KR960001836B1 - 농작물등의 팽화장치(expanding apparatus) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

농작물등의 팽화장치(expanding apparatus)

제1도는 제1실시예의 팽화설비의 전체의 개략도.

제2도는 제1도는 로터리 밸브와 기밀용기의 종단면도.

제3도는 제4도의 로터리 밸브와 기밀용기의 종단면도.

제4도는 기밀용기의 변형예의 종단면도.

제5도는 회수분리장치의 개략도.

제6도는 다른 상태의 회수분리장치의 개략도.

제7도는 액화형 분리장치의 특성을 도시하는 선도.

제8도는 흡착형 분리장치의 특성을 도시하는 선도.

제9도는 제2실시예의 팽화설비의 전체의 개략도.

제10도는 제3실시예의 팽화설비의 전체의 개략도.

제11도는 제4실시예의 팽화설비의 전체의 개략도.

본 발명은 담배원료등의 농작물, 식품등을 팽화(expand)하는 팽화 장치의 개량에 관한 것이다. 더욱 특정하게는 본 발명은 이산화탄소를 팽화조제(expanding agent)로서 사용하는 팽화장치에 있어서, 이 담배원료등을 연속하여 팽화처리할 수 있고, 또, 이 팽화조제를 외부로 방출하지 않고, 계통내에서 순환하여 사용할 수 있는 팽화장치에 관한 것이다.

종래부터 예를 들면 담배원료 즉, 담배의 잎을 자른 것으로 담배를 제조할 때에 이 담배원료의 조직을 팽화시키는 것이 실시되고 있다.

이 담배원료의 팽화는 가스형태 혹은 액체형태의 팽화조제(expanding agent) 예를 들면 유기용매, 이산화탄소등을 액화 혹은 고압으로 가압한 상태에 두고, 이 속에 담배원료를 보존하여, 담배잎의 조직내에 이 팽화조제를 함침시키고, 이것을 감압한 후에 가열하여 함침한 조제를 팽창시켜서, 이 원료의 조직을 팽창시키는 것이다.

이처럼 팽화는 담배원료는 그 체적이 증가하여, 담배를 제조할 때의 담배원료의 소요양을 적게하고, 또 가벼운 끽연감을 준다. 이처럼 팽창된 담배원료는 그대로, 또는 팽화처리하지 않은 담배원료와 혼합되어 담배에 사용된다.

이 팽화처리를 실시하는 팽화장치는 함침용기내에 소정량의 담배원료를 수용한 후에 이 함침용기내에 고압의 팽화조제를 공급하고, 이 팽화조제를 함침시킨 후에 이 담배원료를 꺼내어 팽창시키는 배치식의 것과, 고압의 팽화조제가 공급되는 함침용기내에 연속적으로 담배원료를 공급하여 팽화조제를 함침시키고, 이 팽화조제의 함침된 담배원료를 연속적으로 꺼내는 연속식의 것이 있다.

전자의 배치식 장치는 구조가 간단하지만 능률이 낮은과 동시에 대량의 팽화조제가 대기중에 흩어져 없어져 버리는 결점이 있다. 또, 후자의 연속식 장치는 능률적이며 또 팽화조제를 쓸데없이 흩어지게 하지 않고, 이것을 회수하여 다시 이용할 수 있는 이점이 있다. 그러나 이러한 연속식의 장치에서는 담배원료를 승압시키면서 함침용기내에 연속적으로 공급하고, 또 이 함침용기내가 감압하면서 담배원료를 꺼내기 위한 밸브장치를 필요로 한다. 또, 이들 밸브장치를 통하여 함침용기내에 공기가 혼입되어, 팽화의 효율을 저하시키므로 이 혼입된 공기를 제거하거나 이들 밸브장치를 통하여 배출되는 팽화조제를 회수할 필요도 있다.

최근에는 이 팽화조제로서 환경에 악영향이 적은 이산화탄소를 사용하는 경우가 많다. 그러나, 이 이산화탄소를 담배원료에 함침, 흡착시키려면 높은 압력을 가할 필요가 있고, 상기의 밸브장치등의 성능도 보다 고도의 것이 필요하게 된다.

또한, 최근에는 이러한 팽화장치는 보다 대규모의 장치가 되고, 사용되는 이산화탄소의 양도 팽대한 것이 되었다. 따라서, 환경에 대한 악영향의 방지 및 소비되는 이산화탄소의 절감을 위해 이 이산화탄소를 가능한 한 회수하여 외부로 배출되는 양을 적게 하고, 또 함침용기내에 혼입되는 공기를 효율적으로 제거하는 것도 요구되고 있다.

또, 상기와 같이 담배원료의 팽화에 사용된 이산화탄소는 압축되어 다시 사용되지만 이 이산화탄소의 압축에는 에너지를 필요로 하고, 이 에너지 절감도 요구된다. 더구나 이 순환되는 이산화탄소 중에 공기가 혼입되므로 이 혼입된 공기를 분리하기 위해서도 대규모의 설비나 에너지를 필요로 한다. 따라서, 이 순환되는 이산화탄소에 혼입하는 공기의 양을 가능한 한 적게 할 필요도 있다.

또, 이러한 팽화장치는 상기와 같은 담배원료의 팽화장치뿐 아니라 예를들면 야채등의 농산물을 건조처리 할 때에 이 야채등을 팽창시키고, 조리가 용이한 건조야채를 제조하는 장치등으로서도 사용할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 요구를 만족하는 농산물 등, 예를들면 담배 원료를 이산화탄소등의 팽화조제를 사용하여 팽화하는 장치에 있어서, 이 담배원료의 연속적인 팽화를 가능하게 하고, 또, 이 이산화탄소내에 공기가 혼입하는 것을 가능한 한 방지하고, 또 혼입된 공기를 효율적으로 제거함과 동시에 이 팽화장치의 운전에 필요한 에너지를 가능한 한 적게 하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 팽화장치는 함침용기(impregnating vessel)을 구비하고 있고, 이 함침용기내에는 팽화조제 예를들면 고압으로 가압된 이산화탄소가 공급된다. 이 함침용기내에는 로터리 밸브를 통하여 담배원료가 연속적으로 공급된다. 또, 이 함침용기내에서 이산화탄소가 함침된 담배원료는 로터리 밸브를 통하여 연속적으로 꺼내지고, 저압 고온의 분위기내에서 합침되어 있는 이산화탄소가 팽창하여, 이 담배원료의 조직이 팽창된다.

상기의 로터리 밸브는 담배원료의 분위기가스 예를들면 이산화탄소의 압력을 승압 또는 감압시키면서 이 담배원료를 연속적으로 보내는 것이다. 이들 로터리 밸브는 예를들면 승압측 및 감압측에 각각 2단씩 직렬료 배열된다. 그리고, 예를들면 함침용기내의 압력이 30기압인 경우에는 1단의 로터리 밸브에서 15기압씩 승압 또는 감압된다.

본원 명세서에서 나타내는 제1발명에서는 상기의 함침용기나 로터리 밸브에 공급된 이산화탄소는 회수되어, 다시 사용된다. 이 회수된 이산화탄소는 외부로부터 침입한 공기가 혼입되어 있고, 이 혼입된 공기는 분리제거된다. 따라서, 이 장치내를 순환하는 이산화탄소내의 공기의 농도는 팽화효율를 저하시키지 않는 범위로 유지된다.

상기한 회수한 이산화탄소중에서 공기를 분리하는 장치에는 PSA 장치(pressure swing absorption apparatus)가 사용된다. 이 장치는 압력을 변화시킴으로써, 이산화탄소의 흡착량이 변화하는 흡착제, 예를들면 활성탄, 제올라이트 등이 사용된다. 이 흡착제는 이산화탄소등을 선택적으로 흡착하고, 예를들면 이산화탄소와 공기의 혼합가스가 약 2기압으로 공급되어, 혼입되어있는 공기가 분리된다. 흡착된 이산화탄소는 거의 진공까지 감압함으로써, 흡착회수된다. 이러한 조작은 복수의 흡착탑에서 교대로 실시하는 것이 효율적이다.

또, 제2발명은 상기의 승압측의 로터리 밸브의 상류측에는 기밀용기가 설치되고, 담배원료는 이 기밀용기를 통하여 로터리 밸브에 공급된다. 또, 감압측의 로터리 밸브의 하류측에도 기밀용기가 설치되어, 감압측의 로터리 밸브로부터 배출된 담배원료는 이 기밀용기를 통하여 팽창공정으로 보내진다. 그리고, 이들의 기밀용기내에는 이산화탄소가 공급되어, 이들 기밀용기내의 공기는 이산화탄소로 치환된다. 따라서, 이들 로터리 밸브를 통하여 상기한 함침용기등의 이산화탄소의 순환계통내에 공기가 혼입되는 것이 방지된다.

또, 제3발명에서는 상기한 로터리 밸브가 승압측 및 감압측에 각가 2단 설치되어 있으므로 함침용기에 가까운 쪽의 로터리 밸브를 통과한 이산화탄소는 중압, 함침용기로부터 먼쪽에 있는 로터리 밸브에서 배출되는 이산화탄소는 저압이다. 그리고, 이들 중압 및 저압의 이산화탄소는 각각 다른 계통으로 회수되고, 각각 다른 승압기등으로 고압까지 승압되어 함침용기로 되돌아간다. 따라서, 이 회수한 이산화탄소를 승압하는데 요하는 에너지를 적게할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이들의 실시예는 모두 팽화조제로서 이산화탄소를 사용하는 연속식의 담배원료의 팽화장치이다. 제1도 내지 제6도는 본 발명의 제1실시예를 도시한다.

우선, 이 팽화장치의 개략을 설명한다. 제1도는 이 담배원료의 팽화장치의 전체의 개략을 도시한다. 도면중 21은 준비함침용기, 22는 함침용기이다. 이 준비함침용기(21)내에는 소정 압력의 이산화탄소가 약 15기압의 압력으로 보존된다. 또, 상기한 함침용기(22) 내에는 약 30기압의 압력이 유지되도록 이산화탄소가 공급되고, 이 함침용기(21)내는 실질적으로 가스형태의 이산화탄소로 채워져있다.

그리고, 담배원료는 우선 상기한 준비함침용기(21)내에 연속적으로 공급되고, 이 준비함침용기(21)내로부터 다시 함침용기(22)내로 연속적으로 공급된다. 그리고, 이 함침용기(22)내에서 담배원료의 잎의 조직내에 이산화탄소가 함침된다.

이 이산화탄소가 함침된 담배원료는 가열장치(23)에 연속적으로 공급되고, 이 가열장치(23)내에서 과열수증기와 접촉하여, 함침되어 있던 이산화탄소가 팽창하고, 이에 의해 이 담배원료의 조직이 팽창한다.

다음에, 이 팽화장치의 각 부에 대하여 설명한다. 담배원료는 반송관(31)내를 공기와 함께 반송되어온다. 그리고, 이 담배원료는 접선분리기(tagential separator) (32)에 공기와 분리되고, 에어로커밸브(33, 34)를 통하여 후술하는 기밀용기(35)내에 공급된다.

이 기밀용기(35)내의 압력은 거의 대기압(大氣壓)이다.

이 기밀용기(35)내에 공급된 담배원료는 승압축의 제1로터리 밸브(36)를 통하여 상기의 준비함침용기(21)내에 연속적으로 공급된다. 이 제1로터리 밸브(36)를 통하여 보내질 때에 이 담배원료의 분위기는 상기한 기밀용기(35)내의 대략 대기압으로부터 상기 준비함침용기(21)내의 약 15기압까지 승압된다. 이 준비함침용기(21)내에는 스크류(37)가 설치되어, 이 스크류(37)에 의해 담배의 원료가 이송된다.

또, 이 준비함침용기(21)로부터의 담배원료는 다시 승압측의 제2로터리 밸브(41)를 통하여 함침용기(22)로 보내진다. 담배원료가 이 제2로터리 밸브(41)를 통하여 보내어질 때에 이 담배원료의 분위기는 상기의 준비함침용기(21)내의 15기압으로부터 함침용기(22)내의 30기압까지 승압된다.

그리고, 이 함침용기(22)내에 공급된 담배원료는 이 함침용기(22)내에 설치된 스크류(42)에 의해 보내진다. 또, 이 함침용기(22)내에는 약 30기압의 고압이 유지되도록 이산화탄소가 공급되어 있어, 이 담배원료의 조직내에 이 이산화탄소가 함침된다.

그리고 이 함침용기(22)내로부터 배출된 담배원료는 감압측의 제3로터리 밸브(43)를 통하여 기밀용기(44)로 보내진다. 이 기밀용기(44)내는 약 15기압의 이산화탄소의 분위기로 유지되어 있고, 담배원료가 상기 제3로터리 밸브(43)를 통과할 때에 그 분위기 가스의 압력은 상기의 함침용기(22)내의 30기압으로부터 상기 기밀용기(44)내의 15기압까지 감압된다.

또한, 이 기밀용기(44)로부터 배출된 담배원료는 감압측의 제4로터리 밸브(45)를 통하여 기밀용기(46)로 보내진다. 이 기밀용기(46)내는 거의 대기압의 이산화탄소 분위기로 유지되어있다. 그리고, 담배원료가 상기의 제4로터리 밸브(45)를 통과할 때에 상기의 기밀용기(44)내의 15기압으로부터 상기 기밀용기(46)내의 거의 대기압까지 감압된다.

이 기밀용기(46)내에 보내진 담배원료는 또한 에러 로커 밸브(47)를 통하여 상술한 가열장치의 송풍관(51)내로 연속적으로 공급되며, 이 송풍관(51)내에는 공기와 과열증기와의 혼합가스가 유통되고 있고, 이 가스는 가열기(52)에 의해 소정의 온도로 가열되고, 팬(53)에 의해 이 송풍관(51)내를 소정의 유속으로 유통되고 있다. 이 송풍관(51)내에 공급된 담배원료는 이 가스에 접속하여 가열되어, 함침되어 있던 이산화탄소가 팽창하여, 이 담배원료의 조직이 팽창된다. 그리고, 이 팽화처리가 된 담배원료는 집선분리기(54)에 의해 분리되고, 에러 로커 밸브(55)를 통하여 배출된다. 또, 상기의 에어 로커 밸브(47)는 이 송풍관(51)내의 가스가 기밀용기(46)내에 침입하는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기의 제1 내지 제4로터리 밸브(36, 41, 43, 45)는 거의 같은 구성이며, 예를들면 제1로터리 밸브(36)의 구성을 제 2 도에 도시한다. 도면중의 1은 로터리 밸브의 하우징이며, 이 하우징(1)에는 공급구(2)와 배출구(3)가 형성되어 있다. 또, 하우징(1)내에는 회전체(4)가 기밀성을 갖고, 회전자유롭게 수용되어 있다. 이 회전체(4)의 외주에는 복수의 포켓(5)이 형성되어 있다. 또, 상기의 하우징(1)에는 복수의 승압측 포트(6) 및 감압측 포트(7)가 형성되어 있다.

이 승압측 포트(6)의 고압 최종단의 포트에는 이산화탄소 공급관(9)에 의해 준비함침용기(21)와 접속되고, 고압의 이산화탄소가 공급된다. 또, 감압측 포트(7)의 저압 최종단의 포트에는 바이패스관(10a)이 접속되어, 저압이 된 이산화탄소가 회수된다. 또, 다른 승압측포트(6)와 감압측 포트(7)와는 각각 연통관(8)에 의해 연통되어 있다.

상기의 공급구(2)내는 예를들면 대기압의 분위기이며, 또, 상기의 배출구(3)내는 중압의 이산화탄소의 분위기이다. 그리고, 호퍼등을 통하여 상기의 공급부(2)내에 투입된 담배원료는 상기의 회전체(4)의 각 포켓(5)내에 수용되고, 이 회전체(4)의 회전체 의해 순차배출구(3)까지 운반한다.

상기의 배출구(3)내는 중압의 이산화탄소 분위기이므로 이 배출구(3)에 대항하여 내부의 담배원료를 배출한 빈 포켓(5)내는 중압의 이산화탄소 분위기이다. 이 포켓(5)이 감압측 포트(7)에 순차 대향해가는 동안에 이 포켓(5)내의 공압의 이산화탄소는 순차 이 감압측 포트(7)에 방압(放壓)되어, 예를들면 5기압정도씩 감압되어간다. 이들의 감압측 포트(7)는 각각 연통관(8)을 통하여 승압측 포트(6)에 연통하고 있으므로 각 감압측 포트(7)에서 배출된 이산화탄소는 각 승압측 포트(6)에 공급된다. 따라서, 담배원료를 수용한 코펫(5)이 이들 승압측 포트(6)에 순차 대향해 가는 동안에 예를들면 5기압씩 승압되어가고, 최종단의 승압측 포트(6)에 대향할 때에는 배출구(3)내와 같은 압력까지 승압되며, 이 후에 상기의 배출구(3)에 대향하여, 수용하고 있던 담배원료를 이 배출구(3)내로 배출한다.

또, 빈 포켓(5)이 최종단의 감압측 포트(7)에 대향하면 이 포켓(5)내에 잔류하고 있던 저압의 이산화탄소는 이 감압측 포트(7)로부터 이산화탄소 회수관(10a)을 통하여 회수되고, 이 포켓(5)내는 대기압으로 되돌아간다.

또, 상기의 배출관(3) 내에는 노즐벽(12)이 설치되고, 이 노즐벽(12)과 이 배출구(3)의 내면과의 사이의 틈에 연통한 분출구(11)가 형성되어 있다. 이 분출구(11)에서는 고압의 이산화탄소가 공급되고, 수용되어있던 담배원료를 배출한 빈 포켓(5)내에 이 노즐벽(12)과의 틈으로부터 고압의 이산화탄소가 분출되어 들어오고, 이 분류로 이 포켓(5)내에 잔류하고 있던 담배원료가 제거된다.

또, 상기의 것은 승압하면서 담배원료를 연속적으로 공급하는 승압측의 로터리 밸브이지만 감압하면서 담배원료를 배출하는 감압측의 로터리 밸브에 대해서는 그 구조는 상기의 것과 같으며, 승압 및 감압의 작용이 반대의 것이다.

예를들면, 제3도에는 상기 제4로터리 밸브(45) 및 기밀용기(46)의 부분 구조를 도시한다. 이 제4로터리 밸브(45)의 경우는 감압하면서 담배원료를 보내므로 상기 제1로터리 밸브(36)와는 그 승압 측 포트(6)와 감압측 포트(7)에 대한 회전체(4)의 회전방향이 반대로 되어있다. 따라서, 공급구(2)로부터 공급된 담배원료를 수용한 포켓(5)은 감압측 포트(7)에 순차대향하면서 배출구(3)까지 담배원료를 이송하고, 이 사이에 이들 포켓(5)내의 압력이 5기압씩 감압되어진다.

다음에 이 팽창장치의 이산화탄소의 공급 및 회수계통을 설명한다.

도면중 61은 가스홀더이며, 이 가스홀더(61)에는 이산화탄소 공급원(62)으로부터 이산화탄소가 보급된다. 이 가스홀더(61)내의 이산화탄소는 압축기(69)에 의해 예를들면 30기압의 고압으로 압축되고, 이산화탄소중의 수분을 제거하기 위한 습기제거기(60), 열교환기(63), 밸브(64)를 통하여 상기 함침용기(22)내에 공급된다. 또, 이 고압의 이산화탄소는 밸브(65, 66)를 통하여 제1 및 제2의 로터리 밸브(36, 41)의 분출구로 보내지고, 이들의 로터리 밸브의 포켓 내에 분출되어, 잔류하고 있던 담배원료를 제거한다.

또한 상기의 제2로터리 밸브(41)의 최종단의 감압측 포트에서 배출된 이산화탄소는, 상기의 준비용기(21)내에 또, 제3로터리 밸브(43)의 최종단의 감압포트에서 배출된 이산화탄소는 기밀용기(44)로 보내지고, 준비용기(21)와 기밀용기(44)내의 압력은 압력제어밸브(120)에 의해, 예를들면 15기압으로 조정되고, 압력을 유지하는 데에 사용되고 남는 이산화탄소는 대기압으로 감압되어 회수된다.

이들의 각 기기로부터 최종적으로 회수된 저압의 이산화탄소는 상기의 가스홀더(61)에 회수되고, 그런뒤에는, 상기와 같이 공급된다.

또, 67은 냉동기이며, 상기의 순환하는 이산화탄소를 냉각한다.

또, 이 팽화장치에는 상기와 같이 순환하는 이산화탄소내에는 외부로부터의 공기가 혼입하는 것을 방지하기 위해 상기의 승압측의 제1로터리 밸브(36)의 상류측 및 감압측의 제4로터리 밸브(45)의 하류측에 각각 기밀용기(35, 46)가 설치되어있다.

제2도에는 승압측의 제1로터리 밸브(36) 및 기밀용기(35)의 부분을 도시한다. 이 로터리 밸브(36)의 공급구(2)에는 상기의 기밀용기(35)가 접속되어 있다. 이 기밀용기(35)는 대략 도립원추형을 이루고, 슈트로서 작용한다. 이 기밀용기(35)의 상면에는 담배원료의 투입구(71)가 형성되어 있고, 상술한 로터리 밸브(33, 34)를 통하여 이 투입구(71)로부터 담배원료가 연속적으로 투입된다.

또, 이 기밀용기(35)의 상면에는 이산화탄소의 바이패스구(72) 및 이산화탄소의 배기구(73)가 형성되어있다. 그리고, 상기의 바이패스구(72)는 바이패스관(10a)을 통하여 상기의 로터리 밸브(36)의 최종단의 감압측 포트(7)에 연통되어있다. 또, 상기의 배기구(73)는 배관(74)을 통하여 상기의 가스홀더(61)에 연통되어있다.

이러한 구조의 것은 로터리 밸브(36)의 회전체(4)의 포켓(5)이 최종단의 감압측포트(7)에 대향하면, 이 포켓(5)내에 잔류하고 있던 압력이 포트(7)내로 분출한다. 이 포트(7)는 바이패스관(10a) 및 바이패스구(72)를 통하여 상기의 기밀용기(35)내로 연통하고 있으므로, 이 압력은 이 기밀용기(35)내로 방출된다. 따라서, 이 포켓(5)의 내부의 압력은 이 기밀용기(35)의 내부의 압력과 같은 압력이 되고, 다음에 이 포켓(5)이 공급구(2)에 대향한 경우에 포켓으로부터의 잔류압력이 반대방향으로 분출함으로써 담배원료의 원활한 흐름을 저해하게 되지는 않는다.

또, 이 기밀용기(35)내에는 포켓(5)이 최종단위 감압측포트(7)에 대향할때마다 이 바이패스관(10a) 및 바이패스구(72)를 통하여 이산화탄소가 공급된다. 이 기밀용기(35)내에는 투입되는 담배원료와 함께 공기도 침입한다. 그러나 상기와 같이 이 기밀용기(35)내에는 이산화탄소가 공급되므로, 이 기밀용기(35)내는 거의 이산화탄소 분위기가 된다. 따라서, 투입된 담배원료에 포함되어있던 공기는 이산화탄소로 치환되고, 그후에 이 담배원료는 로터리 밸브(36)를 통하여 상기의 준비함침용기(21)내로 보내진다. 따라서, 이 준비함침용기(21)내 등에 공기가 침입하는 것을 방지할 수 있다.

또, 포켓(5)내에 잔류하고 있던 담배원료는 이 포켓(5)이 최종단의 감압측포트(7)에 대향한 경우에는 분출하는 이산화탄소와 함께 기밀용기(35)내로 보내지고, 이 기밀용기(35)내에서 이산화탄소와 분리되어, 투입되는 담배원료와 함께 로터리 밸브(36)를 통하여 준비함침용기(21)로 보내진다. 따라서, 담배원료의 손실이 없고, 또 필터 등의 막힘의 원인이 될 부재를 설치할 필요가 없다.

또, 제3도에는 감압측의 제4로터리 밸브(45)와 기밀용기(46)의 부분을 도시한다. 이 기밀용기(46)는 대략 도립원추형을 이루고, 슈트로서 작용한다. 이 기밀용기(46)에는 투입구(81)가 형성되어 있어, 상기의 제4로터리 밸브(45)의 배출구(3)와 연통하고 있다. 또, 이 기밀용기(46)의 상부에는 바이패스구(82) 및 배기구(83)가 형성되어 있고, 바이패스구(82)는 바이패스관(10b)을 통하여 최종단의 감압측포트(7)에 연통하고, 또 배기구(83)는 배관(84)을 통하여 가스홀더(61)에 연통하고 있다.

이 제3도의 기밀용기(46)는 제2도에 도시된 기밀용기(35)와 마찬가지로 이산화탄소의 순환계통내에 공기, 수증기 등이 침입하는 것을 방지한다. 즉, 이 기밀용기(46)내에 투입되는 담배원료에는 공기는 포함되어있지 않지만, 이 기밀용기(46)내에는 에어 로커 밸브(47)의 내부 누설등에 의해 송풍관(51)내의 공기나 수증기가 다소 침입하는 수도 있다. 그러나, 이 경우에도 이 기밀용기(46)내에 공급되는 이산화탄소에 의해 이 기밀용기(46)내에 침입한 가스가 이산화탄소 분위기로 치환되므로 이 공기나 수증기가 이보다 상류측에 침입하지는 않는다.

다음에 상기한 바와 같은 담배원료의 팽화장치에는 팽화조제 즉 이산화탄소의 회수 및 계통내의 이산화탄소의 농도유지를 효과적으로 하기 위한 장치가 설치되어 있고, 이하 그 장치를 설명한다.

상술한 바와 같이, 상기의 제1로터리 밸브(36)와 기밀용기(35) 및 제4로터리 밸브(45)와 기밀용기(46)의 부분에서는 이들 기밀용기(35, 46)내에 이산화탄소가 공급되어, 외부에서 침입하는 공기등과 치환된다. 이들 기밀용기(35, 46)로부터 배기되는 이산화탄소에는 공기등이 혼입되어 있다. 따라서, 이들 기밀용기(35, 46)내에서 회수된 이산화탄소를 그대로 가스홀더(61)로 되돌리게 되면, 팽화장치의 이산화탄소 순환계통내에 공기가 점차 축적되어가서 설비의 효율을 저하시킨다.

이러한 결점을 방지하려면, 이들 기밀용기(35, 46)에서 회수한 이산화탄소를 외부로 폐기하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이렇게 하면 이산화탄소 공급원(62)으로부터 대량의 이산화탄소를 보급해야 하고, 가격면에서 불리하다. 또, 이산화탄소를 대기에 배출하는 것은 바람직하지 않다. 이러한 결점은 이 팽화장치가 대규모가 될수록 현저해진다.

본 발명의 팽화장치에서는, 상기의 결점을 개선하기 위해, 이산화탄소를 효율적으로 회수하여 혼입되어 있는 공기를 분리하고, 계통내의 이산화탄소의 농도를 효율적으로 제어하기 위한 회수분리장치가 설치되어 있다.

제1도, 제5도 및 제6도에는 회수분리장치(91)가 도시되어 있다. 상기의 기밀용기(35, 46)의 배기구(73, 83)로부터 배출되는 이산화탄소를 회수하는 배관(74, 84)의 도중에는 각각 선택밸브(75, 85)가 설치되고, 이들의 상류측에서 분기하여 회수배관(92, 93)이 각각 설치되어있다. 그리고 이들 회수배관(92, 93)은 상기한 회수분리장치(91)에 연통하고 있다. 따라서, 상기 선택밸브(75, 85)를 담음으로써, 상기의 기밀용기(35, 46)로부터 배기되는 공기를 포함한 이산화탄소는 가스롤더(61)에는 보내지지 않고, 상기의 회수분리장치에 보내지도록 구성되어 있다.

이 회수분리장치(91)는 흡착식의 이산화탄소 분리장치(상술한 PSA)이다. 즉, 제5도 및 제6도에 도시하는 바와같이 복수, 예를들면 2개의 흡착탑(94a, 94b)이 형성되어 있다. 이들 합착탑(94a, 94b)에는 활성탄이나 제올라이트등의 흡착제가 충전되어 있다. 이들 흡착제는 공기와 이산화탄소의 혼합가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡착하는데, 압력이 높을수록 흡착량이 크고, 압력이 낮을수록 흡착량이 적다.

또, 이 장치에는 가압펌프(95) 및 흡인펌프(96)가 설치되어있고, 이들 펌프는 각각 밸브(98a, 98b, 99a, 99b)를 통하여 상기의 흡착탑(94a, 94b)의 일단부에 접속되어 있다. 또, 이들 흡착탑(94a, 94b)의 타단부는 각각 밸브(97a, 97b)를 통하여 배기관(101)에 접속되어 있다.

이 회수분리장치는 제5도에 도시하는 바와 같이 예를들면 우선 한쪽의 흡착탑(94a)의 밸브(98a, 97a)를 열고, 가압펌프(95)에 의해 상기의 기밀용기(35, 46)로부터의 이산화탄소와 공기의 혼합가스를 이 한쪽의 흡착탑(94a)에 공급하여, 이산화탄소를 흡착한다. 이산화탄소가 분리된 나머지의 공기등의 가스는 배기관(101)으로부터 외부로 배출된다. 또, 이때에는 다른쪽의 흡착탑(94b)의 밸브(98b, 97b)가 닫혀짐과 동시에 밸브(99b)가 열리고, 흡인펌프(96)의 밸브(96)에 의해 다른쪽의 흡착탑(94b)의 내부를 저압으로 배기한다. 이에 의해 이 다른쪽의 흡착탑(94b)내의 흡착제에 흡착되어 있던 이산화탄소가 방출되어 회수되고, 상기의 팽화설비의 계통내로 되돌아간다.

다음에 제6도에 도시하는 바와 같이 상기와는 밸브의 개폐상태를 반대로 하여 한쪽의 흡착탑(94a)내를 저압으로 하여 흡착되어 있는 이산화탄소를 방출시켜서 회수하고, 또 다른쪽의 흡착탑(94b)에 이산화탄소를 흡착시킨다. 이하 이러한 작동을 반복하고, 이들 흡착탑(94a, 94b)을 교대로 흡착, 재생을 실시하여, 이산화탄소를 분리하고 회수한다. 또 이 사이클의 간격은 예를들면 90초∼180초라는 비교적 짧은 주기로 반복한다.

이러한 회수분리장치(91)에 의하면 공기가 혼합된 이산화탄소를 회수하여 효율적으로 공기를 분리제거하고, 이산화탄소만을 이 팽화설비의 계통내로 되돌릴 수 있다. 따라서 이산화탄소가 불필요하게 외부로 방출되지 않고, 또 계통내의 이산화탄소의 농도를 정확히 제어할 수 있다.

또, 이 회수분리장치(91)는 흡착제에 의해 이산화탄소를 분리하므로, 회수한 가스의 이산화탄소 농도가 낮은 경우에도 효율적으로 분리할 수 있고, 또 응답성이 좋고, 팽화장치의 이산화탄소의 순환계통내의 이산화탄소농도를 안정되게 제어할 수 있다.

즉, 제7도에는 종래의 액화식의 이산화탄소 분리장치, 즉, 혼합가스를 압축하여 이산화타소를 액화시켜서 분리하는 형식의 장치의 특성의 일례를 도시한다. 제7도에서도 알 수 있는 바와 같이 종래의 액화형의 장치에서는 처리가스의 공기농도가 높은 경우에는 이산화탄소의 분리효율이 매우 낮아지고, 실질적으로 이 이산화탄소를 분리회수할 수 없다. 또, 이 액화식의 장치에서는 장치의 기동이나 운전조건의 변경등에 긴 시간을 필요로 하고, 이산화탄소 순환계통내의 이산화탄소의 농도의 변화에 추종하지 않아, 계통내의 이산화탄소 농도가 불안정하게 된다.

이에 대하여 상기의 회수분리장치(91)의 이산화탄소 분리효율은 제8도에 일례를 도시하는 바와 같이 이산화탄소의 농도가 낮은 경우에도 극히 높은 분리효율을 유지할 수 있다. 더구나 이 회수분리장치(91)는 상기한 바와 같이 극히 짧은 사이클로 운전되므로 그 기동이나 운전조건의 변경이 극히 빠르고, 따라서 순환계통내에 이산화탄소 농도의 변화에 대하여 신속히 대응할 수 있고, 이 이산화탄소 순환계통내의 이산화탄소농도를 정확하고 도, 확실히 제어할 수 있다.

또, 이러한 회수분리장치(91)에 의한 이산화탄소의 분리회수를 더욱 효율적으로 실시하기 위해 상기의 기밀용기(35, 46)등의 기밀용기를 제4도에 도시하는 바와 같이 구성해도 좋다. 이것은, 상기와 같은 기밀용기(106)를 구비하고 있으며, 그 상부에는 투입구(102)가 형성되어있다. 또, 이 기밀용기(106)의 상부에는 사이클론 분리기(103)가 부착되어있다. 로터리 밸브의 최종단의 감압축 포트에서의 이산화탄소는 바이패스배관(109)을 통하여 이 사이클론 분리기(103)에 보내져 이산화탄소와 혼합되어있던 담배원료가 분리된다. 담배원료가 분리된 이산화탄소는 배관(107)을 통하여 상기의 가스홀더(61)에 회수된다. 분리된 담배원료는 소량의 이산화탄소와 함께 로터리 밸브(105)를 통하여 공급구(104)로부터 기밀용기(101)내로 보내진다.

이 담배원료는 투입구(102)에서 투입되는 담배원료와 함께 하류측으로 보내진다. 이 기밀용기(106)내에 보내진 이산화탄소에 의해 이 기밀용기(106)내에 외부로부터 침입한 공기는 치환된다. 그리고, 이 공기와 혼합된 이산화탄소는 회수구(110)로부터 회수배관(108)을 통하여 진술한 바와 같은 회수분리장치(91)로 보내진다.

이러한 기밀용기를 사용하면 로터리 밸브로부터의 이산화탄소의 대부분이 그대로 가스홀더(61)에 회수되고, 공기와 혼합되어 회수분리장치(91)에 보내지는 이산화탄소의 양은 적어진다. 따라서, 이 회수 분리장치(91)의 부하가 경감한다. 또, 이 경우에는 이 회수분리장치에 보내지는 혼합가스의 이산화탄소의 농도는 저하하지만 상술한 바와 같이 이 흡착형의 회수분리장치(91)는 이산화탄소의 농도가 낮아도 효율적으로 분리되므로 지장은 없다.

또, 팽화조제의 계통내에 있어 공기농도는 낮을수록 좋고, 예를들면 5용적% 이하가 되도록 제어할 필요가 있다. 제어방법으로는 함침용기(22)에 공급되는 팽화조제중의 공기농도를 공기농도계(100)에 의해 측정하고, 이 값이 설정공기농도를 만족하도록, 회수분리장치(91)에 공급되는 회수가스량을 기밀용기(35, 46)에서의 회수배관(74, 84)에 설치되어 있는 유량제어밸브(75, 85)의 밸브개방도로서 자동조절하고 변화시킴으로써 제어하여, 소망하는 공기농도를 얻는다.

또, 기밀용기(35, 46)로부터의 회수가스의 전량(全量)을 회수분리장치(91)에 공급처리해도 공기농도의 설정치를 만족하지 않는 경우에 준비용기(21), 기밀용기(44)로부터의 회수가스의 일부, 혹은 전량을 합쳐서 회수분리장치(91)에 공급처리하는 것도 가능하다.

또, 상기 제1실시예에서는 승압 또는 감압하면서 담배원료를 연속적으로 보내는 밸브장치로서 로터리 밸브를 사용했지만 이들 대신에 볼 밸브를 사용할 수도 있다. 제9도에는 이 볼 밸브를 사용한 제2실시예의 팽화설비를 도시한다. 이 제2실시예는 준비함침용기가 생략되고, 함침용기(22)만이 설치되어 있다. 또, 상기 사항이외에는 이 제2실시예는 상기 제1실시예와 같은 구성이며, 제9도중, 제1실시예에 대응하는 부분에는 같은 부호를 붙이고, 그 설정은 생략한다.

제9도중, 36a는 제1 볼 밸브, 41a는 제2 볼 밸브, 43a는 제3 볼 밸브, 45a는 제4 볼 밸브이다. 또, 35, 35a, 44, 46은 기밀용기이다. 상기의 각 볼밸브는 회전하는 볼체에 의해 담배원료를 보내는 것으로 전술한 로터리 밸브와 같은 승압축 포트나 감압축 포트는 형성되어있지 않다. 이 때문에 상기의 각 기밀용기(35, 35a, 44)에는 배관(121, 131, 141), 밸브(123, 133, 143)를 통하여 이산화탄소를 공급하여, 이들의 내부를 이산화탄소 분위기로 유지한다. 또, 최하류의 기밀용기(46)내에는 제4 볼 밸브(45a)에서 담배원료와 함께 이산화탄소를 공급하여, 이 내부를 이산화탄소 분위기로 유지한다.

기밀용기(35a, 44)로부터 배출되는 이산화탄소에는 공기가 혼입되어 있지 않으므로 그 이산화탄소는 배관(132, 142), 밸브(134, 144)를 통하여 그대로 가스홀더(61)로 회수된다. 또, 최상류의 기밀용기(35) 및 최하류의 기밀용기(46)로부터 배출되는 이산화탄소에는 공기가 혼입되어 있으므로 이들로부터의 이산화탄소는 배관(122, 152), 밸브(124, 154)를 통하여 전술한 바와 같은 회수분리장치(91)로 보내진다.

또한 상기에 있어 회수한 이산화탄소를 고압까지 압축하려면 에너지를 필요로 한다. 이 회수한 이산화탄소를 압축하는데 필요한 에너지를 적게하기 위해 이 이산화탄소의 회수계통을 제10도에 도시하는 제3실시예와 같이 구성해도 좋다. 이 제3실시예의 것은 회수하는 이산화탄소를 저압 및 중압의 2계통으로 나누어 회수하는 것이다.

이 제3실시예의 담배원료의 팽화의 구성은 상기의 제1실시예의 장치와 같으며, 그 설명은 생략한다.

다음에, 이 제3실시에의 이산화탄소의 공급 및 회수계통을 설명한다. 상기의 공급계통 및 배출계통으로부터 회수된 이산화탄소 공급원은 최종적으로 약 30기압의 함침압력보다 약간 높은 압력으로 승압되어, 고압탱크(161)에 보내진다. 이 고압탱크(161)내의 이산화탄소는 열교환기(63), 밸브(64)를 통하여 상기의 함침용기(22)내에 공급된다. 또, 이 고압의 이산화탄소는 밸브(65, 66)를 통해 제1 및 제2로터리 밸브(36, 41)의 분출구로 보내지고, 이들 로터리 밸브의 포켓내에 분출되어, 잔류하고 있던 담배원료를 제거한다.

또, 상기의 제2로터리 밸브(41)의 최종단의 감압측포트로부터 배출되는 이산화탄소는 상기의 준비함침용기(21)내에 또 제3로터리 밸브(43)의 최종단의 감압포트로부터 배출된 이산화탄소는 기밀용기(44)내에 보내지고, 준비함침용기(21)와 기밀용기(44)내의 압력은 압력조정밸브(193)에 의해 예를들면 15기압으로 조정되고, 압력을 유지하는데에 충분한 나머지의 이산화탄소는 회수된다.

상기 담배원료의 공급계통 및 배출계통으로부터 회수되는 이산화탄소는 각각 저압회수계통 및 중압회수계통의 두가지 계통으로 각각 회수되고, 최종적으로 상기의 고압탱크에 회수되도록 구성되어있다.

우선, 상기의 저압회수계통의 구성을 설명한다. 상기 공급계통의 말단부의 기밀용기(35)내는 예를들면 대략 대기압의 저압으로 유지조정되어 있어, 이 기밀용기(35)내에서 회수되는 이산화탄소는 저압이다.

또, 이 기밀용기(35)내에는 반입되는 담배원료중에 포함되어있던 공기가 혼입되어있다. 또, 담배원료의 배출계통의 말단부의 기밀용기(46)내도, 거의 대기압의 저압으로 유지조정되고있고, 이 기밀용기(46)에서 회수되는 이산화탄소는 저압이다. 또, 이 기밀용기(46)에서 회수되는 이산화탄소에는 외부에서 침입한 공기나 수분이 포함되어있다.

이들의 기밀용기(35, 46)로부터 회수된 저압의 이산화탄소는 저압회수배관(171)으로 모인다. 이 저압회수배관(171)에 모인 이산화탄소는 저압분리배관(172)을 통하여 펌프(173)에 의해 전술한 바와 같은 분리장치(91)로 보내진다.

이 흡착장치(91)에 의해 공기가 분리된 이산화탄소는, 펌프(176)에 의해 저압복귀배관(177)을 통하여 저압탱크(178)로 보내진다. 이 저압탱크(178)는 저압으로 이산화탄소를 저장한다.

또, 상기의 저압회수배관(171)과는 별개로 저압 바이패스배관(181)이 설치되어 있다. 이 저합 바이패스배관(181)은 밸브(182, 183)를 통하여 상기의 저압회수배관(171)에 접속하고, 또 펌프(184)를 통하여 상기의 저압탱크(178)에 접속되어 있다. 따라서, 이들의 밸브(182, 183)를 열어서 회수된 저압의 이산화탄소는 상기의 분리장치(91)를 바이패스하여 상기의 저압탱크(178)로 보내지도록 구성되어있다.

그리고, 이 저압탱크(178)에 회수된 이산화탄소는 중압 승압기(185)에 의해 이 저압으로부터 약 5∼15기압의 중압으로 승압되고, 후술하는 중압회수계통의 중압탱크(194)에 보내지도록 구성되어 있다. 또, 이 저압탱크(178)에는 이산화탄소의 공급원(62)에서 새로운 이산화탄소가 보급되어, 이 팽화장치의 이산화탄소의 순화계통내에 새로운 이산화탄소의 보급이 이루어진다.

다음에, 상기의 중압회수계통에 대하여 설명한다. 상기의 준비함침용기(21) 및 기밀용기(44)내는 압력조정밸브(193)에 의해 약 15기압의 중압으로 유지되고 있고, 이들로부터 회수되는 이산화탄소는 중압이다. 또 이들로부터 회수되는 이산화탄소에는 공기등의 불순물은 포함되어 있지 않다. 이들 준비함침용기(21) 및 기밀용기(44)에서 회수된 이산화탄소는 중압회수배관(191)으로 모여지고, 중압배관(192, 193)을 통하여 중압탱크(194)내로 보내진다. 이 중압탱크는 약 5∼15기압의 중압으로 이산화탄소를 저장한다.

또, 이들 중압배관(192, 193)의 도중에서 분기하여 중압 바이패스배관(196)이 형성되고, 이 중압 바이패스배관(196)은 상기의 저압탱크(178)에 접속되어 있다. 그리고, 이 중압 바이패스배관(196)의 도중에는 밸브(197)가 설치되어있다. 따라서, 이 밸브(197)를 열어서 이 중앙의 이산화탄소의 전부 또는 일부가 상기의 중압탱크(194)로 보내지지 않고 상기의 저압탱크(178)로 보내지도록 구성되어 있다.

이 제3실시예의 것은 중압회수계통에 의해 중압의 이산화탄소를 회수하므로 이 중압회수계통의 고압승압기(195)는 이산화탄소를 중압에서 고압으로 승압하는 것 만으로 좋고, 이 승압기의 용량이 작아도 좋고, 또 소비전력도 작다. 또, 이 실시예에서는 저압회수계통으로 회수된 저압의 이산화탄소를 중압까지 승압하여 중압탱크(194)에 공급하므로 이 중압탱크가 2대의 승압기의 버퍼탱크로서 작용하여, 이들의 승압기의 운전관리가 용이해진다.

또, 이 실시예에서는 공기등이 혼입되어있는 저압의 이산화탄소만을 분리장치(91)로 보내어 혼입한 공기등을 분리하므로 이 분리장치(91)의 용량도 작아도 된다.

또한, 이 2계통의 이산화탄소의 회수계통을 갖는 장치는 상기의 제3실시예에 한정되지는 않는다. 예를들면 제11도는 본 발명의 제4실시예를 도시한다. 이것은 저압탱크(178)에 회수된 이산화탄소를 저압으로부터 한번에 고압까지 승압하는 제1고압승압기(185a)를 설치하여, 이 저압탱크(178)의 이산화탄소를 직접 고압탱크(161)에 보내도록 구성하고, 또, 중압탱크(194)내의 중압의 이산화탄소는 상기 제1실시예와 마찬가지로 중압으로부터 공압으로 승압하는 제2고압승압기(195a)에 의해 승압하여 고압탱크(161)로 보내도록 구성한 것이다. 또, 이 제4실시예는 상기 사항이외는 상기의 제3실시예와 같은 구성이며, 제11도중 제3실시예에 대응하는 부분에는 같은 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.

이 제4실시예의 것은 제1 및 제2의 고압 승압기(185a, 195a)가 병렬로 배치되어 있으므로 각각을 독립하여 운전할 수 있으므로 이들 승압기의 운전관리가 용이하다.

Claims (3)

1. 담배원료등의 농산물원료에 팽화조제(膨化助劑)로서의 탄산가스를 함침시킨 후에 이 원료내에 함침된 탄산가스를 가열, 팽창시킴으로써 이 원료를 팽창시키는 장치에서, 상기의 원료가 연속적으로 공급되고, 연속적으로 팽화되는 것에 있어서, 함침용기(22)를 구비하고, 이 함침용기내에는 소정의 함침압력이 유지되도록 팽화조제가 공급됨과 동시에 팽화시킬 원료가 연속적으로 공급되는 것이며; 또, 공급측의 밸브수단(36, 41)을 구비하고, 이들의 밸브수단은 연속적으로 상기의 원료를 상기 함침용기(22)내에 공급함과 동시에 이 원료의 주위에 탄산가스의 압력을 증가시키면서 상기의 함침용기내에 탄산가스를 공급하는 것이며; 또, 배출측의 밸브수단(43, 45)을 구비하고, 이들 밸브수단은 상기 함침용기(22)내로부터 상기의 원료를 연속적으로 배출함과 동시에 이 원료의 주위에 탄산가스의 압력을 감소시키면서 상기의 함침용기내로부터 탄산가스를 배출하는 것이며; 탄산가스의 회수 분리수단을 구비하고, 이 회수분리수단은 상기 저압의 탄산가스를 저압탱크(178)에 회수하기 위한 저압회수계통, 상기 중압의 탄산가스를 중압탱크(194)에 회수하기 위한 중압 회수계통, 및 상기 저압 및 중압탱크에 회수된 상기 탄산가스를 고압으로 승압하여 고압탱크(161)에 공급하기 위한 고압승압기(195, 185a, 195a)를 포함하고 있으며; 상기 공급축 밸브수단의 상류측 및 상기 배출측 밸브수단의 하류측에 각각 기밀용기(35, 46)를 배치, 구비하고, 공급측 밸브수단 및 배출측 밸브수단은 공급 배출구(2, 3) 및 바이패스배관(10a, 10b)에 의해 각 기밀용기(35, 46)에 연결되어 있고, 저압의 탄산가스는 적어도 연결되어 있는 상기 바이패스배관(10a, 10b)에 의해 각 기밀용기(35, 46)에 공급되고, 상기원료는 상기 공급 배출구(2, 3)와 상기 기밀용기(35, 46)를 통과하고 그 통과시 기밀용기에 유지되어 있는 탄산가스로 농화되면서 상기 함침용기(22)에 공급 또는 그 용기로부터 제거되며, 바이패스배관(10a, 10b)에 의해 기밀용기(35, 46)에 저압 탄산가스가 공급됨으로써 공기가 함침용기내에 침입하는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 농산물등의 팽화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 승압기는 상기 저압탱크(178)내의 저압의 탄산가스를 중압까지 승압하여 상기 중압탱크(194)에 공급하는 중압승압기(185)와, 상기 중압탱크(194)내의 중압의 탄산가스를 고압으로 승압하여 상기 고압탱크(161)에 공급하는 고압 승압기(195)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 농산물등의 팽화장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 승압기는 상기 저압탱크(178)내의 저압의 탄산가스를 고압까지 승압하여 상기 고압탱크(161)에 공급하는 제1고압 승압기(185a)와, 상기 중압탱크(194)내의 중압의 탄산가스를 고압으로 승압하여 상기 고압탱크(161)내에 공급하는 제2고압 승압기(195a)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 농산물등의 팽화장치.