KR950008548B1 - 기포 물질을 팽창시키는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

기포 물질을 팽창시키는 방법 및 장치

제1도는 본 발명의 원리에 따라서 기포 물질을 액화가스로 함침시키는 시스템의 바람직한 실시태양을 도시 하고,

제2도는 제1도에서 예시한 장치의 변형을 예시한다.

본 발명은 기포 물질을 승압에서 액화가스로 함침시키고, 기포 물질로부터 과잉의 액화가스를 제거하고, 함침된 가스를 기화시켜 기포 물질을 팽창시키는 상기 기포 물질의 팽창방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 전체 함침공정을 통해 액화가스 저장용기내의 액화가스의 온도변화를 감소시키는 방법에 관한 것이다.

기포 뭍질을 가공할때 상기 물질의 밀도를 감소시킬 필요성 및 요구가 빈번하게 존재한다. 에를들면 담배 또는 기타 흡연 제품, 과일, 야채, 육류, 곡류 및 기타 식품과 같은 기포성 제품을 건조시킬때, 이들은 일반적으로 수축된다. 이러한 제품들의 성질, 예를들면 연소 특성, 흡수성 및 외관을 개질시키기 위해서 상기제품들을 팽창시키는 것이 종종 바람직하다. 유사하게, 셀룰로즈 물질, 예를들면 톱밥, 분쇄된 섬유 물질등과 같은 기타의 셀룰로즈 물질의 흡수성 또는 단열성을 증가시키기 위해서 상기 물질들을 팽창시키는 것도 종종 바람직하다.

기포 물질을 팽창시키는 다수의 방법이 공지되어 있다. 일반적으로, 상기 방법은 팽창제, 즉 액체에서 기체로의 상 변화에 의해 팽창될 수 있는 물질을 상기 물질의 기포에 도입시키고 팽창제를 팽창시키도록 함을 포함한다. 상기 개시된 기포 물질중의 하나를 팽창시키는데 특히 적합한 방법은 기포 물질에 불활성인 액화가스를 상기 물질을 함유하는 밀봉용기에 도입시키고 ; 액화가스가 상기 물질의 기포에 침투할 수 있도록 충분한 기간동안 기포 물질을 액화가스 안에 침지시키고 ; 과잉량의 액화가스를 기포 물질로부터 제거하고 ; 기포 물질을 가열함으로써 상기 물질의 기포내의 액화가스를 기화시킴으로써 상기 기포 물질을 팽창시킴을 포함한다. 기포내에서 기화된 액화가스의 증가된 압력이 기포 물질을 팽창시키는 원인이다.

기포 물질을 승압에서 액화가스 팽창제, 예를들면 액화 이산화탄소로 함침시키고 ; 기포 물질로부터 과잉의 팽창제를 제거하고 ; 기포 물질이 포함된 용기내의 압력을 감소시켜 고형화되도록 하고 ; 기포물질을 예를들면 고온 가스 스트림(예:증기, 공기등)에 노출시킴으로써 가열하여 팽창제가 증발되거나 또는 승화됨으로써 기포 물질을 팽창시키는 것이 또한 공지되어 있다. 고형화된 팽창제는 가스 형태의 팽창제가 기포 물질로부터 이탈될 수 있는 속도보다 큰 속도로 기화한다. 이러한 처리의 결과로서, 기포 물질은 강제로 팽창된다.

미합중국 특허 제4,340,073호에는 담배와 접촉시킨 이산화탄소가 액체형태이도록 하는 조건하에서 상기담배를 이산화탄소로 함침시키고, 과잉의 액화 이산화탄소를 담배로부터 제거하고, 함침된 담배의 압력을 감소시켜 담배 조직내에서 이산화탄소를 고형화시키고 대기압에서 담배를 급속 가열하여 이산화탄소를 기화시키고 담배를 팽창시키는 담배의 팽창 방법 및 장치가 개시되어 있다.

영국특허 명세서 제1,484,536호에는 액체 이산화탄소를 사용하여 유기물질을 팽창시키는데 특히 유용한방법이 개시되어 있다. 상기 특허의 방법은 팽창시킬 물질을 함유하는 용기를 약 200 내지 1070psia 범위의 압력으로 이산화탄소로 가압하고, 용기내에 상기 압력을 유지시키면서 상기 물질을 액체 이산화탄소에 침지시킴으로써 상기 물질을 액체 이산화탄소로 함침시키고, 함침용기로부터 과잉의 액체 이산화탄소를 제거하고, 상기 용기를 실질적으로 대기압으로 감압시킴으로써 상기 물질상의 및 그 안의 액화된 이산화탄소가 고형화되게 하고, 상기 용기로부터 함침된 물질을 제거하고, 상기 물질을 가열하여 상기 물질을 적어도 10%까지 팽창시키는 단계들을 포함한다. 상기 특허 명세서의 방법에서, 함침용기를 가압하는데 사용되는 이산화탄소는 액체 이산화탄소를 함침실에 제공하는데 사용되는 프로세스(process)용기의 증기 공간으로부터 취한다. 상기 특허 명세서에는 또한 함침실로부터 액체 이산화탄소를 제거한 후에, 함침실을 대기 또는 이산화탄소 회수 시스템으로 배기시킬 수 있다.

미합중국 특허 제4,165,618호에는 액화 이산화탄소와 같은 액체 저온물질을 사용하는 영국특허 명세서 제1,484,536호에 개시된 것과 유사한 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 상기 특허의 방법에서는, 가스를 액체저온물질 저장용기의 증기 공간으로부터 함침용기로 이동시킴으로써 담배가 함침된 용기를 퍼징시키고 가압시킨다. 가압시킨 다음, 액체 저온물질을 액체 저장용기로부터 항침용기로 옮긴다. 담배를 예정된 기간동안 액체 저온물질에 침지시키고, 그후에 액체 저장용기로 회수한다. 액체 저온물질을 제거한 후에 함침용기내에 남아 있는 가스상 저온물질을 가스가 압축된 일련의 어큐뮬레이터로 운반하여 결국 액체 저온물질의 주저장조로 회수한다.

상기 특허들에 개시된 방법들은 함침용기를 퍼징시키고 가압하는데 사용되는 가스가 액화가스 저장용기의 증기 공간으로부티 나온다는 불리한 점을 갖는다. 불행하게도, 상기 용기의 증기 공간으로부터 가스를 제거하는 것은 용기내의 압력을 감소시키고, 이에 의해서 용기내의 평형균형이 깨지고 용기내의 액체는 비등하게 된다. 이는 차례로 액체를 냉각시킨다. 용기내의 압력과 온도를 원하는 평형치로 복원시키기 위해서, 저장용기내의 액체를 자주 가열하는 것이 필요하다. 저장용기내의 액체 및 증기의 온도와 압력이 평형을 유지하도록 저장용기의 내용물을 가열하는 것은 함침공정의 비용을 현저하게 증가시킨다.

배기가스를 회수하여, 압축시킨 후에 저장용기를 다시 회수하는, 상기 논의된 미합중국 특허 제4,165,618호에 개시된 것과 같은 방법에서, 액체 저온물질로부터 소실된 약간의 열은 고온압축 가스를 저장용기로 다시 회수함으로써 대체될 수도 있다. 상기 가스의 온도는 압축시 상승하므로 고온이다. 그러나, 압축된 가스로부터 저장용기로 다시 회수된 추가의 열은 저장용기내에 원하는 압력 및 온도 평형을 유지시키는데 부적합하다. 따라서, 저장용기내에서 상기 액체가 온도 및 압력 평형을 다시 확립하도록 가열할 필요성이 여전히 존재한다.

미합중국 특허 제3,771,533호에는 담배를 암모니아와 이산화탄소의 혼합물(이들은 반응하여 탄산암모늄을 형성한다)로 함침시키는 방법이 개시되어 있다. 상기 탄산암모늄은 이후에 열에 의해 분해되어 함침된 담배를 팽창시키는 가스를 방출한다. 미합중국 특허 제4,165,618호에는 담배 및 유사제품의 팽창시에 함침제로서 다양한 액화 불활성 저온물질, 예를들면 질소, 산소, 아르곤, 수소, 헬륨, 메탄, 프레온가스, 일산화탄소 및 이산화탄소의 용도가 개시되어 있다.

액화가스 함침공정의 경제성을 개선시키기 위해서, 상기 공정의 비용을 보다 낮추는 개선이 끊임없이 추구되고 있다. 본 발명은 합침공정의 비용을 감소시키는 개선방법을 제공한다.

본 발명의 목적은 기포 물질을 팽창시키는 개선된 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 액화가스를 사용하여 기포 물질을 팽창시키는데 보다 효과적이고 경제적인 방법 및 개선된 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기포 물질을 액화가스로 함침시키는데 사용되는 챔버에서 퍼징 및 압력의 균등화를 위해 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 함침공정의 전 과정을 통해 기포 물질 함침 시스템증 저장용기내에 함유된 액화가스의 온도변화를 감소시키기 위해 개선된 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적 및 잇점은 첨부된 도면과 함께 하기 본 발명의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따라서, 기포 물질을 팽창시키는 방법에 있어서 개선점이 제공된다. 본 발명의 광범위한 실시태양으로 본 방법은 하기 단계들을 포함한다 ; 기포 물질을 주위환경으로부터 밀봉시킬 수 있는 함침용기에 채운다. 함침용기는 그의 윗면 부근의 상부영역에 위치한 개구부 및 바닥 부근에 위치한 개구부를 갖는다. 함침용기의 상부 개구부는 항상, 처리하기 위해 함침용기에 채워지는 기포 물질의 상한선 위에 존재하도록 위치한다. 함침용기에 기포 물질을 채우고 용기를 밀봉시키고 저압 불활성가스로 퍼징시킨다. 저압가스의 압력은 중요하지 않으나, 일반적으로 약 15 내지 300psia 범위이다. 퍼징단계동안, 공기 및 기타 비-응축성 물질들은 상부 개구부를 통해 강제로 함침용기 밖으로 내보내고 이 물질들을 대기 배기구를 통해 대기중으로 방출시킨다. 퍼징단계의 종료시에 함침 챔버를 동일한 불활성가스이지만, 함침용기를 퍼징시키는데 사용되는 불활성가스의 압력보다 실질적으로 큰 압력으로 가압시킨다. 가압가스의 압력은 적어도 하기 개시된 액화 불활성가스 프로세스 용기내의 압력 정도로 높다.

가압단계 후에, 기포 물질이 액화 불활성가스에 완전히 잠기는데 충분한 용량의 액화된 형태의 동일한 불활성가스를 상기가 저장된 프로세스 용기에서 함침용기로 이동시킨다. 프로세스 용기내에서 액화 불활성가스는 약 300 내지 약 1200psia 범위의 압력으로 유지되며, 선택된 압력은 사용되는 액화가스, 처리하는 기포 물질 및 기타 변수, 예를들면 원하는 팽창도에 따라 변한다. 액화가스의 온도는 액화 불활성가스 및 액화 불활성가스 위의 증기 공간의 불활성가스가 평형상태인 온도일 것이다. 이는 물론 사용되는 특정 불활성가스 및 프로세스 용기내에 존재하는 압력에 따라 변할 것이다. 프로세스 용기에서 함침용기로 액화 불활성가스를 이동시키는 동안, 불활성가스는 함침용기의 윗면 개구부를 통해 순환되며 프로세스 용기 윗면의 증기 공간으로 역행이 허용된다. 이는 상기 변환이 공정 탱크의 압력이 거의 또는 전혀 변함없이 일어날 수 있게 한다.

액화 불활성가스는 상기 가스가 기포 물질의 기포에 원하는 정도로 침투되기에 충분한 시간동안 함침 챔버에 남아 있도록 허용된다. 이어서 액화 불활성가스를 배수 또는 펌핑에 의해서 프로세스 용기로 역행시킨다. 상기 단계동안, 불활성가스는 프로세스 용기의 증기 공간에서부터 함침용기의 상부 개구부를 통해 함침용기로의 역행이 허용되며, 따라서 프로세스 용기에서 압력이 확실히 거의 또는 전혀 변하지 않는다.

과잉의 액화 불활성가스를 함침용기로부터 제거한 후에, 상기 용기에 남아 있는 불활성가스를 대기중으로 배기시킬 수 있다. 배기 단계가 종료된 후에, 함침용기를 개방하고, 이로부터 기포 물질을 제거할 수 있다. 함침용기내의 압력이 감소될때, 기포 물질의 기포내에 함유된 액화 불활성가스의 증발 및 팽창으로 인해 기포 물질이 약간 팽창될 수도 있다. 약간의 불활성가스가 증발되더라도, 그의 나머지는 액체 상태로 남거나, 또는 사용된 불활성가스에 따라서 고형화될 것이다. 팽창 공정은 기포 물질을 가열함으로써 완료되며, 가열은 액화 또는 고형화 불활성가스가 기화되거나 또는 승화되게 하며, 차례로 기포내의 압력을 대단히 증가시켜 기포 물질이 팽창되게 한다.

본 발명의 방법의 발명상 특징은 퍼징 및 가압 단계를 공정 챔버내에 함유된 불활성가스와 완전히 독립적인 불활성가스의 공급원을 사용하여 수행하는 것이다. 따라서, 퍼징 및 가압단계동안, 프로세스 용기로부터 제거되는 불활성가스는 없을 것이다. 결과적으로, 프로세스 용기내의 압력 및 온도는 상기 공정의 퍼징 및 가압단계에 의해 영향을 받지 않게 될 것이다. 상기 용기로부터 소실된 실질적으로 유일한 불활성가스 또는 액화 불활성가스는 기포 물질상에 또는 기포 물질 내부에 남아 있게 되므로 프로세스 용기내 액화가스의 압력 및 온도 변화는 최소로 유지된다.

본 발명의 바람직한 실시태양으로, 침지단계 후에 함침용기로부터 배기되는 불활성가스를 회수한다. 이는 불활성가스를 함침 챔버에서 저압 불활성가스 저장용기로 배기시킴으로써 수행된다. 상기 용기는 퍼징 단계용 불활성가스의 공급원으로서 사용되는 것과 동일한 용기일 수도 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시태양으로, 함침용기를 가압하는데 사용되는 고압 불활성가스는 저압 불활성가스 저장용기로부터 불활성가스를 취하고, 이를 원하는 압력으로 압축시키고 가압가스를 함유하는데 사용되는 고압 불활성가스 저장용기로 이동시킴으로써 제공된다.

본 발명의 기타 바람직한 실시태양으로, 기포 물질은 담배 또는 기타 흡연물질 또는 건조된 식품, 예를들면 건조 과일, 건조 야채, 건조 육류 또는 건조 곡류일 수 있으며, 불활성가스는 공기, 이산화탄소, 질소, 산소, 아르곤, 할로겐화 탄화수소, 암모니아, 저급 알칸 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 가장 바람직한 실시태양으로, 기포 물질은 담배이며 불활성가스는 이산화탄소이다.

본 발명의 장치로는 기포 물질을 채운 후에 주위환경으로부터 밀봉시킬 수 있는 함침용기, 액화 불활성가스를 프로세스 용기에서 함침용기로 이동시키기 위한 액화 불활성가스 프로세스 용기, 도관 및 펌핑 수단, 불활성가스를 함침용기와 프로세스 용기의 상부 사이에서 위아래로 이동되도록 역, 도관 및 밸브 수단, 프로세스 용기와 독립적으로 퍼징가스 및 가압가스를 함침용기에 제공하고 이동시키는 저장, 도관 및 벨브 수단이 있다.

본 발명의 장치 태양의 바람직한 실시태양으로, 함침용기를 퍼징시키는데 사용되는 저압, 불활성가스를 함침용기의 저장용기로 함침용기를 배기시키는 장치를 제공한다. 본 발명의 장치 태양의 또 다른 바람직한 실시태양으로 저압 불활성가스 저장용기로부터 취한 불활성가스를 압축시키고 압축된 불활성가스를 함침용기를 가압하는데 사용되는 고압가스의 저장용기로 이동시키는 장치를 제공한다.

본 발명은 기포 물질을 액화가스로 함침시키고 함침된 액화가스를 기화시킴으로써 상기 기포 물질을 원하는 밀도로 팽창시키는 방법을 제공한다. 본 발명은 팽창될 수 있는 임의의 기포 물질을 팽창시키는데 적용할 수도 있다. 본 발명은 특히 담배 및 기타 흡연 물질 및 건조 과일, 육류 및 곡류를 포함하는 식품의 팽창에 적합하다. 본 발명은 특히 담배의 팽창에 적합하다.

기포 물질의 팽창에 사용되는 팽창제는 통상적으로 가스 상태인 임의의 불활성 유체, 즉 기포 물질과 반응하지 않거나, 그렇지 않으면 기포 물질에 불리하게 영향을 미치지 않으므로써 의도한 그의 용도를 방해하지 않는 임의의 유체일 수 있다. 바람직한 불활성가스는 본 발명의 공정에서 고려되는 온도 및 압력에서 액화되고 고형화될 수 있는 가스이다. 본 발명에 유용한 전형적인 불활성가스 유체는 공기, 이산화탄소, 클로로화 탄화수소, 예를들면 냉각제로서 사용되는 플루오로클로로하이드로카본 및 프레온, 질소, 산소, 아르곤, 수소, 헬륨, 암모니아 및 저급 알칸, 즉 탄소원자 1 내지 6개를 갖는 알칸(예:메탄등)과 같이 보다 통상적으로 공지된 것들이 있다. 상기 기체들의 혼합물을 또한 이들이 상용성인 경우 사용할 수도 있다. 바람직한 불활성가스는 환경적으로 안정하고, 쉽게 액화되고 고형화되며, 기포 물질의 기공에 쉽게 침투되고, 일반적으로 팽창되는 기포 물질에 불리한 영향을 미치지 않는 이산화탄소이다. 하기 개시된 설명에서 "불활성가스"는 가스 형태의 특정 불활성가스를 나타내는데 사용되고 "액화 불활성가스"는 액화된 형태의 불활성가스를 개시하는데 사용된다.

본 발명을 특히 액화 이산화탄소로 담배를 팽창시키는데 적용하는 것으로서 개시하지만, 임의의 액화 불활성가스로 임의의 기포 물질을 팽창시키는데 본 발명의 방법 및 장치를 사용할 수 있음은 물론이다.

제1도에 대해서, 상기는 본 발명을 포함하는 본 발명의 바람직한 실시태양을 예시하며, 주요 장치 구성성분은 액화 불활성가스 저장용기(2), 액화 불활성가스 프로세스 용기(12), 기포 물질 함침 챔버(22), 저압불활성가스 어큐뮬레이터(56) 및 고압 불활성가스 어큐뮬레이터(62)이다. 저장용기(2)는 그의 하부 말단이 라인(4)를 통해 고압 펌프(8)의 흡입 말단과 연결되고 흐름은 밸브(6)에 의해 조절된다. 펌프(8)은 라인(10)으로 방출하고 차례로 액화 불활성가스 프로세스 용기(12)의 기부에 연결된다. 액체 흐름 라인(14)는 프로세스 용기(12)의 기부를 고압 펌프(16)의 흡입 말단과 연결시킨다. 펌프(16)은 유체를 라인(18)로 방출하고, 상기 라인은 기포 물질 함침 챔버(22)의 하부 말단에 연결된다. 라인(18)을 통해 흐르는 유체는 밸브(20)으로 조절한다. 함침 챔버(22)에는 상부 덮개(24)와 하부 덮개(26)이 장착되어 있다. 덮개(24) 및 (26)은 각각 챔버(22)의 상단 및 하단의 개구부를 기밀시키는데 적합하다.

불활성가스 라인(28)은 함침 챔버(22)의 상단을 분지된 라인(30)과 연결한다. 라인(30)의 하나의 가지는 밸브(32)를 통해 대기 배기구(34)에 연결되어 있다. 라인(30)의 다른 가지는 밸브(36)을 통해 라인(40),(52) 및 (58)에 연결되어 있다. 밸브(38)은 라인(40)내 유체의 흐름을 조절하며 상기 라인은 그의 말단이 프로세스 용기(12)의 상단에 연결되어 있다. 밸브(42)는 라인(40)을 통해 가스의 흐름을 조절한다. 라인(44)는 밸브(38)과 (42)사이의 라인(40)으로부터 분지되어 나와 함침 챔버(22)의 하부 말단에서 라인(20)과 연결된다. 라인(44)를 통해 흐르는 유체는 밸브(46)에 의해 조절된다. 액화가스 회수라인(50)은 함침 챔버(22)의 하단을 프로세스 용기(12)와 연결한다. 라인(50)을 통한 흐름은 밸브(48)에 의해 조절된다.

밸브(54)에 의해 조절되는 라인(52)는 불활성가스 라인(30)을 저압 불활성가스 어큐뮬레이터(56)과 연결시키고, 밸브(60)에 의해 조절되는 라인(58)은 라인(30)을 고압 불활성가스 어큐뮬레이터(62)와 연결시킨다. 라인(64)는 저압 어큐뮬레이터(56)을 압축기(66)의 저압 측면과 연결시킨다. 압축기(66)의 고압측면은 고압 불활성가스 어큐뮬레이터(62)에 연결된다. 프로세스 용기(12)에는 이산화탄소 가열기(68)과 냉각기(70)이 추가로 제공될 수도 있다.

통상적인 탱크 형태를 취할 수 있는 저장용기(2)는 상기 시스템에 사용되는 액화가스를 저장하는데 사용된다. 용기(2)는 적어도 300psia의 압력에 견디도록 고안되어 있다. 한편, 프로세스 용기(12)는 용기(2)가 노출되는 압력보다 현저하게 더 큰 압력을 견디도록 고안되어 있다. 즉, 상기 용기는 약 1200psia 이하 또는 그 이상의 압력을 견뎌야 한다. 펌프(8) 및 (16)은 고압에서 액체를 펌프하도록, 예를들면 1200psia 이하 또는 그 이상의 압력에서 액화 불활성가스를 공급하도록 고안된 통상적인 저온 펌프이다. 저장용기(2)는 함침 공정동안 요구되는 액화가스를 프로세스 용기(12)에 계속 공급하는데 사용된다.

이제 본 발명의 방법을 기포 물질로서 담배와, 불활성가스로서 이산화탄소를 사용하여 개시할 것이다. 전형적인 시스템에서 불활성가스 저장용기(2)내의 액화 이산화탄소의 압력 및 평형온도는 각각 275psia 및 약 -6℉(-21℃)이다. 프로세스 용기(12)의 액화 이산화탄소는 일반적으로 약 400psia의 압력에서 평형으로 유지된다. 400psia에서 이산화탄소의 평형온도는 약 17℉(-9.9℃)이다. 상기 공정의 과정동안, 용기(12)의 액화가스의 온도는 평형치 이하로 떨어질 수도 있다. 이러한 경우에는, 용기(12)의 액체를 원하는 온도로 다시 올라가도록 가열할 필요가 있다. 가열기(68)을 상기 목적으로 사용할 수 있다.

바람직한 실시태양에 따라서, 함침 챔버(22)의 하단 덮개(26)을 닫고 밀봉하고 상단 덮개(24)를 개방한다. 예정된 양의 담배를 덮개(24)를 통해서 함침용기 챔버(22)에 채우고 상기 덮개를 닫고 밀봉한다. 이어서 챔버(22)를 어큐뮬레이터(56)으로부터 취한 저압 이산화탄소로 퍼징시킨다. 상기 단계를 수행하는 동안, 밸브(54),(38),(46) 및 (32)는 개방시킨다. 그의 다른 밸브는 모두 닫힌 채로 둔다. 이어서 저압 이산화탄소를 라인(52),(30),(40) 및 (44)를 통해서 어큐뮬레이터(56)으로부터 챔버(22)로 이동시킨다. 이산화탄소는 라인(28)을 통해 챔버(22)로부터 공기 및 기타의 비응축성 가스를 배출시킴으로써 서서히 증가한다. 상기 공기 및 기타의 가스들은 배기구(34)를 통해 대기로 배기된다.

퍼지 단계의 종료시에, 밸브(32),(38) 및 (46)을 닫고 밸브(36)을 개방시킨다. 저압 이산화탄소는 챔버(22)내의 압력이 어큐뮬레이터(56)의 압력과 동등해질 때까지 라인(52),(30) 및 (28)을 경유하여 함침 챔버(22)로 계속해서 흐른다. 그후 즉시, 밸브(54)를 닫고 밸브(60)을 개방시킨다. 어큐뮬레이터(62)의 이산화탄소 압력은 대략 프로세스 용기(12)에 존재하는 압력과 동등하다. 밸브(60)을 개방시키면, 어큐뮬레이터(62)의 압력과 함침 챔버(22)의 압력이 동등해진다. 압력 동등화가 이루어졌을때 밸브(60)을 닫는다. 가압을 위한 어큐뮬레이터(56)의 사용은 임의적이다. 즉, 함침 챔버(22)를 어큐뮬레이터(62)의 단독사용으로도 완전하게 가압시길 수 있다.

공정의 다음 단계로, 액화 이산화탄소를 챔버(22)로 이동시킨다. 이는 밸브(38),(42) 및 (20)을 개방하고 펌프(16)을 가동시킴으로써 수행된다. 밸브(36)은 선행 단계로부터 개방된 채로 있고 다른 모든 밸브는 닫힌 채로 둔다. 이때 액체 이산화탄소는 라인(14) 및 (18)을 통해 챔버(22)로 흐른다. 액체 이산화탄소의 수준이 챔버(22)에서 증가함에 따라, 이미 챔버(22)를 차지하고 있던 가스상 이산화탄소는 라인(28)을 통해 챔버(22) 밖으로 강제로 밀려나 라인(30) 및 (40)을 통과하여 프로세스 용기(12)의 증기 공간으로 간다. 상기 공정의 단계동안, 프로세스 용기(12)의 압력은 액체 및 가스상 이산화탄소가 닫힌 시스템을 통해 순환하고 압력이 닫힌 시스템 전체를 통해 균등하므로 실질적으로 일정하다. 액체 이산화탄소가 챔버(22)에서 원하는 수준으로 증가되었을때, 펌프(16)의 가동을 중단시키고 밸브(20)을 닫는다. 이어서 담배를 예정된 체류시간(상기는 약 1초 내지 약 1시간 이상의 범위일 수도 있다)동안 액화 이산화탄소에 침지시킨다. 일반적으로, 수초, 즉 약 1 내지 약 10초의 침지기간이 액화 이산화탄소를 담배에 주입시켜 원하는 결과를 얻는데 일반적으로 충분하다.

함침 단계의 종료시에, 밸브(48)을 개방시키고 용기(22)의 액체 이산화탄소를 라인(50)을 통해 다시 프로세스 용기(12)로 배수시킨다. 중력 흐름에 의한 완전한 배수를 수행하기 의해서, 함침용기(22)는 프로세스 용기(12)보다 더 높이 위치해야 함을 알 수 있다. 이러한 정우가 아니라면, 액체 이산화탄소를 용기(12)로 다시 펌핑하기 위해서 펌프가 라인(50)에 위치해야만 한다. 또한, 도시되어 있지는 않지만, 라인(50)을 펌프(16)의 흡입부에 연결시키고 적합한 밸브를 사용하여 라인(16)의 분지된 라인을 사용하여 액화 이산화탄소를 용기(12)로 회수할 수 있음을 알 수 있다. 유사하게, 다른 동등한 배열을 사용할 수 있다. 액화 이산화탄소가 챔버(22)로부터 배수되어 용기(12)로 다시 들어감에 따라, 가스상 이산화탄소는 용기(l2)의 증기공간으로부터 강제로 밀려나고 라인(40),(30) 및 (28)을 통해 함침 챔버(22)로 다시 밀려들어간다. 상기 공정의 단계동안, 챔버(22) 및 용기(12) 및 연결 라인의 압력은 실질적으로 일정하다.

제1도에 예시한 시스템으로 실시되는 공정의 함침 단계의 종료시에, 밸브(38),(42) 및 (48)을 닫고 밸브(54)를 개방한다. 이는 가스상 이산화탄소가 함침 챔버(22)로부터 라인(28),(30) 및 (52)를 통해 저압 어큐뮬레이터(56)으로 흐르게 한다. 이산화탄소가 함침 챔버(22)를 나가면서, 상기 챔버의 압력은 강하될 것이고, 이에 의해 담배 기포상 및 기포내의 약간의 액화 이산화탄소가 기화되고 이들중 약간은 고형화된다. 기화에 의해 방출되는 가스상 이산화탄소는 마찬가지로 어큐뮬레이터(56)으로 회수된다. 가스상 이산화탄소의 흐름은 챔버(22)의 압력과 어큐뮬레이터(56)의 압력이 균등해질 때까지 계속될 것이다. 챔버(22)로부터 추가로 이산화탄소를 회수하기를 원한다면, 배기 펌프(도시하지 않았음)를 라인(30)에 설치하여 챔버(22)의 이산화탄소를 추가로 배기시킬 수도 있다. 챔버(22)로부터 회수된 이산화탄소의 부피는 일반적으로 다음 사이클의 퍼징 및 가압 단계를 위해 적합하다. 원한다면, 추가의 이산화탄소를 외부 공급원(도시하지 않았음)으로부터 어큐뮬레이터(56) 및 (62)에 가할 수 있다. 챔버(22)로부터 용기(56)으로의 이산화탄소 이동의 종결시에, 밸브(54) 및 (36)을 닫고 밸브(32)는 개방시켜, 이에 의해 챔버(22)의 잔류 이산화탄소는 대기로 배기된다.

챔버(22)가 대기압에 도달했을때, 하부 덮개(26)을 개방시킬 수 있으며 담배를 상기 챔버로부터 회수할수 있다. 담배를 챔버(22)로부터 회수한 후에, 이를 공기 또는, 스팀과 공기의 혼합물과 같은 고온가스로 가열함으로써 팽창시킬 수 있다. 담배를 가열하는 것은 기포내의 고형화된 이산화탄소를 승화시키고 기포내의 임의의 잔류 액화 이산화탄소를 기화시킨다. 승화 및 기화로부터의 기포내 가스의 갑작스러운 증가가 담배를 팽창시킨다.

고압 어큐뮬레이터(62)의 이산화탄소 가스로 챔버(22)를 가압시키면 상기 용기의 이산화탄소는 고갈된다. 어큐뮬레이터(62)를 어크뮬레이터(56)의 약간의 이산화탄소를 압축시키고 이를 용기(62)로 이동시킴으로써 새로 보충할 수 있다. 이는 압축기(66)을 사용하여 수행한다.

몇몇 경우에, 침지 단계 후에 챔버(22)에 남아있는 잔류 이산화탄소를 회수하는 것이 불필요하거나 또는 바람직하지 못할 수도 있다. 이 경우에, 어큐뮬레이터(56) 및 (62) 및 압축기(66)을 포함하는 회수 시스템을 제거하고 이산화탄소의 외부 공급원으로 대체시킬 수도 있다. 제2도는 본 발명의 상기 실시태양을 예시한다. 제2도의 장치는 게1도에 나타낸 장치와 동일하나, 단 어큐뮬레이터(56) 및 (62)는 용기(162)로 대체되고, 상기 용기는 프로세스 용기(12)의 압력과 동일하거나 또는 그보다 큰 압력으로 이산화탄소를 함유하며, 밸브(60)은 밸브(160)으로 되고, 압력 조절기(172)는 밸브(160)과 용기(162) 사이의 라인(30)에 제공된다.

제2도로 실시되는 본 발명의 공정에서, 제1도로 실시되는 공정에 개시된 바와 같이 담배를 함침 챔버(22)에 채우고 챔버(22)를 밀봉시킨다. 이어서 밸브(32),(38),(46) 및 (160)을 개방시키고 압력 조절기(162)를 챔버(22)를 서서히 퍼징시키는데 충분히 낮은 압력으로 고정시킨다. 상기 시스템의 다른 밸브는 모두 동시에 닫는다. 이때 이산화탄소는 라인(30),(40) 및 (44)를 통해 용기(162)로부터 함침된 챔버(22)로 간다. 이산화탄소는 챔버(22)에서 서서히 증가하고 챔버(22)로부터 공기 및 기타의 비-응축물들이 밀려나와 라인(28)로 간다. 이어서 이산화탄소는 라인(30)을 통과하여 대기 배기구(34)를 통해 시스템을 나간다. 퍼징 단계의 종료시에, 밸브(32),(38) 및 (46)을 닫고, 밸브(36)은 개방시키고, 압력 조절기(172)는 프로세스 용기(12)에 함유된 이산화탄소의 압력으로 조절한다. 이어서 이산화탄소는 용기(162)로부터 라인(30) 및 (28)을 경유하여 챔버(22)로 간다. 챔버(22)로의 이산화탄소의 흐름은 챔버(22)의 압력이 프로세스 용기(12)의 압력에 도달할 때까지 계속된다. 상기 압력이 균등해졌을때, 밸브(160)을 닫고, 밸브(20),(38) 및 (42)를 개방시키고, 펌프(16)을 가동시키고, 상기에 의해 액화 이산화탄소가 챔버(22)로 흘러서 상기 챔버안에 함유된 담배가 함침된다. 제2도 시스템 공정의 침지 단계는 제1도에 도시된 시스템의 공정과 동일하다. 담배 침지 단계 및 연속적인 챔버(22)의 배기 종료시에, 밸브(32)를 개방시키고 챔버(22)를 라인(28) 및 (30) 및 배기구(34)를 통해 대기로 배기시킨다. 상기 공정의 나머지는 제1도 시스템에 개시된 공정과 동일하다.

제2도에 예시된 공정이 조작상의 관점에서 제l도의 공정 만큼 경제적이지는 않더라도, 제2의 장치는 보다 적은 자본 지출이 요구되며, 제1도의 시스템보다 조작하기 더 간단하다.

제1도 또는 제2도의 시스템에서 함침 사이클의 종료시에, 상기 개시된 담배 충진, 퍼징, 압력 균등화, 함침 및 배출단계를 반복함으로써 상기 공정을 반복할 수도 있다. 원한다면, 상기 공정을 복수개의 함침 챔버를 사용하여 수행할 수 있다. 이 경우에, 일반적으로 함침 챔버들을 교대 사이클로 작동시킴, 즉 하나의 챔버는 담배로 충진시키고, 또 다른 함침 챔버에서는 담배를 액체 이산화탄소로 함침시키고, 세번째 함침챔버는 배기시키는 등과 같이 작동시키는 것이 바람직하다.

즉, 각각의 함침 챔버는 임의의 주어진 시간에서 함침 사이클의 여러 상이한 단계를 수행한다.

이산화탄소가 함침 챔버 퍼징 및 압력 균등화 단계동안 프로세스 용기(12)로부터 제거되지 않으므로 함침 사이클 과정동안 가스 제거로 인한 상기 용기의 압력 변화가 거의 없음은 상기 열거한 함침 공정의 설명으로부터 쉽게 명백해진다. 따라서, 상기 용기를 실질적으로 일정한 압력으로 유지시키기 위해서 가열기(68)을 통해서 용기(12)에 제공되어야 하는 열량은 현저하게 감소된다. 따라서, 본 발명은 선행기법의 공정에 비해 조작비용에 있어서 현저한 감소를 제공한다.

본 발명을 특정 실시태양을 참고로 개시하였지만, 상기 실시태양의 변형을 고려할 수 있음을 알 수 있다. 예를들면 상기 요약했듯이, 복수개의 함침 용기를 평행하게 사용하거나, 또는 상기 시스템을 이산화탄소 이외의 액화가스를 사용하여 이용하고 도면에 예시된 것들과 다른 장치 배열을 사용할 수 있다. 유사하게, 본 발명의 방법을 담배 이외의 기포 물질을 팽창시키는데 사용할 수 있다. 더욱 또한, 원한다면, 액화 가스를 고압 어큐뮬레이터(62)로부터 기화시켜 저장용기(2)로 회수할 수 있다. 본 발명의 범위는 단지 첨부된 특허청구범위의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (24)

1. 기포 물질을 함침용기에 채우고, 함침용기에 불활성가스를 퍼징시키고, 상기 함침용기를 불활성가스를 사용하여 예정된 압력으로 가압시키고, 액화 불활성가스를 상기 액화가스가 상기 예정된 압력으로 저장되어 있는 프로세스(process) 용기로부터 상기 함침용기로 이동시키고, 상기 기포 물질을 예정된 시간 동안 상기 액화 불활성가스중에 침지시키고, 흡착되지 않은 액화가스를 상기 함침용기로부터 상기 프로세스 용기로 이동시키고, 상기 함침용기로부터 불활성가스를 배기시킴으로써 상기 함침용기내의 압력을 감소시키고, 상기 함침용기로부터 함침된 기포 물질을 회수하는 단계(이때, 함침용기를 퍼징시키고 가압하는데 사용되는 불활성가스는 상기 프로세스 용기에 함유된 액화 불활성가스와 별개의 공급원으로부터 얻는다)들을 포함하는, 상기 예정된 압력에서 상기 기포 물질을 상기 액화가스로 함침시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 불활성가스를 공기, 이산화탄소, 질소, 산소, 아르곤, 할로겐화 탄화수소, 암모니아, 저급 알칸 및 이들의 혼합물들로부터 선택하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 기포 물질을 과일, 야채, 육류, 곡류 및 담배로부터 선택하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 기포 물질이 담배인 방법.
5. 제1,3 또는 4항에 있어서, 상기 불활성가스가 이산화탄소인 방법.
6. 제1,3 또는 4항에 있어서, 상기 함침 챔버를 퍼징시키는데 사용되는 가스를 15 내지 300psia 범위의 압력으로 유지되는 저압 불활성가스 저장용기로부터 얻는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 저압 불활성가스 저장용기의 압력을 상기 프로세스 용기의 압력보다 낮게 유지시키는 방법.
8. 제1,3 또는 4항에 있어서, 상기 함침용기를 가압시키는데 사용되는 불활성가스를 300 내지 1200psia범위의 압력으로 유지되는 고압 불활성가스 저장용기로부터 얻는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 고압 불활성가스 저장용기의 압력이 상기 프로세스 용기의 압력과 같거나 또는 그 이상인 방법.
10. 제9항에 있어서, 감압 단계동안 상기 함침용기로부터 방출된 불활성가스를 상기 저압 불활성가스 저장용기로 배기시키는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 저압 불활성가스 저장용기로부터 나오는 가스를 압축시키고 압축된 가스를 상기 고압 불활성가스 저장용기로 이동시킴으로써 상기 고압 불활성가스 저장용기에 불활성가스를 새로 보충하는 방법.
12. (a) 담배를 유체 유입구 및 유체 유출구를 갖는 밀봉식 함침 챔버(여기에서, 상기 유체 유입구는 상기 함침 챔버의 하부 영역에 위치하고 상기 유체 유출구는 상기 함침 챔버내 담배의 표면 상한선 위에 위치한다)에 채우고, (b) 상기 함침 챔버를 밀봉하여 대기로부터 차단시키고, (c) 상기 밀봉된 함침 챔버에 하기 단계(d)에서 정의된 프로세스 용기와 별개의 공급원으로부티 얻은 가스상 이산화탄소를 퍼징시키고, (d) 상기 퍼징된 함침 챔버를 가스상 이산화탄소를 사용하여 가스상 이산화탄소와 액화 이산화탄소가 거의평형인 혼합물을 함유하는 프로세스 용기의 압력과 실질적으로 동일한 값으로 가압시키고(이때, 상기 함침챔버를 가압시키는데 사용되는 불활성가스는 상기 프로세스 용기와 별개의 공급원으로부터 얻는다), (e) 액화 이산화탄소를 상기 프로세스 용기로부터 상기 유체 유입구를 통해 상기 함침 챔버로 이동시키는 동안 상기 함침용기의 가스상 이산화탄소를 상기 유체 유출구를 통해 상기 프로세스 용기의 증기 공간으로 이동시키고, (f) 상기 함침용기의 액화 이산화탄소가 상기 담배의 기포에 침투되도록 층분히 오랫동안 상기 액화이산화탄소를 유지시키고, (g) 상기 액화 이산화탄소를 상기 유체 유입구를 통해 상기 프로세스 용기로 이동시키는 동안 상기 프로세스 용기의 이산화탄소를 상기 유체 유출구를 통해 상기 함침용기로 이동시키고, (h) 상기 함침용기의 압력을 상기 담배의 기포내에 함유된 액화 이산화탄소가 고형화되도록 충분히 감소시키키고, (i) 상기 담배를 상기 담배의 기포에 함유된 이산화탄소가 기화되도록 충분히 가열시킴으로써 상기담배를 팽창시킴을 포함하는 담배를 팽창시키는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 함침 챔버를 퍼징시키는데 사용되는 가스상 이산화탄소를 15 내지 300psia 범위의 압력으로 유지되는 저압 가스상 이산화탄소 저장용기로부터 얻는 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 저압 가스상 이산화탄소 저장용기의 압력을 상기 프로세스 용기의 압력보다 낮게 유지시키는 방법.
15. 제12항에 있어서, 상기 밀봉된 함침 챔버를 가압시키는네 사용되는 가스상 이산화탄소를 고압 300 내지 1200psia 범위의 압력으로 유지되는 가스상 이산화탄소 저장용기로부터 얻는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 고압 가스상 이산화탄소 저장용기의 압력이 상기 프로세스 용기의 압력과 같거나 또는 그 이상인 방법.
17. 제16항에 있어서, 감압 단계동안 상기 함침 챔버로부터 방출된 가스상 이산화탄소를 상기 저압 가스상 이산화탄소 저장용기로 배기시키는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 저압 가스상 이산화탄소 저장용기로부터 나오는 가스상 이산화탄소를 압축시키고 압축된 가스상 이산화탄소를 상기 고압 가스상 이산화탄소 저장용기로 이동시킴으로써 상기 고압 가스상 이산화탄소 저장용기에 가스상 이산화탄소를 새로 보충하는 방법.
19. (a) 기포 물질을 유체 유입구 및 유체 유출구를 갖는 밀봉식 함침용기(여기에서, 상기 유체 유출구는 상기 함침 챔버의 상부에 위치한다)에 채우고, (b) 상기 함침 챔버를 밀봉시켜 대기와 차단시키고, (c)상기 밀봉된 함침 챔버에 불활성가스를 퍼징시키고, (d) 상기 퍼징된 함침용기를 상기 불활성가스를 사용하여 상기 불활성가스의 가스와 액화된 형태가 거의 평형인 혼합물을 함유하는 프로세스 용기의 압력과 실질적으로 동일한 압력으로 가압시키고, (e) 액화 불활성가스를 상기 프로세스 용기로부터 상기 유체 유입구를 통해 상기 가압된 함침용기로 이동시키는 동안 불활성가스를 상기 함침 챔버로부터 상기 유체 유출구를 통해 상기 프로세스 용기의 증기 공간으로 이동시키고, (f) 상기 함침 챔버의 액화 불활성가스가 상기 기포물질의 기포내에 침투되도록 충분히 오랫동안 상기 액화 불활성가스를 유지시키고, (g) 상기 액화 불활성가스를 상기 함침 챔버로부터 상기 유체 유입구를 통해 상기 프로세스 용기로 이동시키는 동안 불활성가스를 상기 프로세스 용기로부터 상기 유체 유출구를 통해 상기 함침용기로 이동시키고, (h) 상기 함침용기의 압력을 감소시키고, (i) 상기 기포 물질을 상기 기포 물질의 기포에 함유된 액화 및 고화된 불활성가스가 기화되도록 충분히 가열시킴으로써 상기 기포 물질을 팽창시킴을 특징으로 하는 상기 기포 물질의 팽창 방법에 있어서, 상기 함침 챔버의 퍼징 및 가압 단계들을 상기 프로세스 용기에 함유된 불활성가스와 별개의 불활성가스 공급원을 사용하여 수행함을 포함하는 점이 개선된 방법.
20. 담배를 밀봉식 함침용기에 채우고, 상기 함침용기를 밀봉시키고, 밀봉된 함침용기에 저압 이산화탄소를 퍼징시키고, 밀봉된 함침용기를 고압 이산화탄소로 가압시키고, 충분량의 액화 이산화탄소를 가스 및 액체 이산화탄소의 고압 평형 혼합물 함유 프로세스 용기로부터 상기 함침용기내로 이동시켜 상기 담배가 액화 이산화탄소에 실질적으로 완전하게 잠기도록 하고, 액화 이산화탄소가 상기 담배의 기포내로 침투되도록 충분히 오랫동안 상기 함침용기에서 상기 액화 이산화탄소를 유지시키고, 상기 함침용기중의 액화 이산화탄소를 상기 프로세스 용기로 다시 이동시키고, 상기 함침용기를 배기시켜 용기내의 압력을 거의 대기압으로 감소시키고, 상기 담배의 기포에 함유된 액화 및 고화 이산화탄소가 기화되도록 충분히 상기 담배를 가열시킴으로써 상기 담배를 팽창시키는 단계를 포함하는 담배의 팽창 방법에 있어서, 상기 저장용기와 별개의 공급원으로부터의 저압 가스상 이산화탄소를 사용하여 상기 밀봉된 함침용기를 퍼징시키고, 상기 저장용기와 별개의 공급원으로부터의 고압 가스상 이산화탄소를 사용하여 상기 밀봉된 함침용기를 가압시키고, 상기 프로세스 용기와 상기 함침용기 사이를 액화 이산화탄소가 이동하는 동안 상기 함침용기와 상기 프로세스 용기간에 가스 전달을 유지시킴으로써 상기 공정 전체를 통해서 상기 프로세스 용기의 압력이 실질적으로 일정하도록 유지시킴을 포함하는 점이 개선된 방법.
21. (a) 기포 물질을 고압 함침용기에 채우는 밀봉식 수단 및 상기 함침용기로부터 기포 물질을 배출시키는 수단을 갖는 고압 함침용기, (b) 액와 불활성가스 프로세스 용기, (c) 상기 액화 불활성가스 프로세스 용기와 상기 함침용기 사이에 액화 불활성가스를 이동시키는 수단, (d) 상기 함침용기의 상부영역과 상기 액화 불활성가스 프로세스 용기의 상부영역간에 유체 전달을 제공하고 상기 함침용기와 상기 액화 불활성가스 프로세스 용기 사이를 액화 불활성가스가 이동하는 동안 상기 액화 불활성가스 프로세스 용기의 압력을 실질적으로 일정하게 유지시키는데 적합한 수단, (e) 상기 함침용기에 저압 불활성가스롤 퍼징시키기 위한, 상기 액화 불활성가스 프로세스 용기와 별개의 수단, (f) 상기 함침용기를 고압 불활성가스를 사용하여 상기 액화 불활성가스 프로세스 용기의 평형 압력과 실질적으로 동일한 압력으로 가압시키기 위한, 상기액화 불활성가스 프로세스 용기와 별개의 수단, (g) 상기 함침용기를 배기시키는 수단을 포함하는, 상기 액화가스의 실질적인 온도 변화없이 상기 기포 물질을 상기 액화가스로 함침시키는 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 배기수단이 상기 함침용기를 퍼징시키는 상기 수단과 유체 전달이 되는 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 함침용기로부터 배기되는 불활성가스를 압축시키고 상기 압축된 불활성가스를 상기 함침용기를 가압시키는 상기 수단으로 이동시키는 수단을 추가로 포함하는 장치.
24. 제21항에 있어서, 상기 함침용기를 퍼징시키는 상기 수단 및 상기 함침용기를 가압시키는 상기 수단이 고압 불활성가스 저장 수단 및 압력 조절 수단을 포함하는 장치.