JP2009159944A - 有機植物原料の膨張および乾燥プロセスの効率、特にジェットドライヤーにおける効率を改善するための方法および供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機植物原料の膨張および乾燥プロセスの効率、特に粉砕有機植物原料、特にタバコ原料に使用されるジェットドライヤーの効率を改善するための方法と供給装置を提供する。
【解決手段】ジェットドライヤーは２．５ｋＰａ〜１０ＭＰａ範囲内の絶対圧力下でのガス状膨張・乾燥剤の使用とともに機能する。ガス状の膨張・乾燥剤として過熱蒸気が使用され、供給ゾーン６から膨張・乾燥剤と接触するゾーン９に原料１を搬送するときに、回転羽根供給装置４が、２．５ｋＰａ〜１０ＭＰａの絶対圧力下で、水分を吸収でき、かつ空気の温度は５０℃〜２００℃であるガス状媒体ＰＧを連続方式でフラッシュ放出させ、プロセスガスの残留物が回転羽根供給装置４から除去される。供給装置４のハウジングには羽根間の移動空間にガス状媒体ＰＧを送り込む開口部と羽根間の移動する空間からガス状媒体ＰＧを放出する開口部とが供給装置のハウジングの壁部分に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機植物原料の膨張および乾燥プロセスの効率、特に刻みタバコ原料を乾燥させるために使用されるジェットドライヤーにおける効率を改善するための方法と供給装置とに関する。

当該技術分野では、粉砕された有機植物原料を膨張および乾燥させるための多くの方法が知られており、また乾燥機、特に、過熱蒸気を使用するジェットドライヤーを有する技術的システムであって、過熱蒸気がガス状の乾燥剤を使用するときには特に最高４００℃までの範囲の温度にあるような多くの技術的システムが知られている。これらのシステムは、粉砕された製品、特に流体を投入するためのバルブとして機能する回転バルブを備えている。

処理される有機植物原料、特に任意の形の刻みタバコ原料を供給することに関して連続性を保証するためには、例えば特許文献１に示されるように公知の方法によって、原料が重力を利用して膨張および／または乾燥ゾーンに供給されている。しかしながら、このような公知の方法は、供給された原料、特にタバコ原料を出口ゾーンにおいて詰まらせて塞ぐ可能性があり、処理のために供給される原料の流れを不均一にするという結果を招き、実用上の制約を受けることとなる。さらにこのような解決策は、大気圧より高い圧力下で乾燥のための経路内に蒸気流を流すことを困難あるいは事実上不可能にし、有機原料、特にタバコ原料の供給される層を介して、ガス状媒体の損失（漏洩）、例えば、空気、二酸化炭素（ＣＯ_２）または蒸気の損失と、乾燥用に供給される原料を湿らせるための原料における蒸気の凝縮とを引き起こすこととなる。

有機植物原料、特にタバコ原料を膨張ゾーンに供給することに関するもう１つの解決策が、特許文献２に開示されており、これには、所定の圧力下で処理媒体が供給され、かつタバコの圧力膨張のプロセスが蒸気および二酸化炭素を用いて行なわれるように構成された、改良回転バルブが開示されている。

さらに他の解決策が、特許文献３、特許文献４および特許文献５に開示されており、これらにおいては、膨張および／または乾燥ゾーンへの供給直前に、入口バルブアセンブリ内に水および／または蒸気を噴射（付加）することによって原料が処理され、この処理された原料が調整されている。この方式で付加される流体は、その蒸発のエンタルピー（エネルギー）を外部から供給される原料にある程度与えて、それを加熱して原料の表面に凝縮させている。膨張および／または乾燥装置に有機植物原料を供給するプロセスにおける高い原動力によって、原料表面の凝縮した層は、原料の細胞構造には吸収されず、膨張および／または乾燥媒体と直接接触するまで、熱エネルギーに対する断熱材を用いずに、原料の表面に留まることとなる。

添付図面の図１は、ガス状の乾燥剤、特に最高４００℃までの温度である過熱蒸気を使用した例示的な公知のジェットドライヤーを示している。この解決策によれば有機植物原料、特に刻みタバコ原料１は、投入および流れ調整装置４を介して製造ラインから膨張および／または乾燥ゾーン９に供給されて、そこから処理された後に原料が、供給および流れ調整装置１０を経由して放出されることとなる。用語「膨張」はここでは、ｍ^３／ｇ単位で測定される処理される原料の比体積を増加させることと理解される。
米国特許第６１８５８４３号明細書 米国特許第４７９１９４２号明細書 米国特許第６１５８４４１号明細書 米国特許第６５８１６０８号明細書 米国特許第６７７９５２７号明細書

有機植物原料、特にタバコ原料を処理して直接処理するゾーン、すなわち膨張および／または乾燥ゾーンに供給する（搬送する）ために用いられる公知の方法には弊害があり、この弊害は、特にタバコ原料を経路としての膨張および／または乾燥ゾーンに送る前に、タバコ原料の細胞構造に吸収されないで、化学的に結合しない表面水分（水）の望ましくない層が生成されるというものである。このような層は、種々の厚さの断熱体を構成し、この断熱体は、粉砕された有機植物原料、特に任意の形に形成されるタバコ原料を、品質の観点において均質で最適なワット・アワー単位で効率的な方式で、処理することを著しく妨げ、あるいは防止さえすることとなる。

水分（水）がどのようにして効果的な断熱材であり得るかを示すために、本発明者らは、２つの異なる材料の熱特性、すなわち水（断熱材）と、例えば銅（極めて良好な熱伝導体）とに関する熱特性を定義するための２つの係数を比較している。

両材料に関する比熱Ｃｐの比較について、単位質量の水を１度（℃または１Ｋ）だけ加熱することは、同量の銅を１度（℃または１Ｋ）だけ加熱することと比較して、約１０倍の熱エネルギーを伝えなければならないことが示されている。一方で、熱伝導率λの比較については、水層が極めて効率的な断熱材として不都合に作用すること、すなわち厚さ１ｍｍの表面の水層が約６００ｍｍの厚さの銅層と同じくらい多くの熱エネルギー（上記のデータでは６６５倍多い）を蓄えることを裏付けている。

さらに、考慮しなくてはならないのは、表面水分を蒸発させる必要があるため、液体を蒸気にする相変化を引き起こすために、かなりの量の余分な熱エネルギーを送る必要があることである。しかしながら、このような相変化によって、材料からかなりの量の熱エネルギー、水に関しては約２２５０ｋＪ／ｋｇであるいわゆる蒸発エンタルピーが奪われることとなり、このことが今度は材料を（加熱する代わりに）冷却するという望ましくない結果を引き起こすこととなる。

上記の問題を考慮すると、表面水分が、熱エネルギーに関する断熱材となり、乾燥経路内に留まる製品の滞留時間を増加させることを必要とし、その結果、乾燥機の寸法とエネルギーの需要とを増加させることを必要とするため、乾燥機、特に「フラッシュ（flash）」タイプのジェットドライヤーに供給される原料は、表面水分を含まないことを保証することが有利である。

本発明は、有機植物原料の膨張および乾燥プロセスの効率、特に、粉砕された有機植物原料、特に刻みタバコ原料のために使用されるジェットドライヤーにおける効率を改善する方法に関する。このジェットドライヤーは、２．５ｋＰａ〜１０Ｍｐａの絶対圧力下でのガス状の膨張および／または乾燥剤を使用ことと共に機能することとなる。好ましくはガス状膨張および／または乾燥プロセス媒体として過熱蒸気が使用されている。

本発明の目的は、原料を供給ゾーンから膨張および／または乾燥剤と接触するゾーンに搬送するときに、供給装置、好ましくは回転羽根供給装置が、２．５ｋＰａ〜１０Ｍｐａの範囲内における絶対圧力下で、水分を吸収できるガス状媒体を好ましくは連続した方式でフラッシュ放出させる（勢い良く放出させる）ことにある。ガス状媒体、好ましくは空気の温度は５０℃〜２００℃の範囲となっている。それから、処理過程のガスの残りは回転羽根供給装置から除去されることとなる。

好ましくは本発明によれば、搬送される原料は、ガス状媒体の流れとの直接接触することによって加熱され、残りの表面水分は原料の表面から除去され、搬送される原料はガス状媒体の流れの使用によって飽和（saturate）し、原料は繊維を離解（defiberize）されることとなる。

また本発明は、有機植物原料の膨張および乾燥プロセスの効率、特に、粉砕された有機植物原料、特に刻みタバコのために使用されるジェットドライヤーにおける効率を改善するための供給装置に関する。この供給装置はハウジング内で回転する羽根を備えている。

本発明は、羽根の間の移動する空間内にガス状媒体を送り込むための開口部と、羽根の間の移動する空間からガス状媒体を放出する開口部とが、供給装置のハウジング内に作られて、これらの開口部が、対応するように供給装置のハウジングの壁部分に配置されているという考えに基づいている。開口部は一方向に延びる楕円形状（oblong）であって、製品の入口および出口の軸に垂直である長手方向軸で半径方向に沿って配置されており、これら開口部のうちの一部は互いに半径方向にずれて配置されている。本発明による供給装置は原料の流れに対する偏向板を備えている。

本発明による解決策によれば、プロセスの均質性と連続性とが保証され、それによって最適化された高い膨張および乾燥効果が所望のレベルまで得られることとなる。タバコ処理の分野における専門家は、このレベルを湿度１０％〜１４％の範囲であると推定している。

本発明は、下記の添付図面に示される実施形態によって説明される。

本発明によれば、刻みタバコ原料を膨張および／または乾燥させるための装置では、入口回転バルブが、供給ゾーン６と膨張および／または乾燥ゾーンすなわち処理ゾーン９との間に配置された回転羽根供給装置４の形式で使用されている。有機植物原料、特にタバコ原料１，１Ａは、この回転羽根供給装置４を経由して、湿ったガス状媒体ＰＧを有機植物原料、特にタバコ原料１の供給ゾーン６に投入ことをなくす、あるいは著しく減らす方式で処理ゾーン９に供給されることとなる。

図２は、有機植物原料、特にタバコ原料１，１Ａを処理ゾーン９に投与する供給装置４の断面図を示している。標準的（典型的）な回転バルブは、図４に示されている能動ゾーンと受動ゾーンという２つのゾーンを形成することによって改良されている。能動ゾーンにおいて粉砕された有機植物原料、特にタバコ１は、処理ゾーン９に搬送されることとなる。受動（戻り）ゾーンではガス状の処理媒体ＰＧだけがバルブの羽根の間に搬送されることとなる。

回転羽根３は、供給装置４のハウジングと接して、ガス状処理媒体の流れを開口部５および／または開口部７を経由して送り、それから開口部５Ａ，７Ａを経由して除去するように閉じられた移動する空間を形成している。このとき、ガス状処理媒体は、例えば、２．５ｋＰａ〜１ＭＰａの範囲内における絶対圧力下で５０℃〜１５０℃の温度の高温空気となっている。

図３に示されるように供給装置４は、開口部５，５Ａにガス状処理媒体の流れを供給するための供給経路１３，１４と、ガス状処理媒体の流れを放出するための放出経路１３Ａ，１４Ａとを備えている。

羽根３の間の空間からガスをフラッシュ放出する効果を向上させるために、開口部７および開口部７Ａは図２および図３に示されるように半径方向にずれて配置され、このことによってフラッシュの空間におけるガス流の経路が長くなることとなる。ガスＰＧだけが羽根３の間に搬送されて、原料、特にタバコ原料１が存在しない受動ゾーンでは、図２および図３に示されたように互いにずれて配置される必要のない開口部５および開口部５Ａについて別の形状と配置を適用することができる。

ガス状処理媒体１１および／またはガス状処理媒体１２を供給装置４のハウジング内に送り込む開口部５および開口部７と、ガス状処理媒体１１Ａおよびガス状処理媒体１２Ａを放出する開口部５Ａおよび開口部７Ａとは、説明された実施形態では図２および図４に示されるように、一方向に延びる楕円形状の開口部となっており、この楕円形状の開口部は、膨張および／または乾燥処理のために供給される原料１〜１Ａの入口・出口方向に対して垂直で、かつ半径方向に配置されている。

バルブの動作空間、すなわち供給装置４の駆動羽根３とハウジングとの間の空間について最適かつ有利な利用を図るために、図２に示されるように原料の流れに対する偏向板２，２Ａおよび偏向板８が用いられている。さらに、これらの偏向板は、有利には供給装置４の羽根３とハウジングとの間の接触の経路を長くし、このことが、有利にはガス状媒体１１，１１Ａの処理の継続時間を延長することとなる。同時に図４に示されるように、偏向板は、供給装置４に送られたガス状媒体が処理ゾーン９および供給ゾーン６に入ることとなるような弊害（漏洩）を防ぐことができる。

供給装置４を出た原料１Ａは、処理ゾーン９において、原料が膨張および／または乾燥剤ＰＧに直接接触する、供給装置４の羽根３およびハウジングの間の空間と、処理ゾーン９内に存在する膨張および／または乾燥剤ＰＧによって直ちに満たされる空間とを占有することをやめる。次にこの乾燥剤は供給装置４の羽根３とハウジングとの間に搬送される。このゾーンには図２および図３に示されるように、例えば周囲の空気のようなガス状処理剤１１および／またはガス状処理剤１２、を供給装置に供給する開口部５および開口部７と、ガス状混合物１１Ａおよびガス状混合物１２Ａを放出する（吸い出す）開口部５Ａおよび開口部７Ａとが形成されている。

供給装置４の回転動作チャンバを再開放する際に、上記の解決策を使用した結果、湿ったガス状媒体ＰＧのいかなる残りも供給ゾーン６に入ることがなくなり、その結果、処理に送られる有機植物原料、特にタバコ原料１には水分のいかなる凝縮も発生しないこととなる。膨張および／または乾燥のために本方法に従って供給される有機植物原料、特にタバコ原料１は、処理ゾーン９内で発生する化学反応のための断熱材および抑制剤である自由で化学的に結合しない表面水分の断熱層を有しておらず、適当な膨張および／または乾燥プロセスを得るために必要な外部から送り込まれるエネルギー量のかなりの削減が可能となっている。

このような解決策を使用した結果、水分、特に蒸気の担体であるガス状処理媒体ＰＧの全量またはかなりの量は、原料１を供給しかつ処理ゾーン９から分離する供給装置４から除去されることとなる。供給装置４への原料１の供給ゾーン６において飽和蒸気が存在しないことによって、処理のために供給された有機植物原料、特にタバコ原料への蒸気（湿気）の凝縮が削減され、または防がれさえする。原料は湿ったガス状媒体、特に蒸気に接触せずに、有利には高温乾燥空気（図３の流れ１１，１２）の影響を受け、それによって処理のために供給された有機植物原料、特にタバコ原料の温度（内部エネルギー）が上昇して、同時に表面水分についてさらなる不都合な層が生成されることなく、前の処理の後に残った表面水分の残留した層を除去することができる。

処理のために供給される粉砕された有機植物原料、特にタバコ原料は、通常繊維状で渦巻いている。このような有機植物原料、特にタバコ原料と、ガス状媒体１１，１２、例えば空気の流れとの間の接触によって、処理のために供給された原料は繊維を離解（分解）され、それによって原料の個別粒子の膨張および／または乾燥プロセスの均質性は著しく向上することとなる。また不要な表面水分を除去することのために必要なエネルギーの一部分を失わないようにすることによって、この解決策のためのエネルギー消費量が著しく減少することとなる、すなわちプロセスの効率が向上することとなる。

さらにガス状媒体ＰＧは、処理ゾーン９から供給装置４の羽根３の間に設けられた開口部５Ａと経路１３Ａとを経由して吸い出されることとなる。処理ガスＰＧは、外側から送り込まれたガス１１、好ましくは環境から取り込まれた空気によって図３に示されたように半径方向に配置された開口部５Ａを介して供給装置４から除去され、経路１３と開口部５とを経由して送り出され、それから供給装置４の外側での任意に選択的されたさらなる処理のために、例えばガス１１Ａの廃棄流から熱エネルギー（エンタルピー）を回収するために開口部５Ａと経路１３Ａとを経由して除去されることとなる。その結果、これらの効果を得ることによって、膨張および／または乾燥ゾーン内における有機植物原料、特にタバコ原料のより短時間の滞留が可能となり、このことによって、乾燥経路およびジェットドライヤー全体の寸法の縮小が可能となる。さらに有機植物原料、特にタバコ原料の膨張および／または乾燥プロセスにおいてワット・アワー単位で効率の著しい向上を図ることができる。

供給および流れ調整装置を備えており、粉砕有機植物原料、特にタバコ原料を膨張および／または乾燥させるために用いられる公知の装置を概略的に示す図である。 本発明による注入口供給装置を示す断面図である。 バルブに処理媒体を送る経路とこのバルブから処理媒体を放出する経路とを有する図２の供給装置を示す平面図である。 供給装置の駆動羽根の動作位置における供給装置を示す断面図であり、この図には供給装置内に送られたガス状媒体の動作範囲が示されている。

Claims (8)

1. 有機植物原料の膨張および乾燥プロセスの効率を改善する方法、特に、２．５ｋＰａ〜１０ＭＰａの範囲内における絶対圧力下で、好ましくは処理過程では過熱蒸気であるガス状の膨張および／または乾燥剤を使用することと共に機能して、粉砕された有機植物原料、特に刻みタバコ原料のために使用されるジェットドライヤーにおける効率を改善する方法であって、
   前記原料（１）を供給ゾーン（６）から前記膨張および／または乾燥剤と接触するゾーン（９）に搬送するときに、供給装置、好ましくは回転羽根供給装置（４）が、２．５ｋＰａ〜１０Ｍｐａの範囲内における絶対圧力下で、水分を吸収できて、かつ好ましくは５０℃〜２００℃の範囲の温度にあるガス状媒体（１１，１２）を好ましくは連続した方式でフラッシュ放出させ、処理過程のガスの残りが前記回転羽根供給装置（４）から除去されることを含む方法。
2. 前記搬送される原料（１）が前記ガス状媒体（１１，１２）の流れと直接接触して加熱され、前記原料（１）の表面から表面水分の残りが除去されることを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記搬送される原料（１）が前記ガス状媒体（１１，１２）の流れによって飽和することを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記原料（１）に関する繊維を離解するプロセスが前記ガス状媒体（１１，１２）の流れによって行なわれることを含む請求項１または３に記載の方法。
5. 有機植物原料の膨張および乾燥プロセスの効率を改善するための供給装置、特に、ハウジング内で回転する羽根を有しており、粉砕された有機植物原料、特に刻みタバコ原料のために使用されるジェットドライヤーの効率を改善するための供給装置であって、
   前記供給装置（４）の前記ハウジングには、羽根（３）の間の移動する空間内にガス状媒体を送り込む開口部（５，７）と、羽根（３）の間の移動する空間から前記ガス状媒体を放出する開口部（５Ａ，７Ａ）とが形成され、前記開口部（５，７，５Ａ，７Ａ）が前記供給装置（４）の前記ハウジングの壁部分にそれぞれ配置されている、供給装置。
6. 前記開口部（５，７，５Ａ，７Ａ）は一方向に延びる楕円形状に形成され、かつ放射状に配置され、前記開口部（５，７，５Ａ，７Ａ）の長手方向の軸が前記原料（１）の入口・出口軸に垂直に配置されている、請求項５に記載の供給装置。
7. 前記開口部（７，７Ａ）が互いに半径方向にずれて配置されている、請求項５または６に記載の供給装置。
8. 前記原料の流れに対する偏向板（２，８）が設けられている、請求項５に記載の供給装置。

Images