PL174255B1 - Urządzenie do dozowania tytoniu do komory impregnacyjnej urządzenia do spęczniania tytoniu - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do dozowania tytoniu do ko- mory impregnacyjnej urzadzenia do speczniania ty- toniu, majace zespól doprowadzajacy tyton i zespól odmierzajacy polaczony z zespolem doprowadza- jacym tyton i wyposazony w rury odmierzajace do odmierzania wsadu tytoniu przeznaczonego do dop- rowadzania do komory impregnacyjnej, znamienne tym, ze zespól odmierzajacy zawiera wtryskiwacze pary (80, 82) do wtryskiwania pary wodnej dla ogrze- wania wsadu tytoniu przed jego wprowadzeniem do komory impregnacyjnej (22) urzadzenia do specz- niania tytoniu i zespól doprowadzajacy do doprowa- dzania ogrzanego wsadu tytoniu do tej komory impreg- nacyjnej (22). F i g . 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do dozowania tytoniu do komory impregnacyjnej urządzenia do spęczniania tytoniu.

Spęcznianie tytoniu stanowi ważną część procesu wytwarzania papierosów. Spęcznianie tytoniu jest stosowane do przywracania gęstości masowej tytoniu i/lub objętości, utraconych podczas konserwowania i magazynowania liścia tytoniowego. Ponadto, spęczniony tytoń stanowi ważny składnik wielu papierosów o małej i skrajnie małej zawartości smoły.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 554 932 jest znane urządzenie do dozowania tytoniu, mające zespół doprowadzający tytoń i zespół odmierzający połączony z zespołem doprowadzającym tytoń i wyposażony w rury odmierzające do odmierzania wsadu tytoniu przeznaczonego do doprowadzania do komory impregnacyjnej, urządzenia do spęczniania tytoniu, zawierającego cylindryczną rurową osłonę i wrzeciono zamontowane dla ' ruchu posuwisto-zwrotnego pomiędzy położeniem załadowania tytoniu na zewnątrz osłony i położeniem obróbczym wewnątrz osłony. Gdy wrzeciono znajduje się wewnątrz osłony, wówczas odkształcalne pierścienie uszczelniające, utrzymywane w pierścieniowych rowkach na cylindrycznych zakończeniach wrzeciona, są wypychane promieniowo na zewnątrz dla styku z wnętrzem osłony dla utworzenia komory ciśnieniowej wewnątrz osłony pomiędzy zakończeniami wrzeciona. Zastosowano przewody dla wprowadzania płynów procesowych do pierścieniowej komory ciśnieniowej utworzonej wewnątrz osłony. Zastosowanie tego urządzenia do wysokociśnieniowego impregnowania tytoniu czynnikiem spęczniającym umożliwia łatwe załadowanie i wyładowanie tytoniu i pozwala na uniknięcie problemów zamykania i otwierania, towarzyszących konwencjonalnym mechanizmom uszczelniania ciśnieniowego i blokowania, takim jak przychylne wieka autoklawy. Tego rodzaju naczynie ciśnieniowe daje więc oszczędności czasowe i zwiększa ekonomiczność procesu spęczniania tytoniu.

Spęcznianie tytoniu wymaga stosowania procesu prowadzonego w sposób seryjny przy ciśnieniu impregnowania znacznie powyżej ciśnienia atmosferycznego. Seryjne procesy obróbki

174 255 tytoniu wymagają skomplikowanego urządzenia obróbczego i długiego czasu cyklu obróbki, ze względu na czas potrzebny do otwierania i zamykania naczyń.

Dla skrócenia cyklu czasowego i dla polepszenia wydajności, według konwencjonalnej technologii stosowano dotychczas głównie zwiększanie objętości indywidualnych układów i/lub zwiększanie ilości układów seryjnych.

Urządzenie do dozowania tytoniu do komory impregnacyjnej urządzenia do spęczniania tytoniu, mające zespół doprowadzający tytoń i zespół odmierzający połączony z zespołem doprowadzającym tytoń i wyposażony w człon do odmierzania wsadu tytoniu przeznaczonego do doprowadzania do komory impregnacyjnej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zespół odmierzający zawiera wtryskiwane pary do wtryskiwania pary wodnej dla ogrzewania wsadu tytoniu przed jego wprowadzeniem do komory impregnacyjnej urządzenia do spęczniania tytoniu i zespół doprowadzający do doprowadzania ogrzanego wsadu tytoniu do tej komory impregnacyjnej.

Zespół doprowadzający do doprowadzania ogrzanego wsadu tytoniu do komory impre· gnacyjnej zawiera ukierunkowany poziomo przewód załadowczy, mający w górnej ścianie otwór.

Otwór w poziomym przewodzie jest wyposażony w przechylny człon zamykający do wtłaczania tytoniu do poziomego przewodu załadowczego.

Wtryskiwacz pary zawiera przewód przepuszczający parę wodną przez liczne otwory przechodzące przez przynajmniej jedną ścianę kontaktującą się ze wsadem tytoniu.

Według wynalazku otrzymano szybkopracujące, seryjne urządzenie do niezawodnego i ekonomicznego dozowania wstępnie zwymiarowanych partii tytoniu do komory impregnacyjnej urządzenia do spęczniania tytoniu i dla szybkiego i ekonomicznego podgrzewania partii tytoniu.

Urządzenie według wynalazku może być stosowane do spęczniania tytoniu przy dużych szybkościach przerobu, prowadzonego w wysokociśnieniowych warunkach nasycania tytoniu.

Do wstępnego ogrzewania tytoniu podawanego do komory impregnacyjnej, w urządzeniu według wynalazku zastosowano ukierunkowaną pionowo rurę odmierzającą. Do rury odmierzającej jest wtryskiwana para wodna w położeniu poniżej szczytu kolumny tytoniu dla ogrzania tytoniu do wysokiej temperatury, korzystnie pomiędzy około 38°C i około 100°C, a następnie ogrzany tytoń jest doprowadzany do komory impregnacyjnej. Wstępne ogrzewanie tytoniu w urządzeniu dozującym według wynalazku odbywa się gwałtownie, ponieważ para wodna jest bardzo szybko rozprowadzana poprzez tytoń.

Urządzenie do dozowania według wynalazku daje liczne korzyści. Przede wszystkim można łatwo i dokładnie kontrolować ilość tytoniu dozowaną do komory impregnacyjnej. Tym samym człony przedzielające mogą być umieszczone pionowo w rozmaitych położeniach dla uzyskania dowolnych rozmaitych wstępnie ustalonych wielkości wsadów tytoniu dla impregnacji. Ponadto, zastosowanie rur odmierzających pozwala na uzyskanie zasadniczo równego rozkładu partii tytoniu poprzez szerokość znajdującego się poniżej przewodu załadowczego. Seryjne dozowanie wsadu tytoniu przebiega szybko i doprowadza każdy wsad tytoniowy do strefy impregnacyjnej w zgodności z krótkimi cyklami impregnacyjnymi według obecnego wynalazku.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój przez urządzenie do spęczniania tytoniu w rozmaitych położeniach roboczych, częściowo zaznaczonych przerywaną linią, fig. 2 - przekrój przez urządzenie według wynalazku do dozowania tytoniu do komory impregnacyjnej urządzenia do spęczniania tytoniu, zawierające parę pionowych elementów odmierzających, umieszczonych dla zasilania pary usytuowanych poziomo przewodów umieszczonych nad komorą impregnacyjną urządzenia z fig. 1, fig. 2a - powiększony przekrój jednego zakończenia posuwisto-zwrotnego członu prasującego tytoń, połączonego z poziomymi przewodami w urządzeniu do dozowania tytoniu z fig. 2, fig. 3 - powiększony przekrój linii 3-3 z fig. 2, ilustrujący rozwiązanie zespołu wtryskiwania pary wodnej, dla wprowadzania pary wodnej do partii tytoniu, fig. 4 - powiększony przekrój wzdłuż linii 4-4 z fig. 2, przedstawiający odmienne korzystne rozwiązanie zespołu wtryskiwania pary wodnej, połączonego z elementami odmierzającymi urządzenia z fig. 2, fig. 5 - powiększony przekrój wzdłuż linii 5-5 z fig. 2, przedstawiający zalecane rozwiązanie

174 255 elementów przedzielających kolumnę tytoniu, połączonych z elementami odmierzającymi urządzenia z fig. 2, fig. 6 - częściowy widok z przodu z niektórymi częściami usuniętymi, wzdłuż linii 6-6 z fig. 5, przedstawiający dolną część jednego elementu odmierzającego urządzenia z fig. 2 oraz wiele zębów przyłączonych do elementów przedzielających kolumnę tytoniu z fig. 5, fig. 7 - powiększony schematyczny przekrój części urządzenia do dozowania tytoniu z fig. 2, przedstawiający zespół do wtryskiwania pary, element przedzielający tytoń oraz człon blokujący do doprowadzania wstępnie określonej objętości tytoniu do komory impregnacyjnej urządzenia spęczniającego z fig. 1, fig. 8 - przekrój jednej części końcowej wrzecionowo-osłonowego urządzenia z fig. 1, przedstawiający pierścienie uszczelniające i pierścienie odpornościowe, przyłączone do członów końcowych wrzeciona, a także przedstawiający wiele rozmieszczonych obwodowo otworów poprzez ścianę osłony dla wprowadzania płynu obróbczego do komory impregnacyjnej, fig. 8A - znacznie powiększony przekrój części urządzenia pokazanej na fig. 8, ilustrujący zalecany przekrój poszczególnych otworów przez ścianę osłony, fig. 9 - schematyczny przekrój pętli osuszania tytoniu, zastosowanej za urządzeniem impregnacyjnym z fig. 1, fig. 10 - częściowy przekrój alternatywnego układu do wprowadzania płynu do wrzecionowoosłonowego urządzenia z fig. 1, przy czym wrzeciono pokazano w stanie ruchu pomiędzy położeniem załadowania a położeniem impregnacji, przy czym poprzez osłonę przechodzą powiększone otwory, zaś na wrzecionie znajdują się człony blokujące, umieszczone na wrzecionie w ustawieniu promieniowym względem tych powiększonych otworów, fig. 11 - przekrój wzdłuż linii 11-11 z fig. 10, przedstawiający sposób, w jaki człony blokujące na wrzecionie blokują otwory w osłonie podczas przesuwania się wrzeciona poprzez osłonę, fig. 12 - powiększony widok perspektywiczny podłużnego członu blokującego wymontowanego z urządzenia z fig, 10 i 11, fig. 13 - wykres ilustrujący spęcznianie tytoniu przy zmiennych zawartościach wilgoci i zmiennych stopniach wstępnego ogrzania tytoniu, fig. 14 - wykres ilustrujący zmiany spęczniania tytoniu przy rozmaitych gęstościach tytoniu podczas nasycania czynnikiem spęczniającym przy rozmaitych czasach impregnowania, a fig. 15 - wykres sporządzony na podstawie zespołu rozmaitych danych odnośnie spęczniania dla zilustrowania szerokich możliwości urządzenia według wynalazku, pokazujący całkowity wzrost objętości tytoniu na godzinę (w metrach sześciennych na godzinę), który można uzyskać poprzez zastosowanie urządzenia z fig. 2 w funkcji czasu impregnacji i sprężania tytoniu.

Na figurze 1 przedstawiono schematycznie urządzenie do spęczniania tytoniu, stanowiące wrzecionowo-osłonowe urządzenie według opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 554 932.

Jak przedstawiono schematycznie na fig. 1, tytoń korzystnie jest najpierw poddany obróbce w strefie przygotowawczej 10 dla zwiększenia zawartości wilgoci do wartości powyżej około 16% wagowo, korzystnie powyżej około 20% wagowo. Następnie tytoń o zwiększonej zawartości wilgoci jest przepuszczany do strefy zasilającej 12, w której zostaje ogrzany jak opisano szczegółowo poniżej, a następnie zostaje doprowadzony do posuwisto-zwrotnego wrzecionowo-szpulowego urządzenia, pracującego na zasadzie płynu wysokociśnieniowego.

Wrzecionowo-szpulowe urządzenie obróbcze z płynem wysokociśnieniowym zawiera naczynie ciśnieniowe, utworzone przez cylindryczną osłonę 14 oraz wrzeciono 16. Osłona 14 i wrzeciono 16 mogą być wykonane z dowolnych odpowiednich materiałów, takich jak stal nierdzewną i tym podobne. Szczególna konstrukcja i wielkość osłony i wrzeciona powinny być wystarczające dla wytrzymywania ciśnień panujących wewnątrz naczynia ciśnieniowego.

Wrzeciono 16 zawiera ukształtowane cylindrycznie człony końcowe 18 i pręt łączący 20. Gdy wrzeciono 16 znajduje się wewnątrz osłony 14, jak przedstawiono na fig. 1, wówczas człony końcowe 18 wraz z prętem łączącym 20 i osłoną 14 tworzą pierścieniową przestrzeń o wstępnie określonej objętości, tworzącą uszczelnioną, ciśnieniową komorę impregnacyjną 22. Wrzeciono 16 jest umieszczone poziomo i może przesuwać się ruchem posuwisto-zwrotnym pomiędzy położeniem załadowania 24, zaznaczonym przerywaną linią, położeniem wyładowania 26, również zaznaczonym przerywaną linią, oraz położeniem impregnowania, pokazanym na fig. 1. Dla przesuwania wrzeciona pomiędzy tymi trzema położeniami zastosowano tłok hydrauliczny szybkiego

174 255 oddziaływania łub podobny element silnikowy (nie pokazany), przyłączony osiowo poprzez wałek 28 pokazany częściowo na fig. 1.

Wrzeciono zostaje załadowane tytoniem w położeniu załadowania 24, jak rozważono szczegółowo poniżej, a następnie jest przesunięte do położenia impregnowania. W położeniu impregnowania wrzeciono jest uszczelnione względem osłony 14 poprzez promieniowe rozprężenie elastomerycznych pierścieni uszczelniających 30, które znajdują się w pierścieniowych rowkach utworzonych w każdym członie końcowym 18 wrzeciona. Budowa elastomerycznych pierścieni uszczelniających 30 jest rozważona szczegółowo poniżej w odniesieniu do fig. 8.

Pierścienie uszczelniające są utworzone z odkształcalnego materiału elastomerycznego, takiego jak wulkanizowana guma, i są przystosowane do pobierania płynu hydraulicznego poprzez przewody płynowe 32. Płyn hydrauliczny, taki jak olej klasy spożywczej, jest wtłaczany przewodami 32 poprzez akumulator 34. Płyn hydrauliczny jest wtłaczany do jednego końca wrzeciona 16 otworem przechodzącym przez pręt łączący 36, pokazany częściowo na fig. 1, przyłączony do przynajmniej jednego końca wrzeciona 16. Płyn hydrauliczny jest wtłaczany do wnętrza pierścieni uszczelniających 30, powodując ich rozprężenie na zewnątrz i uszczelnienie komory impregnacyjnej 22 względem przecieków.

Przewody 38 i 40 doprowadzania i odpowiednio wyprowadzania wysokociśnieniowego gazu są połączone poprzez osłonę 14 z licznymi otworami 42, omówionymi szczegółowo poniżej w odniesieniu do fig. 8. Te otwory, które mogą być umieszczone obwodowo wokół obrzeża osłony 14, jak pokazano na fig. 8, lub o powiększonym przekroju, jak pokazano na fig. 10, 11 i 12, umożliwiają wprowadzanie i wyprowadzanie wysokociśnieniowego płynu do i z komory impregnacyjnej 22, gdy wrzeciono 16 znajduje się w położeniu impregnowania. Otwory 42 otacza zewnętrzny przewód rozgałęźny 44, który zawiera płyn procesowy dopuszczony do osłony 14 poprzez obwodowe otwory 42. Wysokociśnieniowy płyn przepływa przez otwory 42 i następnie do tytoniu załadowanego i ściśniętego przy pręcie łączącym 20 wrzeciono poprzez liczne otwory i kanały w korpusie wrzeciona, pokazano na fig. 8 i omówiono poniżej.

Dla szybkiego wprowadzania i wyprowadzania płynu do i z komory impregnacyjnej 22 zastosowano parę zaworów 46 i 48 szybkiego działania. Zawory te stanowią korzystnie zawory kulowe, mające wielkość otworu w zakresie od 12,7 do 3,8 mm średnicy lub więcej, w zależności od wielkości komory impregnacyjnej 22 dla uzyskania w ten sposób zasadniczo natychmiastowego wpuszczenia i usunięcia wysokociśnieniowego płynu do i z komory impregnacyjnej 22. Zawory są korzystnie automatycznie otwierane i zamykane za pomocą nie pokazanych hydraulicznych członów uruchamiających szybkiego działania.

Po stronie wejściowej, do akumulatora 50, jest przyłączony przewód 38 gazu wysokociśnieniowego. Dla ogrzania gazu doprowadzanego do akumulatora 50 zastosowano grzejnik 52. Akumulator 50 może również być ogrzany za pomocą środka nie pokazanego dla utrzymania płynu wewnątrz akumulatora w stanie ogrzanym. Nad grzejnikiem 52 znajduje się wysokociśnieniowa pompa 54 dla doprowadzania wysokociśnieniowego płynu, np. 17,1 MPa, do grzejnika 52 i akumulatora 50. Przewód 40, stosowany dla wyprowadzania płynu wysokociśnieniowego z komory impregnacyjnej 22, jest przyłączony do ewentualnej strefy odzyskiwania gazu (nie pokazanej) dla odzyskiwania płynu wyprowadzonego ze strefy impregnacyjnej.

Akumulator 50 jest zastosowany dla doprowadzania wysokociśnieniowego płynu impregnacyjnego, takiego jak propan pod ciśnieniem 17,1 MPa, do strefy impregnacyjnej w impregnatorze wrzecionowym pokazanym na fig. 1. Akumulator 50 zawiera rurowe naczynie 56, wytworzone z materiału wytrzymującego wysokie temperatury i ciśnienia. Przy szczycie i spodzie akumulatora znajdują się otwory odpowiednio 58 i 60, dla dopuszczenia gazów pod wysokim ciśnieniem.

Przez otwór 58 jest wprowadzany obojętny wysokociśnieniowy gaz, taki jak azot pod ciśnieniem ponad około 17,1 MPa, i w rezultacie ciśnienia i temperatury panujących w naczyniu, jest on utrzymywany zasadniczo oddzielnie w górnej części 62, zaś płyn spęczniający, taki jak propan, jest wpuszczany poprzez otwór 60 i jest utrzymywany przy podwyższonym ciśnieniu, np. powyżej około 17,1 MPa, w dolnej części 64 naczynia. Naczynie 56 jest utrzymywane w warunkach temperatury i ciśnienia zbliżonych lub powyżej temperatury i ciśnienia krytycznych zarówno dla płynu pod ciśnieniem, jak i czynnika spęczniającego. W tych warunkach, i przy

174 255 wybranych płynach, takich jak azotjako płyn pod ciśnieniem i propan jako czynnik spęczniający, dyfuzyjność gazów względem siebie w dwóch strefach płynu w częściach 62 i 64 jest wystarczająco niska, aby płyny te były utrzymywane zasadniczo oddzielnie w akumulatorze 50.

Gdy gaz stanowiący czynnik spęczniający jest wyładowany z akumulatora, wówczas spadek ciśnienia jest odczuwany poprzez czujnik (nie pokazany) i regulator uruchamia pompę 54, która bezpośrednio rozpoczyna ponowne napełnianie akumulatora wysokociśnieniowym czynnikiem spęczniającym, korzystnie propanem. Czujnik ciśnienia może znajdować się w akumulatorze lub może być wbudowany jako całość wewnątrz pompy 54. Akumulator 50 zostaje ponownie napełniony w krótkim okresie czasu 5-30 sekund, podczas czasu wykorzystywanego w obecnym wynalazku dla impregnowania tytoniu w komorze impregnacyjnej 22 z fig. 1.

Jak zaznaczono strzałkami 65 na fig. 1, poziom czynnika spęczniającego wewnątrz akumulatora 50 zmienia się cyklicznie pomiędzy wstępnie określonym górnym poziomem i wstępnie określonym dolnym poziomem, w wyniku jego dodawania i wyprowadzania z naczynia. Dolny poziom jest dobrany tak, aby znajdował się we wstępnie określonej odległości od dna naczynia, tak aby wyprowadzanie czynnika spęczniającego nie powodowało wyprowadzania sprężonego płynu. Również dolny poziom jest dobrany dla uniknięcia wyładowywania czynnika spęczniającego w pobliżu powierzchni pośredniej obydwu płynów. Dla propanu i azotu, dolny poziom propanu powinien być korzystnie dobrany tak, że wynosi około 30,5 cm, jakkolwiek można stosować rozmaite poziomy w zależności od wielkości naczynia i panujących w nim warunków.

Dla utrzymania poziomu czynnika spęczniającego, np. propanu, w obrębie wstępnie określonych granic rozważonych powyżej, można zastosować urządzenie do regulacji poziomu LC. Dla wyczuwania położenia powierzchni pośredniej pomiędzy czynnikiem spęczniającym a sprężonym płynem, korzystnie zastosowano czujnik poziomu powierzchni pośredniej płynu lub tym podobny. Integralny lub oddzielny układ regulacyjny odpowiada na sygnały czujnika poziomu i steruje doprowadzaniem i wyprowadzaniem sprężonego płynu, np. azotu, do i z akumulatora według potrzeby dla utrzymania czynnika spęczniającego pomiędzy górnym i dolnym wstępnie określonym poziomem.

Po wyładowaniu czynnika spęczniającego, do akumulatora z powrotem zostaje napompowany świeży wsad czynnika spęczniającego, aż zostanie osiągnięte wstępnie określone górne ciśnienie. Wstępnie określone górne ciśnienie jest dobrane na podstawie: (1) całkowitej połączonej objętości akumulatora, komory impregnacyjnej 22 i przewodów 38 pomiędzy akumulatorem 50 i komorą impregnacyjną 22, oraz (2) pożądanego ciśnienia w komorze impregnacyjnej. Ponieważ ciśnienie w akumulatorze spada podczas wyładowania gazu do przewodów 38 i stąd do komory impregnacyjnej 22 urządzenia jako wynik zwiększenia objętości gazu, zatem górne ciśnienie musi być wystarczające, aby końcowe ciśnienie czynnika spęczniającego dochodzącego do komory impregnacyjnej miało wstępnie określoną wartość dla impregnowania tytoniu. Tak więc, jeżeli końcowe ciśnienie wynosi około 17,1 MPa, to wspomniane górne ciśnienie powinno wynosić przykładowo 18,5 - 20,6 MPa, w zależności od powyższych czynników.

Zwykle występuje pewna strata sprężonego płynu w przeciągu czasu, pochodząca z absorpcji sprężonego płynu przez czynnik spęczniający podczas kontaktu ze sprężonym płynem w akumulatorze. Jakkolwiek niska dyfuzyjność gazu pomiędzy płynami w akumulatorze teoretycznie umożliwia pozostawanie ich zasadniczo oddzielnie, to nawet skrajnie małe wartości dyfuzyjności gazów dla obydwu płynów w akumulatorze mogą powodować wyładowanie niewielkiej ilości sprężonego płynu, przy każdym wyładowaniu czynnika spęczniającego w wyniku pewnego mieszania tych dwóch płynów. Jednakże mały poziom absorpcji sprężonego płynu zasadniczo nie ma znaczącego wpływu negatywnego na spęcznianie tytoniu.

Jeżeli układ zawiera układ odzyskiwania dla zawracania czynnika spęczniającego do obiegu, wówczas odzyskiwanie czynnika spęczniającego po jego użyciu będzie zwykle powodowało oddzielenie i usunięcie jakiegokolwiek absorbowanego sprężonego płynu, tak że do obiegu może być zawrócony zasadniczo czysty czynnik spęczniający. Jednakże, absorbowany sprężony płyn nie jest zwykle odzyskiwany, a ponadto obecność absorbowanego sprężonego płynu w czynniku spęczniającym zwykle powoduje zmniejszenie ilości czynnika spęczniające174 255 go, który może być odzyskany ekonomicznie po zastosowaniu. Ilość sprężonego płynu absorbowanego poprzez czynnik spęczniający stanowi ilość równoważną określoną w zależności od wartości dyfuzyjności obydwu płynów przy temperaturze i ciśnieniu panujących w akumulatorze 50, i turbulencji wewnątrz akumulatora, i wynosi korzystnie mniej niż około 5% wag.

Na figurze 1 przedstawiono akumulator zalecany do stosowania w urządzeniu według wynalazku. Jednakże można również stosować inne tego typu podzespoły dla zasadniczo bezpośredniego doprowadzania wysokociśnieniowego, wysokotemperaturowego czynnika spęczniającego. Przykładowo, można również zastosować naczynie zawierające tylko czynnik spęczniający o dużej gęstości, utrzymywany powyżej temperatury nadkrytycznej. Gdy naczynie zawiera stosunkowo dużą masę czynnika spęczniającego w porównaniu z masą czynnika spęczniającego usuwanego w każdym cyklu i utrzymuje czynnik spęczniający w warunkach wysokiej gęstości, wówczas wyładowanie czynnika spęczniającego z naczynia może być dokonywane przy tylko stosunkowo niewielkim spadku ciśnienia czynnika spęczniającego.

Przykładowo, przy 18,9 MPa i 149°C, gęstość propanu wynosi 380 kg/m³. Przy tej samej temperaturze i ciśnieniu 17,1 MPa, gęstość propanu wynosi 36,5 kg/m3. Tak więc, naczynie zawierające 28,317 dm3 propanu płynnego, utrzymywanego pod ciśnieniem 18,9 MPa i 149°C może odprowadzić 0,436 kg propanu przy 149°C do komory impregnacyjnej przy tylko niewielkim spadku ciśnienia, to jest od 18,9 MPa do 17,1 MPa.

Jak pokazano na fig. 1, ciśnienie propanu doprowadzanego do komory impregnacyjnej 22 wynosi korzystnie powyżej 13,7 MPa, a bardziej korzystnie pomiędzy około 16,9 MPa i 20,6 MPa. Stwierdzono, że dla impregnowania tytoniu przy tego rodzaju wysokich ciśnieniach można zastosować nadzwyczaj krótkie czasy impregnacji, pomiędzy około 5 i około 15 sekund, przy jednoczesnym uzyskiwaniu nadzwyczaj pożądanych wzrostów wydajności napełniania tytoniu, przykładowo ponad 50 do 100% wzrostu wydajności napełniania. Temperatura propanu jest utrzymywana powyżej 138°C, a korzystnie pomiędzy około 149°C i 204°C, np. około 149 - 157°C. Daje to nadmiar ciepła do ogrzewania tytoniu w komorze impregnacyjnej.

Na figurze 2 przedstawiono urządzenie według wynalazku do dozowania tytoniu do komory impregnacyjnej 22 urządzenia do spęczniania tytoniu z fig. 1. Tytoń w dowolnej z rozmaitych postaci obejmujących postać liścia (włączając łodygę i żyłki), pasków (liść z usuniętą łodygą), wypełniacza cygara, ciętego wypełniacza papierosowego (paski cięte lub postrzępione dla wytwarzania papierosów) lub tym podobne, jest nawilżany w sposób znany fachowcom z tej dziedziny w bloku nawilżania 66 do zawartości wilgoci przynajmniej około 13%, a korzystnie przynajmniej około 20% i przepuszczany przez pneumatyczną rurę doprowadzającą 68 do zespołu odmierzającego 70. Korzystnie, jak przedstawiono, zespół odmierzający 70 jest utworzony przez dwie oddzielne rury odmierzające 72 i 74. Korzystnie każda z rur odmierzających 72 i 74 posiada zasadniczo prostokątny przekrój, który zwiększa się lub odchyla lekko w kierunku przepływu tytoniu. Oczywiście, rury odmierzające 72, 74 mogą mieć inne konfiguracje, takie jak przekrój kołowy.

Tytoń z rury doprowadzającej 68 wchodzi do zaworu zasilającego 76, umieszczonego przy szczycie rur odmierzających 72, 74 i jest rozprowadzany pomiędzy dwiema rurami odmierzającymi 72 i 74. W urządzeniu według wynalazku może być zastosowany dowolny zawór znany w tej dziedzinie do zasilania stałego materiału, takiego jak tytoń, do kolumny. Przykładowy zawór zasilający 76 stanowi wielołopatkowy zawór obrotowy przedstawiony na fig. 2. Rozprowadzany w ten sposób tytoń tworzy zasadniczo pionową kolumnę tytoniu w każdej z rur odmierzających 72 i 74. Te pionowe kolumny tytoniu mają wstępnie określoną wysokość, która jest monitorowana w każdej z rur odmierzających poprzez czujniki wysokości 78. Korzystnie wysokość kolumny tytoniu w każdej z rur wynosi około 91 do 122 cm. Gdy wysokość tytoniu spada poniżej wstępnie określonej pożądanej wysokości w którejkolwiek z rur, wówczas czujnik wysokości 78 uruchamia zawór zasilający 76 tak, że do rury wchodzi dodatkowy tytoń, dopóki nie zostanie osiągnięta pożądana wysokość kolumny tytoniu w rurze.

Po wprowadzeniu tytoniu do każdej z rur odmierzających 72 i 74, tytoń zostaje poddany wstępnemu podgrzaniu za pomocą pary wodnej, co również powoduje dodatkowo nawilżenie tytoniu. Wstępne ogrzanie tytoniu powoduje pobranie ciepła dla ustanowienia w komorze

174 255 impregnacyjnej właściwych warunków dla krótkiego cyklu czasowego. Ponadto, dodatkowa wilgoć doprowadzona do tytoniu ułatwia uzyskanie dobrych wyników spęczniania i zwiększa giętkość tytoniu. Według wynalazku stwierdzono, że gdy tytoń podawany do komory impregnacyjnej 22 posiada zawartość wilgoci powyżej około 20% wag., korzystnie pomiędzy około 24% wag. i około 30% wag. i jest wstępnie ogrzany do temperatury powyżej około 66°C, wówczas można uzyskać zwiększone spęcznienie. Według wynalazku, tytoń jest korzystnie zarówno zwilżany, jak i wstępnie ogrzewany poprzez wtryskiwanie pary wodnej do każdej rury odmierzającej 72, 74. Ogrzewanie parą wodną jest korzystne z tego względu, że ciepło może być skutecznie i wydajnie przenoszone do tytoniu, przy jednoczesnym zwiększeniu poziomu wilgotności. Ponadto, ze względu na kontakt tytoniu z parą wodną w rurze odmierzającej, tytoń w rurze powyżej strefy lub stref wtryskiwania pary wodnej może oddziaływać jako izolator, powodując tym samym zwiększenie skuteczności stosowania wtryskiwania pary wodnej do ogrzewania tytoniu.

Para wodna jest wtryskiwana do każdej z rur odmierzających 72 i 74 w położeniu poniżej szczytu kolumny tytoniu w rurze. Na fig. 2 pokazano zalecane wtryskiwacze pary wodnej 80 i 82, opisane szczegółowo poniżej. Wtryskiwacze te wymagają stosowania suchej pary wodnej, którą można uzyskać przez przegrzanie lub poprzez zewnętrzne ogrzanie rur prowadzących parę wodną i przewodów rozgałęźnych dla uniknięcia skraplania. Dodatkowo, temperatura wtryskiwanej pary wodnej jest wystarczająca do ogrzania tytoniu do temperatury powyżej temperatury otoczenia, korzystnie ponad około 52°C, korzystniej do temperatury powyżej 66°C, np. do temperatury 66°C do około 93°C.

Na figurach 3 i 4 przedstawiono dwa rozwiązania wtryskiwaczy pary wodnej do kolumn tytoniowych. Fig. 3 stanowi widok z góry wzdłuż linii 3-3 z fig. 2 wtryskiwacza pary 80. Para wodna jest wtryskiwana przez przewody 84 do zewnętrznego przewodu rozgałęźnego 86, otaczającego rurę odmierzającą 72. Przewód rozgałęźny 86 jest oddalony od zewnętrznej ściany rury odmierzającej 72 dla utworzenia pierścieniowej zamkniętej przestrzeni 88. Przestrzeń ta zawiera wtryskiwaną parę. Przewód rozgałęźny 86 jest połączony z wnętrzem rury odmierzającej 72 poprzez liczne otwory 90, rozprowadzone wzdłuż przeciwległych powierzchni rury. Para wodna przechodząca przez otwory 90 wchodzi do kolumny tytoniu, jak pokazano strzałkami na fig. 3.

Na figurze 4 pokazano następne zalecane rozwiązanie wtryskiwacza pary 82 dla wprowadzania pary wodnej do kolumn tytoniowych. Pokazany na fig. 4 wtryskiwacz pary 82 stanowi wkładany człon widełkowy, utworzony przez mostek 92 podpierający wiele wydrążonych zębów 94 z otworami 98. Wtryskiwacz pary 82 jest umieszczony poziomo dla możliwości wykonywania ruchu posuwisto-zwrotnego pomiędzy pierwszym położeniem na zewnątrz rury odmierzającej 72 i drugim położeniem wewnątrz tej rury. Poprzez wałek jest przyłączony osiowo tłok hydrauliczny lub podobny element silnikowy dla poruszania wtryskiwacza pary wodnej 82 pomiędzy tymi dwoma położeniami tak, że zęby 94 wchodzą i wychodzą z kolumny tytoniowej, jak wskazano strzałką na fig. 4. Gdy zęby 94 są włożone do kolumny tytoniu, wówczas para wodna jest wtryskiwana przez przewód 96 do mostka 92 i następnie do każdego zęba 94. Następnie para wodna wychodzi z zębów 94 poprzez liczne otwory 98 do kolumny tytoniu, jak pokazano strzałkami.

Jakkolwiek na fig. 2 pokazano zastosowanie obydwu rozwiązań wtryskiwaczy pary wodnej 80,82, jednocześnie to jednak wiadomojest, że poszczególne wtryskiwacze pary wodnej mogą być stosowane samodzielnie. Korzystnie jednakże jest zastosować połączenie tych dwóch wtryskiwaczy pary dla zapewnienia wtryskiwania poprzez całą szerokość kolumny tytoniu.

Wtryskiwacze pary wodnej 80, 82 w urządzeniu według wynalazku są korzystnie umieszczone w wybranych położeniach wzdłuż wysokości kolumny tytoniu, tak że zasadniczo cała para wodna wtryskiwana do kolumny tytoniu ulega skropleniu przed dojściem do szczytu kolumny. Wtryskiwana para wodna przechodzi w górę wewnątrz kolumny tytoniu i ogrzewa tytoń wewnątrz kolumny w miarę wznoszenia. W wyniku stopniowej utraty ciepła przez parę wodną, ulega ona skropleniu na tytoniu jako wilgoć, dopóki cała para wodna nie ulegnie skropleniu.

Po wstępnym ogrzaniu i nawilżeniu tytoń przesuwa się w dół kolumny dla wydalenia jako porcja tytoniu do przewodów załadowczych 110, pokazanych na fig. 2. Z każdą rurą odmierza174 255 jącą 72 i 74 jest połączony roboczo człon 112 przedzielający kolumnę tytoniu. Podobnie do uzębionych wtryskiwaczy pary 82, również człon 112 przedzielający kolumnę tytoniu jest umieszczony z możliwością poziomego ruchu posuwisto-zwrotnego pomiędzy pierwszym położeniem na zewnątrz kolumny i drugim położeniem wewnątrz kolumny.

Na figurze 5 jest pokazany widok z góry zalecanego rozwiązania członu 112 przedzielającego tytoń. Jak pokazano na fig. 5, człon przedzielający tytoń zawiera pręt uruchamiający 114, mostek 116 i wiele blisko rozstawionych względem siebie zębów 118. Człony przedzielające poruszają się pomiędzy pierwszym i drugim położeniem dla podzielenia kolumny tytoniu na górne i dolne części i dla odmierzenia tym samym wstępnie określonej ilości tytoniu, która ma być dozowana ze spodu każdej z kolumn tytoniu. Gdy do kolumny tytoniu zostają włożone zęby 118 poprzez opisany poniżej otwór, wówczas górna część tytoniu umieszczona ponad członem przedzielającym jest podparta poprzez zęby. Zęby są blisko rozstawione, np. około 6,35 i 38 mm od siebie. Dolna część kolumny tytoniu poniżej zębów jest następnie dozowana do przewodów załadowczych 110.

Uzębiony człon 112 przedzielający tytoń jest korzystnie regulowany pionowo dla selektywnego łączenia się z kolumną tytoniową w licznych wstępnie określonych położeniach pionowych. Na fig. 7 przedstawiono zakres H wysokości, na których może być regulowane położenie członu 112 przedzielającego kolumnę tytoniu. Daje to możliwość dużego zakresu doboru ilości dozowanego tytoniu do przewodów załadowczych 110, ponieważ regulowanie położenia członu przedzielającego 112 powoduje regulowanie wielkości wsadu tytoniu, dozowanego ze spodu kolumny.

Zęby 118 członu przedzielającego 112 wchodzą do kolumny tytoniu poprzez wiele pionowych podłużnych szczelin, które są ustawione w jednej linii z zębami 118 poprzez dwuścienną część rury odmierzającej, jak pokazano na fig. 6 i 7. Na fig. 6 pokazano pierwszą zewnętrzną ścianę boczną 120, mającą podłużne pionowe szczeliny 122. Zewnętrzna ściana boczna 120 jest na fig. 6częściowo usunięta dla zilustrowania drugiej, znajdującej się wodstępie wewnętrznej ścianki bocznej 124, która zawiera drugi szereg pionowych szczelin 126, ustawionych w jednej linii z pionowymi szczelinami 122 oraz liczne przyłączone poziome szczotki 128. Ponadto, zewnętrzna ściana 120 również korzystnie posiada przyłączone liczne szczotki 130. Ta konstrukcja dwuścienną pełni funkcję zbiornika wychwytującego cząsteczki tytoniu, które przylegały do zębów członu przedzielającego 112 podczas wyjmowania zębów z wnętrza kolumny tytoniu. Szczotki współpracują w usuwaniu cząstek tytoniu z zębów. Gdy zęby są wyciągane z wnętrza kolumny tytoniu do położenia na zewnątrz ściany 120, wówczas kontaktują się z dwoma szeregami szczotek i cząsteczki tytoniu zostają zgarnięte z zębów i opadają do otworu 132 pomiędzy ścianami. Cząsteczki tytoniu opadają w dół wewnątrz otworu 132 do jego dolnej części i wychodzą z otworu poprzez kanał 134 w dolnym końcu otworu.

Do spodu każdej rury odmierzającej 72,74 jest przyłączony człon blokujący 140, korzystnie w postaci zaworu obrotowego. Człon blokujący 140 jest przyłączany do kolumny tytoniu w położeniu pionowym poniżej członu przedzielającego 112 do podpierania kolumny tytoniu, gdy człon przedzielający znajduje się poza kolumną. Człon blokujący 140 jest również rozłączalny z kolumną tytoniu dla uwalniania dolnej części kolumny poniżej członu przedzielającego 112 do przewodów załadowczych 110.

Człon blokujący 140 stanowi korzystnie powietrzny, obrotowy zawór blokujący. Powietrzny, obrotowy zawór blokujący może stanowić dowolny ze znanych zaworów, a korzystnie stanowi bezłopatkowy zawór obrotowy, uruchamiany w sposób przerywany dla pobierania i dostarczania jednej partii tytoniu w danym czasie, jak przedstawiono na fig. 7. Bezłopatkowy zawór obrotowy według fig. 7 zawiera obudowę 142 podpierającą czerpak 144, który jest obrotowy wewnątrz obudowy. Można również zastosować ciągły powietrzny obrotowy zawór blokujący, taki jak posiadający wiele łopatek.

Na figurze 7 jest przedstawiony człon blokujący 140 w położeniu podpierającym opróżnioną kolumnę tytoniu. Gdy ze spodu kolumny tytoniu będzie wydalony nowy wsad tytoniu, wówczas uzębiony człon przedzielający 112 zostaje włożony do kolumny tytoniu i człon

172 255 blokujący zostaje obrócony o 180° od położenia blokowania do położenia odbioru tytoniu tak, że otwarty koniec 146 czerpaka 144 jest umieszczony w górze w komunikacji z kolumną tytoniu. W tym położeniu czerpak 144 odbiera tytoń w dolnej części kolumny i następnie jest przesuwany znów o 180° do położenia dozowania wstępnie zwymiarowanej porcji tytoniu do przewodów załadowczych 110. Zastosowanie powietrznego, obrotowego zaworu blokującego jako członu blokującego 140 jest szczególnie pożądane z tego względu, że w położeniu dozowania (pokazanym na fig. 7) zawór ten blokuje i podpiera kolumnę tytoniu i stanowi jednocześnie uszczelnienie 148 pomiędzy kolumną tytoniu i komorą impregnacji czynnikiem spęczniającym.

Jak pokazano na fig. 2, wstępnie określona ilość tytoniu jest dozowana do przewodów załadowczych 110 dla wyładowania na wrzeciono urządzenia impregnacyjnego. Oddzielne wsady 150 tytoniu zostają załadowane na wrzeciono 16 w położeniu załadowania 24 (fig. 1) za pomocą pary przeciwległych, półcylindrycznych członów załadowczych i sprężających 152, które są zamontowane posuwisto-zwrotnie wewnątrz poziomych przewodów załadowczych 110. Korzystnie, przewody załadowcze 110 mają przekrój zasadniczo prostokątny i są wykonane z materiału, który wytrzymuje zużycie towarzyszące powtarzalnemu poziomemu ruchowi członów załadowczych wewnątrz komór załadowczych, takiego jak utwardzone aluminium. Dodatkowo, jak przedstawiono na fig. 2A, górne i dolne powierzchnie członów załadowczych i ściskających 152 są korzystnie przykryte tulejami 154 z utwardzonego tworzywa sztucznego, które wytwarzają smarowanie pomiędzy wewnętrznymi ścianami przewodów załadowczych 110 i zewnętrzną powierzchnią członów załadowczych 152 dla uniknięcia zakleszczenia członów załadowczych. Na tego rodzaju tuleje stosowane są przykładowo polieteroeteroketon (PEEK), dostępny z ICI America and RTP Co.

Człony załadowcze 152 są przyłączone poprzez pręty 156 do posuwisto-zwrotnego członu napędzającego, takiego j ak tłok hydrauliczny 157 lub podobny, dla cyklicznego ruchu pomiędzy położeniem wycofanym a położeniem wysuniętym. Ładunki tytoniu są dozowane do przewodów załadowczych 110 poprzez otwór 158 w górnej ścianie. Otwór 158 przechodzi zasadniczo przez całą szerokość przewodów załadowczych i jest umieszczony pomiędzy położeniem wycofanym członów załadowczych 152 i położeniem wysuniętym. Zastosowano również przechylny człon zamykający 160 do zamykania tego otworu, przystosowany do wciskania ładunku tytoniu do przewodu załadowczego w położeniu zamkniętym, jak pokazano przerywaną linią na fig. 2. Dla oddzielenia komory załadowczej od urządzenia impregnacyjnego, zastosowano korzystnie parę członów blokujących 162, które mogą stanowić człony uzębione. Człony blokujące 162 są zamontowane ruchomo pomiędzy pierwszym położeniem rozłączenia na zewnątrz przewodów załadowczych i drugim położeniem blokowania wewnątrz przewodów załadowczych i chronią tytoń przed przedmuchiwaniem wzdłuż przewodu podczas zamykania członu zamykającego.

Dla załadowania ładunków tytoniu na wrzeciono 16, ładunki tytoniu 150 są dozowane z zaworu obrotowego 140 poprzez otwór 158 do przewodów załadowczych 110. Człony blokujące są włożone do przewodów załadowczych 110, a przechylne człony zamykające 160 są przechylone w dół dla przykrycia otworu 158 i ściśnięcia w ten sposób według potrzeby i zamknięcia ładunku tytoniu wewnątrz przewodów załadowczych. Następnie zostają uruchomione półcylindryczne człony załadowcze 152 do położenia wysuniętego. Ładunki tytoniu zostają przesunięte poziomo poprzez przewody załadowcze 110 za pomocą członów załadowczych 152 i wciśnięte na wrzeciono 16. Przeciwległe, półcylindrycznie ukształtowane człony załadowcze 152 współpracują w położeniu całkowicie wysuniętym dla utworzenia wokół pręta łączącego 20 wrzeciona osłony tak, że ściśnięty tytoń jest utrzymywany napręcie łączącym wrzeciona podczas jego ruchu do położenia impregnowania, omówionego poniżej. Cylindryczna osłona utworzona przez człony załadowcze może również być utworzona częściowo przez jeden lub parę podłużnych członów ramowych (nie pokazanych), które mogą być zastosowane w położeniach powyżej i/lub poniżej osi wrzeciona. Tego rodzaju człony ramowe są korzystnie dopasowane do krawędzi półcylindrycznych członów załadowczych dla utworzenia zamkniętej cylindrycznej przestrzeni wokół ściśniętego tytoniu.

Załadowane wrzeciono jest przesuwane do położenia impregnacji, jak pokazano na fig. 1 i 8, a pierścienie uszczelniające 30 na obydwu końcach wrzeciona są dopchnięte promieniowo

174 255 zewnętrznie za pomocą płynu hydraulicznego z przewodów 32 dla uszczelnienia komory impregnacyjnej 22 przed przeciekiem. Korzystnie, pierścienie uszczelniające są wulkanizowane lub w inny sposób zespojone z pierścieniowymi rowkami, utworzonymi w obrzeżu zakończeń wrzeciona. W powierzchni pośredniej pomiędzy każdym z elastomerycznych pierścieni uszczelniających i przewodami 32 znajduje się odkształcalna płytka lub taśma 153 tak, aby pierścienie uszczelniające w tym miejscu nie były zespojone i mogły być wypchnięte na zewnątrz.

W pierścieniowych rowkach w obrzeżu każdego z cylindrycznych członów końcowych wrzeciona są również przyłączone pierścieniowe przechylne człony zamykające 160, które mogą stanowić pierścienie odpornościowe, pierścienie zgarniające lub tym podobne, i są one osiowo przyległe do przynajmniej jednej powierzchni końcowej każdego elastomerycznego pierścienia uszczelniającego 30. Człony odpornościowe mają obwód większy niż obwód każdego cylindrycznego członu końcowego wrzeciona, który zwęża pierścieniową przestrzeń lub szczelinę pomiędzy wrzecionem 16 i osłoną 14. Poprzez zwężenie tej szczeliny, elastomer pierścieni uszczelniających 30 ma lepszą osiową podporę w trakcie pełnienia funkcji uszczelniającej. Powoduje to zmniejszenie niszczącego odkształcenia pierścieni uszczelniających, wynikającego z przeciążenia lub przetłoczenia obwodowych krawędzi pierścieni uszczelniających do pierścieniowej przestrzeni pomiędzy cylindrycznymi członami końcowymi wrzeciona i osłony.

Korzystnie, każdy pierścień uszczelniający 30 jest przyłączony do powierzchni czołowej przechylnego członu zamykającego 160 i do powierzchni obrzeża członu końcowego wrzeciona. Korzystniej, człony zamykające 160 znajdują się w osiowym sąsiedztwie obydwu powierzchni końcowych elastomerycznych pierścieni uszczelniających 30 i są do nich przyłączone. Człony zamykające mogą być przyłączone do elastomerycznych członów uszczelniających poprzez przyspawanie, przyklejenie, wulkanizację lub tym podobne.

Na figurze 8 pokazano również zalecaną konstrukcję otworów umożliwiającą łączenie przewodów 38 i 40 wysokociśnieniowego gazu przez osłonę 14 z układem szybkiego dostarczania czynnika spęczniającego. Wokół obwodu osłony 14 zastosowano wiele obwodowo rozmieszczonych otworów 42. Zwiększona przekrojowa powierzchnia, utworzona przez otwory 42, wzięte jako grupa, daje zwiększoną szybkość wprowadzania i wyprowadzania wysokociśnieniowego płynu do i z komory impregnacyjnej 22, gdy wrzeciono 16 znajduje się w położeniu impregnowania. Korzystnie, otwory 42 są ukierunkowane po przekątnej i zwężają się do otworów o mniejszej średnicy, jak pokazano na fig. 8 i 8A, dla zablokowania wejścia cząsteczkowego tytoniu do otworów podczas ruchu wrzeciona z jednego położenia do drugiego.

Osłonę 14 otacza zewnętrzny przewód rozgałęźny 45, który tworzy pierścieniową przestrzeń wokół obwodowo rozmieszczonych otworów. Otwory 42 są ustawione w jednej linii z pierścieniowym rowkiem 162 w zakończeniu wrzeciona, który łączy się poprzez wiele promieniowych kanałów 164 i osiowych kanałów 166 z rowkami 170 utworzonymi w powierzchni pręta łączącego 20. Po wprowadzeniu przewodem 38, wysokociśnieniowy płyn przepływa przez otwory 42 do kanałów 164 i 166 aż dojdzie do rowków 170. Tutaj płyn zostaje wprowadzony do tytoniu załadowanego i ściśniętego wokół pręta łączącego 22 i wypływa z kanałów do tytoniu, jak przedstawiono strzałkami na fig. 8. Pręt łączący 20 otacza jeden lub więcej ekranów (nie pokazanych) dla uchronienia tytoniu przed zatkaniem rowków 170.

Na figurach 10, 11 i 12 pokazano alternatywne urządzenie do polepszania wydajności wrzecionowo-osłonowego urządzenia do spęczniania tytoniu poprzez zwiększenie szybkości doprowadzania i wyprowadzania wysokociśnieniowego, gazowego czynnika spęczniającego do i z pierścieniowej, wysokociśnieniowej komory impregnacyjnej wewnątrz osłony. Jak pokazano na fig. 10 i 12, urządzenie zawiera wrzeciono 16 ruchome pomiędzy położeniem załadowania i położeniem impregnacji. Wrzeciono 16 jest pokazane częściowo wewnątrz i częściowo na zewnątrz osłony 14. W tego rodzaju urządzeniu każdy otwór 42 poprzez osłonę 14 jest korzystnie w postaci szczeliny o zwiększonej powierzchni przekroju, która jest korzystnie w przybliżeniu taka sama, jak powierzchnia przekroju otworów poprzez zawory 46 i 48 w przewodach 38 i 40, które doprowadzają i wyprowadzają czynnik spęczniający do i z urządzenia. Umożliwia to zmniejszenie oddziaływania ciernego pomiędzy otworami i płynem spęczniającym, co powoduje zwiększenie szybkości doprowadzania płynu spęczniającego wchodzącego i opuszczającego urządzenie.

Ponieważ powiększone otwory 42 mają średnicę większą niż rozmiar cząsteczek tytoniu, np. wypełniacza z ciętego tytoniu, zatem urządzenie z fig. 10-12 zawiera człon 260 blokujący otwór, pokazany najlepiej na fig. 11, dla uniknięcia lub zminimalizowania wchodzenia tytoniu do powiększonych otworów. Człon 260 blokujący otwór stanowi podłużny człon, mający zewnętrzną powierzchnię 262 o szerokości większej niż średnica otworu. Jak pokazano na fig. 11 i 12, człon blokujący 260 jest połączony podłużnie pomiędzy obwodowymi częściami członów końcowych 18 wrzeciona 16 i jest ustawiony promieniowo w jednej linii z otworami 42 poprzez osłonę (fig. 12).

Jak przedstawiono na fig. 11, człony blokujące przechodzą poprzez część pręta łączącego 20 wrzeciona 16, który z kolei tworzy komorę na wrzecionie dla przetrzymywania tytoniu. Gdy ta część wrzeciona jest przesuwana przez osłonę, wówczas człony blokujące 260 przykrywają otwory 42 poprzez osłonę 14 tak, aby tytoń zawarty w komorze wrzeciona nie mógł przedostawać się do powiększonych otworów 42. Jak pokazano na fig. 11 i 12, zewnętrzna powierzchnia 262 członu blokującego 260 jest korzystnie zakrzywiona, aby była dopasowana do wewnętrznej powierzchni osłony 14. Dolna część członu blokującego jest korzystnie zwężona dla zminimalizowania redukcji przestrzeni, która może być zajęta przez tytoń.

Korzystnie, przez osłonę przechodzą przynajmniej dwa powiększone otwory, zaś na wrzecionie znajduje się odpowiadająca ilość członów blokujących, jak pokazano na rysunku. Wokół zewnętrznej osłony 14 znajduje się przewód rozgałęźny 45, który wyznacza pierścieniową przestrzeń 44, która jest połączona z obydwoma otworami 42 tak, że czynnik spęczniający wprowadzany poprzez otwór przewodu rozgałęźnego 38' może dochodzić do wrzeciona równocześnie poprzez obydwa otwory 42 osłony. Podobnie, przez obydwa otwory 42 może opuszczać osłonę czynnik spęczniający wyprowadzany otworem 40' przewodu rozgałęźnego po zastosowaniu. Powoduje to zwiększenie szybkości doprowadzania i wyprowadzania czynnika spęczniającego z wrzecionowo-osłonowego impregnatora, umożliwiając redukcję cyklu czasowego.

Jak pokazano na fig. 1, po wprowadzeniu czynnika spęczniającego do urządzenia, ściśnięty i impregnowany tytoń jest utrzymywany w warunkach impregnowania przez krótki okres czasu, w przeciągu od 1 - 2 sekundy do około 20 sekund. Następnie zostaje zwolnione ciśnienie. Korzystnie zwolnienie ciśnienia zachodzi zasadniczo natychmiast, to jest w przeciągu około 1 sekundy lub krócej. Może być to realizowane częściowo przez zastosowanie szybkodziałaniowego zaworu, mającego duży otwór do szybkiego zwalniania ciśnienia. Korzystnie można zastosować nie pokazany czujnik dla wyczuwania ciśnienia wewnątrz impregnatora, uruchamiający opróżnianie pierścieni uszczelniających 30 na korpusie wrzeciona, gdy ciśnienie w tych pierścieniach osiągnie wstępnie określoną wartość powyżej ciśnienia otoczenia, np. 34,3 kPa. Drugi czujnik ciśnienia wyczuwa ciśnienie płynu hydraulicznego w przewodzie 36, który zasila pierścienie uszczelniające. Przed momentem, w którym to ciśnienie osiągnie wartość równą ciśnieniu otoczenia, np. przy 34,3 kPa, czujnik ten załącza działanie tłoka hydraulicznego podłączonego do wałka 28 dla uruchomienia korpusu wrzeciona. Następnie wrzeciono przesuwa się do położenia wyładowania 26 zasadniczo bezpośrednio tak, że może nastąpić spęcznienie tytoniu.

W strefie wyładowania tytoniu jest zastosowane pneumatyczne urządzenie wyładowujące, takie jak kompresor bezolejowy (nie pokazany), który kieruje płyn w rodzaju wysokociśnieniowego powietrza lub azotu na tytoń otaczający wrzeciono 16, gdy wrzeciono to przesuwa się do i z położenia wyładowania 26. Spęczniony tytoń usunięty do położenia wyładowania 26 ulega spęcznieniu zasadniczo natychmiast i jak przedstawiono na fig. 1 jest podawany do zsypu 172 i następnie do urządzenia przenoszącego 174, takiego jak przenośnik śrubowy i tym podobne. Tytoń zawierający korzystnie znacznąilość wilgoci, tojest więcej niż 13% wag., jest prowadzony do strefy suszenia 176 za pomocą urządzenia prowadzącego 174.

Jak pokazano na fig. 9, spęczniony tytoń jest wprowadzany do przewodu 178 w strefie suszenia, gdzie ulega porwaniu przez wznoszące się w górę ogrzane powietrze. Korzystnie, ogrzane powietrze ma temperaturę niższą niż około 177°C, i jest korzystnie w temperaturze

174 255 pomiędzy około 93°C i około 149°C. Tytoń jest prowadzony przez strefę suszenia w temperaturze i przez czas wystarczający do zmniejszenia zawartości wilgoci do mniej niż około 13%, a korzystnie do wartości pomiędzy około 6 i około 12% wag. Osuszony, spęczniony tytoń jest następnie przepuszczany do strefy oddzielania 180. W strefie tej płyny, łącznie z czynnikiem spęczniającym, przechodzą przez sito 182 lub następne urządzenie oddzielające, takie jak separator odśrodkowy i do gałęzi odzyskiwania 184.

Gaz przechodzący przez gałąź odzyskiwania stanowi korzystnie głównie azot lub inny gaz obojętny, jest on wtryskiwany do gałęzi, jak wskazano, poprzez strefę wtryskiwania gazu 186. Azot jest ogrzewany za pomocą grzejnika 188, przepuszczany przez dmuchawę 190 i następnie przez gałąź dla przechwycenia tytoniu. Z gałęzi tej jest usuwany w sposób ciągły czysty strumień 192, który jest przepuszczany do strefy utleniania termicznego, gdzie zostaje spalony propan w azocie.

Tytoń przechodzi ze strefy oddzielania 180 do pary obrotowych, powietrznych zaworów blokujących 194 i 196, a następnie jest odzyskiwany w strefie odzyskiwania 198. Zadaniem tych dwóch zaworów jest zapewnienie, aby do strefy odzyskiwania nie przedostał się gazowy propan. Z tego względu pomiędzy 'dwoma zaworami jest zastosowany gaz obojętny, taki jak azot. Jak pokazano na fig. 2, azot może znajdować się w innych przestrzeniach układu z podobnych przyczyn. Z tego względu, wokół dolnej części urządzenia można zastosować osłonę zabezpieczającą 200, pokazaną na fig. 2 przerywaną linią. Osłona ta służy do odzyskiwania jakiegokolwiek propanu, wychodzącego z układu podczas stosowania. W rozmaitych miejscach układu jest doprowadzany w sposób ciągły azot. Propan, wychodzący z rozmaitych przecieków w układzie, jest odzyskiwany w osłonie i przepuszczany do utleniacza termicznego dla spalania.

Powracaj ąc do obróbki osuszaj ącej, j akkolwiek gdy czynnikiem spęczniaj ącymjest propan lub podobny czynnik spęczniający w rodzaju ujawnionym w opisie patentowym USA nr 4 531 529, nie jest potrzebne żadne ogrzewanie tytoniu dla utrwalenia tytoniu w postaci spęcznionej, to jednak obecnie stwierdzono, że tytoń o dużej zawartości wilgoci może być spęczniany w większym stopniu niż tytoń o normalnym poziomie zawartości wilgoci. Jednakże stwierdzono również, że część lub całkowite zwiększone spęcznienie może zostać utracone, gdy wysoka zawartość wilgoci w tytoniu opadnie. Stwierdzono, że obróbka osuszająca według wynalazku powoduje ochronę zwiększonego spęcznienia.

Korzystnie obróbka osuszająca jest prowadzona szybko po spęcznieniu tytoniu, np. w przeciągu mniej niż około 5 minut po spęcznieniu, korzystnie w przeciągu okresu czasu mniejszego niż około 1 minuta po spęcznieniu. W zasadzie osuszanie może być prowadzone zasadniczo natychmiast po spęcznieniu. Przykładowo, dmuchawa stosowana do wyładowania spęcznionego tytoniu z wrzeciona może wykorzystać według potrzeby ogrzany azot, a tytoń może być bezpośrednio przepuszczany do strefy osuszania.

Wpływ zawartości wilgoci na spęcznienie tytoniu jest przedstawiony w odniesieniu do fig. 13, przedstawiającej wykres ukazujący spęcznienie tytoniu dla rozmaitych ilości wilgoci i rozmaitych stopni wstępnego ogrzania tytoniu. W każdym przypadku tytoń był impregnowany przez 15 sekund propanem przy ciśnieniu około 17,1 MPa i ogrzany wstępnie do temperatury około 149°C. Przed spęcznieniem tytoń miał wartość napełniania wynoszącą około 450 cm3/100 g. Jak pokazano na fig. 13, zwiększenie zawartości wilgoci tytoniu do poziomu ponad około 20% znacznie polepsza spęcznianie, szczególnie wówczas, gdy tytoń został wstępnie ogrzany do temperatury około 66°C lub wyższej.

Gdy jako płyn impregnujący zastosuje się propan, wówczas łączna ilość ciepła doprowadzanego do strefy impregnacji, pochodzącego od ogrzanego propanu i wstępnie ogrzanego tytoniu jest korzystnie wystarczająca dla uzyskania warunków impregnacji w strefie pomiędzy około 116°C i około 132°C, korzystnie około 127°C. Stwierdzono, że impregnacja w warunkach temperatury i ciśnienia odpowiednio około 127°C i 17,1 MPa może być przeprowadzana w przeciągu około 5 sekund lub nawet krócej, gdy ciepło jest dostarczane zarówno poprzez wstępnie ogrzany tytoń, jak i wstępnie ogrzany propan.

Stopień ściśnięcia tytoniu podczas nasycania również ma wpływ na stopień spęcznienia. Korzystnie tytoń jest ściśnięty w stosunku ściśnięcia przynajmniej około 1,5:1 podczas

174 255 nasycania. Stosunek ściśnięcia jest określony na bazie objętości tytoniu przed ściskaniem. Objętość tytoniu przed ściśnięciem, lub luźna objętość wypełniająca tytoniu, jest określona poprzez pomiar gęstości tytoniu w sześciennym pojemniku o objętości 0,028 m . Tytoń jest zasypywany do sześciennego pojemnika i ważony dla określenia gęstości tytoniu w stanie luźnego wypełnienia pojemnika. Luźna objętość wypełniająca ładunku tytoniu przed ściśnięciem na wrzecionie może być określona poprzez ciężar ładunku i wartości gęstości luźnego wypełnienia tego tytoniu. Objętość luźnego wypełnienia ładunku jest dzielona poprzez objętość ściśniętego ładunku tytoniu, to jest objętość poddawaną obróbce w urządzeniu impregnacyjnym takim jak wrzeciono, dla określenia stosunku ściśnięcia. Wszystkie wartości są określone lub skorygowane do rzeczywistej zawartości wilgoci ładunku tytoniu, doprowadzanego do strefy impregnacyjnej. Tak więc, dla wrzeciona mającego objętość impregnacyjną wynoszącą 410 cm , ściśnięcie tytoniu mającego luźną objętość wypełniającą wynoszącą 820 cm³ na wrzecionie, spowoduje stosunek ściśnięcia 2:1.

Korzystnie, tytoń jest ściśnięty do stosunku ściskania większego niż 2:1, do stosunków wynoszących 3:1 i większych. Ściśnięcie tytoniu powoduje zwiększenie gęstości tytoniu tak, że gęstość tytoniu doprowadzanego do strefy impregnacyjnej jest znacznie większa niż gęstość tytoniu przed ściskaniem. Wiadomo, że gęstości luźnego wypełnienia tytoniu różnią się znacznie w zależności od tego, czy tytoń jest w postaci liścia czy w postaci ciętego wypełniacza, w zależności od rodzaju tytoniu, zawartości wilgoci w tytoniu i od innych czynników. W obecnym wynalazku 'stosowane są gęstości upakowania wynoszące 320 - 560 kg/m3 obliczone na bazie zawartości wilgoci rzędu 12%. Jakkolwiek zwiększenie gęstości upakowania może w pewnym stopniu cykl czasowy dla uzyskiwania identycznych wartości spęcznienia, to według wynalazku korzystnie stosowano również gęstości upakowania przekraczające 320 - 560 kg/m3, obliczonych dla 12%o wilgotności i większych, przy uzyskiwaniu czasów impregnacji wynoszących poniżej 20 sekund i wzrostu wydajności napełniania ponad 50 - 100%;.

Na figurze 14 pokazano wykres przedstawiający zmiany spęczniania w wyniku zmian gęstości tytoniu podczas nasycania i przy rozmaitych czasach nasycania. Wykres ten ilustruje nasycanie próbek tytoniu o zawartości wilgoci 27% propanem, w tych samych warunkach opisanych powyżej. Czasy impregnacji ulegały zmianie od 4 sekund do 20 sekund. Próbki tytoniu posiadające początkową gęstość luźnego wypełnienia około 99 kg/m3 przy 12% wilgotności i 24°C, były, ściskane do gęstości 320,400,480 i 560 kg/m3 (wszystkie gęstości obliczono lub skorygowano do wilgoci wynoszącej 12%). Jak pokazano na fig. 14, stopień spęczniania wzrastał wraz ze zwiększeniem czasu nasycania i z malejącym ściśnięciem tytoniu. Jednakże znakomite spęcznienie uzyskiwano nawet przy wysokich gęstościach upakowania i krótkich czasach impregnacji rzędu 10 sekund lub nawet mniej.

Na figurze 15 pokazano zakres przydatności sposobu i urządzenia do spęczniania według wynalazku. Wykres ten stanowi wykres złożony rozmaitych danych odnośnie spęczniania i ilustruje całkowite zwiększenie objętości tytoniu na godzinę (w metrach sześciennych na godzinę), które można uzyskać z urządzenia według fig. 1 w funkcji czasu impregnacji i ściśnięcia tytoniu. Dane te przyjmują dostępną objętość przestrzeni zajmowanej przez tytoń jako 6560 cm3 oraz ciągły przebieg procesu w pokazanych cyklach czasowych. Jak widać, wzrasta przepustowość tytoniu przy skróceniu cykli czasowych i zwiększeniu ściskania tytoniu. Z fig. 15 wynika również, że wzrost objętości tytoniu na godzinę jest największy przy krótkich cyklach czasowych i zwiększonym ściskaniu tytoniu. Dzieje się tak w wyniku zwiększonej przepustowości i pomimo faktu, że i wielkość spęcznienia każdej partii tytoniu nie była tak duża, jak mogłaby być uzyskiwana przy mniejszych gęstościach i/lub przy dłuższym cyklu czasowym, Tak więc, według wynalazku otrzymuje się szerokie możliwości 'zmian stopnia spęcznienia tytoniu i stopnia przepustowości tytoniu.

Pojemności wypełniania tytoniu, są mierzone za pomocą elektronicznego, automatycznego miernika pojemności wypełniania, w którym jest zastosowany stały tłok, o średnicy 92 mm, umieszczony ślizgowo w podobnie zwymiarowanym cylindrze i wywierający ciśnienie wynoszące 17,8 kPa przez 5 sekund na umieszczoną w cylindrze próbkę tytoniu. Parametry te przybliżają warunki upakowania, którym poddawany jest tytoń w urządzeniu do wyrobu papierosów

174 255 podczas formowania pręcika papierosowego. Dla spęcznionego tytoniu są stosowane odmierzone próbki tytoniu mające ciężar 50 g. Dla niespęcznionego tytoniu są stosowane próbki mające ciężar 100 g.

Wartości wilgoci próbek tytoniu są mierzone przez umieszczanie 100 gramowej próbki tytoniu w drucianym koszyku i następnie umieszczanie koszyka w piecu z nadmuchem powietrza mającym temperaturę powietrza około 93% przez około 3 minuty. Tytoń i druciany koszyk są ważone przed i po ogrzewaniu w piecu, zaś strata ciężaru wyrażona jako procent ciężaru tytoniu przed ogrzaniem jest określana jako procentowa wilgotność.

Rozmaite aspekty spęczniania tytoniu rozważono w szczególności w związku z zastosowaniem propanu jako czynnika nasycającego powodującego spęcznianie i z zastosowaniem temperaturowych warunków nasycania zbliżonych lub przekraczających temperaturę nadkrytyczną, łącznie z warunkami podwyższonego ciśnienia, zbliżonego lub przekraczającego ciśnienie nadkrytyczne oraz w związku z zalecanym urządzeniem. Jednakże w urządzeniu według wynalazku można dokonać rozmaitych zmian, przykładowo, jeżeli niejest pożądane odzyskiwanie czynnika spęczniającego, takiego jak propan, wówczas czynnik spęczniający może po użyciu być spalony. Ponadto, ujawnione tutaj urządzenie do dozowania tytoniu, jakkolwiek szczególnie przystosowane do spęczniania tytoniu z wykorzystaniem czynnika spęczniającego o dużej gęstości w temperaturze nadkrytycznej z zastosowaniem krótkich czasów nasycania, nadaje się również do stosowania w rozmaitych odmiennych urządzeniach do spęczniania.

ZWIĘKSZONA OBJĘTOŚĆ ( METRY SZEŚĆ/600Z )

174 255

174 255

WILGOTNOŚĆ

POCZĄTKOWĄ O 0-3 1 5 e-o-e 24

TEMPER. TYTONIU •—·— 18 et-*-* 21

Fg ej.

174 255 *

174 255

TERMICZNEGO

174 255

7/ cj. 7

174 255

PARA WODNA

174 255

£------ι±·-^Η- DO UTLENIACZA TERMICZNEGO

UJ <2

3z fslł^-

17-4255

/2?---[PRZYGOTOWAŃ IE

UJ

Z <

UJ

M

a.

o o

rxi cl o

z <

CL

O cr <x

PROPA NU

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do dozowania tytoniu do komory impregnacyjnej urządzenia do spęczniania tytoniu, mające zespół doprowadzający tytoń i zespół odmierzający połączony z zespołem doprowadzającym tytoń i wyposażony w rury odmierzające do odmierzania wsadu tytoniu przeznaczonego do doprowadzania do komory impregnacyjnej, znamienne tym, że zespół odmierzający zawiera wtryskiwacze pary (8<^, 82) do wtryskiwania pary wodnej dla ogrzewania wsadu tytoniu przed jego wprowadzeniem do komory impregnacyjnej (22) urządzenia do spęczniania tytoniu i zespół doprowadzający do doprowadzania ogrzanego wsadu tytoniu do tej komory impregnacyjnej (22).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół doprowadzający do doprowadzania ogrzanego wsadu tytoniu do komory impregnacyjnej (22) zawiera ukierunkowany poziomo przewód załadowczy (110), mający w górnej ścianie otwór (158).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że otwór (158) w poziomym przewodzie załadowczym (110) jest wyposażony w przechylny człon zamykający (160), do wtłaczania tytoniu do poziomego przewodu załadowczego (110).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wtryskiwacz pary (80, 82) zawiera przewód (84, 96) przepuszczający parę wodną przez liczne otwory (90, 98) przechodzące przez przynajmniej jedną ścianę kontaktującą się ze wsadem tytoniu.