenüberliegt, der in der Tasche 5 verbliebene Druck zur Öffnung 7 ausgetragen. Da diese Öffnung 7 mit dem luftdichten Behälter 35 durch das Umleitungsrohr 10a und die Umleitungsöffnung 72 in Verbindung steht, wird dieser Druck in den luftdichten Behälter 35 ausgetragen. Der Druck in der Tasche 5 wird deshalb gleich demjenigen eingestellt, der im Innern des luftdichten Behälters 35 herrscht, so daß kein verbliebener bzw. Restdruck ausgetragen wird, wenn diese Tasche 5 das nächste Mal der Zufuhröffnung 2 gegenüberliegt, wodurch ein gleichmäßiger Strom des Tabakmaterials gewährleistet wird.
Jedes Mal, wenn jede Tasche 5 der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung 7 gegenüberliegt, wird Kohlendioxid in den luftdichten Behälter 35 durch das Umleitungsrohr 10a und die Umleitungsöffnung 72 zugeführt. Luft strömt in den luftdichten Behälter 35 zusammen mit dem zugeführten Tabakmaterial. Da das Kohlendioxid, wie vorstehend erläutert, dem luftdichten Behälter 35 zugeführt wird, wird jedoch das Innere des luftdichten Behälters 35 im wesentlichen auf die Kohlendioxidatmosphäre eingestellt. In dem zugeführten Tabakmaterial enthaltene Luft wird deshalb durch Kohlendioxid ersetzt, und das Tabakmaterial wird daraufhin dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 durch den Drehschieber 36 zugeführt. Dadurch kann ein Luftstrom in den Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 oder dergleichen hinein verhindert werden.
Wenn jede Tasche 5 der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung 7 gegenüberliegt, wird das in dieser Tasche 5 verbliebene Tabakmaterial dem luftdichten Behälter 35 zusammen mit dem eingespritzten Kohlendioxid zugeführt, vom Kohlendioxid im luftdichten Behälter 35 getrennt und dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 zusammen mit dem zugeführten Tabakmaterial durch den Drehschieber 36 zugeführt. Deshalb wird das Tabakmaterial nicht verschwendet, und kein ein Verstopfen des Filters oder dergleichen verursachendes Element muß vorgesehen werden.
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt, der den druckminderungsseitigen vierten Drehschieber 45 und den luftdichten Behälter 46 umfaßt. Der luftdichte Behälter 46 hat eine im wesentlichen auf dem Kopf stehende konische Gestalt und dient als Rutsche. Eine Beschickungsöffnung 81 ist in der Oberseite des luftdichten Behälters 46 vorgesehen, um mit der Austragöffnung 3 des vierten Drehschiebers 45 zu kommunizieren. Eine Umleitungsöffnung 82 und eine Austragöffnung 83 sind im oberen Abschnitt des luftdichten Behälters 46 gebildet. Die Umleitungsöffnung 82 steht mit der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung 7 durch das Umleitungsrohr 10b in Verbindung, und die Austragöffnung 83 steht mit dem Gasbehälter 61 durch ein Rohr 84 in Verbindung.
Der in Fig. 3 gezeigte luftdichte Behälter 46 verhindert, daß Luft, Wasserdampf oder dergleichen in das Kohlendioxid-Umlaufsystem strömen, und zwar in derselben Weise, wie in dem in Fig. 2 gezeigten luftdichten Behälter 35. Das heißt, obwohl das Tabakmaterial, das in den luftdichten Behälter 46 eingeführt ist, keine Luft enthält, Luft oder Wasserdampf in der Aufblähsäule 51 in den luftdichten Behälter 46 mehr oder weniger aufgrund der internen Undichtigkeit des Luftsperrventils 47 strömen kann. Da das in den luftdichten Behälter 46 strömende Gas jedoch durch Kohlendioxid ersetzt wird, das in den luftdichten Behälter 46 zugeführt wird, strömt jedoch selbst in diesem Fall Luft oder Wasserdampf nicht zur stromaufwärtigen Seite des luftdichten Behälters 46.
Die vorstehend erläuterte Tabakmaterial-Aufblähvorrichtung hat eine Einheit zum effektiven Rückgewinnen des Aufblähmittels, d.h. des Kohlendioxids, sowie zum effektiven Beibehalten der Konzentration des Kohlendioxids im System. Diese Einheit wird nunmehr erläutert.
An dem Abschnitt, der den ersten Drehschieber 36 und den luftdichten Behälter 35 umfaßt, und dem Abschnitt, der den vierten Drehschieber 45 und den luftdichten Behälter 46 umfaßt, wird, wie vorstehend erläutert, Kohlendioxid in die luftdichten Behälter 35 und 46 zugeführt, um die extern strömende Luft durch Kohlendioxid zu ersetzen. Aus den luftdichten Gefäßen 35 und 46 ausgetragenes Kohlendioxid enthält Luft und dergleichen. Wenn Kohlendioxid, das aus den luftdichten Gefäßen 35 und 46 rückgewonnen wird, direkt in den Gasbehälter 61 zurückgeleitet wird, wird deshalb in dem Kohlendioxid- Umlaufsystem der Aufblähvorrichtung Luft angesammelt, wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung vermindert wird.
Um diesen Nachteil zu verhindern, kann aus den luftdichten Gefäßen 35 und 46 rückgewonnenes Kohlendioxid nach außen abgegeben werden. Eine große Menge Kohlendioxid muß dann jedoch aus einer Kohlendioxidversorgungsquelle 62 nachgefüllt werden, was hinsichtlich der Kosten von Nachteil ist. Ferner ist es ungünstig, Kohlendioxid in Außenluft auszutragen. Dieser Nachteil kommt dann zum Tragen, wenn die Abmessung der Aufblähvorrichtung vergrößert wird.
Um die vorstehend genannten Nachteile zu verhindern bzw. zu entschärfen, weist die Aufblähvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 zum wirksamen Rückgewinnen von Kohlendioxid und Abtrennen von darin eingemischter Luft aufweist, wodurch die Konzentration von Kohlendioxid im System wirksam gesteuert wird.
Die Fig. 1, 5 und 6 zeigen die Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91. Auswahlventile 75 und 85 sind auf halber Strecke der Rohre 74 und 84 zum Rückgewinnen von Kohlendioxid vorgesehen, das aus den Austragöffnungen 73 und 83 der luftdichten Behälter 35 und 46 ausgetragen wird, und Rückgewinnungsrohre 92 und 93 zweigen stromauf von den Auswahlventilen 75 und 85 ab. Die Rückgewinnungsrohre 92 und 93 stehen mit der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 in Verbindung. Wenn das Auswahlventil 75 oder 85 geschlossen wird, wird deshalb lufthaltiges Kohlendioxid, das aus dem luftdichten Behälter 35 oder 46 ausgetragen wird, nicht dem Gasbehälter 61 zugeführt, sondern der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91.
Die Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 ist eine Adsorptions-Kohlendioxid-Trenneinheit (PSA, vorstehend erläutert) . Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, ist eine Mehrzahl von Adsorptionstürmen, beispielsweise zwei Adsorptionstürme 94a und 94b in der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 vorgesehen. Ein Adsorptionsmittel, wie beispielsweise Aktivkohle oder Zeolith ist in die Adsorptionstürme 94a und 94 b gefüllt. Jedes dieser Adsorptionsmittel adsorbiert Kohlendioxid aus einem Luft- und Kohlendioxid enthaltenden Gasgemisch selektiv, und je höher der Druck ist, desto größer ist die Adsorptionsmenge; je niedriger der Druck ist, desto kleiner ist Adsorptionsmenge.
Die Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 weist ferner eine Druckpumpe 95 und eine Vakuumpumpe 96 auf, die jeweils mit einem Endabschnitt der beiden Adsorptionstürme 94a und 94b durch Ventile 98a und 98b oder Ventile 99a und 99b verbunden sind. Der andere Endabschnitt von jedem der Adsorptionstürme 94a und 94b ist mit einem Austragrohr 101 durch ein entsprechendes Ventil 97a bzw. 97b verbunden.
In der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91, die in Fig. 5 gezeigt ist, sind die Ventile 98a und 97a des einen Adsorptionsturms 94a geöffnet, und das Kohlendioxid und Luft enthaltende Gasgemisch, das von den luftdichten Behältern 35 und 46 zugeführt wird, wird dem Adsorptionsturm 94a durch die Druckpumpe 95 derart zugeführt, daß Kohlendioxid durch den Adsorptionsturm 94a adsorbiert wird. Das verbliebene Gas, d.h. die Luft, von der Kohlendioxid getrennt wurde, wird zur Außenseite durch das Austragrohr 101 ausgetragen. Zu dieser Zeit sind die Ventile 98b und 97b des anderen Adsorptionsturms 94b geschlossen. Das Ventil 99b ist offen, und das Innere des anderen Adsorptionsturms 94b wird durch die Vakuumpumpe 96 auf einen niedrigen Druck entleert. Dadurch wird im Adsorptionsmittel im anderen Adsorptionsturm 94b adsorbiertes Kohlendioxid ausgetragen, rückgewonnen und zum System der vorstehend erläuterten Aufblähvorrichtung zurückgeführt.
Daraufhin werden die Ventile 98a und 97a des einen Adsorptionsturms 94a, wie in Fig. 6 gezeigt, geschlossen, und die Ventile 98b und 97b des anderen Adsorptionsturms 94b werden in der entgegengesetzten Weise zu der vorstehend erläuterten geöffnet, um das Innere des einen Adsorptionsturms 94a auf einen niedrigen Druck einzustellen, so daß das Kohlendioxid, das im Adsorptionsmittel im Adsorptionsturm 94a adsorbiert ist, ausgetragen und rückgewonnen wird, während das Kohlendioxid im anderen Adsorptionsturm 94b adsorbiert wird. Dieser Vorgang wird wiederholt, um die Adsorptionstürme 94a und 94b abwechselnd dazu zu veranlassen, die Adsorption durchzuführen, wodurch das Kohlendioxid getrennt und rückgewonnen wird. Dieser Zyklus wird nach jeweils vergleichsweise kurzen Perioden von z.B. 90 bis 180 sec. wiederholt.
Mit der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91, die den vorstehend genannten Aufbau hat, kann lufthaltiges Kohlendioxid rückgewonnen, luftwirksam durch Trennung abgeführt und ausschließlich Kohlendioxid in das System der Aufblähvorrichtung rückgeführt werden. Deshalb wird Kohlendioxid nicht an die Außenseite bzw. die Umgebung ausgetragen und vergeudet, und die Konzentration des Kohlendioxids im System kann präzise gesteuert werden.
Da die Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 Kohlendioxid durch Adsorption trennt, kann sie sogar Kohlendioxid trennen, das eine niedrige Konzentration hat. Zusätzlich weist die Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 eine gute Ansprecheigenschaft auf und kann die Konzentration von Kohlendioxid im Kohlendioxid- Umlaufsystem dieser Aufblähvorrichtung stabil steuern.
Fig. 7 zeigt Eigenschaften bzw. Kenngrößen einer herkömmlichen Verflüssigungs-Kohlendioxid-Trenneinheit zum Komprimieren des Gasgemisches und Trennen von Kohlendioxid durch Verflüssigung. Aus Fig. 7 geht hervor, daß in der herkömmlichen Verflüssigungs-Trenneinheit, wenn die Luftkonzentration des zur verarbeitenden Gases hoch ist, die Kohlendioxid-Trennausbeute sehr niedrig wird, und Kohlendioxid nicht ausreichend getrennt oder rückgewonnen werden kann. Da bei dieser Verflüssigungs-Trenneinheit der Start der Einheit und eine Änderung des Betriebs eine lange Zeit erfordern, kann die Einheit eine Änderung der Konzentration von Kohlendioxid im Kohlendioxid-Umlaufsystem nicht beherrschen, und die Konzentration von Kohlendioxid im System wird unstabil.
Im Gegensatz dazu kann die vorstehend erläuterte Rückgewinnungs-/Trenneinheit eine sehr hohe Trennausbeute selbst dann beibehalten, wie in Fig. 8 gezeigt, wenn die Konzentration von Kohlendioxid niedrig ist. Da die Rückgewinnungs- /Trenneinheit 91, wie vorstehend erläutert, mit einem sehr kurzen Zyklus betrieben wird, erfolgen sein Start und eine Änderung des Betriebs relativ schnell. Dadurch kann sie die Änderung der Konzentration von Kohlendioxid im Kohlendioxid- Umlaufsystem dieser Aufblähvorrichtung problemlos beherrschen und die Konzentration von Kohlendioxid im Kohlendioxid- Umlaufsystem präzise und korrekt steuern.
Um die Trennung und Rückgewinnung von Kohlendioxid durch die Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 noch wirksamer durchzuführen, können die luftdichten Behälter 35 und 46 den in Fig. 4 gezeigten Aufbau aufweisen. Der in Fig. 4 gezeigte Aufbau sieht einen luftdichten Behälter 106 ähnlich zu dem vorstehend erläuterten vor, und eine Beschickungsöffnung 102 ist im oberen Abschnitt des luftdichten Behälters 106 gebildet. Eine Zyklontrenneinrichtung 103 ist im oberen Abschnitt des luftdichten Behälters 106 angebracht. Kohlendioxid von der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung 7 des Drehschiebers wird der Zyklontrenneinrichtung 103 durch ein Umleitungsrohr 109 zugeführt und Kohlendioxid und Tabakmaterial in ihr werden getrennt. Kohlendioxid, von dem das Tabakmaterial getrennt wurde, wird im Gasbehälter 61 durch ein Rohr 107 rückgewonnen. Das getrennte Tabakmaterial wird dem luftdichten Behälter 106 zusammen mit einer kleinen Menge an Kohlendioxid von einer Zufuhröffnung 104 durch einen Drehschieber 105 zugeführt. Dieses Tabakmaterial wird der stromabwärtigen Seite zusammen mit dem Tabakmaterial zugeführt, das von der Beschickungsöffnung 102 zugeführt wird. Luft, die von außen in das luftdichte Gefäß 106 hineinströmt, wird durch Kohlendioxid ersetzt, das dem luftdichten Gefäß 106 zugeführt wird. Mit Luft vermischtes Kohlendioxid wird der Rückgewinnungs- /Trenneinheit 91, wie vorstehend erläutert, aus einer Rückgewinnungsöffnung 110 durch ein Rückgewinnungsrohr 108 zugeführt.
Wenn dieser luftdichte Behälter verwendet wird, wird der größte Teile des aus dem Drehschieber zugeführten Kohlendioxids direkt im Gasbehälter 61 rückgewonnen, und die Menge des Kohlendioxids, die mit Luft gemischt und der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 zugeführt wird, wird gemindert. Demnach wird die Belastung der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 vermindert. Obwohl die Konzentration von Kohlendioxid des Gasgemisches, das der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 zugeführt wird, in diesem Fall verringert ist, entsteht kein Nachteil, weil die Adsorptionsrückgewinnungs-/Trenneinheit 91 die Trennung effizient selbst dann durchführen kann, wenn das Kohlendioxid eine geringe Konzentration hat.
Die Luftkonzentration des Aufblähmittels im System ist bevorzugt minimal, und die Luftkonzentration muß so geregelt werden, daß sie beispielsweise ungefähr 5 Volumenprozent oder weniger beträgt. Um die Luftkonzentration zu steuern, wird die Luftkonzentration des Aufblähmittels, das dem luftdichten Behälter 22 zugeführt wird, durch einen Luftkonzentrationsdetektor 100 gemessen, die Menge des rückgewonnenen Gases, das der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 zugeführt wird, wird durch Einstellen des jeweiligen Ventilöffnungsgrads der Strömungsteuerungsventile 75 und 85 automatisch eingestellt, die mit den Rückgewinnungsrohren 74 und 75 verbunden sind, die sich von den luftdichten Behältern 35 und 46 erstrecken, so daß der gemessene Wert eine voreingestellte Luftkonzentration erreicht, wodurch die Luftkonzentration geregelt wird.
Wenn der ermittelte Wert nicht selbst dann die voreingestellte Luftkonzentration nicht erreicht, wenn das gesamte aus den luftdichten Behältern 35 und 46 rückgewonnene Gas der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 zugeführt wird, kann ein Teil oder das gesamte rückgewonnene Gas aus dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 und dem luftdichten Behälter 44 ebenfalls der Rückgewinnungs-/Trenneinheit 91 zugeführt werden.
Bei der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform wird ein Drehschieber als Ventileinheit zum kontinuierlichen Fördern des Tabakmaterials verwendet, während der Druck erhöht bzw. gemindert wird. Anstelle des Drehschiebers kann jedoch auch ein Kugelventil verwendet werden. Fig. 9 zeigt eine Aufblähvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Kugelventilen. In der zweiten Ausführungsform ist ein Vorbereitungsimprägnierbehälter weggelassen, und lediglich ein Imprägnierbehälter 22 ist vorgesehen. Abgesehen davon hat die zweite Ausführungsform denselben Aufbau wie die vorstehend erläuterte erste Ausführungsform. In Fig. 9 sind Abschnitte, die denjenigen in der ersten Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon erübrigt sich.
In Fig. 9 bezeichnen die Bezugsziffern 36a, 41a, 43a und 45a erste, zweite, dritte und vierte Kugelventile und 35, 35a, 44 und 46 bezeichnen luftdichte Behälter. Die jeweiligen Kugelventile fördern das Tabakmaterial durch sich drehende Kugelelemente, und keine druckerhöhungs- oder druckminderungsseitige Öffnung, die bei dem vorstehend erläuterten Drehschieber vorgesehen ist, ist in diesen vorgesehen. Deshalb wird Kohlendioxid den luftdichten Behältern 35, 35a und 44 durch Rohre 121, 131 und 141 und Ventile 123, 133 und 143 zugeführt, um das Innere dieser Behälter auf Kohlendioxidatmosphäre zu halten.
Kohlendioxid wird dem luftdichten Behälter 46 zusammen mit Tabakmaterial durch das vierte Kugelventil 45a zugeführt, um sein Inneres auf Kohlendioxidatmosphäre zu halten.
Da Luft nicht in das Kohlendioxid gemischt wird, das aus den luftdichten Behältern 35a und 44 ausgetragen wird, wird dieses Kohlendioxid direkt in einen Gasbehälter 61 durch Rohre 132 und 142 und Ventile 134 und 144 rückgewonnen. Da Luft in Kohlendioxid gemischt ist, das aus dem am weitesten stromauf liegenden luftdichten Behälter 35 und dem am weitesten stromab liegenden luftdichten Behälter 46 ausgetragen wird, wird Kohlendioxid aus diesen Behältern einer Rückgewinnungs- /Trenneinheit 91, die identisch zu der vorstehend erläuterten ist, durch Rohre 122 und 152 und Ventile 124 und 154 zugeführt.
Ferner ist Energie erforderlich, um das rückgewonnene komprimierte Kohlendioxid in der vorstehend erläuterten Weise auf hohen Druck zu komprimieren. Um die zum Komprimieren des rückgewonnenen Kohlendioxids erforderliche Energie zu minimieren, kann das Kohlendioxid-Rückgewinnungssystem entsprechend der in Fig. 10 gezeigten dritten Ausführungsform aufgebaut sein. Das Rückgewinnungssystem gemäß der dritten Ausführungsform gewinnt Kohlendioxid zurück, das durch Trennen in Niedrig- und Zwischendrucksysteme rückgewonnen werden soll. Eine Tabakmaterial-Aufblähvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ist identisch zu derjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform, weshalb sich eine detaillierte Beschreibung davon erübrigt.
Die Kohlendioxidzufuhr- und Rückgewinnungssysteme gemäß der dritten Ausführungsform werden nunmehr erläutert. Kohlendioxid, das aus den vorstehend erläuterten Zufuhr- und Austragsystemen rückgewonnen wird, wird zum Schluß auf einen Druck druckerhöht, der geringfügig höher ist als der Imprägnierdruck von etwa 30 at und einem Hochdrucktank 161 zugeführt. Kohlendioxid im Hochdrucktank 161 wird einem Imprägnierbehälter 22 zugeführt, der identisch zu dem vorstehend erläuterten ist, durch einen Wärmetauscher 63 und ein Ventil 64. Dieses Hochdruckkohlendioxid wird den Einspritzöffnungen der ersten und zweiten Drehschieber 36 und 41 durch Ventile 65 und 66 zugeführt und in die Taschen der Drehschieber 36 und 41 eingespritzt, um das verbliebene Tabakmaterial zu entfernen.
Kohlendioxid, das aus der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung des zweiten Schieberventils 41 ausgetragen wird, wird dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 zugeführt. Kohlendioxid, das aus der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung des dritten Schieberventils 43 ausgetragen wird, wird einem luftdichten Behälter 44 zugeführt, wobei das jeweilige Innere des Vorbereitungsimprägnierbehälters 21 und des luftdichten Behälters 44 durch ein Druckeinstellventil 193 beispielsweise auf 15 at eingestellt wird, und zum Aufrechterhalten des Drucks überschießendes Kohlendioxid wird rückgewonnen.
Aus den vorstehend erläuterten Tabakmaterialzufuhr- und Austragsystemen rückgewonnenes Kohlendioxid wird getrennt durch die Niedrig- und Zwischendruck-Rückgewinnungssysteme rückgewonnen und schließlich in dem vorstehend erläuterten Hochdrucktank rückgewonnen.
Der Aufbau des Niederdruck-Rückgewinnungssystems wird nunmehr erläutert. Das Innere eines luftdichten Behälters 35 am Anschluß des vorstehend erläuterten Zufuhrsystems wird auf einem niedrigen Druck, beispielsweise im wesentlichen auf Atmosphärendruck gehalten, und Kohlendioxid, das aus dem luftdichten Behälter 35 rückgewonnen wird, befindet sich auf niedrigem Druck. Luft, die im geförderten Tabakmaterial enthalten ist, ist im luftdichten Behälter 35 vorhanden. Das Innere des luftdichten Behälters 46 am Anschluß des Tabakmaterialaustragsystems wird auf einem niedrigen Druck von im wesentlichen Atmosphärendruck gehalten, und Kohlendioxid, das aus dem luftdichten Behälter 46 rückgewonnen wird, hat im wesentlichen niedrigen Druck. Kohlendioxid, das aus dem luftdichten Behälter 46 rückgewonnen wird; enthält Luft oder Feuchtigkeit, die von der Außenseite einströmt.
Niederdruck-Kohlendioxid, das aus den luftdichten Behältern 35 und 46 rückgewonnen wird, wird in einem Niederdruck-Rückgewinnungsrohr 170 gesammelt. Im Niederdruck-Rückgewinnungsrohr 171 gesammeltes Kohlendioxid wird einer Trenneinheit 91 zugeführt, die identisch zu der vorstehend erläuterten ist, mittels einer Pumpe 173 durch ein Niederdrucktrennrohr 172.
Kohlendioxid, von dem Luft durch die Trenneinheit 91 abgetrennt wurde, wird einem Niederdrucktank 178 mittels einer Pumpe 176 durch das Niederdruck-Rückführrohr 177 zugeführt. Der Niederdrucktank 178 wird auf einem niedrigen Druck gehalten und nimmt das Kohlendioxid auf.
Ein Niederdruck-Umleitungsrohr 181 ist unabhängig vom Niederdruck-Rückgewinnungsrohr 171 vorgesehen. Das Niederdruck-Umleitungsrohr 181 ist mit dem Niederdruck-Rückgewinnungsrohr 171 durch Ventile 182 und 183 und mit dem Niederdrucktank 178 durch eine Pumpe 184 verbunden. Demnach wird das durch Öffnen der Ventile 182 und 183 rückgewonnene Niederdruck-Kohlendioxid dem Niederdrucktank 178 durch Umleiten durch die Trenneinheit 91 zugeführt, wie vorstehend erläutert.
Kohlendioxid, das im Niederdrucktank 178 rückgewonnen wird, wird mittels eines Zwischendruck-Verdichters 185 vom niedrigen Druck auf einen Zwischendruck von etwa 5 bis 15 at druckgemindert und einem Zwischendrucktank 194 eines Zwischendruck-Rückgewinnungssystems zugeführt, das nachfolgend erläutert ist. Kohlendioxid wird aus einer Kohlendioxidvorratsquelle 82 in den Niederdrucktank 198 nachgefüllt, um Kohlendioxid in das Kohlendioxid-Umlaufsystem der Aufblähvorrichtung nachzufüllen.
Das vorstehend erwähnte Zwischendruck-Rückgewinnungssystem wird nunmehr erläutert. Das jeweilige Innere des Vorbereitungsimprägnierbehälters 22 und des luftdichten Behälters 44 wird auf einem Zwischendruck von etwa 15 at durch das Druckeinstellventil 193 gehalten, und aus dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 und dem luftdichten Behälter 44 rückgewonnenes Kohlendioxid befindet sich auf Zwischendruck. Aus dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 und dem luftdichten Behälter 44 rückgewonnenes Kohlendioxid enthält eine geringe Verunreinigung, beispielsweise Luft. Aus dem Vorbereitungsimprägnierbehälter 21 und dem luftdichten Behälter 44 rückgewonnenes Kohlendioxid wird in einem Zwischendruck-Rückgewinnungsrohr 191 gesammelt und dem Zwischendruckbehälter 194 durch Zwischendruckrohre 192 und 193 zugeführt. Der Zwischendrucktank 194 nimmt Kohlendioxid unter einem Zwischendruck von etwa 5 bis 15 at auf.
Ein Zwischendruck-Umleitungsrohr 196 zweigt auf halber Strecke jedes der Zwischendruckrohre 192 und 193 ab und ist mit dem Niederdrucktank 178 verbunden. Ein Ventil 197 ist auf halber Länge jedes Zwischendruck-Umleitungsrohrs 196 angeschlossen. Wenn die Ventile 197 geöffnet werden, wird deshalb ein Teil des Zwischendruck-Kohlendioxids dem Zwischendrucktank 194 nicht, dem Niederdrucktank 178 jedoch sehr wohl zugeführt.
Da bei der dritten Ausführungsform das Zwischendruck-Kohlendioxid durch das Zwischendruck-Rückgewinnungssystem rückgewonnen wird, muß ein Hochdruckverdichter 195 des Zwischendruck-Rückgewinnungssystems lediglich den Druck des Kohlendioxids von dem Zwischendruck auf den hohen Druck erhöhen, so daß das Fassungsvermögen und der Energieverbrauch des Verdichters 195 klein sein können. Da bei dieser Ausführungsform das Niederdruck-Kohlendioxid, das durch das Niederdruck-Rückgewinnungssystem rückgewonnen wird, auf den Zwischendruck druckgemindert und dem Zwischendrucktank 194 zugeführt wird, dient der Zwischendrucktank 194 als Puffertank für die beiden Verdichter, wodurch das Betriebsmanagement dieser beiden Verdichter vereinfacht werden kann. Da bei dieser Ausführungsform lediglich Niederdruck-Kohlendioxid, in das Luft gemischt ist, der Trenneinheit 91 zugeführt wird, um eingemischte Luft oder dergleichen abzutrennen, kann das Fassungsvermögen der Trenneinheit 91 klein sein.
Die zwei Kohlendioxid-Rückgewinnungssysteme aufweisende Vorrichtung ist nicht auf die vorstehend erläuterte dritte Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise zeigt Fig. 11 eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Aufblähvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform hat einen ersten Hochdruckverdichter 185a zum schnellen Erhöhen des Drucks des rückgewonnenen Kohlendioxids, das im Niederdrucktank 178 rückgewonnen wurde, vom niedrigen Druck auf den hohen Druck. Kohlendioxid im Niederdrucktank 178 wird dem Hochdrucktank 161 direkt zugeführt, und Kohlendioxid in einem Zwischendrucktank 194 wird durch einen zweiten Hochdruckverdichter 195a druckerhöht, der den Druck vom Zwischendruck auf den hohen Druck in derselben Weise wie in der dritten Ausführungsform erhöht, und dem Hochdrucktank 161 zugeführt. Abgesehen von diesen Punkten hat die vierte Ausführungsforn denselben Aufbau wie die vorstehend erläuterte dritte Ausführungsforn. In Fig. 9 sind Abschnitte, die denjenigen der dritten Ausführungsform entsprechen, durch dieselben Bezugsziffern bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon erübrigt sich.
Da bei der vierten Ausführungsform die ersten und zweiten Hochdruckverdichter 185a und 195a parallel zueinander angeordnet sind, können sie unabhängig betrieben werden, wodurch das Betriebsmanagement der Verdichter 185a und 195a vereinfacht ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Imprägnieren eines landwirtschaftlichen Produktmaterials, wie beispielsweise Tabakmaterial mit einem Aufblähmittel sowie zum darauffolgenden Aufblähen des in das Material imprägnierten Aufblähmittels durch Erwärmen, wodurch das Material aufgebläht wird, wobei das Material kontinuierlich zugeführt und aufgebläht wird, umfassend:

einen Imprägnierbehälter (22), der einen Imprägnierdruck aufweist, der durch Zuführen eines Aufblähmittels beibehalten wird, und zum Aufnehmen des kontinuierlich aufzublähenden Materials,

eine zufuhrseitige Ventileinrichtung (36, 41), durch welche das Material und das Aufblähmittel dem Imprägnierbehälter (22) kontinuierlich derart zuführbar sind, daß der Druck des Aufblähmittels um das Material herum erhöht wird, und

eine austragseitige Ventileinrichtung (43, 45), durch welche das Material und das Aufblähmittel aus dem Imprägnierbehälter derart austragbar sind, daß der Druck des Aufblähmittels um das Material herum gemindert wird, und

eine Aufblähsäule (91), die mit der austragseitigen Ventileinrichtung (43, 45) verbunden ist, wobei Hochtemperaturgas strömfähig ist, und das Material, das aus der austragseitigen Ventileinrichtung (43, 45) ausgetragen wird, mit dem Gas derart in Kontakt bringbar ist, daß das Aufblähmittel in dem Material aufgebläht wird,

gekennzeichnet durch

eine Aufblähmittel-Rückgewinnungs-/Trenneinrichtung (91), durch die aus dem Imprägnierbehälter und die Ventileinrichtung ausgetragenes Aufblähmittel rückgewinnbar ist, wobei in das rückgewonnene Aufblähmittel eingemischte Luft trennbar ist, um das Aufblähmittel rückzugewinnen, und durch die das Aufblähmittel, von dem die Luft abgetrennt ist, erneut dem Imprägnierbehälter zuführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufblähmittel gasförmiges Kohlendioxid ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ventileinrichtung (36, 41, 43, 45) umfaßt:

ein Gehäuse (1) mit einer Innenfläche,

ein Drehelement (4) mit einer Außenfläche, das im Gehäuse (1) drehbar vorgesehen ist, wobei die Außenfläche des Drehelements (4) in luftdichtem gleitenden Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses (1) steht,

eine Materialzufuhröffnung (2) und eine Materialaustragöffnung (3), die in die Innenfläche des Gehäuses (1) münden,

eine Mehrzahl von druckerhöhungsseitigen Öffnungen (6) und eine Mehrzahl von druckminderungsseitigen Öffnungen (7), die auf die Innenfläche des Gehäuses (1) zwischen der Zufuhröffnung (2) und der Austragöffnung (3) mündet, und

eine Mehrzahl von ausgenommenen Taschen (5), die in der Außenfläche des Drehelements (4) gebildet sind, wobei das durch die Zufuhröffnung (2) zugeführte Material in den Taschen (5) aufnehmbar ist, wobei die Taschen (5) nacheinander den druckerhöhungsseitigen Öffnungen (6) derart gegenüberliegen, daß die Drücke darin nacheinander erhöhbar sind, wobei die Taschen (5) mit den erhöhten Drücken darin nacheinander den Austragöffnungen (3) derart gegenüberliegen, daß das Material darin zu den Austragöffnungen (3) austragbar ist, und wobei die leeren Taschen (5), die das Material ausgetragen haben, nacheinander den druckminderungsseitigen Öffnungen (7) derart gegenüberliegen, daß die Drücke darin nacheinander gemindert werden, und daraufhin der Austragöffnung (2).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufblähmittel-Rückgewinnungs-/Trenneinrichtung (91) eine Rückgewinnungs-/Trenneinheit (91) umfaßt, die ein Adsorptionsmittel enthält, das das Aufblähmittel adsorbiert, um Luft und ein Verunreinigungsgas zu entfernen, die durch die Trennung in das Aufblähmittel gemischt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionsmenge von gasförmigem Kohlendioxid des Adsorptionsmittels in der Rückgewinnungs- /Trenneinheit (91) durch einen Druck änderbar ist, wobei die Adsorption von gasförmigem Kohlendioxid und das Austragen des adsorbierten Gases durch Ändern des Drucks wiederholbar sind, wodurch Luft und Verunreinigung vom Kohlendioxid abgetrennt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückgewinnungs-/Trenneinheit (91) eine Mehrzahl von Adsorptionsbehältern (94a, 94b) umfaßt, die mit dem Adsorptionsmittel befüllt sind, wobei die Adsorptionsbehälter mit Rohren verbunden sind, die jeweils mit Ventilen (97a, 97b, 98a, 98b) verbunden sind, und das Zuführen von rückgewonnenem Aufblähmittel zu den Adsorptionsbehältern zum Adsorbieren von Kohlendioxid und zum Mindern der Drücke in den Adsorptionsbehältern zum Austragen adsorbierten Kohlendioxids aus dem Adsorptionsmittel durch selektives Öffnen/Schließen der Ventile wiederholbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufblähmittel-Rückgewinnungs-Trenneinrichtung (91) einen luftdichten Behälter (35, 46) umfaßt, wobei die luftdichten Behälter (35, 46) stromauf von der zufuhrseitigen Ventileinrichtung (36) sowie stromab von der austragseitigen Ventileinrichtung (45) angeordnet sind, wobei die luftdichten Behälter (35, 46) mit dem Aufblähmittel beschickbar sind, das einen niedrigen Druck hat, wobei das Material durch den luftdichten Behälter (35) schickbar und daraufhin in den Imprägnierbehälter (22) durch die zufuhrseitige Ventileinrichtung (36, 41) förderbar ist, wobei das aus dem Imprägnierbehälter durch die austragseitige Ventileinrichtung (43, 45) ausgetragene Material den luftdichten Behälter (46) durchsetzt und daraufhin nach außen gefördert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die ventileinrichtungen (36, 41, 43, 45) umfassen:

ein Gehäuse (1) mit einer Innenfläche,

ein Drehelement (4) mit einer Außenfläche, das im Gehäuse drehbar vorgesehen ist, wobei die Außenfläche des Drehelements (4) sich im luftdichten gleitenden Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses (1) befindet,

eine Materialzufuhröffnung (2) und eine Materialaustragöffnung (3), die auf die Innenfläche des Gehäuses (1) münden,

eine Mehrzahl von druckerhöhungseitigen Öffnungen (6) und eine Mehrzahl von druckminderungseitigen Öffnungen (7), die auf die Innenfläche des Gehäuses (1) zwischen der Zufuhröffnung (2) und der Austragöffnung (3) münden,

eine Mehrzahl von ausgenommenen Taschen (5), die in der Außenfläche des Drehelements gebildet sind, wobei das durch die Zufuhröffnung (2) zugeführte Material in den Taschen aufnehmbar ist, wobei die Taschen (5) nacheinander druckerhöhungsseitigen Öffnungen (6) derart gegenüberliegen, daß die Drücke darin nacheinander erhöhbar sind, wobei die Taschen (5) mit den erhöhten Drücken darin nacheinander den Austragöffnungen (3) derart gegenüberliegen, daß das Material darin zu den Austragöffnungen austragbar ist,

wobei die leeren Taschen (5), die das Material ausgetragen haben, nacheinander den druckminderungsseitigen Öffnungen (7) derart gegenüberliegen, daß die Drücke darin nacheinander minderbar sind, und daraufhin der Austragöffnung (2) gegenüberliegen, und

ein Umleitungsrohr (10a, 10b), das die endstufen-druckminderungsseitige Öffnung (7) der Ventileinrichtung (36, 45) und den luftdichten Behälter (35, 46) derart verbinden, daß sie miteinander kommunizieren, das derart vorgesehen ist, daß das aus der endstufen-druckminderungsseitigen Öffnung ausgetragene Aufblähmittel dem luftdichten Behälter durch das Umleitungsrohr zuführbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Luftsperrventile (33, 34, 47) in den luftdichten Behältern (35, 46) vorgesehen sind, wobei das Material aus den luftdichten Behältern durch diese Luftsperrventile zuführbar oder austragbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufblähmittel-Rückgewinnungs-/Trenneinheit (91) ein Niederdruck-Rückgewinnungssystem umfaßt, durch das das Aufblähmittel unter niedrigem Druck in einem Niederdrucktank (178) rückgewinnbar ist, ein Zwischendruck-Rückgewinnungssystem, durch das das Aufblähmittel unter einem Zwischendruck im Zwischendrucktank (194) rückgewinnbar ist, und eine Verdichtereinrichtung (185, 185a, 195, 195a), durch die das in den Unter- und Zwischendrucktanks (178, 194) rückgewonnene Aufblähmittel auf einen hohen Druck druckerhöhbar ist, und daß das Aufblähmittel dem Hochdrucktank (161) zuführbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtereinrichtung einen Zwischendruckverdichter (185) umfaßt, durch welchen das Aufblähmittel mit niedrigem in dem Niederdrucktank (178) auf einen Zwischendruck druckerhöhbar und das Zwischendruck-Aufblähmittel dem Zwischendrucktank (194) zuführbar ist, und einen Hochdruckverdichter (195), durch den das Aufblähmittel mit dem Zwischendruck in dem Zwischendrucktank (194) auf einen hohen Druck druckerhöhbar und das Hochdruck-Aufblähmittel dem Hochdrucktank (161) zuführbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtereinrichtung einen ersten Hochdruckverdichter (185a) umfaßt, durch welchen das Aufblähmittel mit niedrigem Druck im Unterdrucktank (178) auf einen hohen Druck druckerhöhbar und das Hochdruck-Aufblähmittel dem Hochdrucktank (161) zuführbar ist, und einen zweiten Hochdruckverdichter (195a), durch welchen das Aufblähmittel mit dem Zwischendruck in dem Zwischendrucktank (194) auf einen hohen Druck druckerhöhbar und das Hochdruck-Aufblähmittel dem Hochdrucktank (161) zuführbar ist.