KR100219082B1 - 과열 증기를 이용한 담배팽화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 잎담배 줄거리와 각초의 팽화 과정에서 부스러짐 현상이 적으면서 이취가 없는 팽화물을 얻을수 있는 팽화 방법에 관한 것임. 팽화 방법은 팽화대상물을 건포화 증기와 함께 팽화관을 통과시켜 팽화시키고 배출되는 증기를 전량순환시키는 방법으로 구성됨. 본 발명에 의하면 팽화시 팽화물의 부스러짐 현상이 적고 팽화물의 함수율이 적어서 재건조할 필요가 없으며 팽화물로 제조된 담배는 풋내등의 이취가 없음.

Description

과열 증기를 이용한 담배 팽화 방법 및 장치(METHOD AND APPARATUS FOR EXPANDING THE CUT TOBACCOS USING SUPERHEATED STEAM)

본 발명은 담배를 과열 증기와 함께 팽화관을 통과시켜 팽화시키는 방법에 관한 것으로서, 특히 과열 증기를 사용하여 잎담배의 줄거리와 엽육 부분, 예를 들면 각초를 팽화시키는 방법과 이 방법에 사용되는 장치에 관한 것이다.

잎 담배의 줄거리나 각초를 포화 증기를 이용하여 팽화관속으로 주입하고 팽화시키는 방법과 이러한 방법에 이용되는 장치들은 이미 알려졌다.

한국특허공보 공번81-1620호에는 절각된 주맥을 포함하는 담배 원료를 압력0.2-7㎏/㎠, 온도 130-250℃의 수증기와 함께 수증기의 분사력으로 S자형 처리관내로 주입하여 처리관내에서 일정한 압력을 받도록 한 다음, 대기압 상태의 싸일로로 배출시키므로서 담배 원료를 팽화시키는 방법이 알려 졌다. 또한 한국 특허공보공번 84-1368호에는 각초를 고압 가스와 함께 벤츄리형 통로를 통하여 팽화관으로 공급하므로서 고압가스가 벤츄리형 통로를 통과할 때 팽화관 내부에 나타나는 흡인력에 의하여 각초의 공급이 원활하게 이루어지도록 한 담배 팽화 방법과 장치가 공개되었다. 이 특허방법들에서는 고압가스로서 고압 수증기를 사용하고 있으며, 고압 수증기는 압력 1.0-5.0㎏, 분사유속 200-500m/s로 벤츄리관내로 공급되게 되었고, 팽화관 내부의 온도는 88-98℃로 유지하고 팽화관 배출단부의 온도는 40-60℃로 유지되도록 되었다.

전술한 종래의 특허 방법들에 따르면 담배 각초가 고압의 증기 분사력에 의하여 팽화관속으로 저압 또는 상압하로 이송될 때 팽화되게 되었다. 따라서 이러한 방법에 의하면 절각된 각초나 잎담배 줄거리 등이 고압 가스에 의하여 팽화관으로 이송될때 고압 증기의 분사력에 의한 측벽과의 충돌 및 각초 상호 간의 마찰에 의하여 각초의 세포조직이 파괴되어 각초의 부스러짐 현상이 나타나게 되고 그 결과 미세한 가루가 형성되는 문제점이 나타났다. 더구나 전술한 방법에 의하면 고압 수증기로 포화수증기를 이용하고 있는데, 포화 수증기를 사용하면 처리된 담배에서 증기 열취와 풋내 등의 이취가 발생하여 끽미를 나쁘게 하는 문제점이 나타나게 된다. 특히 전술한 특허방법들에 의하면 팽화관에서 나올 때 압력과 온도가 강하되어 증기의 온도가 떨어지면서 습포화 증기와 포화수가 발생하여 후속 시스템내에 응축수가 발생하고 이 응축수가 팽화된 각초에 흡수되어 각초의 함수율이 사용 적정 함수율인 13-14％보다 높은 31-40％정도로 되게 되므로 재차 건조하여야 하는 문제점이 나타남은 물론이고 수분에 젖은 담배 가루가 후속장치의 주벽에 묻어있게 되어, 팽화된 각초의 이송에도 영향을 미치게 된다. 특히 전술한 방법에 따르면 사용된 고압 수증기를 전부 대기중으로 배출시키므로 환경공해를 유발하는 문제점이 있음은 물론이고 가열된 수증기가 대기중으로 배출되므로 열손실도 큰 것으로 나타났다.

한국 실용신안 공보 공번 89-1743호에는 팽화관에서 팽화되어 배출되는 가초로부터 고온의 수증기를 분리하고, 분리된 고온의 수증기는 흡인팬을 이용하여 일부는 외부공기와 함께 각초 이송관과 팽화관으로 공급하고 나머지 증기는 사이클론을 통하여 대기중으로 배출시키게된 팽화 장치가 기재되어 있다.

전기한 팽화 장치에 따르면 팽화에 이용된 수증기의 대분이 순환 사용되고 일부만 배출되므로 대기 오염이 적고 열효율이 높은 이점이 있으나 고온의 포화수증기를 사용하므로 전술한 종래의 특허 방법에서 나타나는 응축수의 문제가 해결되지 않고 또한 풋내가 나는 문제점이 해결되지 않았다. 그리고 전술한 장치에 따르면 일부의 고온 수증기가 대기 중으로 배출되게 되었으므로 수증기와 함께 분진과 담배 냄새도 함께 배출되어 완전한 공해 방지의 효과를 얻을 수 없었다.

본 발명의 목적은 부수러짐 현상이 적고 환경 공해가 거의 나타나지 아니하면서 함수율이 적고 이취가 없는 팽화물을 얻을수 있는 팽화 방법을 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적은 팽화관에 공급되는 증기로 280-400℃의 온도와 50-80％의 상대습도를 갖는 과열 증기를 사용하고 팽화관의 내부 압력을 60 내지 85mmHg의 정압으로 유지하면서 팽화관 내에서의 증기 체류시간이 0.01초 내지 1.0초로 되도록 과열 증기를 팽화관속으로 공급하여 담배를 팽화시키는 본 발명의 과열 수증기를 이용한 담배 팽화방법에 의하여 달성된다.

제1도는 본 발명의 팽화 방법에 사용되는 팽화 장치의 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공급기 2 : 호퍼

3 : 에어록 4 : 팽화관

5 : 순환관 6 : 탄젠탈 분리기

7 : 사이클론 8 : 순환팬

9 : 급기팬 10 : 연소기

11 : 분지관 12 : 수증기 공급관

13, 14 : 열교환기 15 : 벤추리관

본 발명의 방법은 팽화관내의 정압을 60 내지 85mmHg로 유지하면서 담배를 팽화관내로 공급함과 동시에 280-400℃의 온도와 50-80％의 상대습도를 갖는 과열 증기를 팽화관 내의 증기 체류시간이 0.01-1.0초가 되도록 팽화관 내로 공급하여 담배를 팽화시키고 배출되는 가열증기는 외부로 배출시킴이 없이 외부에서 공급되는 수증기와 함께 재가열하여 팽화관으로 공급하여 재사용하는 방법으로 구성된다.

본 발명에서, 팽화 대상물이 되는 잎담배는 잎담배를 줄거리와 엽육 부분, 예를 들면 각초를 포함한다.

본 발명에 따르면 과열 증기는 10-60m/s의 유속으로 팽화관 내부로 유입되며, 이와 같은 과열 증기의 유입은 팽화관 하류에 설치된 순환팬에 의하여 팽화관 내부에 형성되는 정압에 의하여 이루어진다. 전술한 팽화관 내의 정압은 팽화관에서 배출되는 가스의 20％ 정도를 외부 공기와 함께 연소기로 보내어 연소시킴으로서 달성되게 된다.

본 발명에 따르면 팽화관에서 배출되는 팽화된 담배와 증기-함유 가스는 탄젠탈 분리기에서 분리된다. 탄젠탈 분리기는 담배공장에서 담배를 공수할 때 사용하는 통상적인 고체-가스 분리장치로서 이미 알려진 것이다. 탄젤탈 분리기에서 분리된 팽화된 담배는 후속 가공 공정으로 보내고 증기-함유 가스는 사이클론으로 보내어 가스 중에 함유된 미세한 분말을 분리한 후, 증기-함유 가스는 순환 팬을 통하여 열교환기로 보내어 280-400℃로 가열한 후 팽화관으로 순환시킨다. 그리고 사이클론에서 분리된 미세한 분말은 증기 가열용 연소기로 보내어 연소시킨다.

본 발명에서는 순환팬으로부터 가열기로 보내는 순환 증기에는 수증기를 공급하여 팽화관으로 공급되는 과열 증기가 50-80％의 상대습도를 유지하도록 한다. 그리고 순환팬에서 나오는 증기의 일부, 예를 들면 20％ 정도의 증기 함유 가스는 신선한 공기와 함께 가열기에서 예열하여 연소기로 보내어 연소시키고 나머지 40％ 정도의 증기 함유 가스만이 팽화공정으로 순환시킨다. 이러한 방법에 의하면 팽화관에서의 팽화 단계로부터 순환팬까지의 처리 경로가 밀봉상태로 유지되므로 순환팬의 흡인력에 의하여 팽화관 내부는 정압상태로 유지되게 되고 팽화관 내의 증기 체류시간이 조절되게 된다.

본 발명은 또한 전술한 팽화방법에 이용되는 팽화 장치에도 관계되는데, 본 발명의 장치는 팽화시킬 담배 공급용 에어록을 갖는 호퍼가 장비된 담배 공급기, 담배 공급기에서 공급되는 담배를 팽화시키는 팽화관, 팽화관에서 배출되는 팽화된 담배와 증기를 분리하는 탄젠탈 분리기, 탄젤탈 분리기에서 팽화된 담배로부터 분리되어 나오는 증기로부터 미세한 분말을 분리하는 사이클론, 사이클론에 연결되어 팽화관의 내정압력이 60 내지 85mmHg의 정압으로 되도록 사이클론과 탄젠탈 분리기를 통하여 팽화관 내의 증기를 흡입하는 순환 팬, 순환 팬과 팽화관을 연결하는 순환관에 설치되어 순환팬에서 팽화관으로 공급되는 증기를 가열하는 열교환기 및 열교환기에 열을 공급하는 연소기로 구성된다.

전술한 장치에서는 필요에 따라서 연소 효율을 증가시키기 위하여 연소기로 공급되는 일부의 증기-함유 가스와 외부에서 공급되는 신선한 공기를 가열하기 위한 제2의 열교환기를 연소기에 설치할 수도 있다. 그리고 팽화시킬 담배의 원활한 유입을 위하여는 팽화관의 입구측에 벤추리관을 연결하여 담배와 과열 증기가 벤추리관을 통하여 팽화관내로 공급되게 할 수도 있다.

본 발명에 사용하는 탄젠탈 분리기는 담배공장에서 각초의 공수에 사용하는 통상적인 것을 사용한다.

이하 본 발명에 사용되는 팽화장치의 한 예를 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 의하면 팽화장치는 담배 공급기(1)와 팽화관(4)을 포함한다. 공급기(1)는 호퍼(2)와 에어록(3)을 갖고 있으며, 공급기(1)의 배출구 측에는 팽화관(4)에 연결된 벤추리관(15)이 설치되었다. 도면에는 벤추리관(15)이 팽화관(4)과 분리되게 표현되었으나 이 벤추리관(15)은 팽화관(4)의 입구측에 바로 결합되었다. 팽화관(4)의 출구측에는 고체-가스 분리기인 탄젠탈 분리기(6)가 도관에 의하여 연결되었으며, 탄젤탈 분리기의 가스 배출구 측에는 증기 중에 함유된 분진을 분리하는 사이클론(7)이 연결되었고 사이클론의 가스 배출구 측에는 사이클론으로부터 공기를 흡입하는 순환팬(8)이 연결되었다. 전술한 구성에 따르면 팽화관(4)과 순환팬(8)사이가 밀봉상태로 되므로 순환팬의 흡입력이 팽화관 내에까지 전달되어 팽화관 내부는 정압상태로 되게된다.

전술한 순환팬(8)의 배출구 측에는 순환관이 연결되었으며, 이 순환관은 주관(11)과 직경이 주관의 1/5정도 되는 분지관(11')으로 분할되어 있어서 순환되는 증기-함유 가스는 주관과 분지관으로 분리되게 되었다. 주관(11)은 연소기(10)에 설치된 열교환기(13)를 통하여 팽화관(4)에 연결된 순환관(5)에 연결되었고, 순환팬(8)과 열교환기(13)사이의 주관(11)에는 수증기 공급관(12)이 연결되어 열교환기로 공급되는 순환가스에 수증기를 공급하게 되었다. 그리고 주관에서 분지된 분지관(11')은 급기팬(9)을 갖고있는 공기 공급관에 연결되었으며, 분지관(11')을 통하여 배출되는 증기-함유 가스는 공기 공급관을 통하여 공급되는 신선한 공기와 함께 열교환기(14)에서 예열된 다음 연소기(10)로 공급되어 연소되게 되었다. 전술한 열교환기(13)는 순환관(5)으로 순환되는 증기를 280-400℃로 가열할 수 있게 되었다. 전술한 구성에 따르면 순환팬(8)에서 배출되는 모든 증기가 시스템 내부에서 이용되고 대기중으로 배출되지 않으므로 공해문제가 발생하지 않게 된다.

이하 본 발명의 방법을 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

잎담배 주맥 원료를 고온 가습하면서 당류, 유기산류, 보습제 등을 첨가하여 20-45％의 함수분으로 조화한 후 압전폭 1-2㎜로 압전하여 0.15-0.25㎜의 각폭으로 잘게 절각한다. 절각된 주맥 원료를 호퍼(2)를 통하여 공급기(1)로 공급하면서 순환팬(8)을 가동하여 팽화관(4)의 내정압력이 60 내지 85mmHg의 정압으로 되도록 유지시키고, 열교환기(13)에서 280-400℃로 가열된 상대습도 50-85％의 과열 증기를 팽화관(4)내의 증기 체류 시간이 0.01-1.0초로 되도록 16-50m/s의 속도로 팽화관(4)속으로 공급하면 주맥 원료는 팽화관 내의 정압에 의하여 로터리 에어록(3)을 통하여 자동적으로 팽화관내로 공급되게 된다. 이때 주맥 원료가 팽화관내로 원활하게 공급되도록 하기 위하여는 에어록(3)과 연결되는 팽화관(4)의 입구 측에 벤추리관(15)을 설치하여 벤추리관(15)에 과열 증기 유입관을 연결하면 벤추리관속으로 분사되는 과열 증기의 분사 속도에 의하여 주맥 원료가 보다 원활하게 팽화관 속으로 유입되게 된다.

팽화관(4)에서 배출되는 팽화된 잎담배 주맥과 증기-함유 가스는 팽화관에 연결된 각초의 공수에 사용되는 공지의 탄젠탈 분리기(6)에서 분리하여 잎담배 주맥은 후속 가공공정으로 보내고 증기-함유 가스는 사이클론(7)으로 보내어 미세한 분진을 분리제거하고 주관(11)으로 배출되는 가스중의 약 4/5 정도는 외부에서 수증기 공급관(12)을 통하여 공급되는 수증기와 함께 열교환기(13)에서 가열한 다음 순환관(5)을 통하여 팽화관으로 보내고 분지관(11')으로 배출되는 1/5 정도의 가스는 외부에서 공급되는 신선한 공기와 함께 급기팬(9)을 거쳐 열교환기(14)에 보내어 예열한 다음 연소기(10)로 공급하여 연소시킨다. 전술한 조건으로 팽화된 잎담배 주맥은 13-14％의 함수율을 나타내므로 후속 가공단계에서 건조하지 않아도 된다.

본 발명에 따르면 순환팬(8)에서 배출되는 가스중의 일부를 분리하여 연소기로 보내고 일부의 가스만을 팽화관으로 순환시키도록 되었다. 만약 일부의 가스를 분리하지 않고 전량을 재순환시키면 상대습도가 낮아져서 팽화 효율이 저하되고 습도를 높히기 위하여 외부의 수증기를 부가적으로 공급하면 팽화관 내로 공급되는 증기의 압력이 높게 되어 요구하는 팽화관의 내정압력을 정압으로 유지할 수 없으므로 외부에서 공급되는 수증기의 양 만큼 순환되는 가스의 일부를 분리하여 제거하여야 한다. 따라서 팽화과정에서 손실된 열을 보충하고 상대습도를 요구하는 수준으로 유지하기 위하여는 수증기 공급관(12)을 통하여 수증기를 공급하고 순환 가스와 수증기를 연소기(10)에 연결된 열교환기(13)로 공급하여 280-400℃로 가열한 다음 팽화관으로 공급하여야 한다. 그리고 시스템외부로 배출되는 일부의 가스는 대기 중으로 배출되면 담배 냄새 등의 공해를 유발하므로 새로운 공기와 함께 예열한 다음 연소기로 보내어 연소시키므로서 환경공해가 나타나지 않게 된다.

본 발명에 의하면 팽화 과정에서 잎담배의 부스러짐 현상이 적게 나타나고 팽화된 담배는 후속 가공 공정에서 재건조할 필요가 없으며, 본 발명에 의하여 처리된 담배 줄거리를 배합한 담배는 냄새와 맛이 개선된다.

특히 본 발명에 의하면 팽화된 담배의 수분 함량이 적어서 후속 처리공정에서 담배 가루 등이 저리장치의 주벽에 묻어나지 않는 효과도 얻을 수 있다.

[실시예 1]

직경 100㎜, 길이 9㎜인 팽화관(4)에 함수분 31％로 가습하여 0.15㎜각폭으로 절각한 황색종 잎담배 줄거리를 시간당 100㎏으로 공급하면서 팽화관 내에서 표 1에 기재된 처리조건으로 팽화시킨다. 팽화된 잎담배 줄거리와 처리증기는 탄젠탈 분리기(6)에서 분리하고, 분리된 증기는 사이클론(7)으로 보내어 증기 중의 미세 분말을 분리하여 제거하고 분리된 처리증기는 순환팬(8)으로 순환시킨다. 분지관(11')에서 배출되는 증기는 급기팬(9)에서 공급되는 외부 공기와 함께 열교환기(14)에서 예열한 다음 연소기(10)로 공급하여 연소시키고, 주관(11)에서 배출되는 증기의 주류는 수증기 공급관(12)에서 공급되는 수증기와 함께 열교환기(13)에서 가열한 다음 순환관(5)을 통하여 팽화관(4)에 연결된 벤추리관(15)속으로 순환시킨다.

팽화 조건과 팽화율은 표 1에 기재한다.

[실시예 2]

실시예 1과 같은 조건으로 버어리종 잎담배 줄거리를 처리하여 이화학성을 분석하였다. 실험 결과는 다음과 같다.

[끽미 대비 실험]

황색종 잎담배 줄거리를 1.0-2.0㎜로 압전하고 0.20㎜의 각폭으로 절각하여 실시예1과 같은 조건으로 팽화 시킨다. 팽화된 잎담배 줄거리 14％, 황색종 잎담배 45％, 버어리종 잎담배19％, 오리엔트종 6％, 판상옆 16％를 배합하고 물 32㎏, 설탕 9㎏, 글리세틴 9㎏, 구연산 6㎏을 첨가하여 수증기로 고온 가습시킨 후 궐련을 만든다.

동일한 방법으로 본 발명에 의한 팽화된 잎담배 줄거리 대신 팽화시키지 아니한 담배줄거리 14％를 사용하여 대조용 권련을 만고, 두 궐련에 대한 끽미를 평가한 결과 대조용 궐련에서는 청취미, 풋내, 공기 열취와 같은 냄새와 맛이 있었으나, 본 발명에 의하여 팽화된 담배줄거리를 배합한 제품에는 이와같은 궐련 냄새와 맛이 개선되었다.

Claims (5)

1. 담배 줄거리와 각초를 포함하는 잎담배를 수증기를 포함하는 고온의 가스와 함께 팽화관을 통과시켜 팽화시키는 잎 담배 팽화방법에 있어서, 팽화관(4)에 연결된 순환 팬(8)으로 팽화관에서 배출되는 증기를 강제로 배출시켜 팽화관 내부의 압력을 60 내지 85mmHg의 정압으로 유지하고 배출되는 증기의 일부는 외부에서 공급되는 수증기와 함께 예열하여 280-400℃의 온도와 50-80％의 상대습도를 갖는 과열증기를 생성시키고 생성된 과열 증기를 팽화관(4)내의 체류시간이 0.01-1.0초로 되도록 순환관(5)을 통하여 16-50m/s의 속도로 팽화관 내로 공급하며, 팽화시킬 잎담배는 팽화관 내의 정압과 공급되는 과열 수증기에 의하여 팽화관(4) 내로 공급되도록 되었음을 특징으로 하는 과열 증기를 이용한 담배 팽화방법.
2. 제1항에 있어서, 팽화시킬 담배의 함수량이 20-45％임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 팽화시킬 담배와 과열 증기가 벤추리관을 통하여 팽화관내로 공급되게 되었음을 특징으로하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 배출되는 가스의 20％ 정도는 외부에서 공급되는 신선한 공기와 함께 연소기(10)로 공급되어 연소되고, 나머지 80％ 정도는 팽화관으로 순환되게 되었음을 특징으로 하는 방법.
5. 에어록(3)을 갖고있는 팽화관(4), 팽화관에 도관을 통하여 연결된 팽화된 담배를 분리하는 탄젠탈 분리기(6), 탄젠탈 분리기의 증기 배출구 측에 연결된 분진제거용 사이클론(7), 사이클론의 증기 배출구 측에 연결된 순환팬(8) 및 열교환기(13)를 포함하는 담배 팽화장치에 있어서, 순환팬(8)이 사이클론(7)의 증기 배출구측에 설치되어 팽화관내의 정압이 60 내지 85mmHg로 되게 팽화관내의 증기를 사이클론과 탄젠탈 분리기(6)를 통하여 흡입하도록 되었고, 순환팬에 연결된 순환관은 배출되는 증기의 주류를 팽화관으로 공급하는 주관(11)에는 일부의 공기를 분리하여 배출하는 분지관(11')과 수증기 공급관(12)이 연결되었고, 주관(11)은 증기를 280-400℃로 가열하는 열교환기(13)를 거쳐 순환관(5)에 연결되었으며, 열교환기(13)는 분지관(11')를 통하여 배출되는 증기를 연소시키게된 연소기(10)에 설치되었음을 특징으로 하는 담배 팽화장치.