SK283243B6 - Spôsob zvyšovania plniacej kapacity tabaku - Google Patents

Abstract

Pri uskutočňovaní spôsobu zvyšovania plniacej kapacity tabaku prostredníctvom jeho objemového rozpínania sa náplň tabaku na rozpínanie umiestňuje do impregnačnej komory schopnej odolať podmienkam zvýšeného tlaku, náplň tabaku sa v impregnačnej komore impregnuje s propánom ako expanzným činidlom za podmienok postačujúcich na rozpínanie impregnovaného tabaku aspoň o 50 % objemových pri jeho vystavení expanzným podmienkam, náplň impregnovaného tabaku sa vyberie z impregnačnej komory a impregnovaný tabak sa vystaví podmienkam, postačujúcim na rozpínanie tabaku. Na impregnovanie tabaku, ktorý má byť rozpínaný, sa tabak stláča pri kompresnom pomere aspoň 1,5 : 1 vzhľadom na sypný plniaci objem rozpínaného tabaku, pričom impregnačný objem impregnačnej komory sa naplní stlačeným tabakom, ktorý má byť impregnovaný.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu zvyšovania plniacej kapacity tabaku prostredníctvom jeho objemového rozpínania. Vynález sa týka najmä spôsobu na zlepšenie výkonnosti a hospodárnosti procesu, pri ktorom dochádza k rozpínaniu tabaku.

Doterajší stav techniky

V posledných desaťročiach sa stali spracovateľské postupy s expanzným spracovaním tabaku súčasťou výrobných procesov na výrobu cigariet. Tabakové expanzné postupy slúžia na obnovenie hustoty a/alebo objemu tabaku, zodpovedajúce hustote, prípadne objemu voľne sypaného tabaku, k strate ktorých došlo v priebehu sušenia a skladovania tabakových listov. Okrem toho je expandovaný tabak dôležitou zložkou početných cigariet s malým alebo podstatne zníženým obsahom dechtu.

Komerčne významné expanzné postupy, ktorými sa zaisťuje narovnávanie a priestorové rozpínanie častíc tabaku z jeho pôvodne pokrčeného stavu, sú opísané v patentových spisoch US 3 524 451 a US 3 524 452. Tieto patentové spisy opisujú spôsoby, pri ktorých sa tabak privádza do styku s impregnačnou látkou, a potom sa prudko zohreje, aby sa impregnačná látka odparila a dosiahlo sa expandovanie tabaku.

Patentový spis US 3 683 937 opisuje spôsob a spracovania tabaku, pri ktorom má byť dosiahnuté expandovanie tabaku a ktorý využíva organické zložky vo forme výparov na impregnovanie tabaku. Impregnovaný tabak potom expanduje alebo v dôsledku zohriatia alebo rýchleho zníženia tlaku.

Použitie oxidu uhličitého na expandovanie tabaku je opísané v patentových spisoch US 4 235 250, US 4 258 729, US 4 336 814 a ďalších. V týchto a im príbuzných postupoch sa oxid uhličitý alebo v plynnej alebo kvapalnej forme privedie do kontaktu s tabakom na jeho impregnáciu a potom sa takto impregnovaný tabak vystaví podmienkam, vyvolávajúcim rýchle zohriatie, aby sa oxid uhličitý' prudko odparil, a tým sa dosiahlo expandovanie tabaku. Pri známych postupoch, využívajúcich na expandovanie tabaku oxid uhličitý’, je spravidla nutné tabak silne zohriať, aby so dosiahlo dostatočné a stabilné expandovanie tabaku. Toto silné zohrievanie môže nepriaznivo ovplyvniť vôňu tabaku a/alebo môže vyvolať vznik veľkého množstva jemných tabakových častíc. Okrem toho spôsoby, ktoré používajú na impregnáciu tabaku kvapalný oxid uhličitý, prinášajú spravidla ten výsledok, že takto impregnovaný tabak má podobu pevných blokov tabaku, obsahujúcich suchý ľad, ktorý sa musí pred tepelným spracovaním rozbiť, takže sa zvyšuje zložitosť tohto postupu.

Patentové spisy US 4 461 310 a US 4 289 148 opisujú expandovanie tabaku pomocou nadkritického dusíkového alebo argónového impregnovania tabaku. Tieto plyny sa odvádzajú z tabaku v priebehu rýchleho znižovania tlaku, pričom tabak expanduje po svojom vystavení účinku zohriateho plynu alebo mikrovlnného žiarenia. Tieto postupy vyžadujú spracovanie tabaku za tlakov prekračujúcich 14,06 MPa alebo 28,12 MPa až do 70m,31 MPa, aby sa dosiahla výrazná expanzia tabaku.

Patentový spis US 4 531 529 opisuje spôsob zvyšovania kapacity tabakovej náplne cigarety, pri ktorom je tabak impregnovaný silne prchavým expanzným činidlom s nízkym bodom varu, napríklad na za normálnych podmienok plynnými halogenidami uhlíka alebo uhľovodíkmi, pri pre vádzkových tlakových a teplotných podmienkach, ktoré sú vyššie alebo blízke kritickým tlakom a teplotám expanzného činidla. Tlak sa pri tomto postupe rýchle znižuje na hodnotu atmosférického tlaku, takže tabak expanduje bez toho, že by bolo potrebné ho zohrievať tak na dosiahnutie vlastného rozpínania tabaku, ako tiež na stabilizovanie expandovaného stavu tabaku. Tlakové podmienky pre tento spôsob sa pohybujú od 3,6 MPa vyššie bez známej hornej medze. Pri skúškach boli použité tlaky nižšie ako 14,2 MPa a bola pritom dosiahnutá expanzia tabaku bez nadmerného lámania jeho častíc. Tlaky vyššie, ako je táto hodnota, nie sú za normálnych podmienok považované za využiteľné. Ak sa dĺžka časového intervalu, potrebného na zvýšenie tlaku expanzného činidla na potrebnú hodnotu, pohybuje medzi 1 až 10 minútami, je nutný iba veľmi krátky alebo dokonca nulový časový interval na udržiavanie týchto tlakových podmienok, ktoré sú predpokladom na dosiahnutie účinného impregnovania tabaku.

Patentový spis US 4 554 932 opisuje zariadenie na spracovanie tabaku tlakovou tekutinou, vybavené dutým valcovým puzdrom, v ktorom je axiálne posuvne uložená cievková jednotka, pohyblivá medzi nakladacou polohou, nachádzajúcou sa mimo vnútorného priestoru valcového puzdra, a polohou, v ktorej sa uskutočňuje spracovanie tabaku, a ktorá sa nachádza vnútri valcového puzdra. Cievková jednotka je vybavená na svojich plochách, ktoré sú v kontakte s vnútornou valcovou plochou valcového puzdra, tesniacimi prvkami, ktoré dosadajú na vnútornú plochu valcového puzdra, aby sa tak vytvorila uzatvorená tlaková komora. Do tejto tlakovej komory sú zaústené prívodné potrubia na prívod pracovnej tekutiny do tlakovej komory. Tento systém tak tvorí zariadenie využívané na vysokotlakové spracovanie materiálov, napríklad na impregnáciu tabaku a vyvolanie jeho expanzie, ktoré umožňuje ľahké plnenie pracovného priestoru spracovávaným materiálom a jeho neskoršie vyprázdňovanie pri súčasnom minimalizovaní alebo dokonca vylúčení problémov súvisiacich s utesnením zariadenia alebo s blokovacími mechanizmami, ktoré musia byť obvykle používané pri vysokotlakových technologických zariadeniach. Toto zariadenie je vybavené tlakovou nádobou, ktorá prispieva k skráteniu trvania celého procesu a zvyšuje hospodárnosť technologického postupu, zaisťujúceho expandovanie tabaku.

Patentový spis US 5 067 293 je zameraný na spôsob a zariadenie na spracovanie tabakového materiálu a iných biologických materiálov, vybavené mechanizmami vytvárajúcimi dynamické tesnenie, pri ktorých vzájomne spolupôsobiace pohyblivé plochy zaisťujú utesnenie spracovacej komory. Dynamický tesniaci systém podľa tohto vynálezu je využiteľný na spracovanie tabaku pri zvýšených teplotných a tlakových podmienkach, zahŕňajúcich tiež podmienky nadkritickej teploty a nadkritického tlaku, a pri spôsoboch, pri ktorých prebieha expanzia tabaku. V tomto spise sú opísané tak kontinuálne postupy, ako tiež prerušované postupy. Na expandovanie tabaku je v tomto spise opísané použitie nadkritických tekutín v hmotnostnom pomere k tabaku väčšom ako 40 : 1, pričom v tomto spise je uvedené, že úplná impregnácia tabakového materiálu prebieha v podstate okamžite. V tomto spise je tiež uvedené, že väčšia expanzia tabaku sa dosiahne, ak sú dodržané impregnačné doby v rozsahu 1 až 10 minút pred znížením tlaku.

Patentový spis US 4 962 773 opisuje spôsob spracovania cigaretových tyčkových polotovarov za takých podmienok, pri ktorých dochádza k expanzii náplne cigarety, tvorenej rezaným tabakom a uloženej vnútri cigaretového obalového papierika. V tomto patentovom spise je opísané tiež použitie rôznych impregnačných podmienok a rôznych impregnačných tekutín vrátane impregnačných podmienok, využívajúcich nadkritické tlaky a teploty. Pri spracovaní pracovných vzoriek bola použitá tlaková nádoba s obsahom 4,5 litra, v ktorej prebiehalo impregnovanie tabakových tyčiek v nadkritických podmienkach.

Postupy, vytvárajúce podmienky na expandovanie tabaku, vrátane spôsobov opísaných v predchádzajúcej časti, musia prebiehať ako prerušované postupy alebo ako plynulé postupy, ako je to napríklad zrejmé z patentového spisu US 5 067 293, ak sú používané impregnačné tlaky, ktoré sú v podstate vyššie ako je atmosférický tlak. Prerušované aj plynulé spracovateľské postupy vyžadujú zložité pracovné zariadenia a predlžujú čas trvania jedného spracovateľského cyklu, pretože potrebujú čas na otváranie a uzatváranie nádob a privádzanie a odvádzanie impregnačných látok z nádob. Pri týchto známych zariadeniach boli uskutočňované niektoré úpravy, ktoré mali priniesť skrátenie celkového trvania cyklu. Ale podstatné zvýšenie výkonu je pri známych spôsoboch s prerušovaným pracovným cyklom a známymi technologickými postupmi možné dosiahnuť iba zvýšením objemu jednotlivých systémov a/alebo zvýšením počtu jednotlivých systémov, používaných súčasne.

Podstata vynálezu

Vynálezom má byť dosiahnuté zlepšenie expandovacieho procesu pri spracovaní tabaku, ktorým by bolo možné výrazne zvýšiť výkon vysokotlakového impregnačného systému na impregnáciu tabaku. Tabak môže byť podľa vynálezu impregnovaný vo vysokotlakovej impregnačnej zóne a môže byť odoberaný z tejto zóny na zaistenie expanzie v časovom intervale, zodpovedajúcom trvaniu celého cyklu, ktorý je kratší ako jedna minúta, najmä kratší ako 15 až 30 sekúnd. Okrem toho je úlohou vynálezu zvýšenie kapacity spracovania tabaku dosiahnutím výrazne lepšieho využitia pracovného priestoru, ktorý je k dispozícii vo vysokotlakovej impregnačnej zóne. Vynálezom má byť tiež vyriešený spôsob, pri ktorom je minimalizované množstvo expanzného činidla, používaného na spracovanie tabaku.

V súlade s predmetom tohto vynálezu bol preto vyvinutý spôsob zvyšovania plniacej kapacity tabaku prostredníctvom jeho objemového rozpínania, pričom sa náplň tabaku na rozpínanie umiestňuje do impregnačnej komory, schopnej odolať podmienkam zvýšeného tlaku, náplň tabaku sa v impregnačnej komore impregnuje s propánom ako expanzným činidlom za podmienok, postačujúcich na rozpínanie impregnovaného tabaku aspoň o 50 % objemových pri jeho vystavení expanzným podmienkam, náplň impregnovaného tabaku sa vyberie z impregnačnej komory a impregnovaný tabak sa vystaví podmienkam, postačujúcim na rozpínanie tabaku.

Na impregnovanie tabaku, ktorý má byť rozpínaný, sa tabak stláča pri kompresnom pomere aspoň 1,5 : 1 vzhľadom na sypný plniaci objem rozpínaného tabaku, pričom impregnačný objem impregnačnej komory sa naplní stlačeným tabakom, ktorý má byť impregnovaný.

Kompresný pomer je aspoň 2:1, výhodne aspoň 3:1.

Impregnácia sa uskutočňuje pri teplote, ktorá sa rovná nadkritickej teplote alebo je vyššia ako nadkritická teplota expanzného činidla.

Impregnácia sa uskutočňuje pri nadkritickom alebo vyššom tlaku expanzného činidla.

Tabak na impregnáciu sa predohrieva na zvýšenú teplotu pred jeho umiestením do impregnačnej komory.

Tabak sa predohrieva na teplotu aspoň 52 °C.

Impregnácia sa uskutočňuje kratšie ako jednu minútu.

Expanzné činidlo sa vpúšťa do impregnačnej komory ako tekutina pri teplote nad nadkritickou teplotou tekutiny a pri tlaku nad nadkritickým tlakom tekutiny.

Propán sa privádza do impregnačnej komory pri tlaku vyššom ako 13,8 Pa nad okolitým tlakom, a pri teplote vyššej ako 116 °C.

Pri uskutočňovaní spôsobu vysokotlakovej impregnácie tabaku podľa tohto vynálezu sa celý impregnačný priestor vo vysokotlakovej impregnačnej zóne vyplní stlačeným tabakom. Do impregnačnej zóny sa potom privádza príslušné činidlo, ktoré impregnuje stlačený tabak. Stlačený tabak sa stláča tak, že pomer objemov v nestlačenom a stlačenom stave je väčši ako 1,25 : 1, napríklad 1,5 : 1 a najmä sa dosiahne stlačenie v objemových pomeroch najmenej 2 : 1 až 3 : 1 alebo aj väčšie. Tým je podstatne zlepšené využitie priestoru, ktorý je k dispozícii v impregnačnej zóne, napríklad o 50 % až 200 % alebo aj viac. Aj cez stlačenie tabaku v priebehu jeho impregnácie je možné dosiahnuť výraznú expanziu tabaku o najmenej 50 %, pričom podľa ďalších výhodných uskutočnení spôsobov podľa vynálezu je možné dosiahnuť zväčšenie plniacej kapacity o 100 % aj viac. Okrem toho sa pri výhodnom uskutočnení spôsobu podľa vynálezu skracuje celkové trvanie jedného impregnačného cyklu na impregnáciu stlačeného tabaku pod 20 sekúnd.

Okrem výrazného zvýšenia dosiahnuteľnej kapacity vysokotlakovej spracovacej nádoby je možné týmto výhodným riešením podľa vynálezu dosiahnuť podstatné zníženie množstva expanzného činidla, privádzaného do impregnačnej zóny v priebehu impregnácie. Týmto výhodným uskutočnením vynálezu je tak vyriešený spôsob spracovania tabaku, pri ktorom môže byť objem expanzného činidla, využívaného na impregnovanie tabaku, menší, ako objem tabaku, meraný vo voľne sypanom, to znamená nestlačenom stave. Objem expanzného činidla sa môže pohybovať okolo jednej polovice objemu tabaku alebo môže byť aj menší.

Podľa iného výhodného uskutočnenia vynálezu je čas trvania jedného impregnačného cyklu, pri ktorom sa uskutočňuje impregnácia tabaku za podmienok blízkych podmienkam, zodpovedajúcim nadkritickému tlaku a teplote, podstatne skrátený predohrievaním tabaku pred jeho privádzaním do impregnačnej oblasti. Pri riešení ďalších zdokonalení postupu podľa vynálezu bolo zistené, že predbežným stlačením a predohriatím expanzného činidla na teplotu a tlakové podmienky, ktoré sú vyššie ako nadkritické hodnoty, ešte pred privedením do impregnačnej oblasti, je možné dosiahnuť účinnú impregnáciu tabaku expanzným činidlom rádovo v niekoľkých sekundách, v ktorých sa produkuje impregnovaný tabak, ktorý sa môže v značnom rozsahu rozpínať. Celkové trvanie jedného cyklu, zahŕňajúce privádzanie tekutiny za nadkritických tlakových a teplotných podmienok, časový interval impregnácie a trvanie časového úseku, v ktorom prebieha znižovanie tlaku, je kratšie ako 1 minúta, najmä je kratšie ako 20 sekúnd, ak sa tento spôsob uskutočňuje podľa výhodných uskutočnení vynálezu. Pri využití týchto výhodných uskutočnení je možné dosiahnuť zvýšenie kapacity plneného priestoru o najmenej 50 % alebo dokonca až o viac ako 100 % pri čase trvania jedného cyklu 10 až 12 sekúnd.

Na uskutočňovanie týchto výhodných spôsobov spracovania tabaku je možné využiť rôzne zariadenia, napríklad cievkové zariadenie na expandovanie tabaku, opísané v patentovom spise US 4 554 932, ktorý môže byť výhodne modifikovaný tým, že je navyše vybavený plniacim ústrojenstvom, ktoré je zdokonalené oproti iným známym riešeniam natoľko, že je schopné zasúvať dávku tabaku do prs tencového priestoru cievkového telesa a súčasne vloženú dávku tabaku stláčať na obvod posuvnej cievky.

Spôsob podľa vynálezu je výhodne uskutočňovaný zariadením, ktorého podstata spočíva v tom, že používa akumulačné jednotky na zaistenie dodávky predohriatej vysokotlakovej tekutiny do expanznej zóny na expandovanie tabaku. Použitím akumulátora sa minimalizuje potrebný objem tekutiny, skladovanej pri vysokom tlaku a za vysokých teplôt, na vysokotlakový impregnačný proces, a tým sa znižujú nároky na vysokotlakové nádoby a zlepšuje sa prevádzková bezpečnosť spôsobu podľa vynálezu.

Podľa iného výhodného uskutočnenia zariadenia je na impregnovanie tabaku spôsobom, opísaným v patentovom spise US 531 529, privádzaný propán vo svojej tekutej forme pri teplote, ktorá je vyššia, ako je kritická teplota, a pri tlaku vyššom, ako je kritický tlak. V poslednom čase bolo zistené, že použitím propánu, udržovaného pod tlakom vyšším, ako 14,06 MPa, sa dosahuje skrátenie celkového trvania jedného pracovného cyklu. Kombináciou rôznych výhodných uskutočnení zariadenia sa môže dosiahnuť zvýšenie kapacity spracovania tabaku vo vysokotlakovej impregnačnej zóne desať- až tridsaťnásobne oproti výkonom, uvádzaným v známom stave techniky. Z toho vyplýva, že stláčaním tabaku sa dosiahne dvojnásobné až trojnásobné zvýšenie kapacity zariadenia v porovnaní so známymi zariadeniami. Využitím predohriateho tabaku a/alebo v podstate okamžitým privedením predohriatej a vopred stlačenej tekutiny v nadkritickom stave do expanznej zóny je možné uskutočniť v každej prevádzkovej minúte päť alebo aj viac pracovných impregnačných cyklov na impregnáciu tabaku. Pri tomto riešení môže byť použitá expanzná komora daného objemu na impregnáciu množstva voľne sypaného tabaku, prekračujúceho päťnásobok alebo desať- až pätnásťnásobok objemu impregnačnej komory za každú minútu prevádzky zariadenia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie objasnený pomocou príkladov uskutočnenia zobrazených na výkresoch, kde znázorňujú: obr. 1 schematický priečny rez zariadením, využitým na realizáciu spôsobu podľa vynálezu, v ktorom sú ďalšie prevádzkové polohy vyznačené bodkočiarkovanými čiarami; obr. 2 priečny rez zariadením, vedený rovinou 2-2 z obr. 1 a zobrazujúci ústrojenstvo na stláčanie tabaku, ktoré privádza zlisovaný tabak do impregnačného priestoru zariadenia z obr. 1;

obr. 3a, obr. 3v a obr. 3c priečne rezy výhodnými uskutočneniami akumulačných jednotiek na zariadenie z obr, 1, ktoré sú schopné v podstate okamžite privádzať tekutiny, majúce teplotu a tlak nad nadkritickými teplotami, a tlakmi do zariadenia podľa obr. 1;

obr. 4 blokovú schému spôsobu, prebiehajúceho podľa vynálezu; a obr. 5 blokovú schému ovládania činnosti zariadenia z obr. 1.

Príklady uskutočnenia vynálezu

V nasledujúcom opise bude bližšie objasnených niekoľko príkladov uskutočnenia spôsobu podľa vynálezu. Aj keď je v tomto opise vynález objasnený pomocou niekoľkých konkrétnych spôsobov a zariadení, zobrazených na výkresoch, rozumie sa, že vynález nie je obmedzený iba na tieto príkladné uskutočnenia. Do rozsahu vynálezu patria ešte ďalšie alternatívne uskutočnenia, modifikácie a ekvivalentné riešenia, ktoré sú odborníkom zrejmé z predchádzajúceho opisu a za nasledujúcich príkladov uskutočnenia.

Obr. 1 znázorňuje príkladné uskutočnenie zariadenia, využívajúce základné znaky vynálezu. Základné konštrukčné vytvorenie tohto zariadenia zodpovedá konštrukcii zariadenia podľa patentového spisu US 4 554 932, zmieneného v stave techniky. Aby opis príkladných uskutočnení nebol príliš rozsiahly, nebudú v ňom uvádzané všetky podrobnosti zariadenia, ktoré je možné ľahko rozpoznať z tohto patentového spisu.

Ako je zobrazené na obr. 1, tak zariadenie obsahuje tlakovú nádobu 10, ktorá je vybavená dutým valcovým plášťom 12 a cievkovou jednotkou 14. Dutý valcový plášť 12 a cievková jednotka 14 môžu byť vyrobené z ľubovoľného vhodného materiálu, najmä z nehrdzavejúcej ocele, bronzu a podobne. Konkrétne konštrukčné vytvorenie a dimenzovanie jednotlivých častí musí byť také, aby odolávalo tlakom, ktoré sa budú vyskytovať v tlakovej nádobe 10.

Cievková jednotka 14 je vybavená valcovito tvarovanými koncovými dielmi 16, 18 a spojovacou tyčou 20. Ak je cievková jednotka 14 uložená vnútri dutého valcového plášťa 12, ako je to zobrazené na obr. 1, potom je medzi na seba privrátenými plochami koncových dielov 16, 18 a spojovacej tyče 20 vymedzený prstencový priestor 22 s vopred stanoveným vnútorným objemom, ktorý tvorí utesnenú tlakovú komoru alebo zónu.

Ako je zobrazené na obr. 1, cievková jednotka 14 je uložená vodorovne a je posuvná vratnými posuvnými pohybmi medzi troma polohami, z ktorých plniaca poloha 24 a vyprádzňovacia poloha 26 sú zobrazené bodkočiarkovanými čiarami, pričom impregnačná poloha je na obr. 1 zobrazená plnými čiarami. Pohyb cievkovej jednotky 14 je ovládaný hydraulickým piestom 28 alebo podobnou hnacou jednotkou, ktorý je axiálne spojený prostredníctvom hriadeľa 30, zobrazeného čiastočne na obr. 1, s cievkovou jednotkou 14 na ovládanie jej premiestňovania do jednej z troch zmienených polôh.

Tabak 36 sa privádza na obvod cievky po jej premiestnení do plniacej polohy 25 pomocou dvoch vzájomne protiľahlých polvalcových vtláčacích prvkov 32. Tabak 36 môže byť privádzaný v ľubovoľnej forme vrátane tabakových listov s listovými stopkami a strednými rebrami, vo forme pásikov, narezaných z listov s odstránenými čapíkmi, alebo vo forme rezaného cigaretového tabaku, obsahujúceho rezané alebo drvené pásiky na výrobu cigariet. Vtláčacie prvky 32 sú spojené tyčami 34 s neznázomeným lineárnym pohonným ústrojenstvom, napríklad s hydraulickým valcom s piestom a podobne. Do cievkovej jednotky 14 sú vtláčané jednotlivé dávky tabaku 36 tak, aby sa tabak zlisoval, ako to bude podrobnejšie opísané pri objasňovaní obr. 2.

Ihneď ako sa cievková jednotka 14 naplní tabakom 36 vo svojej plniacej polohe 24, premiestni sa do impregnačnej polohy. Každý z koncových dielov 16, 18 je vybavený na svojom obvode nafukovacími alebo inak roztiahnuteľnými tesniacimi prvkami 40, 42. Tesniace prvky 40, 42 sú vytvorené vo forme hydraulicky rozpínavých elastomérnych krúžkov, do ktorých sa privádza hydraulická kvapalina kvapalinovými potrubiami 44. Hydraulická kvapalina, ktorou je napríklad potravinársky olej, je vtláčaná do tekutinových potrubí 44 z hydraulického akumulátora 45 a roztláča tesniace prvky 40, 42 vo forme krúžkov tak, že ich obvodové plochy dosadajú tesne na vnútornú plochu tlakovej nádoby 10, a tým utesňujú tlakovú komoru, vytvorenú v prstencovom priestore 22 cievkovej jednotky 14. Tesniace prvky 40, 42 sú výhodne vybavené neznázomenými stiera cími krúžkami, ktoré slúžia na stieranie tabakových častíc z povrchu vnútornej steny dutého valcového plášťa 12 a plniaceho ústrojenstva, tvoreného vtláčacími prvkami 32, v priebehu presúvania cievkovej jednotky 14 z jednej jej polohy do druhej. Hydraulická kvapalina sa privádza do kvapalinového potrubia 44 na jednom konci cievkovej jednotky 14 osovým kanálikom, vytvoreným v spojovacej rúrke 46, zobrazenej čiastočne na obr. 1, a spojenej najmenej jedným svojím koncom s cievkovou jednotkou 14.

Vysokotlakové plynové potrubia 48, 49 sú zaústené do dutého valcového plášťa 12 cez vstupné otvory 50, 51, ktoré sú umiestnené proti prstencovému priestoru 52, vytvorenému v obvodovej ploche druhého koncového dielu 18 medzi jeho obvodovými tesniacimi prvkami 42. Prstencový priestor 52 je prepojený skupinou radiálnych kanálikov 54 a radiálnych kanálikov 56 s drážkami 58, vytvorenými v povrchu spojovacej tyče 20. Vstupné otvory 50, 51 tak umožňujú privádzanie tlakovej tekutiny do tlakovej komory v prstencovom priestore 22 a jej vypúšťanie, ak sa cievková jednotka 14 nachádza v zobrazenej polohe. Spojovacia tyč 20 je vybavená na svojom obvode najmenej jednou sieťkou

59, obaľujúcou túto spájaciu tyč 20, aby sa axiálne kanáliky 56 a drážky 58 neupchávali tabakom.

Do plynových potrubí 40,49 je vradená dvojica rýchločinných ventilov 60, 62 na ovládanie rýchleho prívodu tlakovej látky do prstencového priestoru 22, tvoriaceho tlakovú impregnačnú komoru. Týmito rýchločinnými ventilmi

60, 62 sú najmä guľové ventily s priemerom od 12,7 mm do 38,1 mm alebo aj väčšie, a to podľa veľkosti impregnačnej komory v prstencovom priestore 22, aby sa dosiahol prakticky okamžitý prívod vysokého tlaku a rýchle zníženie vysokého tlaku. Rýchločinné ventily 60, 62 sú výhodne otvárané a uzatvárané automaticky pomocou neznázornených hydraulických ovládačov.

Vysokotlakové plynové prvé plynové potrubie 48 je spojené s akumulačnou jednotkou 64, ktorá bude podrobnejšie opísaná v ďalšej časti opisu. Na ohrievanie plynu, privádzaného do akumulačnej jednotky 64, je toto zariadenie vybavené výparníkom 66. Akumulačná jednotka 64 môže byť tiež zohrievaná neznázorneným vykurovacím ústrojenstvom, aby sa tekutina vnútri akumulačnej jednotky 64 udržiavala v zohriatom stave. Za výparníkom 66 je v smere proti prúdu plynu umiestnené vysokotlakové čerpadlo na prívod vysokotlakovej tekutiny pod tlakom napríklad 17,6 MPa do výparníka 66 a akumulačnej jednotky 64.

Druhé vysokotlakové plynové potrubie 49, ktoré je využívané na odvádzanie tlakovej látky z prstencového priestoru 22 impregnačnej komory, je napojené na neznázomené regeneračné ústrojenstvo na regeneráciu plynu, v ktorom sa plyn, odvádzaný z impregnačnej zóny, regeneruje na opätovné použitie.

Vo vyprázdňovacej oblasti, v ktorej prebieha odoberanie tabaku, sa nachádza pneumatické vyprázdftovacie ústrojenstvo, tvorené napríklad bezolejovým kompresorom, ktorý usmerňuje tlakovú tekutinu, napríklad tlakový vzduch alebo dusík, na cievkovú jednotku 14, obklopenú tabakom, pri jej pohybe do vyprázdňovacej polohy 26 a opätovné vysúvanie za ňu. Tabak, odstránený z cievkovej jednotky 14 v jej vyprázdňovacej polohe 26, je zachycovaný v rozplietacej jednotke 73, obsahujúcej kmitajúce a do seba zasahujúce hroty, a odtiaľ je odvádzaný do vratného žľabu 74, v ktorom môže byť tabak ďalej spracovávaný na ďalšie sušenie, alebo zohrievanie na expandovanie, pokiaľ je to požadované.

Obr. 2 zobrazuje schematicky príkladné uskutočnenie vtláčacích prvkov 32, ktorými sa vtláča tabak 36 do prstencového priestoru 22 na obvode cievkovej jednotky 14. Ako je zrejmé z tohto príkladu, každý z vtláčacích prvkov 32 má tvar polvalcovej škrupiny a je presuvný z odtiahnutej polohy do uzatváracej polohy 80, zobrazenej bodkočiarkovanými čiarami. Tabak 36 je privádzaný násypnými šachtami 82 do plniacich oblastí. Vtláčacie prvky 32 s valcovými lisovacími plochami sa potom presúvajú do nakladacej a uzatváracej polohy 80, v ktorej stláčajú tabak 36 na obvod cievkovej jednotky 14, a tým v podstate vypínajú prstencový priestor 22 okolo spojovacej tyče 20 a medzi koncovými dielmi 16,18 cievkovej jednotky 14. Tabak 36 sa privádza v podstate v takom množstve, že jeho objem, meraný vo voľne sypanom stave pred zatláčaním na obvod cievkovej jednotky 14, je podstatne väčší, ako je objem tohto prstencového priestoru 22.

Objemové množstvo dávky tabaku 36 pred jeho stláčaním alebo objem voľne sypaného tabaku 36 je určovaný na základe meranie hustoty tabaku v kockovej nádobe, ktorej všetky strany majú dĺžku jednej stopy, t. j. 30,5 cm. Tabak sa nasype do meracej kockovej nádoby a zvážením sa určí jeho hustota vo voľne sypanom stave. Objem dávky tabaku vo voľne sypanom stave pred jeho lisovaním na obvod cievkovej jednotky 14 potom môže byť určený z hmotnosti dávky a z hodnoty hustoty tabaku vo voľne sypanom stave. Objem voľne sypanej dávky sa podelí objemom stlačenej dávky tabaku, to znamená objemom prstencového priestoru 22 cievkovej jednotky 14, aby sa určil stláčací pomer. Všetky tieto hodnoty sú určované alebo upravované s ohľadom na skutočnú vlhkosť dávky tabaku, privádzanej do impregnačnej oblasti. Tak napríklad pre prstencový priestor 22 cievkovej jednotky 14, majúci objem 410 cm³, ktorý je súčasne objemom impregnačnej komory, má mať dávka voľne sypaného tabaku objem 819 cm³ pred natláčanim na cievkovú jednotku 14, takže stláčací pomer je v tomto prípade 2:1.

Z vyobrazených príkladov uskutočnenia je zrejmé, že objem, ktorý je k dispozícii na cievkovej jednotke 14 na uloženie tabaku 36, je menší, ako celkový objem priestorov na vysokotlakovú tekutinu. Cievková jednotka 14 obsahuje navyše tekutinové kanáliky 54, 56 a drážky 58, tvoriace prídavné priestory na tekutiny, ktoré nemôžu byť zaplnené tabakom, pretože prenikaniu tabaku do týchto miest bráni sieťka 59. Z tohto dôvodu je „využiteľný priestor“, ktorý môže byť zaplnený tabakom 36, vlisovaným do prstencového priestoru 22 cievkovej jednotky 14, tvoriaceho impregnačnú oblasť, spravidla menší, ako je objem priestorov, ktoré môže vyplňovať impregnačná tekutina. Objem priestoru na tabak 36 zodpovedá spravidla 75 až 80 % objemu priestorov, vytvorených na impregnačnú tekutinu, ktorý navyše obsahuje priestory, vymedzené rôznymi kanálikmi a drážkami, do ktorých nemá tabak 36 prístup.

Na obr. 3a, 3b a 3c sú zobrazené priečne rezy akumulačnými jednotkami 64, ktoré sú určené na použitie v zariadení podľa obr. 1, a ktoré sú schopné zaistiť prakticky okamžité privádzanie tekutín, majúcich tlak a teplotu vyššiu, ako sú nadkritické teploty a tlaky týchto tekutín, privádzaných do zariadenia podľa obr. 1.

Na obr. 3a je zobrazené výhodné príkladné uskutočnenie akumulačného ústrojenstva typu plyn-plyn, ktoré je použiteľné v predmetnom zariadení. Akumulačná jednotka 64 je upravená na zaistenie zásoby impregnačnej tekutiny, udržiavanej pri vysokej teplote a vysokom tlaku, napríklad propánu pri tlaku 17,58 MPa a teplote 129 °C, a pripravené na prívod do impregnačnej oblasti cievkovej impregnačnej jednotky podľa príkladu z obr. 1. Akumulačná jednotka 64 obsahuje valcový plášť 100, vytvorený z materiálu, ktorý je schopný odolávať vysokým teplotám a tlakom, napríklad z vysoko kvalitnej uhlíkovej ocele, a vytvrdený na svojej vnútornej ploche 102. Na oboch koncoch akumulačnej jednotky 64 sú koncové diely 104,106, v ktorých sú vytvorené vstupné otvory 108,110 na prívod vysokotlakového plynu. Koncové diely 104, 106 sú upevnené na koncoch valcového plášťa 100 svojimi vonkajšími závitmi 112. Na každom z koncových dielov 104, 106 je umiestnené absorpčné ústrojenstvo na tlmenie nárazov, obsahujúce prstencový diel 114, podoprený dvojicou tanierových pružín 115, vytvorených vo forme Bellvillových podložiek.

Vo valcovom plášti 100 je uprostred jeho dĺžky uložený axiálne posuvný piestový prvok 116, ktorý vymedzuje na oboch svojich stranách dve samostatné tekutinové komory 118,120. Piestový prvok 116 je vytvorený z vhodného materiálu, najmä z fosforového bronzu. Na obvodovej ploche piestového prvku 116 sú uložené klzné tesniace prvky 119, ktoré sú schopné zaistiť dokonalé oddelenie prvej tekutinovej komory 118 od druhej tekutinovej komory 120 pri pohybe piestového prvku 116 a tlakových a teplotných podmienkach, o ktorých bola zmienka v predchádzajúcom opise. Klzné tesniace prvky 119 sú inertné, ohybné a schopné sa rozpínať v radiálnom smere na vyvodenie tesniacich síl medzi vonkajšou stranou piestového prvku 116 a vnútornou plochou valcového plášťa 100.

Príkladné uskutočnenie klzného tesniaceho prvku 119, zobrazené na obr. 3a, je tvorené piatimi samostatnými uhlíkovými tesniacimi krúžkami 120', 121, 122, 123, 124, obklopujúcimi obvod piestového prvku 116 a zaisťujúcimi tesniaci kontakt medzi obvodovou plochou piestového prvku 116 a vnútornou plochou valcového plášťa 100. Tri vnútorné tesniace krúžky 121, 122, 123 sú pružnejšie ako vonkajšie tesniace krúžky 120', 124. Tieto tesniace krúžky 120' až 124 sú vytvarované z uhlíkového materiálu Grafoil, dodávaného firmou A. W. Chesterton, pričom tesniace krúžky 121 až 123 sú vyrobené z materiálu, označeného NS Style 5300 Solid Die Formed Rings, a vonkajšie tesniace krúžky 120', 124 sú vyrobené z materiálu, označeného NS Stylu 5600 GTP HD Solid Die Formed Rings. Je však pochopiteľne možné používať aj iné materiály, ktoré sú intertné a sú schopné zaistiť utesnenie škáry medzi tekutinovými komorami 118, 120 v priebehu posuvu piestového prvku 116.

Tesniace krúžky 120' až 124 sú udržiavané v stlačenom stave prstencovým krúžkom 126, ktorý je pritláčaný v axiálnom smere na tesniace krúžky 120' až 124 obvodovými radiálnymi výstupkami 128 prstencového prítlačného dielu 130. Prstencový prítlačný diel 130 je upevnený na piestovom prvku 116 pomocou skrutky 132 s vonkajším závitom a vyvodzuje vopred určenú prítlačnú silu pomocou prítlačných prvkov 134, ktorými sú tanierové pružiny s priemerom 19,5 mm, dodávané firmou A.W. Chesterton Company s označením štýlu 5500 3/4 inch Flange Spring. Stláčacia sila, vyvodzovaná skrutkou 132, prstencovým pritláčacím dielom 130 a prstencovým krúžkom 126 na tesniace krúžky 120' až 124, má byť dostatočne veľká na sploštenie dvoch pritlačnýh prvkov 134 vo forme tanierových pružín dotiahnutím skrutky 132. Týmto predopnutím sa dosiahne rozopnutie vonkajších tesniacich krúžkov 120', 124 smerom von, a tým sa vytvorí potrebná tesniaca sila medzi vonkajším obvodom posuvného piestového prvku 116 a vnútornou obvodovou plochou valcového plášťa 100.

V zariadení, zobrazenom na obr. 3a, je v prvej tekutinovej komore 118 udržiavaný napríklad plynný dusík pri tlaku 42,2 MPa, zatiaľ čo impregnačná látka, napríklad propán, má v druhej tekutinovej komore 120 tlak 17,6 MPa. Ak sa vysokotlaková impregnačná látka vypustí z druhej tekutinovej komory 120 do impregnačnej komory z príkladu na obr. 1, môže sa piestový prvok 116 presunúť veľmi rýchle do kontaktu s prvým koncovým dielom 104, pričom nárazová sila je absorbovaná tlmiacimi prvkami vo forme tanierových pružín 115. Potom sa impregnačná tekutina prečerpáva späť do akumulačnej jednotky 64, dokiaľ sa nedosiahne vopred určená hodnota vnútorného tlaku, napríklad 17,6 MPa.

Na obr. 3 b je znázornené iné príkladne uskutočnenie akumulačnej jednotky 64, ktorá je ovládaná hydraulickou tekutinou. Podobne ako pri akumulačnej jednotke 64 z príkladu na obr. 3a je aj táto akumulačná jednotka 64 využívaná na vysokotlakovú impregnáciu pomocou impregnačnej látky, udržiavanej za vysokého tlaku, napríklad pomocou propánu s tlakom 17,6 MPa, v impregnačnom pásme cievkového impregnačného ústrojenstva, znázorneného na obr. 1. Akumulačná jednotka 64 má v podstate podobné konštrukčné vytvorenie ako akumulačná jednotka 64 typu plyn-plyn z obr. 3a. Táto akumulačná jednotka 64 z obr. 3b je tiež vybavená valcovým plášťom 100, koncovými dielmi 104, 106, vybavenými vstupným otvorom 110 na prívod vysokotlakového plynu, a tlmiacim ústrojenstvom na tlmenie nárazov, vybaveným prstencovým dielom 114, podopreným dvojicou tanierových pružín 115 vo forme Bellvillových podložiek. Koncové diely 104, 106 sú vytvorené podobne ako bolo opísané v predchádzajúcej časti vo vzťahu k príkladu na obr. 3 a, s výnimkou toho, že prvý koncový diel 104 nie je vybavený vstupným otvorom 108 na prívod vysokotlakového plynu. Ďalší rozdiel spočíva v tom, že tlmiace ústrojenstvo na tlmenie nárazov je v tomto príklade vybavené tlmiacimi výstupkami 300.

Akumulačná jednotka 64 podľa obr. 3b je ovládaná hydraulickou látkou. Akumulačná jednotka 64 obsahuje bežný hydraulický piest 302, spojený spoločnou piestnicou 304 s piestovým prvkom 116. Piestový prvok 116 má v príklade na obr. 3b v podstate rovnaké konštrukčné vytvorenie, ako stredný konštrukčný prvok 116 z obr. 3 a, s výnimkou toho, že jeden jeho koniec je spojený s koncom spoločnej piestnice 304. Vnútri valcového plášťa 100 je uprostred jeho dĺžky pevne prichytený zarážkový prvok 306, ktorý' na svojich dvoch opačných stranách vymedzuje vnútorné konce oboch tekutinových komôr 118, 120. Nepohyblivý zarážkový prvok 306, vytvorený podobne ako piest, je vybavený stredným otvorom 307, ktorý je upravený na vedenie spoločnej piestnice 304, ktorá sa tak môže posúvať vratnými posuvnými pohybmi v dvoch vzájomne opačných smeroch v strednom otvore 307 zarážkového prvku 306.

Prvá tekutinová komora 118 jc vybavená otvorom 308 na prívod hydraulickej látky, napríklad potravinárskeho oleja, do presakujúcej hydraulickej látky. Všetok uchádzajúci propán je z druhej tekutinovej komory 12 odvádzaný odvetrávacím otvorom 310 do regeneračnej jednotky, v ktorej môže byť propán alebo spaľovaný alebo odvádzaný napríklad do plynovej regeneračnej jednotky, ktorá sa používa na regeneráciu plynu, vypúšťaného z impregnačnej komory, ktorá bola opísaná v predchádzajúcej časti, pripadne do vratného žľabu 74. Všetko množstvo uchádzajúcej hydraulickej látky je odvádzané výtokovým otvorom 312 do regeneračnej oblasti na regeneráciu hydraulickej kvapaliny, napríklad do neznázomenej zachycovacej nádrže.

Akumulačná jednotka 64 môže byť vybavená tiež zahrievacim plášťom 314, umiestneným podľa obr. 3b okolo vonkajšieho obvodu valcového plášťa 100. Zohríevací plášť 314 môže byť ľubovoľného typu, používaného pri známych zariadeniach na zohrievanie tekutiny a/alebo udržiavanie teploty tekutiny vnútri nádoby. Pri predmetnom riešení je zohríevací plášť používaný na zohrievanie impregnačnej tekutiny v druhej tekutinovej komore 120.

Tento zohrievací plášť 314 prebieha výhodne pozdĺž celej dĺžky druhej tekutinovej komory 120, ako je to zrejmé z obr. 3b. Tento zohrievací plášť 314 však môže prebiehať po celej dĺžke valcového plášťa 100 akumulačnej jednotky 64, ako je to zobrazené na obr. 3c. Zohrievací plášť 314 je vykurovaný konvenčnými spôsobmi, napríklad prívodom a odvodom horúceho oleja príslušnými vykurovacími potrubiami 316, 318.

Na obr. 3c je znázornené ešte ďalšie príkladné uskutočnenie akumulačnej jednotky 64. Podobne ako pri predchádzajúcich príkladoch je aj na obr. 3c akumulačná jednotka 64 využívaná na vytvorenie vysokého tlaku, napríklad 17,6 MPa, v impregnačnej tekutine, napríklad v propáne, a rovnakého tlaku v impregnačnej komore cievkového impregnačného ústrojenstva, zobrazeného na obr. 1. Rovnako ako akumulačná jednotka 64, zobrazená na obr. 3b má aj akumulačná jednotka 64 na obr. 3c celý rad konštrukčných znakov rovnakých, ako pri konštrukčnom uskutočnení podľa obr. 3a. Tiež v tomto prípade je akumulačná jednotka 64 vybavená valcovým plášťom 100, koncovými dielmi 104, 106 so vstupným otvorom 110 na prívod vysokotlakového plynu a stredovo umiestneným piestovým prvkom 116. Piestovým prvkom 116 sú od seba oddelené dve samostatné oblasti, prvá tekutinová komora 118 a najmenej jedna ďalšia tekutinová komora 120, ktoré sú umiestnené na opačných stranách piestového prvku 116. Koncové diely 104, 106 a piestový prvok 116 sú vytvorené rovnako ako pri akumulačnej jednotke 64 z obr. 3a iba s tým rozdielom, že prvý koncový diel 104 nie je vybavený vstupným otvorom 108 na prívod tlakového plynu. V tomto výhodnom uskutočnení je prvý koncový diel 104 modifikovaný tak, že je vybavený dierou 320, ktorá je upravená na vedenie posuvnej spájacej tyče 322, posúvajúcej sa vratnými pohybmi v dvoch opačných axiálnych smeroch, ako bude podrobnejšie opísané v ďalšej časti opisu. Okrem toho je piestový prvok 116 upravený na jednom svojom konci na spojenie so spájacou tyčou, ako bude tiež podrobnejšie opísané v ďalšej časti opisu.

S piestovým prvkom 116 je spojená prostredníctvom spájacej tyče hydraulická ovládacia jednotka 324 alebo podobné hnacie ústrojenstvo na ovládanie pohybu piestového prvku 116 vnútri akumulačnej jednotky 64. Hydraulická ovládacia jednotka 324 môže byť tvorená ľubovoľným typom hydraulických hnacích a ovládacích ústrojenstiev, ktoré sa používajú na premenu hydraulickej energie na mechanickú prácu. V znázornenom príkladnom uskutočnení je napríklad hydraulická ovládacia jednotka 324 vybavená valcovým plášťom 326, ktorý je na oboch svojich koncoch spojený s čelnými dielmi 328, 330. Vnútri valového plášťa 326 je uprostred jeho dĺžky uložený piest 332, ktorý je posuvný v jeho vnútornom priestore, a oddeľuje od seba svojimi protiľahlými polohami dve samostatné oblasti 334, 336 pre hydraulickú látku. Každá z týchto oblasti 334, 336 obsahuje príslušný prietokový otvor 338, 340. Prvý prietokový otvor 338 privádza hydraulickú látku zo zdroja 342 prívodným potrubím 344, zatiaľ čo druhým prietokovým otvorom 340 sa hydraulická látka vracia naspäť vratným potrubím 346 do zdroja 342 hydraulickej látky, ako je to naznačené šípkami. Hydraulická ovládacia jednotka 324 tiež obsahuje spájaciu tyč 348, ktorá prechádza axiálne z piesta 332 cez prvú oblasť 334 na hydraulickú látku a priechodným otvorom 350 v prvom čelnom diele 328. Spájacia tyč 348 je spojená so základnou spájacou tyčou 322, takže vratné posuvné pohyby spájacej tyče 348 sa prenášajú na rovnaké axiálne vratné posuvné pohyby základnej spájacej tyče 322, a tým je ovládaný pohyb piestového prvku 116 vnútri valcového plášťa 100.

Ako už bolo uvedené v predchádzajúcom príklade, v druhej tekutinovej komore 120 sa udržiava impregnačná tekutina, napríklad propán, na tlaku 17,6 MPa. Ak je vysokotlaková impregnačná tekutina vytláčaná hydraulickou ovládacou jednotkou 324 z druhej tekutinovej komory 120 do impregnačnej komory, zobrazenej na obr. 1, môže sa piestový prvok 116 rýchlo premiestniť do kontaktu s prvým koncovým dielom 104, pričom náraz, vznikajúci pri dosadnutí piestového prvku 116, môže byť tlmený tlmiacim prvkom, obsahujúcim tanierové pružiny 115. Impregnačná tekutina sa potom čerpá späť do akumulačnej jednotky' 64, dokiaľ sa v nej nedosiahne požadovaná hodnota tlaku, najmä 17,6 MPa.

Pri zariadení podľa obr. 1 je pri jeho prevádzke využívané neznázomené vysokotlakové čerpadlo, aby sa propán prečerpal späť do vysokotlakovej tekutinovej oblasti akumulačnej jednotky 64. Ak sa plyn vypúšťa z akumulačnej jednotky 64 je pomocou neznázomených snímacích ústrojenstiev a prvkom snímaný pokles tlaku a ovládacie ústrojenstvo uvedie do činnosti čerpadlo, ktoré okamžite začne opäť dodávať akumulačnej jednotke 64 tlakový· plyn, najmä propán, pod vysokým tlakom. Plynová akumulačná jednotka 64 môže byť znova naplnená v pomerne krátkom časovom intervale, ktorý sa pohybuje medzi 5 a 30 sekundami, pričom tento časový interval je pri zariadení podľa vynálezu využitý na impregnáciu tabaku v impregnačnom priestore, tvorenom prstencovým priestorom 22 cievkovej jednotky 14.

Na obr. 4 je znázornená bloková schéma, ktorá objasňuje priebeh spôsobu podľa vynálezu. Tento spôsob má výhodne rovnaký priebeh ako spôsob podľa patentového spisu US 4 531 529, na opis ktorého vynález nadväzuje.

Pri tomto spôsobe sa využíva, ako je vyznačené v prvom bloku 150, vysokotlaková skladovacia jednotka na skladovanie propánu pri vysokej teplote, napríklad akumulačnej jednotky 64 podľa obr. 3a až 3c, ovšem táto vysokotlaková skladovacia jednotka môže mať aj iné konštrukčné vytvorenie, ako akumulačná jednotka 64. Propán môže byť skladovaný pri vysokom tlaku a vysokej teplote tiež vo vyrovnávacom zásobníku. Pri riešení podľa vynálezu je možné využiť tiež akumulačnú jednotku Metal Bellows, dodávané firmou Parker Bertea Aerospace, Parker Hannfin Corp. Metal Bellows Division, Moorpark, Califomia.

Propán je udržiavaný pod tlakom 14,06 MPa, výhodne pod tlakom medzi 17,58 MPa a 21,09 MPa. Ak sa používajú na impregnáciu tabaku tieto vysoké tlaky, je možné impregnačný čas skrátiť na 5 až 16 sekúnd, pričom je možné súčasne dosiahnuť mimoriadne výhodné zvýšenie kapacity množstva tabaku, ktoré je možné previesť do impregnačného priestoru, napríklad je možné zvýšiť kapacitu náplne o 50 až 100 %. Teplota propánu je výhodne udržiavaná vyššia ako 138 °C, najmä medzi 149 °C a 204 °C, napríklad v rozsahu 149 °C až 157 °C. Tým je zaistený dostatok tepla na zohrievanie tabaku v impregnačnej zóne.

Ako je naznačené v bloku 155, tabak vo forme rezanej náplne sa výhodne predohrieva pred svojím privedením do impregnačnej zóny. Predohriatím tabaku sa tiež zaisťuje teplo na vytvorenie vhodných podmienok na krátkodobý cyklus v impregnačnej zóne. Tabak je predohrievaný najmä na teplotu okolo 52 °C, výhodne na teplotu okolo 60 °C alebo vyššiu, napríklad na teplotu v rozsahu od 66 °C do 71 °C. Tabak môže byť tiež prídavné navlhčený, aby sa zvýšila jeho ohybnosť. Pri riešení podľa vynálezu je výhodná vlhkosť tabaku od 16 % do asi 30 % alebo aj vyššia.

Predohrievanie tabaku môže byť uskutočňované v rôznych ústrojenstvách, napríklad vo vykurovacích bubnoch, mikrovlnnou energiou alebo vstrekovaním pary. Prednosť sa dáva zohrievaniu parou, pretože pri tomto postupe prechádza teplota do tabaku efektívnejšie, a pritom sa súčasne môže zvýšiť vlhkosť tabaku.

Predohriaty tabak sa potom stláča, ako je to vyznačené v bloku 160 blokovej schémy. Ako už bolo uvedené v predchádzajúcej časti opisu, tabak sa stláča v stláčacom pomere 1,25 : 1, najmä v pomere 1,5 : 1. Vo výhodnom uskutočnení spôsobu podľa vynálezu sa tabak stláča v stláčacom pomere väčšom ako 2 : 1, ktorý môže dosahovať až pomer 3 : 1 alebo aj väčšej hodnoty. Stláčaním tabaku sa zvyšuje jeho hustota, takže hustota tabaku, privádzaného do impregnačnej zóny, je podstatne väčšia, ako hustota tabaku pred stlačením. Odborníkom je známe, že hustota voľne sypaného tabaku sa môže meniť v širokých medziach v závislosti od toho, či je tabak vo forme listov alebo vo forme rezanej náplne, pripadne v závislosti od druhu tabaku, od jeho vlhkosti a ďalej od radu ďalších faktorov. Pri riešení podľa vynálezu sa spravidla používa tabak s baliacou hustotou 320 kg/m³, vypočítanou na vlhkosť 12 %. Aj keď sa zvýšením haliacej hustoty môže v určitom rozsahu zvýšiť dĺžka časového intervalu, potrebného na dosiahnutie rovnakej hodnoty expanzie, je pri riešení podľa vynálezu možné používať tabak s baliacou hustotou 400 až 480 kg/m³, vypočítanou pre vlhkosť 12 % alebo vyššiu, pričom v tomto prípade sa dosahuje impregnačný čas kratší, ako 20 sekúnd, a plniaca kapacita sa zvyšuje o viac ako 50 až 100%.

Stlačený tabak sa potom impregnuje v impregnačnej zóne, ako je to vyznačené v bloku 165. Ak je ako impregnačná tekutina používaný propán, je kumulatívne množstvo tepla, privádzané do impregnačnej zóny zo zohriateho propánu a z predohriateho tabaku, výhodne dostačujúce na zaistenie impregnačných podmienok v impregnačnej zóne medzi 116 °C a 132 °C, najmä okolo 127 °C. Bolo zistené že impregnácia pri teplotných a tlakových podmienkach, ktoré sú vyjadrené teplotou okolo 127 °C a tlakom 17,6 MPa, môže prebehnúť v časovom intervale okolo 5 . sekúnd alebo aj kratšom, ak je teplo dodávané tak predohriaivm tabakom, ako tiež predohriatym propánom.

Je zrejmé, že ak je propán zohriaty na vyššiu teplotu, môže byť tabak ohrievaný na nižší stupeň, aby boli dosiahnuté rovnaké impregnačné podmienky v impregnačnej zóne, Predpokladá sa však, že zvyšovanie teploty propánu má svoju hornú hranicu, pri prekročení ktorej by už mohlo dochádzať v impregnačnej zóne k poškodeniu alebo zníženiu kvality tabaku. Okrem toho, pretože sa pri výhodnom uskutočnení vynálezu používa malé množstvo impregnačnej tekutiny, je objem a hmotnosť impregnačnej tekutiny, ktorá je k dispozícii na zohrievanie tabaku, pomerne malá. Hmotnosť expanzného činidla je spravidla približne rovnaká alebo menšia, ako hmotnosť tabaku. Z toho vyplýva, tiež vhodnosť dodávania tepla zdrojom, predstavovaným tabakom.

Je tiež zrejmé, že potrebné teplotné podmienky v impregnačnej zóne na impregnáciu tabaku je možné dosiahnuť aj inými prostriedkami, napríklad použitím zohrievacích prvkov, parami v impregnačnej zóne. Na dosiahnutie mimoriadne krátkych časov trvania jednotlivých cyklov sa ukazuje byť kombinácia predohriateho tabaku s predohriatym vysokotlakovým propánom najvhodnejšia kombinácia, ktorou sa dosahujú najlepšie výsledky. Dôvod zlepšeného účinku predohriateho tabaku sa dosiaľ nepodarilo plne objasniť. Je možné, že predohriaty tabak by mohol absorbovať impregnačnú tekutinu rýchlejšie ako tabak, majúci teplotu svojho okolia v dôsledku rôznych faktorov, zahŕňajúcich tiež zvýšenie ohybnosti tabaku.

Stlačený a impregnovaný tabak sa udržiava v impreg načných podmienkach pomerne krátky čas, pohybujúci sa v rozsahu od jednej až dvoch sekúnd do asi dvadsiatich sekúnd. Ako je zobrazené v bloku 170 na obr. 4, po tomto čase sa tlak zníži. Zníženie tlaku prebieha v podstate okamžite, to znamená, že sa dosiahne v časovom intervale jednej sekundy alebo aj kratšom. Takto rýchle zníženie tlaku je možné dosiahnuť rýchločinným ventilom, majúcim veľký vstupný otvor. Stlačený tabak je potom ihneď odoberaný z impregnačnej zóny, takže môže prebehnúť expandovanie tabaku. Tabak je výhodne upravovaný kontaktom s nútene cirkulujúcim suchým vzduchom alebo zohriatym vzduchom, aby sa zachovala hodnota vlhkosti napríklad okolo 10 až 12 %, ktorá napomáha stabilizovať tabak v expandovanom stave.

Ak je expanzným činidlom propán alebo podobné expanzné činidlo, opísané v patentovom spise US 4 531 529, nie je nutné ďalšie zohrievanie tabaku na jeho stabilizovanie v expandovanej forme. Okrem toho v takom prípade nedochádza k výraznejším stratám aromatických látok, cukrov a podobne, pretože pri zohrievaní sa nevyskytujú vysoké teploty. Riešenie podľa vynálezu je však možné využiť aj v spojení s inými expanznými činidlami, vrátane tých, ktoré vyžadujú využitie expanzných podmienok vrátane tepla, aby sa dosiahla expanzia alebo stabilizácia expandovaného tabaku.

Obr. 5 znázorňuje priebeh ovládania činnosti zariadenia z obr. 1, aby sa dosiahlo výrazné rozpínanie tabaku v krátkom časovom intervale, trvajúcom menej ako dvadsať sekúnd. Tento riadiaci systém alebo podobné riadiace systémy, obsahujúce snímače na snímanie podmienok v priebehu expanzného procesu, je mimoriadne vhodný na dosiahnutie krátkeho časového cyklu, ktorý by mal trvať najviac dvadsať sekúnd. Riadiace technické prostriedky môžu byť tvorené pneumatickými, elektrickými alebo pneumaticko-elektrickými ústrojenstvami, ktorých uskutočnenie je odborníkom známe.

V príklade na obr. 5 sú v bloku 200 používané vhodné snímače na overenie, že sa cievka nachádza v plniacej polohe 24 a že v pohotovostnom priestore na plnenie je pripravená správna dávka tabaku. Ak sú tieto podmienky splnené, riadiaci proces sa presúva do bloku 205 a vtláčací prvok 32 sa uvádza do pohybu, aby vtlačil dávku tabaku 36 do cievkovej jednotky 14. Vhodným snímacím mechanizmom, zaisťujúcim napríklad stav polohovacieho ventilu, sa kontroluje, či sú obidva vtláčacie prvky 32 v správnej plniacej polohe, pričom riadiaci proces potom prechádza do bloku 210. V bloku 210 sa aktivuje hydraulický piest 28, aby presunul cievkovú jednotku 14 do valcového plášťa 12. Vhodné činidlo, sledujúce napríklad polohový ventil, sníma polohu cievky v príslušnom mieste valcového plášťa 12 a ovládanie pohybu sa potom uskutočňuje v bloku 215.

Ovládacie operácie, uskutočňované v rámci bloku 215, obsahujú otvorenie ventilu, aby sa prepojil hydraulický akumulátor 45 s tesniacimi prvkami 40, 42. Hydraulický akumulátor 45 obsahuje najmä dostatočné množstvo hydraulickej kvapaliny na vytvorenie vnútorného tlaku 21,09 MPa v každom z tesniacich prvkov 40, 42 v priebehu časového intervalu okolo jednej sekundy alebo kratšom, najmä v.časovom intervale podstatne kratšom ako jedna sekunda. Ďalšie snímacie členy snímajú tlak kvapaliny vnútri tesniacich prvkov 40, 42 a ako dosiahne tlak požadovanú hodnotu, napríklad 21,09 MPa, prechádza ďalšie ovládanie do bloku 220.

Blok 220 zahŕňa ovládacie povely, ktorými sa otvorí rýchločinný ventil 60 a uvedie sa do chodu časovacie ústrojenstvo. Tým je umožnené zohrievanie a tlakovanie impregnačnej tekutiny, napríklad propánu, na tlak vyšší ako

SK 283243 Β6

14,06 MPa a teplotu okolo 149 °C alebo vyššiu, aby bola táto tekutina pripravená na privádzanie do prstencového priestoru 22, ktorý je impregnačnou zónou. Za týchto podmienok, a najmä vtedy, keď bol tabak 36 v impregnačnej zóne predohriaty, prebehne impregnácia veľmi rýchlo, takže časovacie ústrojenstvo môže byť nastavené na veľmi krátky časový interval, pohybujúci sa medzi niekoľkými sekundami až asi 15 až 20 sekundami. Nastavenie časového intervalu na impregnáciu môže byť upravené tiež s ohľadom na vlhkostné podmienky, teplotné podmienky a hustotné podmienky tabaku 36 v prstencovom priestore 22 impregnačnej zóny. Keď časovacie ústrojenstvo dosiahne nastavený časový interval, prechádza ovládanie na blok 225, ktorým sa plniaci ventil uzatvorí. Príslušný snímač overí, či je tento ventil uzatvorený a ďalšie ovládanie prejde na blok 230, ktorým sa ovláda rýchle otváranie vypúšťacieho rýchločinného ventilu 62. Ďalšie ovládanie činnosti zariadenia sa uskutočňuje v bloku 235 pri súčasnom opakovanom snímaní tlaku tlakovým snímačom v impregnačnej zóne, dokiaľ tlak v impregnačnej zóne nepoklesne na vopred stanovenú nízku hodnotu, napríklad na 7,0 až 14,1 MPa. V tomto okamihu prechádza ovládanie do bloku 240, pričom ventil sa otvorí, aby sa umožnilo vypustenie hydraulickej kvapaliny z tesniacich prvkov 40, 42. Ďalšie snímacie ústrojenstvo meria tlak hydraulickej kvapaliny v tesniacich prvkoch 40, 42, a ak tlak v kvapaline dosiahne žiadanú nízku hodnotu, prejde ovládanie zariadenia do bloku 245.

V bloku 245 sa uvedie do činnosti hydraulický piest 28, ktorý presunie cievkovú jednotku 14 do vyprázdňovacej polohy 26. Súčasne sa uvedie do činnosti kompresor 72 na usmerňovanie vysokotlakového vzduchu alebo dusíka na cievku pri jej posúvaní do vyprázdňovacej polohy 26. V ďalšom bloku 250 sníma zodpovedajúci snímač polohu cievky a oznamuje dosiahnutie plne vysunutej vyprázdňovacej polohy, a potom hydraulický piest 28 bezprostredne potom zmení smer pohybu cievky, ktorá sa tak začne vracať do plniacej polohy 24. Riadenie činnosti zariadenia potom prechádza do bloku 255, v ktorom sníma snímač polohu cievky vo vnútornom priestore valcového plášťa 12, a potom sa kompresor 72 vypne. Sled riadiacich operácií sa potom vracia späť do bloku 200.

V predchádzajúcom opise príkladného uskutočnenia spôsobu podľa vynálezu, pri ktorom prebieha v tabaku rozpínavý proces, boli opisované rôzne aspekty tohto postupu s ohľadom na použitie propánu ako činidla, podporujúceho rozpínanie tabaku, a použitie impregnačných teplotných podmienok, blízkych alebo prekračujúcich superktitické teploty, spoločne so zvýšeným tlakom, blížiacim sa alebo prekračujúcim nadkritické hodnoty tlaku, pričom tento spôsob bol uskutočňovaný na výhodnom uskutočnení zariadenia. Ale predpokladá sa, že rôzne expanzívne postupy a zariadenia na zaistenie expandovania tabaku, opísané v predchádzajúcom opise, sú využiteľné aj na iné spôsoby expanzívneho spracovania tabaku, pre iné expanzívne tekutiny a zariadenia.

Napríklad je možné stláčaním tabaku výrazne zvýšiť výkon početných impregnačných postupov na impregnáciu tabaku, uskutočňovaných v rôznych nádobách za vysokého tlaku, dosahujúceho napríklad 70,3 MPa, pre následnú expanziu tabaku. Podobne môže použitie dávok expanzných činidiel, zaisťujúcich expanziu tabaku, ktoré sú podstatne menšie, ako je objem voľne sypanej dávky tabaku, privedeného do impregnačnej zóny, zvýšiť ekonomiku mnohých impregnačných a expanzných postupov pri spracovaní tabaku, vrátane tých, pri ktorých je expanzné činidlo prítomné v impregnačnej zóne v priebehu impregnácie vo forme plynu alebo kvapaliny, prípadne v oboch týchto formách.

Podobne je možné použiť na podstatné skrátenie dĺžky časového intervalu, potrebného na impregnáciu pred následnou zohrievacou operáciou, v podstatne okamžitom prívode impregnačných látok s vysokou teplotou a vysokým tlakom, napríklad oxidu uhličitého, do impregnačnej zóny. Podobne je možné v prípadoch, kde sa využíva impregnačná tekutina na impregnáciu tabaku za zvýšených teplotných podmienok, predohrievaním tabaku podľa vynálezu podstatne skrátiť čas impregnačného cyklu.

Meranie objemov jednotlivých dávok náplne tabaku sa uskutočňuje podobne ako pri bežných spôsoboch pomocou elektronického automatického meracieho prístroja na meranie objemu tabakovej náplne, obsahujúceho tuhý piest s priemerom 9,21 cm, posuvne uložený vo valci s podobným priemerom, pričom sa vyvodzuje tlak 1,83 MPa na vzorku tabaku, uložený vo valci. Predpokladá sa, že tieto parametre simulujú stláčacie podmienky, ktorým je tabak vystavený v priebehu vytvárania cigarety. Na meranie tabakových vzoriek sa používa expandovaný tabak v dávkach s hmotnosťou 50 g, pričom vzorky s hmotnosťou 100 g sa používajú na meranie hodnôt neexpandovaného tabaku.

Vynález bol objasnený na niekoľkých konkrétnych príkladných uskutočneniach. Je však zrejmé, že je možné vytvoriť rad obmien, variácií a modifikácií tohto príkladného uskutočnenia, ktoré všetky patria do rozsahu vynálezu, ktorý je zrejmý z predchádzajúceho opisu a z nasledujúcich patentových nárokov.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob zvyšovania plniacej kapacity tabaku prostredníctvom jeho objemového rozpínania, pričom sa náplň tabaku na rozpínanie umiestňuje do impregnačnej komory, schopnej odolať podmienkam zvýšeného tlaku, náplň tabaku sa v impregnačnej komore impregnuje s propánom ako expanzným činidlom za podmienok, postačujúcich na rozpínanie impregnovaného tabaku aspoň o 50 % objemových pri jeho vystavení expanzným podmienkam, náplň impregnovaného tabaku sa vyberie z impregnačnej komory a impregnovaný tabak sa vystaví podmienkam, postačujúcim na rozpínanie tabaku, vyznačujúci sa tým, že na impregnovanie tabaku, ktorý má byť rozpínaný, sa tabak stláča pri kompresnom pomere aspoň 1,5 : 1 vzhľadom na sypný plniaci objem rozpínaného tabaku, pričom impregnačný objem impregnačnej komory sa naplní stlačeným tabakom, ktorý má byť impregnovaný.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že kompresný pomer je aspoň 2:1, výhodne aspoň 3 : 1.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačuj ú c i sa t ý m , že impregnácia sa uskutočňuje pri teplote, ktorá sa rovná alebo je vyššia ako nadkritická teplota expanzného činidla.
4. 4. Spôsob podľa jedného alebo niekoľkých nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že impregnácia sa uskutočňuje pri nadkritickom alebo vyššom tlaku expanzného činidla.
5. 5. Spôsob podľajedného alebo niekoľkých nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že tabak na impregnáciu sa predohrieva na zvýšenú teplotu pred jeho umiestnením do impregnačnej komory.
6. 6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa t ý m , že tabak sa predohrieva na teplotu aspoň 52 “C.
7. 7. Spôsob podľa jedného alebo niekoľkých nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že impregnácia sa uskutočňuje kratší čas ako jednu minútu.
8. 8. Spôsob podľa jedného alebo niekoľkých nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že expanzné činidlo sa vpúšťa do impregnačnej komory ako tekutina pri teplote nad nadkritickou teplotou tekutiny a pri tlaku nad nadkritickým tlakom tekutiny.
9. 9. Spôsob podľa jedného alebo niekoľkých nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že propán sa privádza do impregnačnej komory pri tlaku vyššom ako 13,8 MPa nad okolitým tlakom a pri teplote vyššej ako 116°C.