FI104146B - Menetelmä täyttökapasiteetin lisäämiseksi - Google Patents

Description

104146

Menetelmä täyttökapasiteetin lisäämiseksi.

^ Keksintö kohdistuu menetelmään tupakan täyttökapasiteetin lisäämiseksi tila- vuuslaajentamalla mainittua tupakkaa, joka menetelmä käsittää vaiheet: 5 paisutettavan tupakkapanoksen kokoonpuristaminen, mainitun kokoonpuriste-tun tupakan sijoittaminen impregnointikammioon, joka on kykenevä kestämään korotetut paineolosuhteet ja jonka käytettävissä oleva impregnointitilavuus on olennaisesti täytetty mainitulla kokoonpuristetun tupakan panoksella, impregnoidaan mainittu kokoonpuristetun tupakan panos mainitussa kammiossa pai-10 sutusaineella olosuhteissa, jotka ovat riittävät tekemään impregnoidun tupakan kykeneväksi paisumaan vähintään noin 50 % kun se altistetaan paisutusolo-suhteille ja poistetaan impregnoitu tupakkapanos mainitusta kammiosta ja altistetaan kyseinen impregnoitu kokoonpuristettu tupakka olosuhteille, jotka ovat riittäviä tupakan paisuttamiseksi.

15

Viimeisinä kahtena vuosikymmenenä tupakan paisutusmenetelmät ovat tulleet tärkeäksi osaksi savukkeenvalmistusprosessia. Tupakan paisutusmenetelmiä käytetään tupakan irtotiheyden (tilavuuspainon) ja/tai tilavuuden palauttamiseksi, jotka menetetään tupakanlehden kuivauksen ja varastoinnin aikana. Lisäksi 20 paisutettu tupakka on tärkeä komponentti monissa matalatervaisissa ja erittäin matalatervaisissa savukkeissa.

* «

Kaupallisesti merkittävät tupakan paisutusmenetelmät ovat kuvatut US-paten-tissa n:o 3,524,451, Fredrickson ja US-patentissa n:o 3,524,452, Moser et ai.

25 Nämä patentit kuvaavat menetelmiä, joissa tupakka saatetaan kosketukseen impregnointiaineen kanssa ja sitten kuumennetaan nopeasti impregnointiai-, neen haihduttamiseksi ja tupakan paisuttamiseksi. Eräs näiden menetelmien muunnelma on kuvattu US-patentissa n:o 3,683,937, Fredrickson et ai., joka kuvaa tupakan paisutusmenetelmän, joka käyttää orgaanista yhdistettä höyrys-30 tyneessä tilassa tupakan impregnoimiseksi. Impregnoitu tupakka paisutetaan joko kuumentamalla tai alentamalla nopeasti painetta.

2 104146

Hiilidioksidin käyttö tupakan paisuttamiseksi on kuvattu mm. US-patentissa n:o 4,235,250, Utsch; US-patentissa n:o 4,258,729, Burde et ai.; ja US-patentissa n:o 4,336,814, Sykes et ai. Näissä ja niihin liittyvissä menetelmissä hiilidioksidi, joko kaasuna tai nestemäisenä, saatetaan kosketukseen tupakan kanssa sen s 5 impregnoimiseksi ja tämän jälkeen impregnoitu tupakka altistetaan nopealle kuumennusolosuhteelle hiilidioksidin höyrystämiseksi ja tupakan paisuttamiseksi tämän avulla. Tunnetuissa hiilidioksidipaisutusmenetelmissä on tyypillisesti tarpeen kuumentaa tupakkaa ylen määrin, jotta aikaansaadaan huomattava ja vakaa tupakan paisuminen. Tämä ylenmääräinen kuumentaminen voi haitata 10 tupakan makua ja/tai muodostaa liiallisessa määrin hienojauheista tupakkaa.

Lisäksi ne menetelmät, jotka käyttävät nestemäistä hiilidioksidia tupakan impregnoimiseksi, johtavat tyypillisesti impregnoituun tupakkaan tupakan kiinteiden kappaleiden muodossa, jotka sisältävät hiilihappojäätä, joka on hajotettava ennen lämpökäsittelyä, lisäten tämän johdosta menetelmän monimutkai-15 suutta. Esillä olevan hakemuksen jätön jälkeen julkiseksi tulleessa FI-935686 hakemuksessa on myös kuvattu hiilidioksidin käyttöä paisutusaineena.

US-patentti n:o 4,461,310, Zeihn ja US-patentti n:o 4,289,148, Zeihn, kuvaa tupakan paisutusta käyttäen tupakan ylikriittistä typpi- tai argonimpregnointia.

20 Nämä kaasut poistetaan tupakasta nopean paineenalennuksen aikana, ja tupakka paisutetaan altistamalla kuumennetulle kaasulle tai mikroaalloille.

Nämä menetelmät edellyttävät tupakan käsittelyä paineessa yli 2.000 tai 4.000 psi, jopa yli 10.000 psi saakka, jotta aikaansaadaan huomattava tupakan paisuminen.

25 US-patentti n:o 4,531,529, White ja Conrad, kuvaa menetelmän tupakan täyttö-kapasiteetin lisäämiseksi, missä tupakka impregnoidaan matalassa kiehuvalla ja voimakkaasti haihtuvalla paisutusaineella, kuten normaalisti kaasumainen halogeenivety tai hiilivety prosessiolosuhteissa, jotka ovat paisutusaineen 30 kriittisen paineen ja lämpötilan yläpuolella tai lähellä sitä. Paine vapautetaan nopeasti ilmakehän paineeseen, jotta tupakka paisuu ilman kuumennusvaiheen tarvetta joko tupakan paisuttamiseksi tai tupakan kiinnittämiseksi paisutettuun • tilaan. Tämän menetelmän paineolosuhteet lähtevät paineesta 36 kg/cm2 3 104146 (512 psi) ja korkeammasta ilman tunnettua ylärajaa. Paineita alle 142 kg/cm2 (2000 psi) käytettiin tyydyttävän tupakan paisutuksen muodostamiseksi ilman liiallista halkeilua. Tämän alueen yläpuolisten paineiden osalta mainittiin, että ne eivät normaalisti ole tarpeen. Kun aikajakso, jota käytettiin paisutusaineen 5 paineen lisäämiseksi tarvittavaan paineeseen, oli alueessa 1-10 minuuttia, vain vähän tai ei mitään lisäpitoaikaa paineenalaisena oli tarpeen, jotta saavutetaan tehokas tupakan impregnointi.

US-patentti n:o 4,554,932, Conrad ja White, kuvaa vihaavan väliaineen käyt-10 töön perustuvan painekäsittelylaitteen, joka sisältää sylinterimäisen putkimaisen vaipan ja edestakaisen puolakokoonpanon, joka on asennettu liikkumaan vaipan ulkopuolisen panostusaseman ja vaipan sisäpuolisen käsittelyaseman välillä. Tiivistyselimet puolakokoonpanossa on järjestetty kiinnittymään vaippaan painekammion muodostamiseksi. Kanavat on järjestetty tuomaan sisään 15 käsittelyväliaineet painekammioon. Tämä järjestelmä tarjoaa tämän avulla laitteen käytettäväksi korkeapaineisessa materiaalien käsittelyssä, kuten tupakan impregnoinnissa paisutusta varten, sallien helpon panostamisen ja purkamisen ja minimoiden tai eliminoiden ongelmat, jotka liittyvät korkeapaineisessa käsittelylaitteessa normaalisti käytettyihin tiivistys-ja lukitusmekanismeihin. Niinpä 20 tämä laite tarjoaa paineastian, joka aikaansaa ajansäästöä ja taloudellisuuden parantumisen tupakan paisutuksessa.

US-patentti n:o 5,067,293, Kramer, on kohdistettu menetelmään ja laitteeseen tupakkamateriaalin ja muiden biologisten materiaalien käsittelemiseksi, jossa 25 on mekanismi dynaamisen tiivisteen muodostamiseksi, missä yhteistoiminnassa liikkuvat pinnat tiivistävät käsittelykammion. Tämän patentin mukaisesti muodostettu dynaaminen tiiviste on käyttökelpoinen käsiteltäessä tupakkaa korotetuissa lämpötila-ja paineolosuhteissa, mukaan lukien ylikriittisen lämpötilan ja paineen olosuhteet, menetelmiä varten, jotka sisältävät tupakan paisutuk-30 sen. Sekä jatkuvatoiminen että eräkäsittelymenetelmä on kuvattu. Tupakan paisutusta varten ylikriittisten vihaavien aineiden käyttö painosuhteella yli 40:1 suhteessa tupakkaan, on kuvattu, ja tupakkamateriaalin täydellisen impregnoin-nin mainittiin olevan käytännöllisesti katsoen välitön. Suuremman tupakan 4 104146 paisutuksen mainittiin olevan aikaansaatavissa, kun pidettiin impregnointiaikoja 1-10 minuuttia ennen paineenalennusta.

US-patentti nro 4,962,773, White et ai., kuvaa menetelmän savuketangon t 5 altistamiseksi sellaisille olosuhteille, että leiketäyteaine läpikäy tilavuuden paisumisen ollessaan paperipäällisen sisäpuolella. Erilaisten impregnointiolo-suhteiden ja -aineiden käyttöä kuvataan tässä patentissa, mukaanlukien imp-regnointiolosuhteiden käyttö, joka on suoritettu ylikriittisen paineen ja lämpötilan yläpuolella. Paineastia, jonka tilavuus oli 4,5 litraa, käytettiin käyttöesimer-10 keissä tupakkasauvojen impregnoimiseksi ylikriittisten olosuhteiden alapuolella.

Tupakan paisutusmenetelmä, mukaanlukien yllä kuvatut ja muut, on suoritettava eräkäsittelyssä tai jatkuvassa käsittelyssä (Kramer US-patentti n:o 5,067,293), kun käytetään impregnointipaineita, jotka ovat olennaisesti ilma-15 kehän paineen yläpuolella. Erä- ja jatkuvat käsittelyprosessit vaativat monimutkaisia käsittelylaitteita ja lisääntyneitä sykliaikoja johtuen ajasta, joka vaaditaan astioiden avaamiseen ja sulkemiseen ja impregnointiaineen sisäänjohta-miseen ja poistamiseen astioista. Joitakin tuotannon parannuksia on tehty modifioimalla erilaisia laitteita, joita käytetään sykliajan alentamiseen; kuitenkin 20 huomattavat tuotannon parannukset tunnetuissa eräkäsittelyjärjestelmissä ovat saatavissa perinteisten tekniikoiden mukaisesti pääasiallisesti lisäämällä yksilöllisten järjestelmien tilavuuksia ja/tai lisäämällä samanaikaisesti käytettävien eräkäsittelyjärjestelmien lukumäärää.

25 Tämä keksintö tarjoaa parannukset tupakan paisutusmenetelmissä, jotka kykenevät dramaattisesti parantamaan tupakan tuotantoa korkeapaineisissa tupakan impregnointijärjestelmissä. Tämän keksinnön eri näkökantojen mukaisesti tupakka voidaan impregnoida korkeapaineisessa impregnointivyöhykkeessä ja poistaa vyöhykkeestä paisutusta varten alle 1 minuutin täydellisissä sykliajois-30 sa, tyypillisesti alle noin 15-30 sekunnin. Lisäksi tupakan tuotantoja parannetaan edelleen keksinnön muiden näkökantojen mukaisesti aikaansaamalla dramaattisesti parannettu käytössä olevan käsittelytilan käyttö korkeapaine!- 5 104146 sessa impregnointivyöhykkeessä. Lisäksi keksintö tarjoaa menetelmän tupakan käsittelyyn käytetyn paisutusaineen määrän minimoimiseksi.

Keksinnön päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle 5 tupakan täyttötilavuuden lisäämiseksi tunnusomaista se, että impregnoitava tupakka kokoonpuristetaan kokoonpuristussuhteella vähintään 1,5:1 paisutettavan tupakan irtotäyttötilavuuteen nähden, ja että propaania käytetään paisutus-aineena.

10 Eräässä näkökannassa keksintö tarjoaa korkeapaineisen tupakan impregnointi-menetelmän, jossa olennaisesti koko käytössä oleva impregnointitila korkeapaineisessa impregnointivyöhykkeessä täytetään tiivistetyllä tupakalla. Ainetta lasketaan impregnointivyöhykkeeseen ja se impregnoi kokoonpuristetun tupakan. Tyypillisesti kokoonpuristettu tupakka on kokoonpuristettu määrässä yli 15 1,25:1, esimerkiksi 1,5:1, ja etusijalle asetetusti se on kokoonpuristettu määrässä vähintään 2:1 - 3:1 tai enemmän. Niinpä käytettävissä olevan tilan läpäisy-kyky impregnointivyöhykkeessä paranee suuresti, esimerkiksi 50 - 200 %:lla tai enemmän. Huolimatta tupakan kokoonpuristumisesta impregnoinnin aikana voidaan etusijalle asetetuissa suoritusmuodoissa saavuttaa huomattava tupa-20 kan paisuminen vähintään 50 % jopa 100 % asti tai suuremmalla lisääntymisellä täyttökapasiteetissa. Lisäksi keksinnön etusijalle asetetuissa suoritus-·. muodoissa voidaan käyttää sykliaikoja alle 20 sekuntia kokoonpuristetun tupa kan impregnoimiseksi.

25 Sen lisäksi, että parannetaan dramaattisesti käytettävissä olevaa korkeapaineisen käsittelyastian läpäisykykyä, keksinnön tämä näkökanta voi lisäksi tarjota huomattavan alenemisen impregnointivyöhykkeeseen päästetyn paisutusaineen määrässä impregnoinnin aikana. Keksinnön tämä näkökanta tarjoaa täten tupakan paisutusmenetelmän, jossa tupakan impregnoimiseen käytetyn paisu-30 tusaineen tilavuus voi olla vähemmän kuin tupakan tilavuus, kun se mitataan irtonaisena, s.o. ei-tiivistetyssä muodossa. Tyypillisesti paisutusaineen tilavuus voi olla noin puolet tai vähemmän verrattuna tupakan tilavuuteen.

r 6 104146

Keksinnön eräässä toisessa näkökannassa sykliaikaa tupakan impregnoimi-seksi olosuhteissa, jotka ovat lähellä tai päälle ylikriittisen paineen ja lämpötilan olosuhteiden, parannetaan merkittävästi esikuumentamalla tupakka ennen tupakan viemistä impregnointivyöhykkeeseen. Keksinnön vielä eräässä näkö-5 kannassa on havaittu, että paisutusaineen esipaineistaminen ja esikuumenta-minen ylikriittisten arvojen yläpuoliseen lämpötilaan ja paineeseen ennen pääsyä impregnointivyöhykkeeseen, sallii menestyksekkään paisutusaineella tapahtuvan tupakan impregnoinnin sekunneissa muodostamaan impregnoidun tupakan, joka kykenee huomattavaan paisumiseen. Täydelliset sykliajat, 10 mukaanlukien ylikriittisen väliaineen sisäänviemisaika, impregnointiaika ja paineenalennusaika, jotka ovat alle 1 minuutin, edullisesti alle 20 sekuntia, voidaan saavuttaa keksinnön tämän näkökannan mukaisesti. Täyttökapasitee-tin lisäykset yli 50 %:lla, jopa 100 % asti ja sen yli, voidaan saavuttaa sykliajoil-la 10 -12 sekuntia tai vähemmän.

15

Erilaisia laitteita voidaan käyttää keksinnön mukaisten menetelmien suorittamiseksi. Eräässä etusijalle asetetussa suoritusmuodossa käytetään US-patentis-sa n:o 4,554,932, Konrad ja White, kuvattua tyyppiä olevaa puolatyyppistä tupakan paisutuslaitetta. Vielä edullisemmin, tätä laitetta on modifioitu sisältä-20 mään etusijalle asetetut tupakan panostuselimet, jotka samanaikaisesti panostavat ja kokoonpuristavat tupakan siirrettävissä olevaan puolaan.

• «

Erään toisen laitesuoritusmuodon mukaisesti käytetään akkumulaattoria esi-kuumennetun korkeapaineisen väliaineen tarjoamiseksi tupakan paisutus-25 vyöhykkeeseen. Akkumulaattorin käyttö minimoi varastoidun korkeapaineisen, korkealämpötilaisen virtaavan aineen tilavuuden korkealämpötilaisen, korkeapaineisen impregnointiprosessin aikana, minimoiden tämän avulla tarpeen : korkeapaineisia astioita varten ja vähentäen turvaliisuushuolia, jotka liittyvät prosessiin.

Keksinnön suuresti etusijalle asetetuissa suoritusmuodoissa propaaniväliainet-ta tarjotaan sen kriittisen lämpötilan yläpuolisessa lämpötilassa ja sen kriittisen paineen yläpuolisessa paineessa tupakan impregnoimiseksi US-patentin n:o 30 7 104146 4,531,529, White ja Conrad, menetelmän mukaisesti. Nyt on havaittu, että propaanin käyttö paineissa yli 2000 psi vähentää sykliaikaa. Yhdistämällä esillä olevan keksinnön eri näkökannat tupakan läpäisykykyä korkeapaineisessa imp-regnointivyöhykkeessä voidaan lisätä kertoimella yli 10 - 30 kertaa tekniikan 5 tasossa kuvattuihin läpäisykykyihin verrattuna. Täten tupakan kokoonpuristami-nen tarjoaa normaaliin läpäisykykyyn verrattuna läpäisykyvyn, joka on kaksin-tai kolminkertainen tai suurempi. Käyttämällä esikuumennettua tupakkaa ja/tai johtamalla olennaisesti samanaikaisesti sisään esikuumennettua, esipaineistet-tua ylikriittistä virtaavaa ainetta paisutusvyöhykkeeseen, jopa viisi tai useampi 10 tupakan impregnointisykliä voidaan saattaa loppuun toiminnan jokaisena minuuttina. Täten paisutuskammiota, jolla on tietty tilavuus, voidaan helposti käyttää impregnoimaan irtotupakkatilavuuksia, jotka ylittävät 5 ja edullisesti 10-15 tai useamman kerran impregnointikammion tilavuuden toiminnan kunakin minuuttina.

15

Piirustuksissa, jotka muodostavat osan keksinnön alkuperäistä selitystä:

Kuvio 1 on kaaviollinen poikkileikkauskuvanto keksinnössä käytetystä eräästä edullisesta laitteesta, erilaisten toiminta-asentojen ollessa 20 osittain esitetty pistekatkoviivoin;

Kuvio 2 on kaaviollinen poikkileikkauskuvanto otettuna pitkin kuvion 1 viivaa 2-2 ja se esittää tupakan tiivistyslaitteen tiivistetyn tupakan sisäänsyöttämiseksi kuviossa 1 esitetyn laitteen impregnointiti-25 laan;

Kuviot 3a, 3b ja 3c ovat poikkileikkauskuvantoja etusijalle asetetuista akku-: mulaattoreista, jotka on tarkoitettu käytettäviksi kuviossa 1 esite tyssä laitteessa, ja jotka kykenevät olennaisesti välittämään vir-30 taavien aineiden sisäänjohtamisen, kuvion 1 laitteeseen, joilla viilaavilla aineilla on lämpötilat ja paineet, jotka ovat niiden kriittisten lämpötilojen ja paineiden yläpuolella; 8 104146

Kuvio 4 esittää etusijalle asetetun menetelmän, joka käyttää hyväksi keksinnön eri näkökantoja; ja

Kuvio 5 esittää kaaviollisesti etusijalle asetetun ohjausmenetelmän kuvios-5 sa 1 esitetyn laitteen käyttämiseksi.

Keksinnön erilaiset menetelmä- ja laitesuoritusmuodot kuvataan alempana. Keksinnön ollessa kuvattuna viittauksella tiettyihin menetelmiin ja laitteeseen, mukaanlukien piirustuksissa esitetyt, on ymmärrettävä, että keksintöä ei ole 10 tarkoitettu rajoitettavaksi siten. Päinvastoin keksintö sisältää lukuisia vaihtoehtoja, modifikaatioita ja ekvivalentteja, kuten tulee ilmeiseksi tarkastelemalla edellä olevaa selitystä ja seuraavaa yksityiskohtaista kuvausta.

Kuvio 1 esittää etusijalle asetettua laitetta, jota käytetään keksinnön eri näkö-15 kannoissa. Kuvion 1 laite on yleisesti konstruoitu US-patentin n:o 4,554,932, myönnetty 26.11.1985, Conrad ja White, mukaisesti, ja joka patentti sisällytetään tähän viittauksella. '932-patentissa kuvattuja erilaisia yksityiskohtia ei toisteta tässä lyhyyden vuoksi. Kuitenkin '932-patenttiin voidaan viitata sellaisien yksityiskohtien osalta.

20

Kuten esitetty kuviossa 1, laite sisältää paineastian 10, joka sisältää sylinteri-mäisen putkimaisen vaipan tai suojuksen 12 ja puolakokoonpanon 14. Vaippa 12 ja puolakokoonpano 14 voidaan tehdä mistä tahansa sopivasta materiaalista, mukaanlukien ruostumaton teräs, pronssi ja vastaavat. Vaipan ja puolan 25 tietty rakenne ja koko on oleva riittävä kestämään paineita, jotka on tarkoitettu paineastian sisäpuolelle, kuten on ymmärrettävää.

Puolakokoonpano 14 sisältää sylinterimäisesti muotoillut päätyelimet 16 ja 18 ja yhdystangon 20. Kun puola on vaipan 12 sisäpuolella, kuten esitetty kuvios-30 sa 1, päätyelimet 16 ja 18, yhdystanko 20 ja vaippa 12 määrittävät rengasmaisen tilan 22, jolla on ennalta määrätty tilavuus, muodostaen suljetun painekam-mion tai vyöhykkeen.

f 104146 g

Kuten esitetty kuviossa 1, puolakokoonpano on sijoitettu vaakasuuntaisesti ja on järjestetty liikkumaan edestakaisin panostusaseman 24, esitettynä pistekat-koviivoin, purkausaseman 26, esitetty samoin pistekatkoviivoin, ja impregnoin-tiasennon, joka on erityisesti esitetty kuviossa 1, välillä. Hydraulinen mäntä tai 5 vastaavat moottorivälineet 28 on aksiaalisesti liitetty akselin 30 kautta, joka on osittain esitetty kuviossa 1, puolan siirtämiseksi kyseisten kolmen asennon välillä.

Tupakka panostetaan puolaan asennossa 24 parin vastakkaisen puolisylinteri-10 mäisen panostuselimen 32 avulla. Tupakka voi olla missä tahansa erilaisissa muodoissa, mukaanlukien lehden muoto (sisältäen ruodin ja suonet), kaistaleet (lehti, josta ruoti on poistettu), tai savukkeen leiketäyteaine (kaistaleet, jotka on leikattu tai revitty savukkeen valmistusta varten). Panostuselimet 32 ovat kytketyt tankojen 34 kautta edestakaisin liikkuviin voimavälineisiin, ei esitetty, kuten 15 esimerkiksi hydraulimäntä tai vastaava. Tupakan 36 erilliset panokset pakotetaan puolaan 14, edullisesti tupakan kokoonpuristamiseksi, kuten kuvataan yksityiskohtaisemmin alempana kuvion 2 yhteydessä.

Seuraten puolan panostusta asennossa 24, puola siirretään impregnointiasen-20 toon. Kukin päätyelimistä 16 ja 18 sisältää täytettävän tiivistyselimen 40 ja vastaavasti 42. Tiivistyselimet ovat muodostetut hydraulisesti täytettävästä elastomeerirenkaasta, jotka vastaanottavat hydrauliväliaineen väliainejohtojen 44 kautta. Hydrauliväliaine, kuten esimerkiksi elintarvikelaatuinen öljy, pakotetaan putkien 44 läpi hydrauliakkumulaattorin 45 avulla, ja tiivistyselimiin 40 25 aikaansaaden sen paisumisen ulospäin ja paineistuskammion 22 tiivistämisen vuotoja vastaan. Tiivistyselimet sisältävät lisäksi edullisesti integraaliset kulu-tusrenkaat (ei esitetty), jotka toimivat tupakkahiukkasten kaapimiseksi irti vaipan 12 sisäpuolisesta pinnasta ja tupakan panostuselimistä 32, kun puola liikkuu asennosta asentoon. Hydraulinen väliaine johdetaan putkeen 44 puolan 30 yhdestä päästä yhdystangossa 46 olevan porauksen kautta, joka on esitetty osittain kuviossa 1, ja joka on kytketty vähintään puolan 14 yhteen päähän.

10 104146

Korkeapaineiset kaasujohdot 48 ja 49 ovat yhteydessä vaipan 12 läpi aukkojen 50 ja 51 kautta, jotka on kohdistettu rengasmaisen tilan 52 kanssa, joka on muodostettu päätyelimen 18 ja tiivistysrenkaiden 42 välille. Rengasmainen tila 52 on kytketty useiden säteittäisten aukkojen 54 kautta ja aksiaalisten aukkojen 5 56 kautta uriin 58, jotka on muodostettu yhdystangon 20 pintaan. Aukot 50 ja 51 sallivat täten korkeapaineisen väliaineen sisäänjohtamisen painekammioon 22 ja poistamisen siitä, kun puolaelin 14 on esitetyssä asennossa. Yksi tai useampi suojus 59 ympäröi yhdystankoa 20 estämään tupakkaa tukkimasta aukkoja 56 ja uria 58.

10

Pari nopeasti toimivaa venttiiliä 60 ja 62 on järjestetty väliaineen nopeaksi sisäänjohtamiseksi impregnointikammioon 22 ja vapauttamiseksi siitä. Nämä venttiilit ovat etusijalle asetetusti palloventtiileitä, joilla on aukkokoko halkaisija-alueessa 1/2 tuumaa -1,5 tuumaa (12,7 - 38,1 mm) tai suurempi, riippuen 15 impregnointivyöhykkeen 22 koosta, aikaansaamaan tämän avulla olennaisesti välitön korkeapaineisen väliaineen pääsy impregnointivyöhykkeeseen 22 ja poistamiseksi siitä. Venttiilejä avataan ja suljetaan edullisesti automaattisesti nopeatoimisilla hydraulitoimilaitteilla, ei esitetty.

20 Sisääntulopuolella korkeapaineinen kaasujohto 48 on kytketty akkumulaattori-laitteeseen 64, joka kuvataan yksityiskohtaisemmin alempana. Höyrystin 66 on järjestetty akkumulaattoriin 64 syötetyn kaasun kuumentamiseksi. Akkumulaat-tori 64 voidaan myös kuumentaa ei-esitetyillä välineillä akkumulaattorissa olevan väliaineen pitämiseksi kuumennetussa tilassa. Korkeapaineinen pump-25 pu, ei esitetty, on järjestetty ylävirtaan höyrystimestä 66 korkeapaineisen väliaineen syöttämiseksi, esim. 2.500 psig, höyrystimeen 66 ja akkumulaattoriin 64.

Korkeapainejohto 49, jota käytetään korkeapaineisen väliaineen poistamiseksi impregnointivyöhykkeestä 22, on kytketty kaasun talteenottovyöhykkeeseen (ei 30 esitetty) impregnointivyöhykkeestä poistetun viilaavan aineen talteenottamisek-si.

11 104146

Pneumaattinen purkauslaite, kuten esimerkiksi öljyvapaa kompressori 72, on järjestetty tupakan purkausvyöhykkeeseen ja se kohdistaa väliaineen, kuten korkeapaineisen ilman tai typen tupakkaa ympäröivään puolaan 14, kun puolaa siirretään purkausasentoon 26 ja siitä pois. Purkausasennosta 26 poistettu 5 tupakka vastaanotetaan selvitysyksikössä 73, joka käsittää limittyvät oskilloivat sakarat, ja syötetään sitten talteenottokouruun 74, missä tupakkaa voidaan edelleen käsitellä sen kuivaamiseksi, tai kuumentaa paisutusta varten, mikäli halutaan.

10 Kuvio 2 esittää kaaviollisesti tupakan kokoonpuristus-panostuselimet 32, joita käytetään kokoonpuristamaan tupakka puolan 14 ympärille. Kuten esitetty, kukin panostuselimistä 32 on puolisylinterimäinen elin, joka on asennettu liikkumaan takaisinvedetyn aseman ja suljetun aseman 80 välillä, joka suljettu asema on esitetty pistekatkoviivoin. Tupakka 36 syötetään kourujen 82 kautta 15 tupakan panostusvyöhykkeeseen. Sen jälkeen sylinterimäisiä elimiä 32 siirretään panostusasentoon 80 tupakan 36 puristamiseksi puolaelimeen 14, täyttäen tämän avulla olennaisesti päätyelimien 16 ja 18 välisen ja yhdystankoa 20 ympäröivän rengasmaisen tilan. Tupakan 36 määrä on etusijalle asetetusti sellainen, että sen tilavuus mitattuna irtomuodossa, ennen panostusta puolaan 20 14, on olennaisesti suurempi kuin tämän rengasmaisen tilan tilavuus.

Tupakan tilavuus ennen kokoonpuristamista, tai tupakan irtotäyttötilavuus, määritetään mittaamalla tupakan tiheys kuutiomaisessa astiassa, jonka tilavuus on yksi jalkaa kertaa yksi jalka kertaa yksi jalka. Tupakka kaadetaan kuutiomai-25 seen astiaan ja punnitaan tupakan irtotäyttötiheyden määrittämiseksi. Tupakka-panoksen irtotäyttötilavuus ennen kokoonpuristumista puolaan voidaan sitten määrittää panoksen painosta ja tupakan irtotäyttötiheysarvosta. Panoksen irtotäyttötilavuus jaetaan tupakkapanoksen kokoonpuristetulla tilavuudella, s.o. puolan tilavuudella, puristussuhteen määrittämiseksi. Kaikki arvot määritetään 30 impregnointivyöhykkeeseen syötetyn tupakkapanoksen todellisessa kosteudessa tai siihen korjattuna. Täten puolassa, jonka impregnointitilavuus on 25 kuu-tiotuumaa, tupakan, jonka irtotäyttötilavuus on 50 kuutiotuumaa, kokoonpuristuminen puolaan, johtaa puristussuhteeseen 2:1.

12 104146

On ymmärrettävä, että puolassa 14 käytettävissä oleva tilavuus tupakkaa varten on vähemmän kuin kokonaistilavuus, joka on käytettävissä korkeapaineista väliainetta varten. Tässä suhteessa puola sisältää vihaavan aineen aukot 54 ja 56 ja kanavat 58, jotka muodostavat väliaineelle käytettävissä olevan tilan 5 mutta jota ei voida täyttää tupakalla johtuen suojuksen 59 läsnäolosta. Täten "käytettävissä oleva tilavuus" tupakkaa varten, s.o. tilavuus, joka on käytettävissä tupakkaa varten, joka on tiukasti pakattu impregnointivyöhykkeeseen 22, on tyypillisesti vähemmän kuin tilavuus, joka on käytettävissä impregnointiväli-ainetta varten. Tyypillisesti tupakan täyttämiseen käytettävissä oleva tilavuus 10 on noin 75 - 80 % tilavuudesta, joka on käytettävissä impregnointiväliainetta varten, jälkimmäisen sisältäessä erilaisten kanavien ja aukkojen määrittämän tilavuuden, joka ei ole tupakan käytettävissä.

Kuviot 3a, 3b ja 3c ovat poikkileikkauskuvantoja etusijalle asetetuista pai-15 neakuista tarkoitettuna käytettäväksi kuviossa 1 esitetyssä laitteessa, ja jotka kykenevät johtamaan sisään kuvion 1 laitteeseen olennaisesti välittömästi väliaineita, joilla on lämpötilat ja paineet, jotka ovat niiden kriittisten lämpötilojen ja paineiden yläpuolella. Kuvio 3a esittää etusijalle asetetun kaa-su/kaasupaineakkulaitteen, joka on käyttökelpoinen keksinnön mukaisesti.

20 Paineakkua 64 käytetään tarjoamaan korkeapaineinen, korkealämpötilainen impregnointiväliaine, kuten esimerkiksi propaani paineessa 2.500 psig ja läm-.. pötilassa yli noin 200°F (129°C), impregnointivyöhykkeeseen kuviossa 1 esite tyssä puolaimpregnointilaitteessa. Paineakku 64 sisältää putkimaisen vaipan 100, joka on muodostettu materiaalista, joka kykenee estämään korkeita läm-25 pötiloja ja paineita, kuten esimerkiksi korkealaatuinen hiiliteräs, joka on karkaistu sen sisäpinnassa 102. Paineakun kummassakin päässä on päätyelimet 104 ja 106, jotka sisältävät aukot 108 ja vastaavasti 110 korkeapaineisen kaasun päästämiseksi. Päätyelimet on kiinnitetty kierteillä 112 vaipan 100 päihin. Kuhunkin päätyelimeen on asennettu iskunabsorbointilaite, sisältäen rengasmai-30 sen elimen 114, joka on tuettu parilla laippaosalla 115, jotka ovat Belleville'n joustolaattojen muodossa.

13 104146

Keskeisesti sijoitettu mäntäelin 116 on asetettu liikkumaan sylinterin 100 sisäpuolella ja se määrittää kaksi erillistä väliainevyöhykettä 118 ja 120 sen vastakkaisilla puolilla. Mäntäelin 116 on valmistettu sopivasta materiaalista, kuten esimerkiksi fosforipronssi. Liukuva tiivistyselin 119 on järjestetty mäntäelimen 5 116 ulkopuolisen kehän ympäri. Tiivistyselin 119 kykenee muodostamaan ja ylläpitämään tiivistyksen vyöhykkeiden 118 ja 120 välillä männän 116 liikkeen aikana yllä kuvatuissa paine-ja lämpötilaolosuhteissa. Tiivistyselin on inertti ja taipuisa, joka kykenee säteittäiseen ulospäin suunnattuun laajenemiseen tiivistysvoiman muodostamiseksi männän 116 ulkopinnan ja vaipan 100 sisä-10 pinnan välille.

Esimerkkitiivistyselin 119 on kuvattu kuviossa 3a viitenä erillisenä hiilitiiviste-renkaana 120 -124, jotka ympäröivät männän 116 kehää ja muodostavat tiivistävän kosketuksen männän 116 ulkokehän ja vaipan 100 sisäpuolen välillä.

15 Kolme sisäpuolista männänrengasta 121 -123 ovat enemmän taipuisia kuin ulommat männänrenkaat 120 ja 124. Nämä tiivistysrenkaat on muotoiltu GRAFOIL-hiilestä ja ne ovat kaupallisesti saatavissa yhtiöstä A.W. Chesterson Company, renkaina NS Style 5300 Solid Die Formed Rings (121-123) ja renkaina NS Style 5600 GTP HD Solid Die Formed Rings (120,124). Kuitenkin muita 20 materiaaleja, jotka ovat inerttejä ja kykenevät muodostamaan tiivistyksen vyöhykkeiden 118 ja 120 välille männän 116 liikkeen aikana, voidaan käyttää.

• ·

Tiivistysrenkaat 120-124 pidetään puristettuina rengasmaisella rengaselimellä 126, joka pakotetaan aksiaalisesti renkaita vasten rengasmaisen pakotuseli-25 men 130 korvakkeiden 128 avulla. Pakotuselin 130 on kiinnitetty mäntäelimeen 116 kierrepultilla 132 ja se kohdistaa ennalta määrätyn vaikutusvoiman johtuen vaikutuselimistä 134, jotka ovat 3/4 tuuman laippajousia, jotka ovat kaupallisesti saatavissa yhtiöstä A.W. Chesterson Company, renkaina Style 5500 3/4 inch Flange Springs. Puristusvoima, joka kohdistetaan pultin 132, puristuselimen 30 130 ja rengasmaisen renkaan 126 kautta tiivistysrenkaaseen 122 -124, on voimamäärä, joka on juuri riittävä litistämään kyseiset kaksi laippajousta 134 kiristämällä pultti 132. Tämä johtaa tiivistysrenkaiden 120 ja 124 säteittäiseen * „ 104146 14 ulospäin suuntautuvaan laajenemiseen, mikä tämän avulla muodostaa tiivistys-voiman liukuvan männän 116 ulkokehän ja vaipan 100 sisäkehän välille.

Kuvion 3a laitteessa inertti korkeapaineinen kaasu, kuten esimerkiksi typpi, 5 joka on paineessa 6.000 psig, pidetään yhdessä väliainekammiossa 118, kun taas impregnointiväliaine, kuten esimerkiksi propaani, paineessa 2.500 psig, pidetään toisessa väliainevyöhykkeessä 120. Kun korkeapaineinen impregnointiväliaine vapautetaan vyöhykkeestä 120 kuviossa 1 esitettyyn impregnoin-tilaitteeseen, mäntä 116 voi liikkua nopeasti kosketukseen päätyelimen 104 10 kanssa ja voima absorboidaan voimanabsorbointielimillä 115. Tämän jälkeen impregnointiväliaine pumpataan takaisin paineakkuun, kunnes ennalta määrätty paine, edullisesti 2.500 psi, saavutetaan.

Kuvio 3b esittää erään toisen paineakun suoritusmuodon, jota käytetään hyd-15 rauliväliaineen avulla, joka paineakku on myös käyttökelpoinen esillä olevan keksinnön mukaisesti. Kuten kuviossa 3a esitetyn paineakun yhteydessä, kuvion 3b paineakkua 64 käytetään tarjoamaan korkeapaineinen impregnointiväliaine, kuten esim. propaani paineessa 2.500 psig, impregnointivyöhykkeeseen kuviossa 1 esitetyssä puolaimpregnointilaitteessa. Paineakku 64 on olennai-20 sesti samanlainen monessa suhteessa rakenteeltaan kuviossa 3a yllä esitettyyn kaasu/kaasupaineakkuun nähden. Esimerkiksi kuviossa 3b esitetty paineakku 64 sisältää putkimaisen vaipan 100, päätyelimet 104 ja 106, jotka sisältävät aukon 110 korkeapaineisen kaasun päästämiseksi ja iskunabsorbointilait-teen, sisältäen rengasmaisen elimen 114, jota tuetaan parilla laippajousella 25 115, jotka ovat Bellevillen joustolaatan muodossa. Päätyelimet 104 ja 106 ovat muotoillut kuten kuvattu yllä kuvion 3a paineakun yhteydessä, lukuunottamatta sitä, että päätyelimessä 104 ei ole aukkoa 108 korkeapaineisen kaasun päästämiseksi. Samoin, kuten esitetty, iskunabsorbointilaite voi sisältää iskunabsor-bointikorvakkeet 300.

Kuvion 3b paineakkua käytetään hydrauliväliainetta käyttäen. Paineakku 64 sisältää perinteisen hydraulisen mäntäelimen 302, joka on kytketty yhteisellä tangolla 304 mäntäelimeen 116. Kuvion 3b mäntäelimellä 116 on olennaisesti 30 15 104146 samanlainen rakenne kuin kuvattu yllä suhteessa keskeisesti sijoitettuun män-täelimeen 116 kuviossa 3a, lukuunottamatta sitä, että sen yksi pää on lyöty yhteisen tangon 304 yhteen päähän. Keskeisesti sijoitettu stationäärinen py-säytinelin 306 on kiinteästi asennettu sylinterin 100 sisäpuolelle ja se määrittää 5 väliainevyöhykkeet 118 ja 120 sen vastakkaisilla puolilla. Stationäärinen män-täelin 306 sisältää aukon 307, joka on sovitettu vastaanottamaan tangon 304, joka puolestaan liikkuu aksiaalisesti edestakaisessa liikkeessä sen lävitse.

Väliainevyöhyke 118 sisältää aukon 308 hydraulisen väliaineen, kuten esimer-10 kiksi elintarvikeöljy, päästämiseksi väliainevyöhykkeeseen 118 ja poistamiseksi siitä. Hydraulinen väliaine pakotetaan sisäänmenoaukon 308 läpi väliainevyöhykkeeseen 118 pitämään impregnointiväliaine, kuten esimerkiksi propaani, paineessa 2.500 psig toisessa väliainevyöhykkeessä 120. Kun korkeapaineinen impregnointiväliaine vapautetaan vyöhykkeestä 120 kuviossa 1 15 esitettyyn impregnointilaitteeseen, mäntä 116 voi siirtyä nopeasti kosketukseen päätyelimen 104 kanssa ja voima absorboidaan voimanabsorbointielimillä 115, kuten kuvattu yllä. Tämän jälkeen impregnointiväliainetta pumpataan takaisin paineakkuun, kunnes ennalta määrätty paine, edullisesti 2.500 psi, saavutetaan.

20

Stationäärinen mäntäelin 306 erottaa myös kaikkinaiset propaanivuodot mistä tahansa hydrauliväliainevuodosta. Mikä tahansa propaanivuoto suunnataan aukon 310 kautta propaanin talteenottovyöhykkeeseen. Siellä propaani voidaan polttaa tai tuulettaa pois, esimerkiksi impregnointivyöhykkeestä poistetun 25 väliaineen talteenottamiseen tarkoitettuun talteenottovyöhykkeeseen, kuten kuvattu yllä, tai talteenottokouruun 74. Mikä tahansa hydrauliväliaineen vuoto otetaan aukon 312 kautta hydrauliväliaineen talteenottovyöhykkeeseen, esimerkiksi hydrauliväliaineen pitosäiliöön (ei esitetty).

30 Samoin, kuten esitetty kuviossa 3b, paineakku voi sisältää kuumennusvaipan 314 sylinterin 100 ulkokehän ympärillä. Kuumennusvaippa 314 voi olla mitä tahansa alalla tunnettua laitetyyppiä vihaavan aineen kuumentamiseksi ja/tai vihaavan aineen lämpötilan ylläpitämiseksi astiassa. Tässä keksinnössä kuu- r 16 104146 mennusvaippaa 314 käytetään impregnointiväliaineen kuumentamiseksi väli-ainevyöhykkeessä 120. Niinpä, kuumennusvaippa ulottuu edullisesti pitkin impregnointiväliainevyöhykkeen 120 pituutta, kuten esitetty kuviossa 3b. Kuten alan ammattilainen voi ymmärtää, kuumennusvaipat 314 voivat ulottua myös 5 paineakkusylinterin koko pituudelle, kuten esitetty kuviossa 3c. Kuumennus-vaippa 314 muodostaa lämpöä tavanomaisesti, esimerkiksi syöttämällä sisään kuumennettua öljyä ja poistamalla sitä putkien 316 ja vastaavasti 318 kautta.

Kuvio 3c esittää vielä erään paineakun suoritusmuodon, joka on käyttökelpoi-10 nen esillä olevan keksinnön mukaisesti. Kuten kuvioissa 3a ja 3b esitettyjen paineakkujen yhteydessä, kuvion 3c paineakkua 64 käytetään tarjoamaan korkeapaineinen impregnointiväliaine, kuten esimerkiksi propaani paineessa 2.500 psig, kuviossa 1 esitetyn puolaimpregnointilaitteen impregnointivyöhyk-keeseen. Samoin kuin kuviossa 3b esitetyn paineakun yhteydessä, kuvion 3c 15 paineakku 64 on rakenteeltaan monessa suhteessa olennaisesti samankaltainen yllä kuviossa 3a esitettyyn nähden. Kuviossa 3c esitetty paineakku sisältää putkimaisen vaipan 100, päätyelimet 104 ja 106, sisältäen aukon 110 korkeapaineisen kaasun päästämiseksi, ja keskeisesti sijoitetun mäntäelimen 116. Mäntä 116 määrittää kaksi erillistä vyöhykettä, vyöhykkeen 118 ja vähintään 20 yhden väliainevyöhykkeen 120, sen vastakkaisilla puolilla. Päätyelimet 104 ja 106 ja mäntä 116 ovat muotoillut kuten kuvattu yllä kuvion 3a paineakun yh-teydessä, lukuunottamatta sitä, että päätyelimessä 104 ei ole aukkoa 108 korkeapaineisen kaasun päästämiseksi. Tässä keksinnön suoritusmuodossa päätyelintä 104 on modifioitu sisältämään aukon 320, joka on sovitettu yhdys-25 tangon 322 edestakaista liikettä varten siinä, kuten kuvataan yksityiskohtaisemmin alempana. Lisäksi mäntä 116 on sovitettu sen yhdessä päässä liitettäväksi yhdystankoon 322, kuten samaten kuvataan yksityiskohtaisemmin jäljempänä.

Kuviossa 3c hydraulinen toimilaite tai vastaavat moottorivälineet 324 on kytket-30 ty mäntään 116 yhdystangon 322 kautta männän 116 siirtämiseksi paineakun 64 sisäpuolella. Hydraulitoimilaite 324 voi olla mikä tahansa alalla tunnettua hydraulitoimilaitteen tyyppiä hydraulitehon muuttamiseksi mekaaniseksi työksi. Esimerkiksi, kuten esitetty, hydraulitoimilaite 34 voi sisältää putkimaisen vaipan t 17 104146 326. Hydraulitoimilaitteen 324 kummassakin päässä on päätyelimet 328 ja 330. Keskeisesti sijoitettu mäntäelin 332 on asennettu liikkumaan sylinterin 326 sisäpuolella ja se määrittää kaksi erillistä hydrauliväliaineen vyöhykettä 334 ja 336 sen vastakkaisilla puolilla. Kukin vyöhykkeistä 334 ja 336 sisältää aukot 5 338 ja vastaavasti 340. Aukko 338 päästää hydrauliväliaineen hydrauliväliai neen varastosta 342 johdon 344 kautta, kun taas aukko 340 palauttaa hydrauliväliaineen hydrauliväliaineen varastoon 342 johdon 346 kautta, kuten osoitettu nuolilla. Hydraulitoimilaite 324 voi sisältää myös yhdystangon 348, joka ulottuu aksiaalisesti männästä 332 väliainevyöhykkeen 334 läpi ja päätyelimessä 328 10 olevan aukon 350 läpi. Yhdystanko 348 on kytketty yhdystangon 322 kanssa siten, että edestakainen liike yhdystangon 348 avulla siirretään yhdystangon 322 edestakaiseksi liikkeeksi, ja täten männän 116 liikkeeksi sylinterin 100 sisäpuolella.

15 Kuten huomautettu yllä, impregnointiväliaine, kuten esimerkiksi propaani, paineessa 2.500 psig, pidetään toisessa väliainevyöhykkeessä 120. Kun korkeapaineinen impregnointiväliaine pakotetaan hydraulitoimilaitteen 324 avulla vyöhykkeestä 120 kuviossa 1 esitettyyn impregnointilaitteeseen, mäntä 116 voi liikkua nopeasti kosketukseen päätyelimen 104 kanssa ja voima absorboidaan 20 voimanabsorbointielimillä 115. Tämän jälkeen impregnointiväliainetta pumpataan takaisin paineakkuun, kunnes ennalta määrätty paine, edullisesti 2.500 psi, saavutetaan.

Palaten kuvioon 1, toiminnassa olleessaan korkeapaineista pumppua, ei esitet-25 ty, käytetään toimittamaan propaania paineakun 64 korkeapaineiseen väli-ainevyöhykkeeseen. Kun kaasu poistetaan paineakusta, painehäviö tunniste-. taan ei-esitetyillä välineillä ja ohjain aktivoi pumpun, joka välittömästi aloittaa paineakun uudelleentäyttämisen korkeapaineisella väliaineella, kuten propaanilla. Kaasupaineakku 64 voidaan uudelleentäyttää 5-30 sekunnin lyhyes-30 sä ajassa, sinä ajanjaksona, jota käytetään esillä olevassa keksinnössä tupakan impregnoimiseksi kuvion 1 impregnointivyöhykkeessä 22.

18 104146

Kuvio 4 esittää erään etusijalle asetetun keksinnön mukaisen menetelmän. Edullisesti kuvion 4 menetelmä suoritetaan US-patentin n:o 4,531,529 mukaisesti, joka patentti on myönnetty 30.7.1985, White ja Conrad, joka sisällytetään tähän viittauksella. Korkeapaineinen, korkealämpötilainen propaanivarastoyk-5 sikkö, kuten esimerkiksi kuvion 3 paineakku 64, on järjestetty, kuten esitetty lohkossa 150. Varastoyksikkö 150 voi omaksua muitakin muotoja kuin paineakku 64. Esimerkiksi suuritilavuuksista tasoitussäiliötä on myös ajateltu kor-kealämpötilaisen, korkeapaineisen propaanin varastoimiseksi. Vaihtoehtoisesti Metal Bellows-paineakkua, joka on saatavissa yhtiöltä Parker Bertea Aerospa-10 ce, Parker Hannfin Corp., Metal Bellows Division, Moorpack, California, on ajateltu käytettäväksi tässä.

Propaanin paine pidetään edullisesti yli 2.000 psi:ssä, edullisesti välillä noin 2.500 psi - 3.000 psi. Esillä olevan keksinnön mukaisesti on havaittu, että ää-15 rimmäisen lyhyitä impregnointiaikoja, välillä noin 5-15 sekuntia, voidaan käyttää tupakan impregnoimiseen, kun käytetään näitä korkeita paineita, samalla kun aikaansaadaan erityisen suotuisa lisääntyminen tupakan täyttökapasitee-tissa, esimerkiksi yli 50-100 % lisäys täyttökapasiteetissa. Propaanin lämpötila pidetään edullisesti yli 280°F (138°C), edullisesti välillä noin 300°F (149°C) -20 400°F (204°C), esimerkiksi noin 300 - 315°F (149 - 157°C). Tämä tarjoaa ylimääräisen mielekkään lämmön tupakan lämmittämiseksi impregnointivyöhyk-keessä.

Kuten osoitettu lohkossa 155, tupakka, joka on edullisesti leiketäyteaineen 25 muodossa, esikuumennetaan edullisesti ennen sen sisäänjohtamista impreg-nointivyöhykkeeseen. Tupakan esikuumennus tarjoaa myös lämpöä sopivan lyhyiden sykliaikaolosuhteiden muodostamiseksi impregnointivyöhykkeeseen. Etusijalle asetetusti tupakka esikuumennetaan lämpötilaan yli noin 125°F (52°C), vielä edullisemmin lämpötilaan noin 140°F (60°C) tai enemmän, 30 esimerkiksi lämpötilaan 150 - 160°F (66 - 71°C) tai suuremmaksi. Lisäkosteutta voidaan lisätä tupakkaan tupakan taipuisuuden lisäämiseksi. Kosteuspitoisuuksia välillä noin 16 % jopa noin 30 % asti tai enemmän, käytetään edullisesti keksinnössä.

ψ 19 104146

Tupakan esikuumennus voidaan toteuttaa millä tahansa useista keinoista, sisältäen kuumennettujen rumpujen käytön, mikroaaltoenergian käytön ja höyryinjektoinnin. Höyrykuumennuksen uskotaan olevan edullista, koska lämpö siirretään tehokkaammin tupakkaan, samalla kun samanaikaisesti kosteustasoa 5 voidaan lisätä.

Esikuumennettu tupakka puristetaan kokoon tämän jälkeen, kuten osoitettu lohkossa 160. Kuten kuvattu aiemmin, tupakka kokoonpuristetaan edullisesti puristussuhteella vähintään noin 1,25:1, edullisemmin yli 1,5:1. Edullisesti 10 tupakka puristetaan puristussuhteella enemmän kuin 2:1, jopa suhteisiin 3:1 asti ja suurempiin. Tupakan puristaminen lisää tupakan tiheyttä siten, että impregnointivyöhykkeeseen syötetyn tupakan tiheys on olennaisesti suurempi kuin tupakan tiheys ennen kokoonpuristusta. Alan ammattilaiset ovat tietoisia, että irtotäytetupakan tiheydet voivat vaihdella suuresti riippuen siitä onko 15 tupakka lehtimuodossa vai leiketäyteainemuodossa; tupakan tyypistä, tupakan kosteuspitoisuudesta ja muista tekijöistä. Pakkaustiheydet 20 naulaa/kuutio-jalka, laskettuna 12 % kosteuspitoisuuden perusteella, ovat helposti käytettävissä esillä olevassa keksinnössä. Vaikkakin pakkaustiheyden lisääminen voi, jossakin määrin, lisätä sykliaikaa paisumisen identtisten 20 määrien aikaansaamiseksi, pakkaustiheyksiä yli 25 - 30 naulaa/kuutiojalka laskettuna 12 % kosteuspitoisuuteen perustuen ja suurempia, on myös menestyksellisesti käytetty esillä olevassa keksinnössä samalla, kun on saavutettu alle 20 sekunnin impregnointiajat ja täyttökapasiteetti lisääntyy yli 50 -100%.

25

Kokoonpuristettu tupakka impregnoidaan tämän jälkeen impreg-. nointivyöhykkeessä, kuten osoitettu lohkossa 165. Kun propaania käytetään ’ impregnointiväliaineena, impregnointivyöhykkeeseen syötetyn lämmön kumulatiivinen määrä kuumennetusta propaanista ja esikuumennetusta 30 tupakasta on edullisesti riittävä tarjoamaan impregnointioiosuhteet impregnoin-tivyöhykkeessä välillä noin 240°F (116°C) ja noin 270°F (132°C), edullisesti noin 260°F (127°C). On havaittu, että lämpötila-ja paineolosuhteissa noin 260°F (127°C) ja 2.500 psig voidaan impregnointi saavuttaa noin 5 sekunnissa 20 104146 sa, kun lämpöä syötetään sekä esikuumennetun tupakan että esikuumennetun propaanin avulla.

On ymmärrettävä, että kun propaaniväliainetta kuumennetaan korkeampiin 5 lämpötiloihin, tupakkaa voidaan kuumentaa vähemmän antamaan halutut lämpötilaolosuhteet impregnointivyöhykkeessä. Kuitenkin uskotaan, että propaanin lämpötilalla on yläraja, jonka yläpuolella tupakka impregnointivyöhykkeessä voi vahingoittua. Lisäksi, koska impregnointiväliaineiden matalia tilavuuksia käytetään esillä olevan keksinnön edullisissa suoritusmuodoissa, tupakan kuumen-10 nukseen käytettävissä olevan impregnointiväliaineen massa on suhteellisen alhainen. Paisutusainemassa on tyypillisesti noin sama tai vähemmän kuin tupakan massa. Täten lämmön lisäys sellaisesta lähteestä kuin esimerkiksi tupakka, on suotavaa.

15 On myös ilmiselvää, että lämpötilaolosuhteet tupakan impregnointivyöhykkeessä voidaan saavuttaa muilla keinoin, kuten esimerkiksi käyttämällä kuumenneta impregnointivyöhykkeessä. Kuitenkin erittäin lyhyitä sykliaikoja varten esikuumennetun tupakan ja esikuumennetun korkeapaineisen propaanin yhdistelmän on havaittu muodostavan erittäin suotuisat tulokset. Tupakan esikuumen-20 nuksen suotuisat vaikutukset eivät ole täysin ymmärrettyjä. Kuitenkin on mahdollista, että esikuumennettu tupakka saattaa absorboida impregnointiväliainet-·-; ta suuremmalla nopeudella kuin ympäristön lämpötilassa oleva tupakka johtuen tekijöistä, jotka sisältävät tupakan notkeuden.

25 Kokoonpuristettu ja impregnoitu tupakka pidetään impregnointiolotilassa lyhyen ajanjakson ulottuen 1 - 2 sekunnista noin 20 sekuntiin. Kuten esitetty kuvion 4 lohkossa 170, tämän jälkeen paine vapautetaan. Edullisesti paineen vapautus * on olennaisesti silmänräpäyksellinen, s.o. saavutetaan noin yhdessä sekunnis sa tai nopeammin. Tämä voidaan aikaansaada käyttämällä nopeatoimista 30 venttiiliä, jossa on suuri aukko paineen nopeaksi vapauttamiseksi. Kokoonpuristettu tupakka poistetaan sitten olennaisesti välittömästi impregnointivyöhyk-keestä siten, että tupakan paisuminen voidaan toteuttaa. Edullisesti tupakkaa käsitellään kosketuksella pakkosyötetyllä kuivatulla ilmalla tai kuumennetulla 21 104146 ilmalla, jotta muodostetaan esimerkiksi noin 10 -12 % kosteuspitoisuus, mikä auttaa stabiloimaan tupakkaa paisutetussa muodossa.

Kun paisutusaine on propaania tai samankaltaista paisutusainetyyppiä, joka on 5 kuvattu US-patentissa n:o 4,531,529, White ja Conrad, mitään tupakan kuumennusta ei tarvita tupakan kiinnittämiseksi paisutetussa muodossa. Lisäksi tässä ei ole mitään olennaista haihtuvien makuaineiden häviötä, sokerien tai vastaavien, johtuen korkealämpötilaisten kuumennusolosuhteiden puutteesta. Kuitenkin keksintöä voidaan myös käyttää muiden paisutusaineiden yhteydes-10 sä, sisältäen ne, jotka vaativat lämmön sisältävän paisutusolosuhteiden käytön, jotta aikaansaadaan tupakan paisuminen tai sen kiinnittäminen.

Kuvio 5 esittää ohjaustapaa, jota käytetään kuvion 1 laitteen yhteydessä, tupakan huomattavan paisumisen aikaansaamiseksi lyhyissä sykliajoissa alle 20 15 sekuntia. Tämä tai vastaava ohjainjärjestelmä, joka sisältää tunnistimet tunnistamaan olosuhteet paisutusprosessin aikana, ovat erityisen suotavia, jotta saavutetaan 20 sekunnin tai lyhyemmät sykliajat. Ohjauslaitteisto voi olla pneumaattista, sähköistä tai pneumaattis-sähköistä ja se voi sisältää mikroprosessorin, kuten on ymmärrettävää alan ammattilaisille.

20

Viitauksella kuvioon 5, lohkossa 200 tarkoituksenmukaisia tunnistimia käytetään varmistamaan, että puola on panostusasennossa 24 ja että tarkoituksenmukaisesti mitoitettu tupakkapanos on asemassa panostusta varten. Mikäli nämä olosuhteet ovat tyydyttäviä, ohjain siirtyy lohkoon 205 ja panostuselimiä 25 32 siirretään pakottamaan tupakan puolalle 14. Tarkoituksenmukainen tunnistusmekanismi, kuten esimerkiksi asemanosoitusventtiili, tunnistaa kummankin panostuselimen 32 läsnäolon tarkoituksenmukaisessa panostusasemassa ja „ « ohjaus siirtyy sitten lohkoon 210. Lohkossa 210 hydraulimäntä 28 aktivoidaan puolan siirtämiseksi ainevaippaan 12. Tarkoituksenmukainen tunnistin, kuten 30 esimerkiksi asemantunnistusventtiili tai vastaava tunnistaa puolan aseman oikeassa kohdassa vaipassa 12 ja ohjain siirtyy sitten lohkoon 215.

22 104146

Lohkossa 215 venttiili avataan sallimaan hydrauliväliaineen hydraulisesta paineakusta 45 täyttävän tiivisteet 40 ja 42. Hydraulipaineakku 45 pitää edullisesti riittävään määrän hydrauliväliainetta kunkin tiivisteen 40 ja 42 paineista-miseksi paineeseen 3.000 psi noin 1 sekunnin aikajaksona tai nopeammin, 5 edullisesti huomattavasti alle 1 sekunnin. Tarkoituksenmukainen tunnistin tunnistaa väliaineen paineen tiivisteissä 40 ja 42 ja kun paine on halutussa paineessa, esimerkiksi 3.000 psi, ohjain siirtyy lohkoon 220.

Lohkossa 220 nopeatoiminen täyttöventtiili 60 avataan ja ajastin aktivoidaan.

10 Tämä sallii kuumennetun ja paineistetun impregnointiväliaineen, kuten esim. propaanin, paineessa yli 2.000 psig ja lämpötilassa noin 300°F (149°C) tai enemmän, työntyvän impregnointivyöhykkeeseen 22. Näissä olosuhteissa, ja erityisesti, kun impregnointivyöhykkeessä oleva tupakka on esikuumennettu, impregnointi on melko nopeaa siten, että ajastin voidaan asettaa lyhyeksi ajaksi 15 välillä joitakin sekunteja ja noin 15-20 sekuntia. Impregnoinnin vaatima ajastus voidaan säätää perustuen impregnointivyöhykkeessä 22 olevan tupakan kosteus-, lämpötila- ja tiheystilaan. Kun ajastin saavuttaa asetetun aikajakson, ohjain siirtyy lohkoon 225, jossa täyttöventtiili suljetaan. Tunnistin varmistaa, että tämä venttiili on suljettu ja ohjain siirretään välittömästi lohkoon 230 tuule-20 tusventtiilin 62 nopeaksi avaamiseksi.

Sitten ohjain siirtyy lohkoon 235, missä painetunnistin impregnointivyöhykkees- » « sä luetaan toistuvasti, kunnes paine impregnointivyöhykkeessä on pudonnut ennalta määrättyyn alhaiseen paineeseen, esimerkiksi 10-20 psig. Tässä koh-25 dassa ohjain siirtyy lohkoon 240, missä avataan venttiili sallimaan hydrauliväliaineen poistaminen tiivisteistä 40 ja 42. Tarkoituksenmukainen tunnistin tunnis-taa hydrauliväliaineen paineen tiivisteessä ja kun väliaineen paine on saavut- * tanut suotuisan alhaisen paineen, ohjain siirtyy lohkoon 25. Lohkossa 25 hyd- raulimäntä 28 aktivoidaan puolan 14 siirtämiseksi purkausasentoon 26. Sa-30 maan aikaan kompressori 72 käynnistetään suuntaamaan korkeapaineinen ilma tai typpi puolalle, kun se liikkuu asentoon 26. Lohkossa 250 tarkoituksenmukainen tunnistin tunnistaa puolan asennon, kun se saavuttaa täysin ulos-”· työnnetyn purkausasennon ja hydraulimäntä 28 muuttaa sitten välittömästi 23 104146 puolan liikesuunnan panostusasentoon 24 palaamiseksi. Ohjain siirtyy seuraa-vaksi lohkoon 255, missä tunnistin tunnistaa puolan asennon kammiossa 12 ja kompressori 72 deaktivoidaan sitten. Ohjaussekvenssi aloitetaan sitten jälleen alkaen lohkosta 200.

5 Tässä kuvatut tupakan paisutusmenetelmien eri näkökannat on kuvattu yksityiskohtaisesti siinä yhteydessä, että propaania käytetään paisumiseen myötävaikuttavana impregnointiaineena ja että impregnointilämpötilaolosuhteet ovat lähellä ylikriittistä lämpötilaa tai sen yläpuolella yhdessä korotetun paineen 10 olosuhteiden kanssa, jotka lähestyvät ylikriittistä painetta tai ovat sen yläpuolella, ja etusijalle asetetun laitteen yhteydessä. Kuitenkin erilaisia merkittäviä tupakan paisutusmenetelmiä ja laitteita, jotka on kuvattu tässä, on myös tarkasteltu sovellettaviksi muihin tupakan paisutusmenetelmiin, paisutusväliaineisiin ja laitteeseen. Esimerkiksi tupakan puristaminen voi huomattavasti parantaa 15 monien tupakan impregnointimenetelmien tuotantoa, jotka on toteutettu erilaisissa astioissa korkeissa paineissa, esimerkiksi yli 100 psig, seuraavana tapahtuvaa tupakan paisutusta varten. Vastaavasti tupakan paisutusaineiden tilavuuksien käyttö, jotka ovat huomattavasti vähäisemmät kuin tupakan, jonka täyttötilavuus, joka on päästetty impregnointivyöhykkeeseen, voi parantaa 20 monien tupakan impregnointi-ja paisutusmenetelmien taloudellisuutta, mukaanlukien menetelmät, joissa paisutusaine impregnointivyöhykkeessä esiintyy impregnoinnin aikana kaasuna tai nesteenä tai molempina.

Vastaavasti olennaisesti välitöntä korkealämpötilaisen, korkeapaineisen imp-25 regnointiväliaineiden, kuten esimerkiksi hiilidioksidin, sisäänjohtamista impregnointivyöhykkeeseen lähellä sekä kriittisen lämpötilan että paineen olosuhteita tai niiden yläpuolella, voidaan käyttää lyhentämään merkittävästi impregnoin- • tiajanjaksoa, joka on tarpeen ennen seuraavaa kuumennusvaihetta. Samaten, kun impregnointiväliainetta käytetään impregnoimaan tupakkaa korotetuissa 30 lämpötilaolosuhteissa, tämän keksinnön mukainen tupakan esikuumennusvaihe voi merkittävästi parantaa impregnointisykliaikaa.

• I

f 24 104146

Tupakan täyttökapasiteetit, viitattaessa niihin tässä, mitataan normaalilla tavalla, käyttäen elektronisesti automatisoitua täyttökapasiteetin mittaria, missä kiinteä mäntä, halkaisijaltaan 3,625 tuumaa, on liukuvasti asennettu vastaavasti mitoitettuun sylinteriin ja kohdistaa 2,6 psi paineen sylinteriin sijoitettuun 5 tupakkanäytteeseen. Näiden parametrien uskotaan simuloivan tiivistysolosuh-teita, joihin tupakka altistetaan savukkeenvalmistuslaitteessa savuketangon muodostuksen aikana. Mitattuja tupakkanäytteitä, joilla on 50 g paino, käytetään paisutettuun tupakkaan. Näytteitä, joilla on 100 g paino, käytetään ei-paisutettuun tupakkaan.

10

Keksintö on kuvattu huomattavan yksityiskohtaisesti viittauksella etusijalle asetettuihin suoritusmuotoihin. Kuitenkin monia muutoksia, variaatioita ja modifikaatioita voidaan tehdä poikkeamatta keksinnön hengestä ja suoja-alasta, kuten kuvataan edellä olevassa selityksessä ja kuten määritetty oheen liitetyis-15 sä vaatimuksissa.

»· • · »

Claims (11)

25 104146

1. Menetelmä tupakan täyttökapasiteetin lisäämiseksi tilavuuslaajentamalla mainittua tupakkaa, joka menetelmä käsittää vaiheet: 5 paisutettavan tupakkapanoksen (36) kokoonpuristaminen, mainitun kokoonpu-ristetun tupakan (160) sijoittaminen impregnointikammioon (10), joka on kykenevä kestämään korotetut paineolosuhteet ja jonka käytettävissä oleva imp-regnointitilavuus (22) on olennaisesti täytetty mainitulla kokoonpuristetun tupakan panoksella, impregnoidaan (165) mainittu kokoonpuristetun tupakan pa-10 nos (160) mainitussa kammiossa (10) paisutusaineella (66) olosuhteissa, jotka ovat riittävät tekemään impregnoidun tupakan kykeneväksi paisumaan vähintään noin 50 % kun se altistetaan paisutusolosuhteille ja poistetaan (26) impregnoitu tupakkapanos mainitusta kammiosta ja altistetaan kyseinen impregnoitu kokoonpuristettu tupakka olosuhteille, jotka ovat riittäviä tupakan paisuttami-15 seksi (170), tunnettu siitä, että impregnoitava tupakka (36) kokoonpuristetaan kokoonpuristussuhteella vähintään 1,5:1 paisutettavan tupakan irtotäyttötila-vuuteen nähden, ja että propaania (66) käytetään paisutusaineena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tupakka 20 (36) kokoonpuristetaan kokoonpuristussuhteella vähintään noin 2:1.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tupakka (36) kokoonpuristetaan kokoonpuristussuhteella vähintään noin 3:1.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paisutusai- ne (66) impregnoidaan mainittuun tupakkaan mainitun impregnointivaiheen aikana nesteenä.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa 30 mainitusta impregnointivaiheesta toteutetaan lämpötilaolosuhteissa, jotka ovat mainitun paisutusaineen ylikriittisessä lämpötilassa tai sen yläpuolella. r 26 104146

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa mainitusta impregnointivaiheesta toteutetaan paineolosuhteissa, jotka ovat mainitun paisutusaineen ylikriittisessä paineessa tai sen yläpuolella. *

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tupakka (36) mainitussa impregnointivyöhykkeessä (22) esikuumennetaan (155) korotettuun lämpötilaan ennen sijoittamista mainittuun impregnointivyöhykkeeseen.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että impregnoin-10 tivaihe suoritetaan alle yhden minuutin ajanjaksossa.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu paisutusaine päästetään sisään mainittuun impregnointikammioon (22) viilaavana aineena, jonka lämpötila on virtavaan aineen ylikriittisen lämpötilan ylä- 15 puolella ja jonka paine on viilaavan aineen ylikriittisen paineen yläpuolella.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tupakka esikuumennetaan (155) vähintään 52°C (125°F) lämpötilaan.

11. Jonkin edellä olevan vaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että propaania (66) syötetään sisään impregnointivyöhykkeeseen (122) paineessa yli noin 13,9 MPa (noin 2000 psig) ja lämpötilassa yli noin 116°C (240° F). 27 104146