KR102247254B1 - 녹말 함유 제품을 팽창시키는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제품의 미각이나 품질에 끼치는 원치 않는 영향을 감소시키거나 피하면서 더욱 효율적인 제품의 팽창을 제공하는 녹말 함유 제품을 팽창시키는 방법 및 장치를 제공한다. 녹말 함유 제품을 팽창시키는 방법은 제품이 하류 방향으로 고온 공정 가스에 전달되는 동안 제품이 열 충격에 의해 팽창되도록 제품을 하류 방향으로 흐르는 고온 공정 가스에서 처리하는 단계, 및 제품을 공정 가스에서 추가로 전달하고 있는 동안 냉각 매질을 주입함으로써 공정 가스의 온도를 감소시키는 단계를 포함한다.

Description

녹말 함유 제품을 팽창시키는 방법 및 장치{Method and Apparatus for Expanding a Product Containing Starch}

본 발명은, 녹말 함유 제품을 팽창시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 방법 또는 장치에 의해 팽창된 녹말 함유 제품, 예를 들어, 담배에 관한 것이다.

종래 기술에서는, 담배의 충진 성능을 개선하기 위해 담배를 팽창시키는 것이 알려져 있다. 그 해결책들의 주류는 젖은 절단된 담배를 고온과 고속의 기류 속으로 넣어서 담배가 팽창하고 동시에 건조되게 하는 것을 포함한다. 팽창하는 이유는 담배의 급격한 온도 증가와 직접적으로 관련된다. 팽창은 매우 짧은 시간 내에 고온에 노출되는 담배의 셀 구조가 변한 결과이다. 팽창 메커니즘은, 액체에서 기체로의 담배 속의 팽창 매질의 상(phase) 변화로 설명된다. 게다가, 이러한 상 변화가 생기는 속도는 팽창 수준에 있어서 매우 중요하다.

현재 사용되는 팽창 방법은 두 가지로 분류될 수 있다. 첫번째 카테고리에서는, 제품을 이산화탄소, 질소, 프레온, 또는 유기 용제 같은 팽창제로 함침시킨다. 두번째 카테고리에서는, 오직 물만 팽창 매질로서 사용한다. 첫번째 카테고리는 뛰어난 팽창을 제공하지만, 팽창제가 유용해질 수 있게 하려면 추가 함침 공정이 요구된다. 두번째 카테고리도 팽창을 제공하지만, 최대 온도에 대한 제한 때문에 효과가 감소된다. 최대 온도가 제한될 뿐만 아니라, 매우 오랜 기간 동안 적용되는 높은 온도는 팽창된 제품의 미각이나 품질에 원치 않는 영향을 끼칠 수 있다.

담배와 더불어, 상기 설명된 방법을 이용하여 팽창될 수 있는 추가 녹말 함유 제품에는 식품, 예를 들어, 옥수수나 쌀을 포함할 수 있다. 이러한 제품들은 팽창에 의해 팝콘이나 팽화미(puffed rice)로 각각 변환될 수 있다.

본 발명의 목적은 녹말 함유 제품의 미각이나 품질에 원치 않는 영향을 감소시키거나 피하면서 녹말 함유 제품의 더욱 효율적인 팽창을 제공하는, 녹말 함유 제품을 팽창시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 녹말 함유 제품을 팽창시키는 방법에 관한 것으로,

상기 제품을 하류 방향으로 흐르는 고온 공정 가스로 도입해서, 상기 제품이 상기 하류 방향으로 상기 고온 공정 가스 내에 전달되는 동안 상기 제품이 열 충격에 의해 팽창되는 단계; 및

상기 제품을 상기 공정 가스에 추가로 전달하는 동안 냉각 매질을 주입해서 상기 공정 가스의 온도를 낮추는 단계를 포함한다.

구체적으로, 상기 제품은 상기 공정 가스 내에 전달될 뿐만 아니라 상기 공정 가스에 의해서도 전달된다.

냉각 매질을 주입함으로써, 상기 제품 주위의 온도가 매우 빠르게 감소됨으로써 상기 제품이 팽창한 후에, 제품이 공정 가스에 전달되는 동안 불필요하게 열을 받지 않게 될 수 있다. 또한, 냉각 매질을 주입함으로써, 제품이 받게 되는 열을 냉각 매질이 빠르게 감소시키기 때문에, 제품이 더욱 높은 온도로 가열될 수 있고 그렇게 높은 온도에서 유지될 수 있다. 더욱 높은 온도로 가열하고 이렇게 높은 온도를 유지하여 열 충격을 향상시키기 때문에, 제품의 미각에 대한 원치 않는 영향을 방지하면서 더욱 양호한 팽창을 달성하게 된다. 본 발명에 따른 방법은 열에 대한 제품의 노출 시간을 제한하는 신뢰할 수 있는 방식을 제공한다.

따라서, 본 방법은 고온 충격으로 인해 팽창된 담배에 대해 더 높은 충진력을 가능하게 하지만 연장된 기간 동안 열에 대한 제품의 노출을 제한함으로써 미각에 대한 원치 않는 영향을 방지한다. 따라서, 냉각 개선으로 인해 제품의 미각에는 중대한 변화가 없다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.

일부 실시예들에서, 본 방법은 팽창제를 주입하지 않으며, 장치는 물만을 팽창 매질로서 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 녹말 함유 제품이 팽창을 위해 고온에 노출될 수 있게 하면서, 이러한 노출 시간을 능동적으로 제한할 수 있다. 따라서, 온도는, 팽창제를 사용하지 않고는 종래 기술에서 가능하지 않은 수준으로 상승될 수 있다. 노출 지속 시간은 제품의 제품 팽창에 요구되는 열 충격 수요에 대하여 개별적인 방식으로 더욱 자유롭게 설정되고 제어될 수 있다.

구체적으로, 공정 가스는 과열(super-heated) 증기여서, 상기 공정 가스의 열 전달 능력이 개선될 수 있다. 공정 가스는 과열 수증기를 포함할 수도 있다. 구체적으로, 본 방법은 플래시 타워(flash tower) 건조 시스템에서 수행될 수 있다.

구체적으로, 녹말 함유 제품은, 담배이며, 바람직하게는, 살담배(cut tobacco), 잎담배(tobacco lamina), 담배 주맥(tobacco stem) 또는 완전한 담배 잎(whole tobacco leaves)이다. 주맥 부분의 팽창은 충진력은 높지만 니코틴 함량은 낮은 제품을 얻을 수 있게 할 수도 있다. 다른 응용예들에서 제품은 녹말 함량으로 인해 역시 팽창될 수 있는 옥수수 또는 쌀 같은 다른 녹말 함유 제품일 수 있다.

바람직하게는, 담배는, 물 또는 약 7 내지 8중량% 이상의 물인 수분 함량을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 담배의 수분 함량은 약 13 내지 약 30중량%이다. 또한, 공정 가스 또는 냉각 매질의 특성을 조절하는 것에 의해, 구체적으로, 증기 함량을 조절하는 것에 의해, 담배의 수분 함량이 제어될 수 있다.

구체적으로, 제품을 고온 공정 가스로 도입하고 공정 가스의 온도를 감소시키는 것은 공정 가스가 흐르는 파이프의 인접하는 부분들에서 수행된다. 팽창과 냉각 동안 제품을 전달하면 제품 주위의 온도를 빠르게 변화시킬 수 있고 이에 따라 제품을 소정의 온도로 신뢰성 있게 처리할 수 있다.

냉각 매질은, 바람직하게는, 공기 같은 냉각 기체일 수도 있다. 대안적으로, 냉각 액체를 냉각 매질로서 사용할 수 있다.

냉각 매질은, 구체적으로, 물 또는 수증기일 수도 있다. 바람직하게는, 냉각 매질은 탈염수 또는 수증기이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 냉각 매질은, 질소, 이산화탄소, 또는 아르곤을 포함하거나, 질소, 이산화탄소, 또는 아르곤으로 이루어진다. 이러한 모든 매질 또는 기체들은 일반적으로 녹말 함유 제품과 화학적으로 반응하지 않으며, 따라서 제품의 미각이나 외관을 원치 않는 방식으로 변화시키지 않는다.

구체적으로, 공정 매질이나 냉각 매질 또는 공정 가스와 냉각 매질은, 약 10% 미만의 공기 또는 약 2% 미만의 산소를 포함한다. 이는 녹말 함유 제품이 산화되는 것을 방지한다. 바람직하게는, 냉각 매질 또는 공정 가스는 주로 질소와 이산화탄소로 이루어진다. 냉각 매질은, 공정 가스 흐름의 하류 방향으로 서로 이격되어 있는 여러 위치에서 주입될 수도 있다.

바람직하게는, 공정 가스의 온도는, 적어도 두 군데의 하류 위치에서 냉각 매질을 주입해서 하류 방향을 따라 공정 가스에서 음의 온도 구배를 얻을 수 있게 해서 낮아진다. 따라서, 냉각 매질을 주입하기 위한 여러 군데의 상이한 위치를 갖는 냉각 공정을 제공한다. 구체적으로, 온도 구배는, 공정 가스 흐름 방향에 있어서 소정의 거리에 걸쳐 냉각 가스를 주입함으로써 얻어진다.

구체적으로, 제품은 공정 가스에 의해 전달된다. 따라서, 제품에 대한 추가 전달 수단은 불필요하다. 그러나, 다른 실시예들에서는, 제품에 대한 전달 수단을 추가적으로 또는 대안적으로 제공할 수도 있다.

바람직하게는, 본 방법은 주입되는 냉각 매질의 양을 조절하는 단계를 포함한다. 이는 제어 수단에 의해 밸브를 작동시키는 것을 포함할 수도 있다.

일부 실시예들에서, 본 방법은 팽창 매질을 사용하지 않는다. 다른 실시예들에서는, 팽창 매질을 주입해서 제품 팽창을 용이하게 할 수도 있다. 팽창 매질은 오직 물만일 수도 있다. 그러나, 팽창 매질이 팽창제 또한 포함할 수도 있다.

본 방법은, 팽창과 냉각 후에 공정 가스로부터 제품을 분리하는 단계를 포함할 수도 있다.

본 방법은 폐쇄 루프에서 작동될 수도 있는데, 여기서, 공정 가스는 제품 분리 후에 적어도 부분적으로 또는 완전히 재순환되고 가열되어서 제품 팽창을 위해 필요한 가열된 공정 가스를 제공한다.

본 방법은 냉각 매질이 주입되는 한 위치 또는 여러 위치에서 공정 가스의 온도를 결정하는 단계를 포함할 수도 있다. 결정된 온도는 제품 팽창 또는 냉각 동안 온도 조건을 제어하는 데 사용될 수도 있다.

본 방법은 제품 팽창 동안 적어도 고온 공정 가스의 압력을 결정하는 단계를 포함할 수도 있다. 결정된 압력은 팽창 동안 압력 조건을 제어하는 데 사용될 수도 있다.

본 발명은 또한 녹말 함유 제품을 팽창시키는 장치에 관한 것으로,

공정 가스를 가열하기에 적합한 히터;

제품 유입부;

상기 제품이 전달되는 동안 상기 제품이 팽창되는 고온 구역; 및

상기 고온 구역의 하류에 있는 감온 구역을 포함하고, 상기 감온 구역은 고온 공정 가스에 냉각 매질을 주입해서 상기 제품 주변의 가스의 온도가 감소되도록 하기에 적합한 적어도 하나의 냉각 매질 유입부를 포함하고 있다.

냉각 매질을 주입함으로써, 제품 주위의 온도가 매우 빠르게 감소되어서 제품 팽창 후에, 제품이 장치를 계속 거치는 동안 제품이 불필요하게 열을 받지 않게 될 수 있다. 또한, 냉각 매질을 주입함으로써, 제품이 받게 되는 열을 냉각 매질이 빠르게 감소시키기 때문에, 제품이 더욱 높은 온도로 가열될 수 있고 그렇게 높은 온도에서 유지될 수 있다. 더욱 높은 온도로 가열하고 이렇게 높은 온도를 유지하여 열 충격을 향상시키기 때문에, 제품의 미각에 대한 원치 않는 영향을 방지하면서 더욱 양호한 팽창을 달성하게 된다. 본 발명은 열에 대한 제품의 노출 시간을 제한하는 신뢰성 있는 방식을 제공한다.

따라서, 본 발명은 고온 충격으로 인해 팽창된 담배에 대해 더욱 높은 충진력을 가능하게 하지만 연장된 기간 동안 열에 대한 제품의 노출을 제한함으로써 미각에 대한 원치 않는 영향을 방지한다. 따라서, 냉각 개선으로 인해 제품의 미각에는 중대한 변화가 없다.

구체적으로, 팽창제를 주입할 필요가 없으며, 장치는 오직 물만을 팽창 매질로서 사용할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 녹말 함유 제품이 팽창을 위해 고온에 노출될 수 있게 하면서 이러한 노출 시간을 능동적으로 제한할 수 있다. 따라서, 온도는 팽창제를 사용하지 않고도 종래 기술에서 가능하지 않은 수준으로 상승될 수 있다. 노출 지속 시간은 제품의 제품 팽창에 요구되는 열 충격 수요에 대하여 개별적인 방식으로 더욱 자유롭게 설정되고 제어될 수 있다.

구체적으로, 공정 가스는 과열 증기여서, 상기 공정 가스의 열 전달 능력이 개선될 수 있다. 공정 가스는 과열 수증기를 포함할 수도 있다. 구체적으로, 장치는 플래시 타워 건조 시스템일 수도 있다.

구체적으로, 녹말 함유 제품은, 담배이며, 바람직하게는, 살담배, 잎담배, 담배 주맥 또는 완전한 담배 잎이다. 주맥 부분의 팽창은, 충진력은 높지만 니코틴 함량은 낮은 제품을 얻을 수 있게 할 수도 있다. 다른 응용예들에서는, 제품은 녹말 함량으로 인해 역시 팽창될 수 있는 옥수수 또는 쌀 같은 다른 녹말 함유 제품일 수도 있다.

바람직하게는, 담배는, 약 7 내지 8중량% 이상의 물인 수분 함량을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 담배의 수분 함량은 약 13 내지 약 30중량%이다. 또한, 공정 가스 또는 냉각 매질의 특성을 조절하는 것에 의해, 구체적으로, 증기 함량을 조절하는 것에 의해, 담배의 수분 함량이 제어될 수 있다.

바람직하게는, 제품은 또한 감온 구역에 전달된다. 구체적으로, 고온 구역과 감온 구역은 파이프의 인접하는 부분들에 의해 형성된다. 팽창과 냉각 동안 제품을 전달하면, 제품 주위의 온도를 빠르게 변화시킬 수 있고 이에 따라 제품을 소정의 온도로 신뢰성 있게 처리할 수 있다.

냉각 매질은, 바람직하게는 공기 같은 냉각 기체일 수도 있다. 대안적으로, 냉각 액체를 냉각 매질로서 사용할 수 있다.

냉각 매질은, 구체적으로, 물 또는 수증기일 수도 있다. 바람직하게는, 냉각 매질은 탈염수 또는 수증기이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 냉각 매질은, 질소, 이산화탄소, 또는 아르곤을 포함하거나, 질소, 이산화탄소, 또는 아르곤으로 이루어진다. 이러한 모든 매질 또는 기체들은 일반적으로 녹말 함유 제품과 화학적으로 반응하지 않으며, 따라서, 제품의 미각이나 외관을 원치 않는 방식으로 변화시키지 않는다.

구체적으로, 공정 매질이나 냉각 매질 또는 공정 가스와 냉각 매질은, 약 10% 미만의 공기 또는 약 2% 미만의 산소를 포함한다. 이는 녹말 함유 제품이 산화되는 것을 방지한다. 바람직하게는, 냉각 매질 또는 공정 가스는 주로 질소와 이산화탄소로 이루어진다.

바람직하게는, 냉각 매질 유입부는 주입된 냉각 매질의 양을 조절하기에 적합한 밸브를 포함하고 있다. 구체적으로, 밸브 또는 밸브들의 처리량은 연속적으로 조절될 수 있다. 따라서, 감온 구역에서의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 구체적으로, 밸브는, 온도 조건, 구체적으로, 감온 구역의 말단 또는 내부에서의 온도를 피드백 값으로서 갖는 피드백 제어에 의해 제어될 수 있다.

다른 한 실시예에서, 여러 냉각 매질 유입부들이 감온 구역에서 하류 방향으로 연속 배열되어 있다. 바람직하게는, 두 개 내지 열 개의 냉각 매질 유입부가 제공되어 있다. 이러한 배열에 의해 공정 가스와 그 내부에 포함된 제품을 더욱 빠르고 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 또한, 감온 구역의 하류 방향에서의 온도 구배를 더욱 정밀하게 조절할 수 있다. 구체적으로, 각 냉각 매질 유입부에 밸브가 배치될 수도 있다. 바람직하게는, 밸브들은 서로 독립적으로 제어된다. 그러나, 일부 실시예들에서는, 밸브들이 서로 의존하여 제어될 수도 있는데, 예를 들어, 밸브들의 밸브 개방 정도를 비례적으로 설정해서 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 여러 냉각 매질 유입부들에 대해 오로지 하나의 밸브를 제공해서 중앙 밸브에 의해 여러 유입부들을 통한 냉각 매질의 처리량이 제어될 수 있게 할 수도 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 밸브를 제어하기 위한 제어 수단이 제공되어 있다. 구체적으로, 제어 수단은 감온 구역의 말단에서 요구되는 온도에 따라 밸브를 제어하는데, 구체적으로 센서에 의해 결정될 수도 있다.

다른 한 실시예에서는, 여러 개의 연속 배열된 냉각 매질 유입부들의 밸브들을 개별적으로 제어해서 감온 구역의 하류 방향으로 규정된 온도 구배가 가능할 수 있게 하기에 적합한 제어 수단을 제공할 수도 있다. 이는, 감온 구역에서의 온도 구배를 더욱 양호하고도 정밀하게 제어할 수 있게 한다. 구체적으로, 제어 수단은 제품의 상이한 처리량들에 따라 장치를 조절할 수 있다.

바람직하게는, 상기 장치는 팽창 매질 유입부를 더 포함하고 있다. 팽창 매질 유입부는, 구체적으로, 제품 유입부의 상류에 있으며, 더욱 구체적으로는, 히터의 상류에 있다. 구체적으로, 팽창 매질은, 증기이며, 바람직하게는, 과열 증기이다.

구체적으로, 히터에 의해 추가 열을 가해서 공정 가스가 과열 증기가 되도록 할 수 있다. 증기는, 구체적으로 담배와 함께 시스템에 도입되는 기체 또는 공기를 대체할 수 있다. 따라서, 테일 가스(tail gas) 중 일부는, 팽창 매질이 공정 가스 내에 주입되기 전에 공정 가스의 순환으로부터 제거될 수도 있다.

구체적으로, 히터는 제품 유입부의 상류에 배열되어 있다. 제품 유입부는 고온 구역에 배열되어 있을 수도 있다. 구체적으로, 히터는 공정 가스를 약 160℃ 내지 600℃로 가열하며, 바람직하게는, 약 200℃로 가열한다. 따라서, 히터는 약 220℃ 내지 1000℃의 온도로 가열된다.

다른 한 실시예에서, 상기 장치는 제품 분리 유닛을 더 포함하고 있으며, 여기서 제품이 공정 가스로부터 분리된다. 제품 분리 유닛은 중력에 의해 작동되는 제품 분리 유닛일 수도 있는데, 여기서 공정 가스 흐름이 다른 방향, 구체적으로 최상부로 유도되는 동안, 제품이 중력으로 인해 떨어지게 된다. 공정 가스의 유속은 구체적으로, 제품 분리 유닛의 파이프 또는 실린더의 직경을 증가시킴으로써 제품 분리 유닛에서 감소될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 기타 가능한 제품 분리 유닛은, 사이클론 분리 유닛 또는 시브(sieve)를 포함하고 있다.

바람직하게는, 고온 구역과 온도 감소 구역은 폐쇄 루프에 배열되는데, 이때 제품 분리 유닛은 감온 구역의 하류 위치에 배열되고, 제품 유입부는 고온 구역에 배열된다. 이는 공정 가스의 남아 있는 열을 재사용하기 때문에, 에너지 효율을 개선한다. 또한, 공정 가스에 포함되어 있는 팽창 매질을 재사용할 수도 있다. 이는, 구체적으로, 팽창 매질이 장치의 운영비에 상당한 영향을 끼치는 물질, 예컨대, 아르곤을 포함하는 경우, 유익하다.

한 실시예에서, 온도 센서들은 적어도 감온 구역을 따라 분포된다. 온도 센서들은, 바람직하게는, 여러 위치에서의 공정 가스의 온도 형태로 된 입력 신호를 적어도 하나의 냉각 매질 유입부의 적어도 하나의 밸브의 제어 수단에 제공한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 온도 센서가 감온 구역의 하류 말단에 제공되어 있다. 또한, 온도 센서들이 냉각 매질 유입부들의 앞 또는 뒤에 배열될 수도 있다. 모든 온도 센서들의 신호들이 하나의 제어 수단에 제공될 수도 있으며, 이에 따라, 제어 수단은 또한 이 온도들에 상관해서 제어에 기초로 삼는다.

또한, 일부 실시예들에서는, 본 발명에 따른 장치에 압력 센서들을 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 장치는 고온 구역에서 대기압 미만의 압력을 유지하여 제품의 팽창을 조성하도록 제어될 수 있다. 바람직하게는, 제어 수단은 고온 구역에서의 압력이 대기압보다 낮거나 대기압보다 적어도 유의하게 높지 않도록 제어하기에 적합하다.

한 실시예에서, 제품은 공정 가스의 흐름에 의해 전달된다. 구체적으로, 제품은 작은 조각들의 형태로 된 것이어서, 공정 가스가 제품 전달을 위한 충분한 힘을 가할 수 있게 한다. 바람직하게는, 공정 가스는 제품이 삽입되는 파이프를 통해 충분히 빠른 속도로 흐른다. 다른 실시예들에서, 제품은 컨베이어 벨트 등의 추가 전달 수단에 의해 전달될 수도 있다.

또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 방법이나 장치에 의해 처리된 담배를 포함하는 담배 제품을 제공한다. 담배 제품은 구체적으로 각초 담배(cut filler tobacco)이다. 그러나, 담배 제품은 또한 완전 또는 살담배 잎(cut tobacco leaves)이거나 흡연 물품 같은 최종 제품, 구체적으로, 궐련 또는 엽궐련일 수도 있다. 또한, 담배 제품은 담배를 가열만 하고 태우지는 않는 흡연 장치를 위한 담배 함유 제품일 수도 있다. 구체적으로, 담배 제품은 더욱 높은 팽창 수준을 가짐으로써 종래 기술의 팽창된 담배 제품과는 다르다. 이하, 본 발명을 다음에 따르는 도면에 도시한 바와 같은 예시적인 실시예들에 의해 더욱 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 본 발명의 한 실시예에 따른 장치는 상류 파이프(1)를 포함하고 있는데, 여기서 적어도 재순환된 공정 가스 부분들이 흐른다. 팽창 매질 유입부(2)는 상류 파이프(1)에 배열되어 있다. 팽창 매질 유입부(2)는 구체적으로 주입되는 팽창 매질의 양을 조절하기 위한 제어식 밸브를 포함하고 있다. 팽창 매질은 구체적으로 공정에서 재순환되는 공정 가스를 대체하거나 희석한다. 구체적으로, 팽창 매질은 담배에 의해 공정 가스 내로 유도되는 기체 또는 공기를 대체한다.

상류 파이프(1)는 공정 가스가 가열될 수 있는 화로(furnace) 또는 열 교환기(3)로 이어진다. 화로 또는 열 교환기(3)는 연도(flue) 가스를 공정 가스로부터 분리하기 위한 연도 가스 유출부(4)를 포함할 수도 있다. 열 교환기(3)는 재순환되는 공정 가스 또는 테일 가스의 열을 이용하여 공정 가스를 가열할 수도 있다.

열 교환기(3)의 하류에는 히터(5)가 제공되어 있을 수도 있다. 히터(5)는, 작동하는 동안 약 220℃ 내지 1000℃의 온도를 가질 수도 있고, 공정 가스를 160℃ 내지 600℃로, 바람직하게는, 180℃로 가열할 수도 있다. 열 교환기(3) 또는 히터(5)의 하류에 있는 부위는 고온 구역(6)이다. 고온 구역(6)은 구체적으로 가열 수단(3, 5)과 냉각 매질 유입부(7) 사이에서 연장되어 있다. 구체적으로, 제품 유입부(8)가 고온 구역(6)에 배열되어 있다. 제품 유입부(8)는 고온 구역에서 실질적으로 상류 위치에 배열되어 있다. 더욱 구체적으로, 제품 유입부(8)는 고온 구역(6)에서 히터(5) 또는 열 교환기(3)의 약간 하류에 배열되어 있다. 제품 유입부(8)는 시간당 제어된 양의 녹말 함유 제품을 고온 구역(6)에 연속적으로 제공하기에 적합하다. 이는, 제품 유입부(8)에 투여 수단으로서 회전 드럼을 제공해서 제품의 양이 제어될 수 있게 함으로써 달성될 수도 있다. 제품이 고온 구역(6)을 거치는 경우, 향상된 열 충격이 발생하며, 제품이 팽창된다. 담배만이 아니라, 다른 녹말 함유 제품을 팽창시킬 수도 있다.

제품은 극한 온도에 노출되는 한편, 이러한 노출 시간은 고온 구역(6)의 길이 및 그 내부에 있는 공정 가스의 유속에 의해 제한된다. 과열 공정 가스, 구체적으로, 과열 수증기를 열 전달용 매질로서 사용함으로써, 제품에 대한 높은 열 전달 계수를 달성하게 된다. 제품 유입부(7)에 의해 제공되는 담배는 구체적으로, 살담배이며, 이는 예를 들어 피복(casing), 함침, 또는 증기를 적용함으로써, 이미 전처리된 것일 수도 있다. 공정 가스의 종류, 압력, 온도 및 조성은 팽창 매질 유입부(2), 연도 가스 유출부(4), 열 교환기(3), 및 히터(5)에 의해 제어될 수도 있다.

구체적으로, 제품 유입부(8)를 통해 공급되는 담배는 적어도 약 7 내지 8중량%의 물을 포함하고 있다. 더욱 바람직하게는, 13 내지 30중량%의 담배 내 수분 함량이 바람직하다. 수분 함량은, 증기의 갑작스런 발생이 담배의 녹말의 팽창의 주요 원인이기 때문에, 담배 팽창에 있어서 중요하다. 고온 구역(6)의 하류에는 여러 냉각 매질 유입부(7)가 감온 구역(9)에 제공되어 있다. 냉각 매질 유입부(7)는 감온 구역(9)에서 연속 배열되어 있다. 냉각 매질 유입부(7)는 감온 구역(9)을 형성하는 파이프에 직접 제공되는 주입 노즐, 및 냉각 매질 유입부(7)의 각각을 통한 냉각 매질의 흐름을 제어하는 유동 제어 밸브(10)를 포함하고 있다. 냉각 매질 유입부(7)는 냉각 매질을 주입하기에 적합하다. 냉각 매질은 구체적으로 고온 구역(6)에서의 공정 가스보다 낮은 온도의 가스이다. 따라서, 감온 구역(9)에서, 공정 가스와 제품의 온도가 감소된다. 이어서, 공정 가스와 담배는 감온 구역(9)의 하류에 배열되어 있는 감소된 온도 구역(11)으로 흐른다. 공정 가스에 의해 제공되는 고온 매질에 대한 제품의 노출 지속 시간은, 구체적으로, 주입 노즐의 형태로 된 냉각 매질 유입부(7) 세트 및 제어 수단을 제공해서 공정 가스 및 제품 입자들, 구체적으로, 담배 입자들의 혼합물에 냉각 매질이 도입되어 이들의 온도를 감소시킬 수 있게 해서 제어된다. 따라서, 고온 노출의 지속 시간을 자유롭게 설정할 수 있다. 이는, 팽창제를 사용하지 않고도 종래 기술에서 가능하지 않은 고온 구역(6)의 수준으로 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 담배는 극한 온도에 노출될 수 있으며, 이는 담배의 팽창을 조장한다.

구체적으로, 감온 구역(9)은 파이프에 의해 형성될 수 있는데, 이 파이프가 흐름 방향으로 연장하는 방향은 적어도 수직 성분을 포함한다. 구체적으로, 감온 구역(9)에서의 파이프는 실질적으로 상방 수직 방향으로 연장될 수 있다. 따라서, 제품에 작용하는 중력으로 인해, 제품 흐름이 공정 가스의 흐름보다 약간 느릴 수 있고, 이는 제품이 감온 구역(9)에 있는 시간을 증가시킨다. 이는, 제어 수단과 감온 구역(9)에 의해 냉각 매질 유입부(7)에 의해 제공되는 냉각 효과를 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 유동 제어 밸브(10)는 냉각 매질을 주입하도록 제어된다. 냉각 매질 유입부(7)는 상이한 구성과 위치로 배열되어서 원하는 냉각 효과를 달성하게 된다. 본 실시예에서, 냉각 매질 유입부(7)는 감온 구역(9)의 파이프를 따라 실질적으로 등거리로 배열된다.

감소된 온도 구역(11)은 본 실시예에서 실질적으로 수평 방향으로 연장되어 있다. 감소 온도 구역(11)의 하류에는 제품 분리 유닛(12)이 제공되어 있다. 제품 분리 유닛(12)은 구체적으로 중력에 의해 작동되는 제품 분리 유닛이다. 제품 분리 유닛(12)은 그 상부 영역이 실린더이고 하부 영역이 원뿔 형상인 형태일 수도 있다. 원뿔의 최하부 위치에는 제품 유출부(13)가 제공되어 있다. 제품 유출부(13)는 개구부 또는 밀폐형 개구부일 수 있으며, 또는, 회전가능 드럼 같은 전달 수단을 포함해서, 처리된 제품을 제품 분리 유닛(12)으로부터 제거할 수도 있다. 제품 분리 유닛(12)은 그 상부 영역에서 재순환 파이프(14)에 연결되어 있다. 재순환 파이프(14) 내의 공정 가스는 약 140℃의 온도를 갖는다. 장치의 폐쇄 루프 시스템 내에서의 공정 가스의 흐름은, 재순환 파이프(14)에 제공되는 펌프 또는 팬(15)에 의해 가능해진다. 재순환 파이프(14)의 하류에는, 공정 가스의 부분이 상류 파이프(1)로 흐르기 전에 공정 가스의 다른 부분을 제거하기 위한 테일 가스 유출부(16)가 제공되어 있다. 재순환 파이프(14)와 상류 파이프(1)는 일체형일 수도 있다. 테일 가스 유출부(16)에는 테일 가스의 유출을 제어하기 위한 밸브가 제공될 수도 있다. 장치 전체에 걸쳐, 구체적으로 고온 구역(6)과 감온 구역(9)에, 그리고 일부 실시예들에서는 감소된 온도 구역(11)에도, 한 개 또는 여러 개의 온도 센서가 배열되어 있을 수도 있다. 온도 센서는 공정 가스의 온도와 담배의 온도를 제어할 수도 있다. 또한, 여러 개의 온도 센서들은 장치 전체에 걸쳐, 구체적으로, 감온 구역(9)에서 온도 프로파일을 제어할 수도 있다. 구체적으로, 감온 구역(9)에서의 온도는 냉각 매질의 종류, 온도, 부피, 유속, 또는 액적 크기에 의해 결정될 수도 있다.

일부 실시예들에서는, 압력 센서를 포함하고 이에 따라 장치 전체에 걸쳐 팬이나 펌프 및 각 밸브를 제어하는 장치에서 압력 제어를 구현할 수도 있다. 따라서, 압력을 균형 맞추거나 제어할 수 있다. 또한, 공정 가스의 유속을 제어함으로써, 제품의 고온에 대한 노출 지속 시간을 제어할 수 있다.

상술한 모든 제어 매개변수들은 제품의 유출 조건, 구체적으로, 담배의 부피 증가율인 담배의 팽창 수준, 및 열 충격 수준을 정의한다.

이하에서는, 본 발명의 한 실시예에 따른 방법을 설명한다. 우선, 적어도 부분적으로 재순환될 수도 있는 공정 가스에, 상류 파이프(1)의 팽창 매질 유입부를 통해 팽창 매질을 제공할 수 있다. 이어서, 열 교환기(3) 또는 히터(5) 혹은 열 교환기(3)와 히터(5)에 의해 공정 가스를 가열한다. 히터(5)는 구체적으로 전기 히터일 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 히터(5)는 또한 가열 매질이 흐르는 히터일 수도 있다. 이어서, 제품, 구체적으로, 각초 담배를 제품 유입부(8)를 통해 고온 구역(9)에 제공한다. 제품의 수분 및 제품의 녹말 함량 때문에, 제품의 급속한 온도 변화 동안 발생하는 열 충격이 제품을 팽창시킨다. 구체적으로, 고온 구역(6)에서의 온도보다 상당히 낮은 온도에서 제품 유입부(8)를 통해 제품을 공급한다. 구체적으로, 주변 온도 또는 심지어 주변 온도보다 낮은 온도에서 제품 유입부(8)를 통해 제품을 공급한다. 또한, 구체적으로, 물의 끓는 점보다 약간 낮은 온도로 제품을 예열할 수도 있다.

여러 개의 연속 냉각 매질 유입부(7)가 제공되어 있는 감온 구역(9)에 제품이 도달할 때까지 고온 구역(6)을 통해 공정 가스에 의해 제품을 전달한다. 냉각 매질 유입부(7)의 각각을 통해, 냉각 매질을 감온 구역(9)에 주입해서 감온 구역(9)의 온도가 급속히 감소되게 한다. 이를 위해, 냉각 매질 유입부(7)의 각각에 대해 유동 제어 밸브를 배열한다. 제품은, 감온 구역(9)을 지나, 공정 가스의 온도가 상당히 감소된, 감소된 온도 구역(11)에 도달하게 된다. 냉각 매질이 공정 가스와 제품을 빠르게 냉각하는 감온 구역(9) 때문에, 비교 대상인 종래 기술의 해결책보다 높은 온도로 고온 구역(6)에서 제품을 처리할 수 있다. 구체적으로, 제품 유입부(8)를 통한 공급 전의 제품과 고온 구역(6)에서의 온도 간의 온도 차이로 온도 충격을 정의한다. 그러나, 제품이 고온에서 매우 오랫동안 처리되면, 제품이 열화되며, 이는 제품의 미각, 구조, 또는 외관을 변화시킬 수 있어서, 바람직하지 않다.

팽창된 제품은, 감소된 온도 구역(11)을 지나, 공정 가스와 함께 제품 분리 유닛에 도달하게 되며, 여기서, 공정 가스로부터 분리된다. 이어서, 공정 가스는, 재순환 파이프(14)를 통해 상류 파이프(1)로 재순환되며, 여기서 공정 가스의 부분을 테일 가스 유출부(16)를 통해 시스템으로부터 유출할 수 있다. 장치에서의 공정 가스의 순환을 유지하기 위해 팬(15)을 재순환 파이프(14)에 제공한다. 대안적으로, 장치의 다른 위치에 팬(15) 또는 다른 임의의 순환 수단을 제공하는 것도 가능하다. 순환 수단은 중앙 제어 수단에 연결될 수도 있다. 공정 가스의 흐름, 온도, 및 냉각 매질 주입은, 중앙 제어 수단에 의해 제어될 수 있다.

1: 상류 파이프
2: 팽창 매질 유입부
3: 열 교환기
4: 연도 가스 유출부
5: 히터
6: 고온 구역
7: 냉각 매질 유입부
8: 제품 유입부
9: 감온 구역
10: 유동 제어 밸브
11: 온도 구역
12: 제품 분리 유닛
13: 제품 유출부
14: 재순환 파이프
15: 팬

Claims (15)

1. 녹말 함유 제품을 팽창시키는 방법으로,
   상기 제품은 팽창제를 포함하지 않으며,
   상기 제품을 하류 방향으로 흐르는 고온 공정 가스로 도입해서 상기 제품이 상기 하류 방향으로 고온 공정 가스 내에 전달되는 동안 상기 제품이 열 충격에 의해 팽창되는 단계; 및
   상기 제품을 상기 고온 공정 가스에 추가로 전달하는 동안 감온 구역에서 냉각 매질을 주입해서 상기 고온 공정 가스의 온도를 감소시키는 단계를 포함하고,
   여기서 상기 고온 공정 가스의 온도는 적어도 두 개의 하류 위치에서 냉각 매질을 주입해서 상기 하류 방향을 따라 상기 고온 공정 가스에서 온도 구배를 얻을 수 있도록 해서 감소되고,
   온도 센서가 적어도 감온 구역을 따라 분포되고,
   상기 주입되는 냉각 매질의 양은 밸브에 의하여 조절되고,
   상기 밸브를 개별적으로 제어하여, 상기 감온 구역의 하류방향으로 규정된 온도 구배를 가능하게 제어하는 것인, 녹말 함유 제품을 팽창시키는 방법.
2. 녹말 함유 제품을 팽창시키는 장치로,
   상기 제품은 팽창제를 포함하지 않으며,
   공정 가스를 가열하도록 구성된 히터;
   제품 유입부;
   상기 제품이 전달되는 동안 상기 제품이 팽창되는 고온 구역; 및
   상기 고온 구역의 하류에 있는 감온 구역으로, 여기서 상기 감온 구역은 고온 공정 가스에 냉각 매질을 주입하도록 구성된 적어도 하나의 냉각 매질 유입부를 포함해서 상기 제품 주변의 기체의 온도가 감소되게 하는, 감온 구역을 포함하고,
   여기서 상기 여러 개의 냉각 매질 유입부는 상기 감온 구역에서 하류 방향으로 연속적으로 배열되고,
   온도 센서가 적어도 감온 구역을 따라 분포되고,
   상기 냉각 매질 유입부는 주입되는 냉각 매질의 양을 조절하도록 구성된 밸브를 포함하고,
   상기 장치는 상기 감온 구역의 하류 방향으로 규정된 온도 구배가 가능하게끔 상기 연속 배열된 여러 냉각 매질 유입부들의 밸브들이 개별적으로 제어되도록 구성된 제어 수단을 더 포함하는, 녹말 함유 제품을 팽창시키는 장치.
3. 제2항에 있어서, 팽창 매질 유입부를 더 포함하는, 녹말 함유 제품을 팽창시키는 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 공정 가스로부터 상기 제품이 분리되는 제품 분리 유닛을 더 포함하는, 녹말 함유 제품을 팽창시키는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 고온 구역과 상기 감온 구역은 폐쇄 루프에 배열되고, 상기 제품 분리 유닛은 상기 감온 구역의 하류 방향의 위치에 배열되고, 상기 제품 유입부는 상기 고온 구역에 배열되는, 녹말 함유 제품을 팽창시키는 장치.
   
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