JPH10327836A - タバコ膨脹の方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧高温のタバコ含浸条件を使用しながら、
高温／高圧膨脹剤の貯蔵量を最小限にする、速い処理速
度でタバコを膨脹するために使用できるタバコ膨脹の方
法および装置を提供する。 【解決手段】 本発明の、膨脹剤をタバコに含浸するた
めの装置は、高い圧力条件の下でタバコ充填量を閉じ込
めるためのチャンバを含む。このチャンバに連結された
アキュムレータが、高い温度および圧力であるが所望の
タバコ含浸の温度および圧力より低い条件の下での、流
体の形態の膨脹剤の供給を維持する。膨脹剤は、膨脹剤
の超臨界圧力近くまたはそれ以上の圧力を含むことが好
ましい所望の含浸の温度および圧力にまで、膨脹剤の温
度および圧力が上昇するような条件の下で、アキュムレ
ータからチャンバに強制的かつ急速に導入される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タバコに高い圧力
と温度の条件の下で膨脹剤（expansion agent）を含浸
させ、その後にタバコを膨脹剤の膨脹を促進する条件に
さらすことによって、タバコを膨脹させるための方法お
よび装置に関する。さらに詳しくは本発明は、含浸ゾー
ンへの熱と加圧された膨脹剤の供給を改善するタバコを
膨脹するための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】タバコ膨脹工程は、タバコの葉の保蔵処
理と貯蔵の間に失なわれるタバコのかさまたは密度また
は容積もしくはそれらを回復させるために使用される。
近年、膨脹したタバコは、低タールおよび超低タール紙
巻きタバコを含む多くのタールを減らした紙巻きタバコ
の重要な構成部分となっている。

【０００３】タバコを膨脹剤と接触させて急速に加熱
し、膨脹剤を蒸発させ、タバコを膨脹させる方法は、例
えばFredrickson他の米国特許第３５２４４５１号、お
よびMoser他の米国特許第３５２４４５２号に記載され
ている。タバコの蒸気状態含浸とこれに続いてタバコ膨
脹用の加熱または急速減圧のいずれかを使用する方法
は、Fredrickson他の米国特許第３６８３９３７号に開
示されている。

【０００４】タバコを膨脹させるための膨脹剤として二
酸化炭素を使用することは、とくにUtschの米国特許第
４２３５２５０号、Burde他の同第４２５８７２９号、
およびSykes他の同第４３３６８１４号に開示されてい
る。これらの方法および関連する方法では、ガス状態ま
たは液体状態いずれかの二酸化炭素が、含浸のためにタ
バコに接触し、その後に含浸されたタバコは急速加熱状
態に置かれ、二酸化炭素を蒸発させ、これによってタバ
コを膨脹させる。

【０００５】Zeihnの米国特許第４４６１３１０号とZei
hnの米国特許第４２８９１４８号は、タバコの超臨界
（supercritical）窒素またはアルゴン含浸を使用する
タバコ膨脹を記載している。これらの膨脹剤は急速減圧
中にタバコから除去され、タバコは加熱されたガスまた
はマイクロ波に当てることによって膨脹する。これらの
方法は、実質的なタバコの膨脹を達成するために２００
０または４０００ｐｓｉ以上、１０，０００ｐｓｉまで
の圧力でのタバコの処理を必要とする。

【０００６】WhiteとConradの米国特許第４５３１５２
９号は、タバコの充てん容量を増加するための方法を記
載しており、この方法ではタバコは、膨脹剤の臨界圧力
と臨界温度の付近またはそれ以上の工程条件で、通常は
ガス状である含ハロゲン炭素化合物または炭化水素など
の低沸点高揮発分の膨脹剤によって含浸される。圧力は
急速に大気に解放されるので、タバコを膨脹させるため
またはタバコを膨脹条件に固定させるための加熱段階を
必要とすることなく、タバコは膨脹する。この工程の圧
力条件は、ｃｍ²当たり３６ｋｇ（５１２ｐｓｉ）以上
の範囲にあり、上限は未知である。

【０００７】ConradとWhiteの米国特許第４５５４９３
２号は、円筒状シェル（shell）往復動スプールアセン
ブリ（spool assembly）を含む流体圧処理装置を記載し
ており、この流体圧処理装置は、シェル外部の充填位置
とシェル内部の処理位置との間を動くために取り付けら
れている。スプールアセンブリの上の密封部材はシェル
に合うように準備され、圧力チャンバを形成する。処理
流体を圧力チャンバに送るために導管が設けられてい
る。このシステムは、充填および排出を容易にし、高圧
処理で通常使用される密封ステップとロッキングステッ
プに伴う時間をできるだけ短くする、膨脹のためのタバ
コ含浸などの高圧材料処理装置において使用するための
装置を提供した。

【０００８】Kramerの米国特許第５０６７２９３号は、
協働する移動表面が処理チャンバを密封する、動的シー
ル（dynamic seal）を形成するために機構を有する、タ
バコ材料と他の生物学的な材料を処理するための方法お
よび装置を対象としている。この特許に従って提供され
る動的シールシステムは、タバコ膨脹を含む工程のため
の超臨界温度および超臨界圧力の条件を含む、高温度お
よび高圧力の条件でタバコを処理する場合に有効であ
る。連続的工程およびバッチ式工程の両方が開示されて
いる。

【０００９】これらの上述の工程およびその他を含むタ
バコ膨脹工程は、典型的には、実質的に大気圧以上の含
浸圧力が使用されるときには、バッチ式工程で実施され
なければならない。しかしながらバッチ式処理工程は、
高圧含浸剤を容器に入れたり容器から取り出したりする
場合に必要な時間にいくらか起因するサイクル時間の増
加を必要とする可能性がある。サイクル時間を減少する
ためには、適正な高圧にあって適正な高温にまで加熱さ
れた含浸剤の一般的に連続した供給があることが必要で
ある。

【００１０】適正に上昇された温度における高い圧力を
加えた膨脹剤の実質的供給を維持することは、高価な装
置を必要とし、また工程制御を必要とする。さらに、非
常に効果的なタバコ膨脹工程中には、高圧および高温の
条件にあるエタンまたはプロパンなどの可燃性膨脹剤を
使用するものもある。これらの物質に関連する危険性を
最小限に押さえるためには、高温／高圧条件下で貯蔵さ
れた膨脹剤の量を最小限に押さえることが望ましい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高圧高温の
タバコ含浸条件を使用しながら、高温／高圧膨脹剤の貯
蔵量を最小限にする、速い処理速度でタバコを膨脹する
ために使用できるタバコ膨脹の方法および装置を提供す
る。さらに、本発明の方法および装置は、膨脹剤を圧縮
および加熱するためのエネルギー使用効率を向上させる
ことができる。その上本発明の方法および装置は、タバ
コ膨脹工程に実質的な量の加熱された高圧の膨脹剤をす
ばやく供給する能力があり、特に高圧タバコ含浸膨脹の
処理量を劇的に向上させることのできる１９９３年６月
１４日出願のLucas J. ConradとJackie L. Whiteの米国
特許出願第０８／０７６５３５号、現在の米国特許第５
４８３９７７号の方法および装置に有用である。これら
の方法は、２０〜３０秒以下のタバコ含浸膨脹のサイク
ル時間、膨脹剤として例えば２０００ｐｓｉｇと２００
°Ｆ以上の高温高圧のプロパンの使用、タバコバッチの
予備加熱、および／または高圧含浸ゾーン内でのタバコ
の圧縮を含むことが好ましい。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のタバコ膨脹の方
法および装置は、圧縮性タバコ膨脹剤を、初期温度、初
期圧力にある膨脹剤を入れたポジティブディスプレース
メント式（positive displacement）アキュムレータか
らタバコバッチ含浸チャンバに供給する。アキュムレー
タは、約１００°Ｆ以上の温度、約５００ｐｓｉｇ以上
の圧力のプロパンを含むことが好ましい。アキュムレー
タは、流体供給管路を通じてタバコのバッチを含む含浸
チャンバ中に、初期圧力と初期温度において測定された
所定の容積の膨脹剤を急速かつ強制的に排出するピスト
ンを含む。本発明によれば、所定の容積の膨脹剤は、タ
バコ含浸チャンバの容積よりも大きい。膨脹剤が、より
小さな容積の含浸チャンバ中に強制的に圧縮されると、
膨脹剤の圧力と温度は、初期圧力と初期温度より上昇
し、タバコバッチを含浸するための所望の高温条件を達
成するための所望の圧力と温度に至る。供給管路と含浸
チャンバは、両方合わせてアキュムレータの容積より小
さな容積を持つように作られている。

【００１３】したがって、本発明において使用される膨
脹剤の温度および圧力は、タバコを含浸するためにより
高い圧力と温度が必要となるまでは、所望のタバコ含浸
の温度および圧力より低く維持することができる。さら
に、外部の加熱源に依存するよりも内部的に発生する圧
縮熱によって膨脹剤をより急速に加熱することができる
ので、タバコ含浸の全サイクル時間を最小限にすること
ができる。膨脹剤の圧縮中に発生する熱は、タバコに熱
を効果的に供給することもできる。とはいえ、本発明の
方法および装置は、もっと小さな低コストの高圧容器の
使用を可能にし、高圧容器と高圧可燃性流体の貯蔵に関
連する危険性を減少するこができる。本発明の工程を実
施する場合には、様々な装置を使用することができる。

【００１４】好ましい実施の形態では、ConradとWhite
の米国特許第４５５４９３２号に開示されている形式の
スプール型タバコ膨脹装置が使用される。プロパン流体
などのタバコ膨脹剤は、高温とその臨界圧力の近くまた
はそれ以上の圧力で使用されて、加熱することなく後続
の膨脹のためにタバコを含浸する。本発明の好ましい膨
脹剤アキュムレータは、膨脹剤をアキュムレータから強
制的に排出させるためのポジティブディスプレースメン
トピストンを含む。アキュムレータを、内部で移動する
ために取り付けられたポジティブディスプレースメント
ピストンを有する円筒状容器の形で設けることは有利で
ある。このピストンが容器の一端のポートに向かう方向
に移動すると、このピストンは膨脹剤を圧縮し、同時に
膨脹剤をより小さな容積の含浸チャンバとそこまでの供
給管路中に排出する。ピストンが単一ストロークで膨脹
剤の実質的に全量をアキュムレータの外に移動させるこ
とが好ましい。円筒状アキュムレータ容器が、供給管路
と含浸チャンバとを一緒にした容積より少なくとも約５
０％大きな容積を有することが有利である。

【００１５】膨脹流体の少なくとも一部分が、タバコ含
浸チャンバから回収されて、後続の含浸サイクルにおけ
る使用のためにアキュムレータにリサイクルされること
が好ましい。タバコの含浸に続いて、膨脹剤が加圧下の
含浸ゾーンから、含浸ゾーンとアキュムレータとを連結
する流体供給管路中に解放されることが有利である。そ
れから、含浸ゾーンからリサイクルされる高圧高温の膨
脹剤はアキュムレータに集められる。アキュムレータに
戻される膨脹剤の量は、最初に含浸ゾーンに充填された
膨脹剤の全量よりも少なくなる。こうして、アキュムレ
ータ内部における膨脹剤の圧力は、通常は初期充填の圧
力より低くなる。追加の新しいまたは回収されたプロパ
ンをアキュムレータに導いて、次のタバコ含浸サイクル
操作のために高い圧力と温度の下で望みの量の膨脹剤を
供給することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の方法および装置の様々な
実施の形態について以下に説明する。本発明を、図面に
示されるものも含めて特定の方法および装置に関して説
明するが、それだけに限定されるものではないことを理
解されたい。反対に、本発明は、後述の検討と下記の詳
細な説明を考慮すれば明らかになるように、多くの代替
例、変更例、均等物を包含する。

【００１７】図１は、一般的に１９８５年１１月２６日
出願のConradとWhiteの米国特許第４５５４９３２号、
１９９６年１月１６日出願のConradとWhiteの米国特許
第５４８３９７７号、および１９９５年１１月２８日出
願のBeard他の米国特許第５４６９８７２号に従って製
造されたスプールとシェル装置を含む、本発明の好まし
い含浸の方法および装置を示し、これらの開示の全体を
参照により本明細書に組み込む。米国特許第４５５４９
３２号と前記米国特許に開示された様々な詳細部は、説
明を簡単にするためにここでは繰り返さない。ただし、
このような細部については米国特許第４５５４９３２号
とこれらの出願を参照することができる。

【００１８】図１に概略的に図示するように、タバコを
先ず調整ゾーン１０において処理し、その水分を約１６
重量％以上、好ましくは約２０重量％以上の値に上昇さ
せることが好ましい。それから水分を上昇させたタバコ
を給送ゾーン１２に移し、ここでタバコを例えば蒸気熱
を使用して加熱することができ、それから高圧含浸ゾー
ンに給送するが、この高圧含浸ゾーンは往復動スプール
とシェルの高圧流体処理装置の形をとることが好まし
い。

【００１９】スプールとシェルの高圧流体処理装置は、
円筒状シェルすなわちエンクロージャ（enclosure）１
４とスプールアセンブリ１６（spool assembly）とによ
って規定される圧力容器を含む。シェル１４とスプール
のアセンブリ１６は、ステンレス鋼などを含む何らかの
適当な材料で作ることができる。シェルとスプールの特
定の構造と寸法は、後で明らかになるように、圧力容器
内で企図される圧力に耐えるには十分である。

【００２０】スプールアセンブリ１６は、円筒状端部材
１８と連接棒２０を含む。図１に示すように、スプール
１６がシェル１４の内部にあると、端部材１８は連接棒
２０およびシェル１４と共に、密封された圧力チャンバ
すなわち圧力ゾーンを構成する所定の容積の環状空間２
２を規定する。スプールアセンブリ１６は、点線で示す
ローディング位置２４、やはり点線で示すアンローディ
ング位置（unloadingposition）２６、および図１に具
体的に示されている含浸位置との間を往復動するように
配置されることが有利である。高速動作液圧ピストンま
たは類似のモータ手段（図示せず）が、スプールを前記
三つの位置の間で動かすために、図１に部分的に示す軸
２８を介して軸方向に取り付けられている。

【００２１】スプールには、例えば先に参照した係属中
の出願に記載されているように、位置２４においてタバ
コが充填され、それからスプールは含浸位置に移動され
る。タバコは、（茎と葉脈を含む）葉、ストリップ(str
ips)（茎を除去された葉）、葉巻フィラー（filler）、
紙巻きタバコ用カットフィラー（紙巻きタバコ或は葉巻
製造用のカットまたは切り刻まれたストリップ）の形状
を含む、様々な形状のいずれにすることもできる。

【００２２】スプールアセンブリ１６の上にタバコを個
別に強制的に充填し、タバコを、（同じ水分に標準化さ
れた）同じタバコの緩い充てん密度の約１２５％から約
３００％またはそれ以上までの密度に圧縮することが好
ましい。水分含有量１２重量％を基にして計算された２
５〜３０ポンド／立方フィートの充てん密度を、先に参
照した係属中の出願に検討されているように容易に使用
することができる。タバコをスプールアセンブリ１６の
上に押し付ける手段を設けることができ、これによっ
て、端部材１８の間にあって連接棒２０を囲む環状空間
が実質的に充てんされる。タバコの量は、スプールアセ
ンブリ１６に充填する前に緩い形で測定したときのタバ
コの容積がこの環状空間の容積よりも実質的に大きいよ
うな量であることが好ましい。

【００２３】位置２４におけるスプールの充填に続い
て、スプールを含浸位置に移動させる。端部材１８の各
々は、先に参照した係属中の出願にも詳細に記載されて
いるような、エラストマー環（elastomeric ring）の形
状であることが好ましい半径方向に拡張可能な密封部材
３０を含む。密封部材は、加硫処理されたゴムなどの変
形可能なエラストマー材料で形成されることが好まし
く、そして流体管路３２を介して作動流体を受け入れる
ように配置されている。食用油などの作動流体が、液圧
アキュムレータ３４によって管路３２を通過するように
強制される。作動流体は、スプールアセンブリ１６の少
なくとも一端に連結された、図１に部分的に示す連接棒
３６を通る孔を介してスプールの一端に強制される。作
動流体はシールリング３０の内部に対して強制され、こ
の結果、シールリング３０を半径方向に外側に拡張さ
せ、圧力チャンバ２２を密封して漏れを防ぐ。

【００２４】高圧流体供給／リサイクル管路３８、およ
び回収管路４０は、シェル１４を通過し複数のポート４
２を介して連絡する。シェル１４の周囲に円周状に配置
されてもよいこれらのポートは、スプール端部材１８と
円筒状シェル１４によって規定される含浸ゾーン２２へ
の高圧流体の導入、および含浸ゾーンからの高圧流体の
排出を可能にする。外部マニホルド（manifold）４４は
ポート４２を取り巻き、流体膨脹剤を円周状ポート４２
を介してシェル１４中に送る。高圧膨脹剤はポート４２
を通じて流れ、それから、先に参照した係属中の出願に
記載されているように、スプール本体中の複数のポート
とチャネルを介して、スプール連接棒２０の周りに充填
され圧縮されたタバコ中に流れる。一対の高速動作バル
ブ４６、４８が、流体の含浸チャンバ２２への急速導入
および含浸チャンバ２２からの急速排出のために設けら
れている。これらのバルブは、含浸ゾーン２２の寸法に
応じて０．５インチから１．５インチまたはそれ以上ま
での範囲の直径のポート寸法を有するボールバルブにす
ることができ、これによって高圧流体の含浸チャンバ２
２へのおよび含浸チャンバ２２からの実質的に瞬間的な
受入れと排出をもたらす。バルブは、図示されていない
高速動作油圧アクチュエータによって自動的に開閉され
ることが有利である。

【００２５】含浸ゾーン中に残存し、アキュムレータと
チャンバにおける圧力の均等化が原因でリサイクルされ
ないプロパンをさらに除去するために、膨脹剤回収管路
４０が設けられている。これは含浸ゾーン２２からの高
圧膨脹剤の周期的除去ももたらすので、水分などを含む
汚染物質が膨脹剤中で望ましくないレベルまで蓄積する
ことはない。管路４０が任意にガス回収または廃棄ゾー
ン（図示せず）に連結され、そこからの膨脹剤の回収ま
たはエネルギーの回収に供される。排出側にも、オイル
レスコンプレッサから供給される空気式排出ノズル４１
を、タバコ排出ゾーンに設けることができる。スプール
がアンローディング位置２６に、そしてアンローディン
グ位置２６から移動されると、排出ノズルは、高圧の空
気や窒素などの流体をスプールアセンブリ１６を取り囲
むタバコに送る。それからアンローディング位置２６で
除去されたタバコを回収シュート（chute）に給送する
ことができ、この場合、膨脹剤、温度条件、タバコ内の
水分などに依存して、タバコを乾燥によってさらに処理
して膨脹を安定化するか、または加熱により膨脹を実施
または向上させることができる。

【００２６】膨脹剤入口側で、高圧ガス管路３８は、図
２に関連して以下にもっと詳細に検討するポジティブデ
ィスプレースメント式アキュムレータ５０に連結されて
いる。蒸発器５２またはその他の加熱デバイスが、膨脹
剤供給ゾーン５４からアキュムレータ５０に給送される
流体膨脹剤、好ましくはプロパンを加熱するために、ポ
ジティブディスプレースメント式アキュムレータ５０の
上流側に設けられていることが有利である。膨脹剤をア
キュムレータの内部で加熱された条件に維持するため
に、アキュムレータ５０を、加熱ジャケット（jacket）
またはその類似品（図示せず）などの様々な加熱エレメ
ントのいずれかによって加熱してもよい。高圧流体を高
い圧力で、すなわちプロパンについては約６００ｐｓｉ
ｇまでの圧力で蒸発器５２とアキュムレータ５０に給送
するために、複数の高圧ポンプ５６が蒸発器５２の膨脹
剤供給側に置かれている。単一のポンプ１８しか図示さ
れていないが、典型的には必要に応じて二台またはそれ
以上のポンプを使用して、供給源５４から給送される流
体の圧力を所望の圧力範囲にまで上昇させることができ
る。

【００２７】蒸発器５２とアキュムレータ５０との間の
供給管路３８には、高速動作バルブ６０が設けられてい
る。バルブはまた、図示されていない高速動作油圧アク
チュエータによって自動的に開閉されることも有利であ
る。

【００２８】図２は、好ましいポジティブディスプレー
スメントピストン排出アキュムレータ５０の断面図であ
り、この排出アキュムレータ５０は、圧縮性膨脹剤のバ
ッチを初期圧力でアキュムレートし、膨脹剤を強制的に
排出し、また膨脹剤を圧縮して同時に温度を上昇させる
ことができる。アキュムレータ５０は、２５００ｐｓｉ
ｇまでおよびそれ以上の高い圧力と、約２００°Ｆまで
およびそれを超える温度とで、プロパンなどの高圧高温
の流体膨脹剤を図１に示すスプール含浸器（impregnato
r）の含浸ゾーンに供給するために使用される。

【００２９】アキュムレータ５０は、円筒状容器を規定
する管状シェル６１によって形成される本体部分を含
む。シェル６１は、内面が硬化された高品質の炭素鋼な
どの高温と高圧に耐えることのできる材料で形成され
る。シェル６１によって規定された容器の一端には、動
的流体シールを規定する可動端部材６２があり、また円
筒状容器の他端には、膨脹剤を入れたり出したりするた
めのポート６６を有する端部材６４がある。端部材６２
は軸方向に動くことのできる軸７０に連結され、この軸
７０は、端部材６２と協働して、シリンダ６０の内部で
動くように取り付けられたポジティブディスプレースメ
ントピストンすなわちプランジャ（plunger）７２を形
成する。こうしてピストン７２は、流体ゾーン７４の内
部容積のすべてまたは一部分を明確に移動させることに
よって、この内部容積を変化させることができる。プラ
ンジャ７２がポート６６の方向に動かされると、プラン
ジャ７２はゾーン７４内の流体を圧縮し、同時にポート
６６を通じて流体のすべてまたは一部分を排出する。

【００３０】ピストンすなわちプランジャのヘッド７６
は、リン青銅などの適当な材料から作られる。円筒状の
動的密封部材７８はプランジャヘッド７６の外周に設け
られる。密封部材７８は、プランジャ７２が軸方向に動
く間に、シリンダ６０の内面とプランジャヘッド７６の
周囲外部との間の密封をもたらし、これを維持すること
ができる。密封部材は不活性で柔軟であり、比較的摩擦
の少ない材料で形成されていることが好ましい。

【００３１】２５００ｐｓｉｇ以上の圧力と２００°Ｆ
以上の温度で密封を維持することのできる例示的な密封
部材７８を、５個の個別の炭素パッキンリング８０〜８
８として図２に示すが、これらのパッキンリングは、プ
ランジャヘッド７６の周囲を取り囲み、プランジャヘッ
ド７６の外周とシェル６１の内部との間の密封接触をも
たらす。３個の軸方向の内側に並ぶパッキンリング８
２、８４、８６は、軸方向の外側に並ぶパッキンリング
８０、８８よりも柔軟すなわち変形可能であることが有
利である。これらのパッキンリングは、ＧＲＡＦＯＩＬ
炭素などの各種の高温安定性炭素ベースシールリング材
料のいずれか一つから成形されており、市販されてい
る。後で明らかになるように、プランジャ７２の移動中
にプランジャヘッド７６とシェル６１内面との間を密封
することのできる不活性の他の材料も使用することがで
きる。

【００３２】パッキンリング８０〜８８は、環状押込み
部材９４の耳状部９２によってパッキンリングに対して
軸方向に押し込まれた環状リング部材９０で、軸方向圧
縮下に維持されている。押込み部材９４はねじ付きボル
ト９６によってピストン部材７２に固定され、市販のス
プリングワッシャであるバイアス部材９８による所定の
バイアス力を加える。ボルト９６、圧縮部材９４、およ
び環状リング９０を介してパッキンリング８０〜８８に
伝えられる圧縮力は、スプリングワッシャ９８を部分的
に平らにするには一般的に十分である。パッキンリング
８０〜８８に加えられる軸方向の合成力は、パッキンリ
ングを半径方向に外側に拡張させ、これによって滑動す
るプランジャヘッド７６の外周面とシェル６１の内周面
との間のシールを形成する。

【００３３】ブッシング（bushing）１０１を支える軸
方向の孔を有する軸支持部材９９が、シェル６１の外端
部に取り付けられて、軸７０を支持している。軸支持部
材は、棒側１０２上のシリンダ６０内部の圧力を均等化
するために少なくとも一つのポート１００を含む。プラ
ンジャ７２をアキュムレータ５０の内部で動かすため
に、油圧シリンダまたは類似のモータ手段１０４が、連
接棒１０３を介して軸７０に結合されてる。油圧シリン
ダ１０４は、油圧力を機械的仕事に変換するための当技
術分野では周知の油圧シリンダ形式のいずれか一つにす
ることができる。連接棒１０３は、チャンバ７４から漏
れるどのような膨脹剤も収集するシェル本体１０６の内
部に配置されることが好ましい。

【００３４】図２に、完全に引き戻された位置にある油
圧シリンダを示すが、その結果、アキュムレータ５０の
内部のプランジャ７２も引き戻されて、膨脹剤の完全な
充填量をアキュムレータ５０中に残存させる。図２には
示されていないが、アキュムレータは、シリンダ６０の
外周の少なくとも一部分の周りに加熱ジャケットを備え
ることができる。加熱ジャケットは、管状の熱交換エレ
メントなどを含む、流体の加熱または容器中の流体温度
の維持あるいはその両方を行うための、当技術分野にお
いて周知の形式の装置のいずれにすることもできる。当
業者には認識されることになるように、この加熱ジャケ
ットは、アキュムレータシリンダの全長にわたって延ば
してもよい。アキュムレータの容積は、油圧シリンダ上
の機械的止め具（図示せず）を調節することによって変
更することができ、油圧シリンダの、したがってアキュ
ムレータピストンの引き戻しを限定する。

【００３５】図１に戻って、運転中は、高圧ポンプ５
６、５８を使用して、含浸ゾーン２２において膨脹剤に
よってタバコを含浸するために所望の含浸圧力より低い
圧力で、膨脹剤をアキュムレータ５０に供給する。膨脹
剤は、ポンプ５６、５８から蒸発器５２に排出される。
膨脹剤が蒸発器５２を通過すると、膨脹剤は高い温度に
予備加熱されるが、この温度は含浸ゾーン２２における
所望の含浸温度より低いことが好ましい。アキュムレー
タ５０に給送された膨脹剤の圧力は、所望の含浸圧力よ
り実質的に低いこと、すなわち所望の含浸圧力の約７５
％以下であること、所望の含浸圧力の約５０％以下であ
ることが好ましく、また所望の含浸圧力の約３３％以下
であることがさらに好ましい。これによって、タバコの
存在下で膨脹剤を実質的に加圧することができ、これに
よって膨脹剤と充填されたタバコの両方を加熱するため
の熱を発生する。

【００３６】バルブ６０は、膨脹剤がアキュムレータ５
０中に導入されると、開かれた形態に維持される。同様
に、バルブ４６が閉じた形態に維持されると、膨脹剤は
ポート６６を通じてアキュムレータ５０の内部７４に入
る。プロパンの圧力を使用してピストン７２を引き戻
し、アキュムレータへの空気の引き込みを防止する。

【００３７】プロパンの圧力が、ポンプに関連するセン
サまたはアキュムレータ５０に関連するセンサ（図示せ
ず）によって決定されるようなポンプ５６の設定点圧力
に達した後に、バルブ６０は閉じられる。

【００３８】それからバルブ４６が開かれ、ピストン７
２は力によって下向きに動かされ、これによって膨脹剤
をアキュムレータから高圧ガス管路３８と含浸チャンバ
に排出する。アキュムレータ５０、管路３８、および含
浸ゾーン２２は、管路３８と含浸ゾーン２２を一緒にし
たときの全容積が有利にアキュムレータ５０の容積より
実質的に小さくなるように、寸法決定される。こうし
て、膨脹剤がアキュムレータ５０から図１の含浸ゾーン
に排出されると、この容積は実質的に小さくなり、この
圧力と温度は実質的に、例えば本発明の好ましい実施の
形態における超臨界温度と超臨界圧力に達するレベル、
またはそれ以上のレベルに上昇する。具体的には、膨脹
剤がアキュムレータ５０から管路３８を通って含浸チャ
ンバ中に送られると、小さくした容積の高圧ガス管路３
８と含浸チャンバ２２中に排出するときにピストン７２
が加える力が原因で、膨脹剤が実質的に圧縮される。膨
脹剤が圧縮されると、この圧力と温度は、たとえばプロ
パンについては約６００ｐｓｉｇから約２５００ｐｓｉ
ｇにまで、および約１２５°Ｆから約１７５°Ｆまでの
範囲にある初期温度から約２００°Ｆから２７５°Ｆま
での範囲にある最終温度にまで、上昇する。膨脹剤が圧
縮されるときに生ずる圧縮熱は、膨脹剤に必要な事前圧
縮と予備加熱の量を減らし、さらにタバコに必要な予備
加熱の量も減らす。

【００３９】アキュムレータと管路３８の正確な構造
は、アキュムレータと管路３８の容積が特定の膨脹剤の
圧力と温度を超臨界レベルにまで上昇させるように選択
される限り、使用される膨脹剤の種類、膨脹剤の所望の
含浸温度および圧力などの様々な要因に応じて変えるこ
とができる。本発明の好ましい一実施の形態では、膨脹
剤としてプロパンを使用すると、アキュムレータは、管
路３８と含浸チャンバの容積の少なくとも約１５０％以
上、好ましくは少なくとも約２００％以上の容積を有す
ることができるので、油圧シリンダは、チャンバ容積の
約１．５倍から約５倍またはそれ以上の膨脹剤をタバコ
膨脹チャンバ中に移動させる。

【００４０】こうして、本発明の装置は、たとえば膨脹
剤を従来技術のアキュムレータ装置よりも低い圧力と温
度に維持することのできるアキュムレータを使用できる
ようにして、処理の経済性を向上させることができる。
たとえば従来技術のアキュムレータ構造では、プロパン
などの膨脹流体は、超臨界条件にまたはそれ以上に、す
なわちプロパンでは約３０００ｐｓｉｇの圧力と３００
°Ｆ以上の温度に維持されていた。これに対して本発明
では、プロパンをアキュムレータ中で、タバコの予備加
熱の度合いに応じて約６００ｐｓｉｇの圧力と約１００
°Ｆから１７５°Ｆまでの温度に維持することができ、
同時に等価の含浸条件をもたらす。

【００４１】膨脹剤がアキュムレータから排出される
と、バルブ４６が閉じ、スプールのチャンバ圧力は含浸
期間中保持される。膨脹剤の排出によってアキュムレー
タが本質的に空になることが好ましい。含浸中は、バル
ブ４６は閉じている。高圧高温にプロパンによる僅か１
秒から数秒程度にすることのできる所定の含浸期間に続
いて、バルブ４６が開いて、リサイクルのためにプロパ
ンを含浸ゾーン２２からアキュムレータに解放する。そ
れから最終減圧のため、または代替案として回収のため
にプロパンを完全に解放するために、バルブ４８は開か
れる。それからスプール１６がアンローディング位置に
移動され、膨脹または含浸されたタバコをスプールから
除去できるようにする。含浸ゾーンとアキュムレータの
間の圧力が平衡に達する時をセンサが検知し、それから
バルブ４６は閉じられる。

【００４２】当業者には理解されるように、アキュムレ
ータ５０に戻される膨脹剤の量は、膨脹剤の一部がタバ
コによって吸収され、膨脹剤の一部が平衡化圧力に達し
た後に含浸ゾーン中に残るので、含浸ゾーンに最初に充
填された膨脹剤の全量より少なくなる。こうして、アキ
ュムレータ５０内における膨脹剤の圧力は初期充填の圧
力より低くなる。例えば、アキュムレータ中の膨脹剤の
初期圧力が６００ｐｓｉｇであった場合には、圧力は６
００ｐｓｉｇ以下になる。一般に、プロパンについて
は、タバコスプールからのプロパンの約３分の２または
それ以上をアキュムレータ５０に戻すことができ、初期
プロパン圧が６００ｐｓｉｇの場合には、リサイクルさ
れるプロパンはおおよそ４７５ｐｓｉｇの圧力を有する
ことができる。

【００４３】その後に、追加の新たなまたは膨脹剤源５
４から回収されたプロパンをアキュムレータ５０に導入
することができる。センサは、アキュムレータ内の圧力
が所望の充填圧力より低くなる時を検知する。バルブ４
８が閉じ、バルブ６０が開いて、制御部はポンプを始動
させ、ポンプは直ちにアキュムレータの高圧流体すなわ
ちプロパンによる再充てんを開始する。アキュムレータ
５０は、短い期間で、たとえば図１の含浸ゾーン２２に
おいてタバコを含浸するために本発明で使用された期間
中の、約５秒から１０秒までの期間で再充てん可能であ
る。プロパンは、バルブ６０とポート６６を通じてアキ
ュムレータ５０に向けられ、約６００ｐｓｉｇの出発圧
力でアキュムレータ中にプロパンを供給する。チャンバ
の圧力が所定の条件すなわち約６００ｐｓｉｇに達する
と、バルブ６０は閉じる。

【００４４】先に言及したように、アキュムレータ内の
プロパンの圧力はプランジャ７２を引き戻すために使用
される一方で、プランジャを延ばすためには油圧が使用
される。これはアキュムレータ装置への空気の流入の可
能性を最小限にする。

【００４５】含浸チャンバ２２からのプロパンの解放の
後に、チャンバ２２の圧力を監視することが有利であ
る。含浸ゾーンにおける圧力がほぼ４７５ｐｓｉｇの平
衡化圧力に達すると、バルブ４６は閉鎖可能となり、バ
ルブ４８は開いて、残ったプロパンをプロパン廃棄また
は回収ゾーンに送る。これに加えて、アキュムレータ５
０にリサイクルすることなしに廃棄または回収するため
に、含浸チャンバ内のプロパンまたは他の膨脹剤のすべ
てまたは大部分をバルブ４８を通じて周期的に解放し、
プロパンまたは他の膨脹剤における水分または他の汚染
物質の過剰形成を防ぐことが望ましい。

【００４６】図３は、本発明の好ましい工程の流れ図で
ある。図３の工程は、先に参照した１９８５年７月３０
日発行のWhiteとConradの米国特許第４５３１５２９
号、および１９９６年１月１６日発行のConradとWhite
の米国特許第５４８３９７７号、および１９９５年１１
月２８日発行のBeard他の米国特許第５４６９８７２号
に従って実施されることが好ましい。

【００４７】図３を参照すると、ブロック１５０に示す
ように、図１のポジティブディスプレースメント式アキ
ュムレータが準備される。ブロック１５５に示すよう
に、カットされたフィラーの形であることが好ましいタ
バコを、含浸ゾーン中に入れる前に予備加熱することが
有利である。タバコの予備加熱は、含浸ゾーンにおける
適正な短いサイクル時間条件を確立するための熱も供給
する。タバコを約１２５°Ｆ以上の温度、または約１４
０°Ｆ以上の温度が好ましく、たとえば１５０°Ｆ〜１
６０°Ｆまたはそれ以上の温度に予備加熱することが好
ましい。余分の水分を、予備加熱前または予備加熱中も
しくはその両方でタバコに加えて、タバコの柔軟性を増
加させることが有利である。約１６％から３０％または
それ以上の間の水分含有量を本発明に使用することが有
利である。

【００４８】タバコの予備加熱は、加熱ドラム、マイク
ロ波エネルギー、水蒸気射出の使用を含む様々な手段の
いずれかによって行うことができる。水蒸気加熱は、熱
がより効果的にタバコに移転されると同時に水分レベル
を上げることができるので、好ましいと考えられる。

【００４９】その後に、ブロック１６０に示すように、
予備加熱されたタバコは、図１のスプールとシェルのア
センブリなどの含浸容器中に、または後で示すような他
の従来の設計のいずれかの高圧安定性密封可能容器中に
入れて圧縮する。タバコは少なくとも１．２５：１の圧
縮比、さらに好ましくは１．５：１以上の圧縮比で圧縮
されることが好ましい。タバコは、２：１以上で３：１
までの値の、およびタバコの初期の緩い充てん密度を基
にして高い圧縮率に圧縮されることが有利である。タバ
コの圧縮はタバコの密度を増加するので、含浸ゾーンに
給送されたタバコの密度は、含浸器内部の空間の使用を
実質的に改善する圧縮前のタバコ密度よりも実質的に高
い。緩い充てんタバコ密度が、タバコがタバコ葉の形ま
たはカットされたフィラーの形のいずれであるかという
こと、タバコの種類、タバコの水分含有量、およびその
他の要因を含む諸要因によって、大きく変化する可能性
があることを、当業者は気がつくであろう。水分含有量
１２％を基にして計算した２０ポンド／立方フィートの
充てん密度が、本発明で容易に使用される。充てん密度
の増加はある程度は同じ量の膨脹を達成するためのサイ
クル時間を増加するが、水分含有量１２％およびそれ以
上を基にして計算した２５〜３０ポンド／立方フィート
を超過する充てん密度も、本発明で使用されて成功して
おり、同時に２０秒以下の含浸時間を達成し、充てん容
量は５０〜１００％以上増加する。

【００５０】その後に、ブロック１６５に示すように、
圧縮されたタバコは含浸ゾーンで含浸される。含浸流体
としてプロパンを使用するときには、加熱されたプロパ
ンと予備加熱されたタバコから含浸ゾーンに供給される
熱の蓄積量が、約２４０°Ｆと約２７０°Ｆの間、好ま
しくは約２６０°Ｆの含浸ゾーンにおける含浸条件をも
たらすのに十分であることが有利である。予備加熱され
たタバコと予備加熱されたプロパンの両方によって熱が
供給されるときに、約２６０°Ｆと２５００ｐｓｉｇの
温度および圧力の条件で含浸が、約５秒またはそれ以下
で達成できることがわかった。

【００５１】上記のように、アキュムレータ５０、アキ
ュムレータからチャンバにプロパンを導くための高圧流
体供給管路３８、およびチャンバ２２の各々は、膨脹流
体がプランジャ７２の作用によって強制的にアキュムレ
ータから排出され、それから管路３８と含浸チャンバ２
２中に入り、膨脹剤は加熱され、超臨界圧近くまたはこ
れ以上の圧力であることが好ましい所望のタバコ含浸圧
と約２００°Ｆ以上の温度にまで加熱加圧されるよう
に、寸法決定される。

【００５２】プロパンまたはその他の膨脹剤の圧縮の度
合いを変えて、圧縮による膨脹剤の加熱量を変えること
ができる。圧縮によってプロパンに加えられる熱の量
は、タバコとプロパンの両方に加えるべき所望の熱量と
バランスをとることが有利である。こうして、プロパン
流体が加熱されて温度が高くなると、タバコは低い度合
いで加熱されて含浸ゾーンにおける所望の温度条件を提
供することが可能である。ただし、これ以上では含浸ゾ
ーン中のタバコが損害を受けるかもしれないという、プ
ロパンに関する上限温度があると思われる。さらに、本
発明の好ましい実施の形態においては少量の含浸流体が
使用されるので、タバコを加熱するために利用可能な含
浸流体の量は比較的少なく、したがってタバコに加える
ことのできる熱の量に限界がある。したがってアキュム
レータの容積は、含浸チャンバと供給管路を一緒にした
容積の少なくとも２倍であることが好ましい。タバコな
どの熱源から熱を加えることが望ましい。

【００５３】タバコ含浸ゾーンにおける材料の加熱を、
含浸ゾーンに加熱器を使用することなどの他の手段によ
って補充することができる。しかしながら、非常に短い
サイクル時間については、予備加熱されたタバコと追加
加熱のために圧縮された予備加熱された高圧プロパンと
の組合せは、極めて望ましい結果をもたらすと考えられ
る。

【００５４】圧縮され含浸されたタバコは、１〜２秒か
ら約２０秒までの範囲にある短い期間、含浸条件の下に
維持される。その後、図３のブロック１７０に示すよう
に圧力は解放される。圧力の解放は、実質的に瞬間的、
すなわち約１秒またはそれ以下で実施することが好まし
い。これは、圧力を急速に解放するために大きなポート
を有する高速動作バルブを使用することによって達成で
きる。それから、圧縮されたタバコは含浸ゾーンから実
質的に直ちに除去され、こうしてタバコを膨脹させるこ
とができる。タバコを膨脹した形で安定化させるのに役
立つ、例えば約１０〜１２％の水分含有量を確立するた
めに、タバコを強制乾燥空気または加熱された空気と接
触させることによって処理することが好ましい。

【００５５】膨脹剤がプロパンまたは、WhiteとConrad
の米国特許第４５３１５２９号に開示されている形式の
類似の膨脹剤であるときには、タバコを膨脹した形に固
定するためのタバコの加熱を必要としない。さらに、高
温加熱条件がないので揮発性の風味剤や砂糖などの実質
的な損失がない。しかし本発明を、タバコの膨脹を達成
または固定するための加熱を含む膨脹条件の使用を必要
とする膨脹剤も含む、他の膨脹剤とともに使用すること
もできる。

【００５６】ブロック１７５に示すように、プロパンは
後続のタバコ処理サイクルに使用するために、アキュム
レータに送られるかまたは戻される。一サイクル後のア
キュムレータ内におけるプロパンの圧力は、出発圧力よ
り、たとえば約４７５ｐｓｉｇより低くなる。その後、
ブロック１８０に示すように、アキュムレータは補給プ
ロパンによって再充てんされ、アキュムレータ中に約６
００ｐｓｉｇの出発圧力をもたらす。補給プロパンがア
キュムレータ５０に加えられている間に、ブロック１８
５に示すように、残存するプロパンが含浸ゾーン２２か
ら解放される。それからブロック１９０に示すように、
残存するプロパンは回収されるか、または廃棄箇所に移
される。それからブロック１９５に示すように、スプー
ル１６がアンローディングゾーン２６に動かされると、
含浸されたタバコは膨脹する。

【００５７】図４は、タバコの膨脹を達成するために図
１の装置に接続されて使用される、一つの好ましい制御
方法を示す。この制御システムまたは類似の制御システ
ムは、膨脹工程中の状態を監視するためのセンサを含
み、所望の短いサイクル時間すなわち２０秒またはそれ
以下のサイクル時間を達成するためには、極めて望まし
いものである。制御用のハードウェアは空気式、電気
式、または空気電気式にすることができ、当業者には明
らかになるようにマイクロプロセッサを含むことができ
る。

【００５８】図４を参照して、ブロック２００では、ス
プールがローディング位置２４にあること、および適切
な大きさのタバコ充填量がローディングのための位置に
あることを検証するために、適切なセンサが使用され
る。これらの条件は満たされている場合には、制御機構
はブロック２０５に移り、タバコはスプールアセンブリ
１６に充填される。適切な感知機構がタバコの充填を感
知し、それから制御機構はブロック２１０に移る。ブロ
ック２１０では、油圧ピストン２８が活動化されて、ス
プールを圧力シェル１４中に移動させる。位置検査スイ
ッチまたは類似品などの適切なセンサが、シェル１４の
正しい位置におけるスプールの位置を感知し、それから
制御機構はブロック２１５に移る。

【００５９】ブロック２１５では、バルブが開いて、油
圧アキュムレータ３４からの作動流体をシェル１４と接
触させるようにシール３０を半径方向に外側に強制でき
るようにする。油圧アキュムレータ３４は、約１秒間ま
たはそれ以下の期間、実質的に１秒以下であることが好
ましい期間だけ、シール３０の各々を３０００ｐｓｉの
圧力に加圧するために十分な量の作動流体を保持するこ
とが好ましい。適切なセンサが、シール３０内の流体の
流体圧力を感知し、そして圧力が所望の圧力たとえば３
０００ｐｓｉに達すると、制御機構はブロック２２０に
移る。

【００６０】ブロック２２０では、適切なセンサが、プ
ロパン供給源５４とアキュムレータ５０との間のバルブ
６０が閉じていることを検証し、それから制御機構は高
速動作充てんバルブ４６を開く。それから制御機構はブ
ロック２２５に移り、このブロック２２５では、油圧ア
クチュエータがプランジャ７２を延ばす。これはプロパ
ンなどの膨脹剤を排出するが、この膨脹剤は、タバコの
含浸に望まれるものより低い圧力と温度、たとえば約６
００ｐｓｉｇの圧力と約２００°Ｆの温度で、アキュム
レータ５０中に維持されていたものである。それから膨
脹剤は圧縮され、それから含浸ゾーン２２に入ると、例
えば２００°Ｆ以上の温度と約２５００ｐｓｉｇの圧力
に加熱される。

【００６１】それから制御機構はブロック２３０に移
り、そしてここでバルブ４６は閉じられる。上記の条件
で、また特に含浸ゾーンにおけるタバコが予備加熱され
ると、含浸は全く急速になり、数秒から約１５〜２０秒
までの間の短期間で可能である。この期間中にタイマを
動かすことができる。含浸のタイミングは、含浸ゾーン
２２におけるタバコの水分条件、温度条件、密度条件に
基づいて調節することができる。

【００６２】タイマが設定期間に達すると、ブロック２
３５に示すように、バルブ４６は再度開かれる。それか
らプロパンは含浸ゾーンからアキュムレータ５０に戻
り、この結果ピストン７２は引き戻される。それから、
上で注目したように、アキュムレータ５０中に戻された
プロパンの圧力は、所望の充填圧力よりも低くなる。す
なわち約６００ｐｓｉｇに対して約４７５ｐｓｉｇとな
る。

【００６３】それから制御機構はブロック２４０に移
り、含浸ゾーン中の圧力センサはアキュムレータ中の圧
力センサと、二つの圧力が平衡化するまで比較される。
それから制御機構はブロック２４５に移り、そしてここ
でプロパン供給バルブは閉じられ、それからバルブ４８
は開かれて、残存するプロパンを回収ゾーンに流れるこ
とができるようにする。それから制御機構はブロック２
５０に移り、含浸ゾーン２２中の圧力センサは、含浸ゾ
ーン中の圧力が所定の低圧たとえば５ｐｓｉｇ以下に低
下するまで、繰り返し読み取られる。

【００６４】この時点で、制御機構はブロック２５５に
移り、ここでバルブ４８を急速に閉じ、プロパン供給バ
ルブ６０を急速に開いて、アキュムレータ５０への補給
プロパンの送入を可能にする。それから制御機構はブロ
ック２６０に移り、ここでバルブが開かれて、作動流体
がスプール上のシール３０から除去できるようにする。
適切なセンサがシールにおける作動流体の圧力を感知
し、作動流体が所望の低い圧力に達すると、制御機構は
ブロック２６５に移る。

【００６５】ブロック２６５では、スプールアクチュエ
ータすなわち油圧ピストン２８が活動化されて、スプー
ルアセンブリ１６をアンローディング位置２６に動か
す。同時にコンプレッサが始動して、スプールが位置２
６に移動すると、高圧空気または高圧窒素をスプールに
送る。ブロック２７０では、適切なセンサが、スプール
が完全に延びたアンローディング位置に達したときのス
プールの位置を感知し、それから油圧ピストン２８は直
ちにスプールの移動方向を変えて、ローディング位置２
４に戻す。次に制御機構はブロック２７５に移り、ここ
でセンサはローディング位置２４におけるスプールの位
置を検出し、それから新しいタバコ充填量がスプールの
上にローディングされる。

【００６６】それから制御機構はブロック２８０に移
り、ここでセンサは、アキュムレータ内の圧力が望まれ
る充填圧力範囲内にあること、例えば６００ｐｓｉｇで
あることを検証する。制御機構がポンプ５６、５８の作
動を停止して、それからバルブ６０は閉じられる。次い
で制御シーケンスが始動されて、ブロック２００から再
び始める。

【００６７】ここに記載したタバコ膨脹工程の様々な態
様は、具体的に、膨脹を促進する含浸剤としてのプロパ
ンの使用と、超臨界温度近くまたはそれ以上の含浸温度
条件と超臨界圧力近くまたはそれ以上に高い圧力条件と
の共同使用に関連して、そして好ましい装置に関して検
討した。しかしながら、ここで開示された様々な重要な
タバコ膨脹の方法および装置は、その他のタバコ膨脹工
程、膨脹流体、および装置にも適用可能であると考えら
れる。たとえば同時熱発生を伴う急速膨脹剤圧縮は、後
続のタバコの膨脹のために、たとえば１００ｐｓｉｇ以
上の高圧で、様々な容器中で実行される多くのタバコ含
浸工程の処理量を実質的に向上させることができる。

【００６８】同様に、高温の含浸ゾーン中への、二酸化
炭素などの高圧含浸流体の、同時圧縮と加熱とを伴う急
速導入を使用して、膨脹剤とタバコ両方に熱を供給し、
後続の加熱ステップの前に必要な含浸期間を大幅に短縮
することができる。

【００６９】本発明を、好ましい実施の形態に関してか
なり詳細に説明した。しかしながら、前述の明細書に記
載し、添付の特許請求の範囲に定義する本発明の意図と
範囲から逸脱することなく、多くの変更、変形、改変が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】様々な操作位置を部分的に点線で示した、本発
明で使用する一つの好ましいタバコ含浸装置の概略断面
図である。

【図２】超臨界温度および圧力以上の温度および圧力を
有する流体を図１の装置に実質上瞬間的に入れることの
できる、図１に示す装置で使用するための好ましいアキ
ュムレータの断面図である。

【図３】本発明の様々な態様を使用した好ましい工程の
フローチャートである。

【図４】図１に示す装置を操作するための好ましい制御
方法のフローチャートである。

【符号の説明】

１６ スプールアセンブリ ２２ 含浸チャンバ ２４ ローディング位置 ２６ アンローディング位置 ３０ 密封部材 ３２ 流体管路 ３４ 液圧アキュムレータ ３８ 高圧流体供給／リサイクル管路 ４０ 回収管路 ４６、４８、６０ バルブ ５０ アキュムレータ ５２ 蒸発器 ５４ 膨脹剤供給源 ５６、５８ 高圧ポンプ ７２ プランジャ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホイ・スターデイバント・ベアード アメリカ合衆国、ノース・カロライナ・ 27106、ウインストン−セイレム、ウイザ ロウ・ロード・4251 (72)発明者 フランクリン・アラン・スタンプ、ジユニ ア アメリカ合衆国、ノース・カロライナ・ 27103、ウインストン−セイレム、ロツク ウツド・ドライブ・2721

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高い圧力条件の下でタバコのバッチに膨
   脹剤を含浸するための所定の容積の含浸チャンバと、 前記含浸チャンバと連絡する所定の容積の流体供給管路
   と、 初期温度および初期圧力にある圧縮可能な膨脹剤を含む
   アキュムレータとを含み、前記アキュムレータは、前記
   初期温度および初期圧力において測定された前記膨脹剤
   の初期容積を、前記アキュムレータから前記流体供給管
   路と前記含浸チャンバに強制的に排出するように適合さ
   れた排出ピストンを含み、 前記供給管路と前記含浸チャンバとを合わせた容積が、
   前記膨脹剤の初期容積より小さく、これによって、前記
   膨脹剤が前記タバコバッチを閉じ込める前記含浸チャン
   バに供給されると、前記膨脹剤の圧力と温度が前記初期
   圧力と初期温度以上に上昇する、タバコに膨脹剤を含浸
   するための装置。
2. 【請求項２】 前記膨脹剤の前記初期圧力と初期温度
   が、少なくとも約１００°Ｆの温度および少なくとも約
   ５００ｐｓｉｇの圧力である請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記膨脹剤の前記圧力と温度が、前記膨
   脹剤が前記タバコバッチを閉じ込める前記含浸チャンバ
   に供給されるとき、約２０００ｐｓｉｇ以上および約２
   ００°Ｆ以上に上昇する請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記アキュムレータから前記流体供給管
   路と前記含浸チャンバに排出される前記膨脹剤の圧力と
   温度が、前記膨脹剤の超臨界圧力に近いかそれ以上の温
   度を含む温度および圧力にまで上昇するように、前記含
   浸チャンバ、前記アキュムレータ、および前記流体供給
   管路の容積が選択される請求項１に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記アキュムレータの容積が、前記含浸
   チャンバと前記流体供給管路との全容積より少なくとも
   約５０％大きい請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記アキュムレータが、その内部で移動
   するように取り付けられたポジティブディスプレースメ
   ントプランジャを含む請求項１に記載の装置。
7. 【請求項７】 前記アキュムレータが円筒状容器の形で
   設けられている請求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記円筒状アキュムレータ中の前記プラ
   ンジャが、単一ストロークで前記膨脹剤の実質的に全量
   を前記アキュムレータ容器の外に出すように適合されて
   いる請求項７に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記プランジャが油圧アクチュエータに
   結合されている請求項６に記載の装置。
10. 【請求項１０】 所定の貯蔵圧力にある前記膨脹剤の供
    給部を含む前記アキュムレータに流体接続された膨脹剤
    供給源をさらに含む請求項１に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記膨脹剤を前記供給源から前記アキ
    ュムレータに移送するため、および前記アキュムレータ
    の圧力を増すための、少なくとも一つのポンプをさらに
    含む請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記供給源から前記アキュムレータに
    前記ポンプによって移送された膨脹剤を加熱するため
    の、前記供給源と前記アキュムレータとの間に位置する
    加熱器をさらに含む請求項１１に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記アキュムレータを前記含浸チャン
    バに流体接続および流体分離するように配置された第一
    バルブと、 前記アキュムレータを前記膨脹剤供給源に流体連結およ
    び流体分離するように配置された第二バルブと、 前記第二バルブを順次に閉じて、前記アキュムレータと
    前記膨脹剤供給源とを分離し、前記第一バルブを開け
    て、膨脹剤を前記含浸チャンバに入れ、前記膨脹チャン
    バ内のタバコバッチが含浸されている間は、前記第一バ
    ルブを閉じ、それから前記第二バルブが閉じた位置に維
    持されている間は、第一バルブを開けて、タバコの含浸
    の後に前記膨脹剤を前記チャンバから前記アキュムレー
    タに回収するための、前記第一バルブと前記第二バルブ
    とに結合された制御部とをさらに含む請求項１０に記載
    の装置。
14. 【請求項１４】 前記チャンバから膨脹剤を回収するた
    めの、前記含浸チャンバに流体接続された膨脹剤回収管
    路をさらに含む、請求項１３に記載の装置。
15. 【請求項１５】 高い温度と膨脹剤の超臨界圧力以下の
    圧力の条件下で、流体状の前記膨脹剤の供給を維持する
    ように適合されたアキュムレータと、 前記アキュムレータの一部分を形成し、前記アキュムレ
    ータから排出される前記膨脹剤の圧力と温度を、前記膨
    脹剤の超臨界圧力またはそれ以上の圧力を含む温度およ
    び圧力の条件に上昇させるように適合された、前記アキ
    ュムレータからタバコ含浸ゾーンに前記膨脹剤を急速に
    排出するためのポジティブディスプレースメントプラン
    ジャを含む、タバコ含浸ゾーンに高圧高温の膨脹剤を導
    入するための装置。
16. 【請求項１６】 前記アキュムレータにおける前記膨脹
    剤供給源が、約１００°Ｆ以上の温度および約５００ｐ
    ｓｉｇ以上の圧力に維持されたプロパンを含む請求項１
    ５に記載の装置。
17. 【請求項１７】 タバコ充填量を所定容積の含浸ゾーン
    にローディングするステップと、 初期温度および初期圧力にある圧縮可能な膨脹剤を含む
    アキュムレータから、前記初期温度および初期圧力で測
    定された所定量の前記膨脹剤を強制的に排出し、前記所
    定量が前記含浸ゾーンより大きいステップと、 前記所定量の前記膨脹剤を、より小さな容積のタバコ含
    浸ゾーン中に導入し、これによって前記膨脹剤の圧力と
    温度を前記初期圧力と初期温度以上に上昇するステップ
    を含むタバコを膨脹させる方法。
18. 【請求項１８】 前記含浸ゾーン中の前記タバコを前記
    膨脹剤に含浸するステップと、 前記含浸ゾーンから含浸された前記タバコを除去して、
    含浸された前記タバコを、前記タバコを膨脹させるため
    に十分な条件に当てるステップとをさらに含む請求項１
    ７に記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記ローディングステップが、前記含
    浸チャンバの利用可能な含浸容積を、タバコの緩い充て
    ん容積に対して少なくとも１．５：１の圧縮比で圧縮さ
    れたタバコで実質的に充てんすることを含む請求項１７
    に記載の方法。
20. 【請求項２０】 前記膨脹剤がプロパンである請求項１
    ７に記載の方法。
21. 【請求項２１】 前記アキュムレータ中の前記プロパン
    の前記初期温度および初期圧力が、約１２５°Ｆ以上の
    温度および約５００ｐｓｉｇ以上の圧力を含む請求項２
    ０に記載の方法。
22. 【請求項２２】 前記導入ステップが、前記プロパンの
    圧力が約２０００ｐｓｉｇ以上の圧力に上昇され、また
    前記プロパンの温度が約２００°Ｆ以上の温度に上昇さ
    れるような条件の下で、前記プロパン流体を前記含浸ゾ
    ーンに導入するステップとを含む請求項２１に記載の方
    法。
23. 【請求項２３】 前記タバコ充填量を前記含浸ゾーンに
    ローディングする前に、このタバコ充填量を事前加熱す
    るステップを含む請求項１７に記載の方法。
24. 【請求項２４】 前記含浸ゾーンで前記タバコ充填量を
    含浸するステップの後に、前記含浸ゾーンから前記アキ
    ュムレータに直接に膨脹剤をリサイクルするステップを
    さらに含む請求項１８に記載の方法。
25. 【請求項２５】 追加のタバコ充填量を前記含浸ゾーン
    にローディングするステップと、 前記膨脹剤の排出ステップ、導入ステップ、およびリサ
    イクルステップを繰り返すステップと、 少なくとも一つの追加のタバコ充填量を前記含浸ゾーン
    にローディングし、前記含浸ステップを少なくともさら
    に１サイクル繰り返すステップと、 その後に、前記含浸ゾーンから前記膨脹剤を除去して、
    前記膨脹剤を回収または廃棄ゾーンに送るステップとを
    さらに含む請求項２４に記載の方法。