专利名称：烟草膨胀方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于膨胀烟草的方法和装置。更具体地说，本发明涉及用来改进烟草膨胀的生产量和经济效益的方法和装置。
在过去的二十年中，烟草膨胀的方法是香烟制造工艺中的一个重要部分。烟草膨胀工艺被用来恢复烟草松堆密度或恢复在烟叶加工处理和贮存时失掉的体积。另外，膨胀烟草是许多低焦油及超低焦油香烟的一个重要组份。
Fredrickson的美国专利3，524，451和Moser等的美国专利3，524，452揭示了使烟草与浸渍剂接触，然后迅速加热以挥发掉浸渍剂并膨胀烟草的方法。Fredrickson等的美国专利3，683，937揭示了烟草的气态浸渍，然后加热或迅速减压而使烟草膨胀。
在Utsch的美国专利4，235，250；Burde等的美国专利4，258，729及Sykes等的美国专利4，336，814中揭示了在膨胀烟草中对二氧化碳的使用。在这些及相关的方法中，呈气体形式或液态的二氧化碳直接与烟草接触以用作浸渍，被浸渍的烟草是在迅速加热条件下进行膨胀。在已知的二氧化碳膨胀过程中，典型地需要过量地加热烟草以得到显著和稳定的膨胀。该过量的加热会危及烟草的口味和/或产生过量的烟草细粉。另外在用液态二氧化碳浸渍烟草的工艺中会引起干冰嵌在浸渍的烟草中结成硬块的现象，而这些硬块在加热处理前必须被破碎，从而增加了工艺的复杂性。
Meritt等的美国专利4，388，932揭示了用来增加前期膨胀烟草的重新排序后的填充容量的方法。将烘箱挥发物(OV)含量少于6%的前期膨胀烟草再进行加热使其OV含量值少于3%。由于除水之外不多于烟草重量0.9%是挥发的，故烟草的OV含量据说是近似等于烟草中水份的含量。让从膨胀后加热步骤中回收到的极低OV含量的烟草经受重新排序步骤的增加其水份含量，据称这比在膨胀后不进行加热处理的烟草在重新排序中更不易分散解体，在加热处理阶段使烟草固化被认为是增加膨胀过的烟草在重新排序中稳定性的原因。
White和Conrad的美国专利4，531，529阐述了用来增加烟草填充容量的方法，其中烟草用低沸点及高挥发性膨胀剂，如气相的卤化碳或烃，在高于或接近膨胀剂的临界温度及临界压力下浸渍。迅速将压力降低至大气压，使烟草膨胀而无需加热步骤来膨胀烟草或使烟草固定于其加热膨胀的状态。该方法的压力范围为36kg/cm2(512帕)以上，但无已知的上限，也曾用低于142kg/cm2(2，000帕)进行令人满意的烟草膨胀而无过多的破碎。
Conrad和White的美国专利4，554，932阐述了一种液压处理装置，它包括一个圆桂管形的外壳及一个滑塞装置，滑塞可在壳外的加料位置及壳内的处理位置之间作往复运动。当滑塞在壳内时，装在滑塞圆桂形末端上环形槽中的可变形密封环径向受力向外与外壳的内壁紧贴，从而在外壳内滑塞两端之间形成一个压力室、用管道将工作流体引入在外壳内形成的环形压力室。用该装置可在高压下以膨胀剂当浸渍烟草从而使烟草进料、出料方便，并可避免与常规压力密封锁闭机械有关的关闭和开启的问题，如枢轴性压力釜盖子的关和开问题，因而该压力容器可以节省时间，并增加了烟草膨胀的经济效益。
包括上述及其它方法的烟草膨胀方法，当使用显著高于大气压的浸渍压力时，必须分批加工。分批处理工艺需要复杂的处理设备，由于从容器中引入和除去浸渍剂及开启和关闭容器需要时间，放其循环周期长。已通过改进各种设备来降低循环时间以提高生产量，但是，在已知的分批处理系统中，生产量的显著提高，主要是根据常规技术通过增加单个系统的体积和/或增加同时使用的分批处理系统的数量而取得的。
本发明提供了能在高压浸渍烟草的条件下快速生产出膨胀烟草的烟草膨胀方法和装置，该方法和装置典型的烟草浸渍和膨胀循环时间少于20-30秒；且对诸如丙烷的膨胀剂进行预热、预加压；对各批烟草进行预热和/或在高压浸渍区压缩烟草以以高压浸渍容器中大大增加使用空间。
本发明的一个方面是显著提高了在高压浸渍的条件下的烟草膨胀方法中烟草填充容量增加的程度。本发明的另一个方法是提供了快速的分批进料系统，它可以可靠、经济地将预定大小的烟草批料输送至浸渍区并快速、经济地预热烟草。本发明也提供了对高压/高速、滑塞外壳型烟草浸渍装置的装置改进。本发明进一步提供了用来快速产生和供给高温/高压浸渍气体包括诸如丙烷的可燃性气体的改进的蓄气装置。改进的蓄气器可以使任何时候存在于系统中的这类气体的质量最少，并取消了现有技术蓄气器所要求的昂贵和麻烦的运动部分。
根据本发明的第一个方面，通过在高压烟草浸渍区中用膨胀剂浸渍水份含量的烟草，在一定条件下膨胀浸渍过的烟草以得到也是高水份含量的膨胀烟草，在膨胀后再干燥膨胀的烟草，从而显著提高了烟草填充容量的增加值。较好的是在膨胀后较短的时间里，例如在膨胀后的5分钟内干燥膨胀的烟草。虽然将提高水含量的烟草进料至高压浸渍区中，在膨胀时不加热的工艺中烟草在膨胀后会变碎，但已发现填充容量的增加值是随湿度的增大而增大的，而且填充容量的增加可通过在膨胀后将烟草干燥至含水量少于13%来加以保存。优选的干燥处理是在350°F(177℃)或更低的温度下进行，烟草的含水量不能少于6-8%(重量)从而使烟草还能保护挥发芳香的气味。
为了使烟草膨胀程度有本质上的增加，进料至浸渍区的烟草的含水量有利的是大于20%(重量)，较好的是大于24%(重量)。较好的是在浸渍前，将高含水量的烟草预加热至大于150°F(66℃)。根据本发明，在烟草膨胀后进行干燥可以保存膨胀烟草的高填充容量的水准。
本发明的另一个方面是能使各批烟草快速进料及预先置定其批量大小以供浸渍并接着膨胀。根据本发明的这个方面所提供的装置包括用来形成烟草垂直柱的基本垂直放置的计量管，较好地装有带多个叉齿的烟草柱分隔装置，它与计量管相配合，并选择性地啮合入烟草柱中，使烟草被分成在分隔装置之上并向分隔装置支承的上部，以及在分隔装置之下的下部。在分隔装置下部的阻挡部件，可在分隔装置离开烟草柱时被啮合入烟草柱中支承烟草柱。阻挡部件与烟草柱是可以脱开的，这样，当分隔装置嵌入烟草柱时，脱开阻挡部件可以使烟草柱的下部自计量管放出，这些烟草然后作为一批料进至浸渍区。通过改变分隔装置和阻挡部件之间的间隔可以很容易地控制烟草批量的大小。
本发明的另一个方面是用垂直放置的计量管来预热加至浸渍区的烟草。根据本发明的这个方面，将蒸气注入至计量管中低于烟草柱顶部的位置从而将烟草加热至高温，较好的是100°F(38℃)-212°F(100℃)，然后将加热的烟草输送入浸渍区中。最好使用上述本发明快速输料和预置批量的系统将预热过的烟草作为一批料送入浸渍区。根据本发明，烟草的预热是很迅速的，因为蒸气可通过烟草迅速分散开去。另外，蒸气注入区以上的烟草被上升的蒸气预热，它们也可作为蒸气注入区中烟草的隔热体，使得热量损失最少。
有利的是，垂直放置的计量管放在用来将烟草运送至高压浸渍装置中的水平放置的运送管道的上壁开口以上。一个往复压缩的部件被装在管道中用来将烟草运输通过管道，并在管道的下游将烟草压入高压处理装置中。与计量管相连的管道开口装有一个能将烟草压入管道的枢轴性开关部件。这使不同密度和批体积的烟草能进入浸渍区而无需替换或改变进料准备。
本发明也对Conrad和White的美国专利4，554，932的滑塞和外壳装置作了改进，提高了其耐久性及速度。当该滑塞和外壳装置用于本发明的较好实例时，它们以每分钟循环4-5次或更快的速度运行、这样高压滑塞和外壳装置较好的是在一天12小时在循环3，000-3，600次或更高，虽然该装置改进了烟草膨胀的速度和经济效益，但已发现在高温及高压下滑塞圆柱形末端部件上的弹性密封环的反复向外膨胀，会使密封环过早失效。
根据本发明，通过减少滑塞部件和管形外壳内表面在邻近弹性密封不的一处或多处的径向间隙可以改善密封环的操作及寿命，这较好地通过在滑塞的每个圆柱形末端部件上装有至少一个周边扩大的磨损环来实现。该磨损环装在与弹性密封环的轴向末端表面至少一个部分轴向相邻并相接触的位置上。较好的是将扩大磨损环放在与每个弹性密封的两个轴向端面部都接触的位置，由于磨损环的周长比滑塞的大以防止滑塞刮削外壳，故与磨损部件相邻处的滑塞和外壳间的轴向间隙减少了。将弹性密封环装在与磨损环相邻的位置，在这些环于高压下被压向外膨胀时，磨损环可以给密封一个轴向的支持。结果，使密封环的周边位置处的轴向变形损坏最小。
根据本发明的另一方面，通过增加在外壳里环形高压浸渍区中高压、气相膨胀剂输入及排出的速度来改进滑塞和外壳浸渍装置的效能。这可通过增加连通壳体内外的进气口和出气口的总横截面积并同时加上颗粒阻挡装置使进入汽门的烟草最少来实现。
在本发明的一个实施方案中，通过多个穿越外壳并周边环绕地分散于柱形外壳上的相关联的汽门向外壳中引入和除去高压气体，一支外部歧管部件环绕在汽门周围并含有工作流体，使其能通过周边的汽门加入外壳中。外壳内里的每个汽口的直径小于预定的大小以防止烟草进入汽口。
在一个替换的实施方案中，在壳体上至少有一个扩大的汽口其直径大于烟草颗粒。伸长的阻挡部件的外表面比汽口直径宽，该伸长的阻挡部件在滑塞的末端部件的周边处进行纵向相连，并径向对准汽口的开口。当滑塞的小室部分，即末端部件之间的部分通过外壳移动时，阻挡部件覆盖了汽口以防止滑塞小室中的烟草进入扩大的汽口中。较好的是在外壳上有至少两个扩大的汽口及在滑塞上有相应数量的阻挡部件。
本发明的另一个方面是提供了用来产生和贮存高温、高压的一批批气相膨胀剂，较好的是生产和贮存高于250°F(121℃)及高于2，500psig的丙烷的高压蓄气器。过去以每分钟4-5次以上的速度向浸渍区提供高压及高温丙烷需要贮存大体积量的高压、高温丙烷或者需要使用其中有被可动部件分开的小室的压力容器形式的蓄气器。惰性加压气体被放在一个小室中，丙烷贮存在另一个小室中。周期性地在容器中加入并排出丙烷，可动部件就在在容器内移动，但常会发生故障。
本发明的蓄气器使用了含有膨胀剂和气相加压流体的高压釜，但在膨胀剂和加压流体之间无分隔部件。在一个实例中，将釜保持在加压流体和膨胀剂的临界温度以上以及可将加压剂和膨胀剂保持在接近液体高密度的高压力下。所选择的加压剂相对于膨胀剂的扩散性质，是要使两种流体在釜中的条件下保持接触而因它们之间的扩散所产生的质量转移非常少。较好的加压气是氮，膨胀剂是丙烷，在高于2，500psig的压力及200°F(93℃)的温度下，这两种气体可在釜中基本上彼此分开，结果丙烷可以从釜中循环地加入和除去，极少有氮气混入丙烷而损耗。
在另一个蓄气的实例中，将膨胀剂和气态加压流体放在高压釜中，该釜包括第一和第二区，它们是这样安排的将两种流体在接近和高于临界温度和压力下分开，以及与第一和第二区都有流体连通的第三区，以便在第一和第二区间保持一道屏障流体。屏障流体可以是水，这可以防止加压液和膨胀剂间发生显著的质量转移。
附图是构成了本发明原始揭示范围的一部分，其中
图1是用于本发明的一个较好的浸渍设备的截面图，其中种种不同操作位置部分用虚线显示。
图1A是可有利地用于图1的设备中以迅速提高温高压的浸渍剂的蓄气器的截面图，该蓄气器包括第一和第二区，它们排得可将两种流体在接近和高于临界温度和压力下分开，以及与第一和第二区有流体连通，以便在第一和第二区间保持一道屏障流体的第三区；图2是较好的烟草进料和加料装置的截面图，该装置包括一对垂直取向的计量管，它们是安排得可以用来为一对在图1中处于浸渍装置上游的水平取向管道进料；图2A是与图2中烟草加料装置中的水平管道相配的往复烟草压缩部件一个末端的放大的截面图；图3是图2中线3-3处的放大截面图，并显示了与图2中计量管相关连以向烟草柱中注入蒸汽的蒸气注入设备的一个较好实例。
图4是图2中线4-4处的放大截面图，并显示了与图2装置中计量管相关连的一种不同的有利的蒸气注入器的实例。
图5是图2中线5-5处放大的截面图，它显示了与图2设备中计量管相关的烟草柱分隔装置的较好实例。
图6是图5中线6-6处取出的显示图2中计量管较低位置的部分前视图，(其中一部分被剖开)它显示了与图5烟草柱分隔装置相关连的许多刷子；图7是图2中的进料装置的部分放大截面图；显示了蒸注入装置、烟草柱分隔及用来分发预定体积的烟草至图1的浸渍膨胀装置中的阻塞部分。
图8是图1的滑塞和外壳装置一个末端部分的截面图，显示了与滑塞末端部件相连的密封环和磨损环，也显示了在外壳壁上用来将工作流体引入浸渍区的沿周边分布的许多通孔；图8A是图8所示设备中一部分的放得非常大的截面图，它显示了穿越外壳壁的各个气孔的较好的截面图；图9是图1的浸渍装置下游所用的烟草干燥回路的截面图；图10显示了用于图1的滑塞和外壳装置中的替换换流体引入装置的截面图，所示的运动中的滑塞在它的加料及浸渍位置之间，其中在外壳上有扩大的通孔，通孔阻塞部件装在滑塞上与扩大的通孔径向对齐；图11是图10线11-11处的截面图，它显示了当滑塞移动穿过外壳时，滑塞上的通孔阻塞部件是如何塞住通孔的；图12是图10和11设备分解出来的长阻塞部件的透视图；图13是具有种种含水量及各种烟草预热程度的烟草膨胀曲线；图14是说明烟草膨胀随着浸渍时由膨胀剂造成的不同的烟草密度及随着不同的浸渍时间而不同的烟草膨胀曲线；图15是将各种膨胀数据综合的曲线，以显示出本发明膨胀方法和装置的灵活性，并可以看出从图1的设备中可得到的每小时烟草体积的增加(以m3小时表示)是浸渍时间和烟草压缩程度的函数。
下面阐述了本发明不同方法和装置的实例。虽然本发明参照了特定的方法和装置，包括附图中所示的方法和装置来说明，应当明白这不是用来限定的。相反的，本发明包括许多替换、修改及等同物，这可由前面所讨论及下述的详细说明明显看出。
图1图示了本发明较好的浸渍方法和装置，包括大体根据美国专利4，554，932(Corrad,1985.11.26颁布)的结构的滑塞和外壳，这里引用了其整个揭示内容。在4，554，932专利中揭示了种种细节，为了简便起见，这里就不再重复了，但是，参考该专利是可见这类细节的。
如图1所示，烟草较好地先在准备区10中处理的将其含水量增至16%(重量)，较好的在20%(重量)以上。将有增加了含水量的烟草然后通过进料区12，烟草在其中加热的方法将在下面作更详尽的叙述，然后再进料至往复的滑塞和外壳的高压流体处理装置中。
滑塞和外壳高压流体处理装置包括由柱形壳体或外壳14和滑塞装置16围成的压力容器，外壳14及滑塞装置16可由任何合适的材料，包括不锈钢之类制成，外壳和滑塞的特定结构和大小应当明显地足以能承受压务釜中的压力。
滑塞装置16包括圆柱形末端部件18及连接杆20。当滑塞16如图1所示的那样在外壳14中时，两个末端部件18及连接杆20和外壳14围成了有预定体积的环形空间22以构成密封的压力室或区。滑塞装置16被水平放置，可在以虚线表示的加料位置24和也以虚线表示的卸料装置26以及如图1所示的浸渍位置间作来回运动，通过部分示于图1的轴28与液压活塞或相似的马达装置(示作显示)轴向连接，使滑塞在3个位置间运动。
滑塞在位置24装料，这在下面要作更详尽的叙述，然后移动至浸渍位置。在浸渍位置处，装在滑塞末端部件18中形成的环形槽中的弹性体密封环30的径向膨胀，使滑塞被密封在外壳中。弹性体密封环30的结构将结合图8作详尽的讨化。
密封环是由可变形弹性体材料，如硫化橡胶来形成的安装成能通过液体管32来接受液压液体。诸如食用油之类的液压液体由液压贮蓄器34通过管道32来驱动。液压液体通过一个穿过连接杆36的孔地液压液体压入滑塞的一个末端。如图1部分所示，连接杆36与滑塞16的至少一端相连。液压液体驱动了密封环内部向外膨胀并封住压力室22以防止泄漏。
高压气供给管38和废气管40各自通过多个口42穿过外壳14，这在下面将结合图8作详细讨论。如图8所示或如图10、11和12放大的截面图所示，这些口可绕外壳14的周边分布，当滑塞部件16在浸渍位置时能让富压液体进出压力室22。外部歧管44环绕着口42并含有工作液，使其能通过周边口42进入外壳14中，高压流体流经口42，然后通过多个口及滑塞上的通道进入装载及压缩在滑塞连接杆20周围的烟草，如图8所示，并将在下文讨论。
一对快动阀46和48用来快速向浸渍室22中引入及放出流体。这些阀较好的是通孔直径为0.5-1.5英寸或根据浸渍区22的大小直径更大的球阀，从而能基本上瞬时地从烟草区22中加入和除去高压流体。阀通过快动液压执行器(未显示)来开启和关闭。
在输入端，高压气管道38与贮蓄装置50相连，下面将作详细讨论，加热器52用来将输至贮蓄器50中的气体加热。贮蓄器50也可通过图上未显示的装置来加热以保持在贮蓄器中的流体处于加热状态，高压泵54被装在加热器52的上游以在例如2，500psig的压力下将高压流体进料至加热器52和贮蓄器50中。用来从烟草区22中除去高压液体的管道40与任选的气体回收区(未显示)相连以回收从浸渍区排出的流体。
贮蓄器50用来向图1所示的滑塞浸渍中的浸渍区供给烟草流体，如2，500psig的丙烷。贮蓄器50包括由耐高温高压材料制成的管形釜56。在贮蓄器的顶端和末端依次有口58和60用来接纳高压气体。
诸如高于2，500psig压力下氮气的惰性高压气体通过口58进入容器并因为容器内的压力和温度条件而被基本上分开地保留在容器的上部62中，而膨胀流体，如丙烷通过口60进入容器并在较高的压力，如2，500psig以上压力下被留在釜的下部64中。容器56被保持在接近或高于加压流体及膨胀剂的临界温度和压力的温度和压力。在这些条件下，并选择诸如氮气作为加压流体，丙烷作为膨胀剂，在两个液体区62和64中的气体彼此的相对扩散度足够低，从而使两种液体各自基本分隔在贮蓄器50中。
当膨胀剂从贮蓄器中排出时，由传感装置(未显示)未感测压力的降低，控制器激动泵54使泵马上将高压膨胀剂，较好的是丙烷，重新充入至贮蓄器中，压力传感器可以装在贮蓄器中或全部在泵54中。在使用本发明图1中浸渍区22浸渍烟草期间，蓄气器50能在5-30秒的短时间内再填满。
如图1箭头65所指出的，蓄气器50中膨胀剂的水平随着它加入釜中及从釜中排出，在预定的上位水平和下位水不平间循环地改变着。下位水平距釜底有预定的距离，从而使排出膨胀剂时不会同时排出加压液体。下位也选择得可以防止接近两种液体交界面处的膨胀剂被排出。对于丙烷和氮气，虽然可根据釜的大小及条件容易地使用不同的水平，但丙烷液体的下位水平有利地选择为约一英呎。
水平控制装置LC可用来辅助将膨胀剂，如丙烷的水平维持于上面讨论的预定范围之内，较好的是使用流体交界面水平敏感器之类的仪器以感测出膨胀剂和加压流体之间交界面的位置。一个一体的或分开的控制系统可以响应水平敏感器，并按需控制加压流体，如氮气加入或放出蓄气。使膨胀剂保持在上位水平和预定的下位水间。
在排除膨胀剂之后，向蓄气器中泵回新鲜的膨胀剂直至达到预定的上位压力水平。预定的上位压力基于(1)蓄气器、浸渍区22及蓄气器50和浸渍区22间的管道38的总的体积及(2)浸渍区所需的压力来定。由于随气体排至气体管38中并然后进入浸渍器的浸渍区22气体体积增加了，蓄气器的压力下降，上位压力必须足以使膨胀剂的最后压力达到烟草浸渍的预定压力。这样当最终压力为2，500psig上位压力根据上述因素可以是假如2，700-3000磅/吋2。
典型地在膨胀剂与同时存在于蓄气器中的加压流体接触时由于加压流体会被膨胀剂所吸收，故加压流体会随着时间而有所损耗。虽然流体间的气体扩散极低，在蓄气器中的二种流体理论上可以基本上分开，但即使极低的扩散值，也会由于这两种流体一定程度的混合，而使少量加压流体随膨胀剂的每次排出而排出。但是，少量的加压流体的吸收通常对烟草膨胀无不良影响。
该系统可包括一用作膨胀剂再循环的回收系统，回收通常是把使用后的膨胀剂进行分离并除去了吸收的加压流体以得到相当纯的膨胀剂用于再循环。但是，典型地不回收被吸收的加压液体；另外，在膨胀剂中吸收的加压流体典型地会减少使用后能够经济地加嘏的膨胀剂的数量。被膨胀剂吸收的加压流体的量根据两种液体在蓄气器50中的温度及压力下的扩散值及蓄气器内的扰动情况而定，较好地为少于约5%(重量)。
适合于使膨胀剂吸收加压流体最小的蓄气器如图1A所示。该蓄气器50在分隔开加压流体和膨胀剂的区中具有第三种密度更大的流体，如水，作为在两种流体间的可移动的流体屏障。从图1A中可见，蓄气器50′包括用来容纳诸如氮气的加压流体的第一区62′及在高温及高压条件下容纳并分开地保留膨胀剂的第二区64′。第三区61将第一和第二区有液体连通，并保持稠密的流体介质，如水，以在第1和第二区的流体间作为屏障液体。
在图1A的蓄气器显示的屏障液体使加压流体和膨胀剂即使在扰动增大的条件下，其混合最少或者完全消除。该特征减少了加压流体的损耗，结果减少了其回收期间膨胀剂的损失，由于吸收流体的分离不再是一个重要的问题，这可以简化膨胀剂回收系统的设计。在图1A的蓄气器中，丙烷之类的膨胀剂一般会吸收少量的屏障液体，如水。
将水源和氮气源如图1A所示接通至蓄气器50′，分离界面水平检测器较好地与一体化的或分开的控制装置一起使用以控制水和氮气进入蓄气器中。这些控制器会响应水平检测器并可以一定速率加入一定量的水，使其总体足以保持在蓄气器中预定的上位和下位的控制极限内。此外，控制装置会响应检测器的信号加入和除去氮气以将如一氮交界面的位置或高度保持在预定的控制范围内。
在图1A的蓄气装置中，使膨胀剂基本上分开的第三区部分地由在高压釜的上部中部分关闭的柱形室围成。这种或相似的安排是在用比加压流体或膨胀剂密度均大的屏障液体时的优选系统。应当明白该结构及排放只是较优选的结构，也可有其它在釜中有可动的分隔其它液体的屏障液体的容器设计。
图1和1A显示了本发明较好的蓄气器，但是，其它用来基本上立即释放高压、高温膨胀剂的装置也可被使用。例如，也可用只含有保持在临界温度以上的高密度膨胀剂的容器。当与在每个循环中排出的膨胀剂质量相比，容器内的膨胀剂质量很大，而且保持在高密度，从容器中排出膨胀剂时，在膨胀剂中只有相当少的压力下跌。
例如，在2750磅/吋2、300°F(149℃)下，丙烷的密度是23.76磅/呎3。在相同的温度及2，500磅/吋2压力下，丙烷的密度是22.8磅/吋3。这样，保持在2，750psig及300°F(149℃)下1呎3容器中的丙烷，可以排出300°F(149℃)下的丙烷0.96磅至浸渍区，而只有极小的压力下降，即从2，750磅/吋2至2，500磅/吋2在本发明的另一个实施方案中，可用机械的蓄气器来提供膨胀剂。这里的一个较好的机械蓄气器是“Metal Bellows,蓄气器，可从Parker Bertea Aerospace，Paker Hamfin Corp.，Metal Bellows Dwision，Moorpark,California得到。
回到图1，用于浸渍区22的丙烷压力较好在2，000磅/吋2(表压)以上，更好的是在2，500-3，000磅/吋2的范围里。根据本发明，可以发现当使用这样的高压时，用约2-15秒的极短的浸渍时间来浸渍烟草就可得到所需的烟草填充容量的增加，例如超过50-100%的填充容量的增加，丙烷的温度有利地保持在280°F(138℃)以上，较好的是在300°F(149℃)和400°F(204℃)间，例如可以是约300-315°F(149-157℃)。这给出了过量的显热以用在浸渍区加热烟草。
对于图2，阐述了较好的烟草上游进料和加料装置。种种形式的烟草，包括烟叶形式(包括梗和筋)、去梗和烟叶、雪茄填料、香烟切丝填料用来制香烟的(切成或撕成的烟叶碎片)之类，较好是烟草切丝填料，通过本技术领域人员已知的设备在方框66中潮湿至含水量至少约13%，较好的是至少20%，并通过气动传送管68运至总体地称为70的计量装置，有利的是，计量装置70由两支分开的计量管72和74形成。较好的是计量管72和74的每支都是矩形礤面，截面大小沿烟草流动方向略有增加或发散，显然，计量管可以是诸如圆形截面的其它构型。
来自管68的烟草进入了在计量管顶部的进料阀76，并分配于两支计量管72和74间。在本发明中可用该技术领域已知的将诸如烟草的固体材料加进柱中的任何阀。一个进料阀的例子是如图2所示的多瓣旋转阀。这样分配的烟草形成了基本在计量管72和74中垂直的烟草柱。这些垂直烟草柱有预定的高度。通过高度敏感装置78来检测每支计量管的高度。较好的是，每根柱中烟草柱的高度为约3-4呎，当任一烟草柱的高度低于所需的预定高度时，敏感装置会启动进料阀使附加的烟草进入管中至所需的高度。
在烟草分配并进入计量管72和74中后，对其进行预热处理，这也可以进一步使烟草潮湿。预热烟草提供了在浸渍区中使用适当短的循环时间的热量条件。另外，加至烟草中过量的水份对获得良好的膨胀结果和增加烟草柔软性起重要的作用。根据本发明，现已发现当烟草进入浸渍区22时，其含水量在20%以上，较好地在24-30%之间，预热至约150°F(60℃)温度之上可得到增加的膨胀。在本发明中，较好地通过把蒸气注入计量管的每根柱中使烟草同时潮湿和预热。因为蒸气可以有效地将热量转移给烟草而同时可以增加其含水度水准，故用蒸气加热是合乎需要的。另外，由于烟草是在计量管中与蒸所气进行接触，在蒸气注入区以上的管中烟草可作为隔热体从而增加了使用注入蒸气来加热烟草的效能。
在管中烟草柱顶部以下的某一位置处向计量管72和74中注入蒸气。两种较好的蒸气注入器在图2中称为80和82。下面将作详尽讨论，这些注入器需要干蒸气，这可由过热或对蒸气管和歧管外部加热防止冷凝来提供。另外，注入蒸气的温度应足以将烟草加热至氛围温度以上，较好的是在125°F(52℃)以上，最好的在150°F(66℃)以上，例如在150-200°F(66-93℃)的温度。
图3和4显示了用来将蒸气注入烟草柱的两个实施方案。图3是图2线3-3处蒸气注入器80的顶视图。蒸气通过管道84注入环绕于计量管72的外部歧管86。歧管与计量管的外壁隔开，形成了一个环绕的闭合空间88。该间含有注入蒸气，歧管86通过分布于管道相对面上的多个口与计量管的内部相连，通过口90的蒸气如图3中的箭头所示渗入烟草中。
图4显示了用来将蒸气注入烟草柱的蒸气注入装置的又一个较佳实例。在图4中，蒸气注入装置是由带有多个空心叉齿94的空心桥架92构成的插入式带叉部件。蒸气注入装置被水平放置，以在计量管72外部的第一位置和管内的第二位置间作往复运动。可通过轴将液压活塞或相似的马达装置作轴向连接从而使蒸气柱入器在两个位置间运动，结果叉齿94按图4箭头所示的方向插入和移出烟草柱，当叉齿插入烟草柱时，蒸气通过管道96注入桥架中，然后进入可插入部件的每个叉齿中，再通过每个叉齿上的多个口98按图示的箭头进入烟草柱。
虽然图2显示了蒸气注入器两个实例的使用，但熟悉该技术领域的人员可以知道蒸气注入器可以单独使用。但是，有利的是将两种蒸气注入器结合起来使用以保证蒸气可以穿透全柱的宽度。
本发明的蒸气注入器较好的是沿烟草柱的高度放在一个选择好的位置，从而使所有进入柱内的蒸气在到达烟草顶部前基本上全部冷凝，注入的蒸气在烟草柱中向上运行，当其上升时在烟草柱内加热烟草。当蒸气的热量逐渐失去后，蒸气在烟草上冷凝成小直至所有的蒸气全部冷凝为止。
在预热和潮湿后，烟草在柱内向下运行，如图2所示，以作为一批料发至加料管道110中。图2中有称为112的烟草柱隔离部件与计量管72和74相配合。如同又状的蒸气注入器82那样，烟草柱隔离装置水平放置，以便在柱外的第一位置和柱内的第二位置间作水平的往复运动。
图5显示了烟草桂隔离部件的较好实例的顶视图。如图5所示，烟草隔离装置112包括一促动杆114，桥架116及多个互相靠得很近的叉齿118。隔离部件上在第一和第二位置间运动，从而将烟草柱分成上部分和下部分，以量出预定从烟草柱底部分配的烟草量。当叉齿118通过下文说明的开口插入烟草柱时，位于隔离装置以上的烟草柱上部由叉齿支承。相应地叉齿是相隔很近的，例如相隔约 1/4 至1 1/2 吋位于叉齿以下的烟草柱的下部随后分发至加料管110。
叉状的烟草隔离部件112较好的是在垂直方向上可调节的，以选择性的啮合于烟草柱的多个预定的垂直位置。图7显示了烟草柱隔离装置可在高度H的范围里调节。因为调节隔离部件的位置可以调节从柱底部分发的烟草进料量，故它在选择分发至加料管110中烟草的量时是灵活的。
隔离部件112的叉齿118通过多个垂直伸长的狭通道进入烟草柱中，这些狭通道通过计量管的双壁与叉齿118对齐，最好是如图6和7所示。图6显示了有垂直延伸狭通道122形成于其中的第一外侧壁120。在图6中对外侧壁120作了部分剖析，以显示出第二个与它隔开的内侧壁124，该内侧壁包括与垂直狭缝道122对齐的第二排垂直狭缝道126及与之相连的多个水平刷128。另外，有利地是也有许多刷130与外壁120相连。双壁结构可作为收集盆以收集当叉子从烟草柱中取出时粘附于隔离装置叉上的烟草颗粒。刷子辅助来除去叉上的烟草颗粒。当叉从烟草柱中取出至壁120之外的位置处时，它们与两排刷子接触以从叉子上刷去烟草颗粒，并落在壁间空隙132中。烟草颗粒在空隙132中下落至其下部，并从空隙底部的口134出去。
阻塞部件较好地呈旋转阀140的形式，并与每个计量管的底部相连。阻塞部件140可在隔离装置112垂直下方的位置切入烟草柱，当分离装置离开柱时，它可用来支承烟草柱阻塞部件140也可从烟草柱中脱出，从而将烟草柱低于隔离装置112的下部释放至加料管道110中。
阻塞部件140较好的是气锁安全旋转阀。气锁安全旋转阀可以是该技术领域人员已知的任何阀，有利的是无叶片的旋转阀，如图7所示，它间断地操作每次接收一批料和投放一批料。图7的无叶片包括一支撑能在阀座内旋转的筐或袋144的阀座142。也可用连续的气锁旋转阀，如使用有多个叶片的阀。
图7显示了在倒空的烟草柱支承位置的阻塞部件140。当新的一份烟草要从柱底部分发时，叉状的隔离部件112被插入烟草柱中，阻塞部件被旋转180℃，从其阻塞位置转至烟草接受位置使筐144的开口端146向上，处于与烟草柱相连通的位置。在此位置，筐接受在柱下部的烟草，然后再转180℃，将预定批量的烟草分发至加料管道110中。使用气锁旋转阀作为阻塞部件万为合意，因为在其分发烟草位置(如图7所示)，阀阻塞并支承烟草柱，也在烟草柱和膨胀区浸渍区之间提供密封148。
本发明的批料分发系统有许多好处。分发至浸渍区的烟草的量可以容易和精确地控制住。这样隔离部件可以在不同垂直位置放置，为浸渍提供种种不同预定批量的烟草。另外，使用计量管可以使每批烟草均匀分布于下面加料管的宽度。烟草以批料分发很快，这样可使每批烟草快速进至浸渍区中，以配合本发明的短浸渍周期。
再看图2，预定量的烟草然后分发入加料管110中以装入浸渍装置的滑塞。如图2所示，分开的各批烟草料150通过一对相向的半圆柱形加料及压缩部件152加料位置24(图1)装载至滑塞上，该加料及压缩部件装成能在水平管道110中作往复运动。较好的是加料管道110有矩形截面，是用能耐受加料部件在加料室内作往复运动的材料制成，例如用硬化的铝。另外，有利的是如图2A所示，加料压缩部件的上、下表面被硬化的塑料衬套所覆盖，以在加料室的内壁和加料压缩部件的外表面之间提供滑润性以防止加料材料翘曲或卡住。用来制造衬套的示例材料包括由ICI America和RTR Co.生产的聚醚醚酮(PEEK)。
加料部件152通过杆156连接至诸如液压活塞157之类的往复驱动装置上以在退后位置和伸出位置之间作循环运动。烟草料通过在其上壁的开口158分发入加料管110中。开口158基本上延伸于加料管的宽度并处于加料部件152的后退位置及其伸出位置间。用来关闭该开口的枢轴关启部件在处于如图2虚线所示的关闭位置处能将烟草草料压入加料室中。有利的是，可以是叉形部件的一对阻塞部件162用来将加料室从浸渍装置中隔开。阻塞部件162可在加料管外部第一脱开位置及加料管内的第二阻塞位置间移动，以防止在关闭部件关闭时烟草被沿管道吹动。
为了将烟草料加至滑塞16上，烟草批料150通过开口158从旋转阀140而分发进入加料管110中。阻塞部件被插入管道110中，枢轴性关闭部件160向下关以盖住开口158，将烟草料装入并在需要时期可压缩至加料管中。然后半圆柱形加料部件152移至伸出位置。烟草料被加料部件152水平推过加料管道压至滑塞16上。相对的半圆柱形加料部件在其完全伸出位置配合起来，绕滑塞的连接杆20形成了一壳体，从而使被压缩的烟草在滑塞移动至浸渍位置期间仍保持在滑塞连接杆上，下面将作讨论。由加料部件形成的圆柱形壳体也可部分地由一个或一对纵向框架部件(未显示)所围成，这部件可装在滑塞的轴以上和/或以下。这类框架部件有利地可与半圆柱形料加料部件的边缘相配以形成一个绕压缩的烟草的闭合圆柱形空间。
装载好的滑塞被移入如图1和图8所示的浸渍位置，滑塞两端的密封环30由来自流体管32的流压流体沿径向压向外面，以封闭压力室22防止渗漏。有利的是密封环是硬化的或粘至在滑塞末端的周边形成的环形槽中。在弹性体密封环和流体管32的交界处有一可变形的片或带153，使密封环在这一点不能粘接，从而能被压向外。
磨损环、摩擦环之类的环形部件160也可以装在环形槽中，环形槽是在每个圆柱形的滑塞末端部件的外周形成的。它们是与弹性体密封部件30的至少一个端面向相邻。磨损环的周长大于每个滑塞的圆柱末端部件，这使滑塞部件16和壳体14间的环形空间或间隙变狭。通过窄化该间隙，弹性密封环30的弹性体在用来密封期间得到更好的轴向支承。这可使密封环由于其周围边缘“过分流出或挤出”至滑塞组件的圆柱形末端部件与外壳间的环形空间中所遭致的破坏性变形最小。
较好的是，每个密封环30被连接至磨损部件160的面上及连接至滑塞末端部件外周的表面上。最好的是，磨损部件160装在弹性体密封环30的两个端表面轴向相邻的位置并与相相连。磨损坏可以通过焊接、粘连、硬化工艺之类方法连接至弹性体密封部件上。
图8也显示了让高压气体管38和40通过外壳14使膨胀剂快速释放的优选的通孔结构。多个通孔42沿周边分布于外壳14的周围，通孔42的扩大的开口的截面积，作为一组来看，当滑塞部件16在浸渍位置时，使高压流体进出压力室22的速度变快。有利的是，通孔42是沿对角线取向并逐渐变细至直径较小的开口，以阻塞烟草颗粒在滑塞组件从一个位置移至另一个位置时进入通孔中，如图8所示8和8A所示。
环绕于外壳14的外部歧管45形成了围绕沿周边分布的各通孔的环形空间。通孔42与在滑塞末端中的环形槽162对齐，它通过许多径向发散状通道164及轴向通道166及在连接杆20的表面形成的槽170相连。一旦通过气体管38引入后，高压流体通过通孔42流入通道164和166直至槽170。这里，流体暴露于装载并压缩在滑塞连接杆22上的烟草，并按图8的箭头流出通道进入烟草中，在连接杆20周期有一个或多个筛子(未显示)以防止烟草堵塞槽170。
图10、11和12显示了一种能改进滑塞和外壳浸渍器效能的替换装置，它通过增加高压、气态膨胀剂进出外壳内环形高压浸渍区的速率来实现。如图10和12所示，带有滑塞组件16的设备在加料位置和浸渍位置之间运动。这样所显示的组件16部分在外壳14里、部分在外壳14外。在该装置中，每个通过外壳14的通孔42有利地呈具有扩大截面积的狭通道的形式，即，截面积较好的是与通过在气体管38和40为浸渍器供给和除去膨胀剂的气体管38和40阀46和48中开口的截面积相同。这使孔与膨胀流体间的摩擦减少，使膨胀流体进入和离开浸渍器的速度变快。
因为扩大的通孔42的直径大于烟草颗粒，例如，大于切丝烟草填料的尺寸，图10-12的装置包括一个通孔阻塞部件260，(在图11中可以看清楚)以防止烟草进入扩大的通孔或进入量最小。通孔阻塞部件是外表面262的宽度比口直径大的长形部件。在图11和12中可见，阻塞部件260在滑塞组件16的两个末端部件18的周边部分之间作纵向连接并与通过外壳的通孔开口42径向对齐(图12)。
如图11所示，阻塞部件跨越了滑塞16的连接杆20的一部分，这部分在滑塞中形成了保存烟草的“室”。当该滑塞部分穿越外壳时，阻塞部件14盖住通过外壳的通孔42以防止滑塞室内的烟草进入扩大的通孔42中。如图11和12所清楚示出的。阻塞部件260的外表面262较好的是弯曲的以与外壳14的内表面相配。阻塞部件的下部分优选地是逐渐变小以使可供烟草占据的空间最大。
较好的是，如图中所见，通过外壳装上至少两个扩大的通孔，在滑塞上装上相应数量的阻塞部件。歧管45绕在外壳14的外部周围并围成了与两个通孔42都相连的环形空间44，这样通过歧管口38引入的膨胀剂可同时通过两个外壳通孔42与滑塞相接触。相似的是，从歧管口40排除的使用后膨胀剂也通过两个通孔42排出外壳。这也增加了膨胀剂从滑塞和外壳浸渍器中进料和除去的速度，而降低了循环时间。
再看图1，在膨胀剂进入浸渍装置后，压缩及浸渍过的烟草在浸渍的条件下保持1-2秒直至20秒的短时间。然后，释放压力。较好的是基本上瞬时地释放压力，即在1秒或更短时间内释放。这可通过使用有大口径的快作用阀释放压力来部分地达到此目的。有利的是装上一个未显示的敏感器以感测浸渍器内的压力，当其中的压力达到了预定的高于氛围压力，如5psig(磅/吋2)的压力时，开始使滑塞体上密封环30减压。用第二压力敏感器来感测将进至密封环的管道36中液压液体的压力。在压力达到氛围压力之前，如达到5磅/吋2(表压)时，该敏感器使与轴28相连的液压活塞运行的移动滑塞体。然后滑塞基本上瞬时地移动至卸料位置26以实施烟草膨胀。
当滑塞移至和移离卸位置26时，装在烟草卸料区中诸如无油压缩机之类的气动卸料装置(未显示)将诸如高压空气或氮气的流体吹向环绕于卷筒16的烟草上。除去的烟草基本上瞬时地在卸料位置26膨胀，并如图1所示进料至回收斜槽172，然后至运送装置174，如螺杆传送器之类。较好的含有相当水分的烟草，如大于13%通过转运装置174运送至干燥区176。
如图9所示，膨胀的烟草被送入在干燥区中的管道178中，在那里被向上运动的热空气带动向上。有利的是加热的空气低于350°F(177℃)，较好地在约200°F(93℃)和300°F(149℃)的温度间。烟草在温度和时间都足以使其含水量降至少于13%，较好的是在6-12%(重量)的条件下传送通过干燥区。干燥、膨胀的烟草然后传至分离区180。在这里，各种流体，包括膨胀剂，通过筛子182或另一种诸如旋风分离器的分离装置并进入回收回路184。
通过回收回路的气体较好的是氮气或另一种惰性气体，并通过气体注入区186注入回路中。氮气由加热器188加热，通过风扇190，然后再在回路中继续前进以带动烟草。清除气流192不断地从回路中除去并通至热氧化区，其中氮气中的丙烷被燃烧掉。
来自分离区180的烟草被通过一对旋转空锁阀194和196，然后在回收区198回收。两个阀的功能是保证无丙烷气体逸入回收区。因此，在两阀间充入诸如氮气的惰性气体。如图2所示，由于相似的理由也可在该系统的其它区域充入氮气。在这方面，如图2虚线所指出的，可在装置的下部装上安全外壳200。这外壳用来回收在使用时逸出系统的任何丙烷。向系统中的不同地方不断加入氮气。逸出系统的丙烷在外壳里回收，并通入热氧化区进行燃烧。
再回到干燥处理，虽然当膨胀剂上丙烷或是美国专利4，531，529(White h Conrad)中所揭示的类似膨胀剂时，为了使烟固定保持在其膨胀形式并不需要加热烟草，但是，业已发现高含水量的烟草比正常含水量的烟草膨胀程度更大。但是，也发现由于高含水量烟草会破碎，故增加的膨胀会部分或全部失去。据发现本发明的干燥处理能保存增加的膨胀量。
较好的干燥处理在烟草膨胀后马上进行，例如，在膨胀后5分钟内进行，较好地在膨胀后少于约1分钟的时间内进行。事实上，干燥可在膨胀后基本上瞬时地进行。例如，用来从滑塞上卸下膨胀的烟草的鼓风机，需要时也可用加热的氮气，烟草可以马上送入干燥区。
参照图示了各种含水量及烟草预热程度的烟草膨胀的图13，可知含水量对烟草膨胀的影响。在每种情况下，烟草用约2，500磅/吋2的压力下预热至300°F(149℃)的丙烷浸渍15秒。膨胀前，烟草的填充值为450cm3/100g，如图13所示，当烟草预热至约150°F(66℃)或更高温度时，将烟草的含水量增加至约20%以上，可以大大促进烟草的膨胀。
当丙烷用作浸渍流体时，来自加热的丙烷和预热的烟草的供给浸渍区的累积热量应足以使浸渍区达到、在240°F(116℃)和270°F(132℃)间，较好的为260°F(127℃)的浸渍条件。现已发现当通过预热烟草和预热丙烷共同供给热量时，可在5秒内或更短的时间里达到温度和压力分别为约267°F(127℃)和2，500磅/吋2的浸渍条件。
浸渍时烟草的压缩程度也影响了膨胀程度，较好的是在浸渍时烟草至少1.5∶1的压缩比率被压缩。压缩比率根据压缩前烟草的体积简定。压缩前烟草体积或烟草疏松填充体积通过测量烟草在1呎×1呎×1呎的立方容器中的密度来测定。将烟草倒入立方容器中并称重以测定烟草的疏松填充密度。在压缩到滑塞前烟草料的疏松填充体积然后从料的重量和烟草的疏松密度值来决定。疏松填充体积除以烟草料的压缩体积，即在诸如滑塞的浸渍装置中处理的体积，就可决定压缩比率。所有的值进料至浸渍区中的烟草实际含水量下测定，或校正到该含水量下的值。这样，对于浸渍体为25吋2的滑塞，将疏松填充体积为50cm3的烟草压缩到滑塞上，得到的压缩比率为2∶1。
有利的是，烟草以大于2∶1，直至3∶1或更大的压缩比率进行压缩，压缩烟草可以增加烟草的密度，使进料至浸渍区的烟草密度显著地大于压缩前的烟草密度，本技术领域的人员应当知道疏松烟草密度视烟草为叶或切丝填料形式；烟草类型、烟草的含水量及其它因素不同而定。在含水量为12%的基础上计算的压买密度为20-35磅/呎3可用于本发明中。虽然增加压实密度会在一定程度上增加得到同样膨胀量所需的循环时间，但本发明也成功地应用了以含水量为12%或更高的基础算出的25-30磅/立方英尺的压实密度，而浸渍时间少于20秒，填充容量增加量超过50-100%。
图14是显示在浸渍时不同的烟草密度使膨胀可以是不同的，并随不同的浸渍时间膨胀是如何地不同的曲线图。该图表示了含水量为27%的烟草样品用丙烷在上述的相同条件下的浸渍。浸渍时间从4-20秒不同。烟草样品的在12%湿度和76°F(24℃)下最初松散填充密度为6.2磅/呎2，被压成密度为20、25、30和35磅/呎3(所有的密度按102%含水量计算，或被校正至该含水量)。从图14中可见，烟草的膨胀随浸渍时间的增加及烟草压缩的下降而增加。但是，即使在高压实密度及10秒或更短的浸渍时间下也能得到优良的膨胀。
图15显示了本发明的膨胀方法和装置的灵活性。该图是许多膨胀数据的综合，并表明从图1的装置中得到的每小时烟草体积的增加(m3/小时)，这是浸渍时间和烟草压缩的函数，该数据假设可供烟草占据的体积为400吋3，处理过程以图示的循环时间连续运行。明显的是，当循环时间缩短，烟草压缩增加时，烟草的输出量增加从图15中也可以看出，在短循环时间及增大烟草压缩时每小时烟草的体积加量最大。这里因为增大了生产量，尽管每批烟草膨胀量不如较低密度和/或较长循环时间所能得到的那样大。这样，本发明提供了烟草的膨胀程度和生产量水平可以变动的灵活方法。
这里所述的烟草膨胀方法和种种方面是结合以丙烷作为膨胀促进浸渍剂，并用接近或高于临界温度的浸渍温度条件及接近或超过临界压力的升高的压力条件，并结合优选的装置作具体讨论的。应当明白本发明的方法和装置可有许多种改变。例如，当不需要所回收的膨胀剂，如丙烷时，膨胀剂可在使用后被烧掉。另外，这里揭示的各种重要的膨胀方法和装置，虽然特别适合于在超临界温度下使用高密度膨胀剂及采用短浸渍时间的烟草膨胀方法和设备，但被认为也适合于使用其它不同的膨胀方法、膨胀流体及装置的情况。
这里所指的烟草填充容量用电子自动填充容量计测定，其中3.625吋直径的实心活塞被可滑动地放在一个相似大小的圆柱中，并给放在柱中的烟草样品加2.6磅/吋2的压强加5秒钟，据信这些参数是模拟了烟草在形成香烟时烟草在制香烟的设备中的压实条件。对于膨胀烟草用重为50g的被测烟草作样品。对于未膨胀烟草，用100g的烟草作样品。通过将100g烟草样品放在金属线网的篮子中然后将篮子放进空气温度为200°F的强制通风烘箱中放3分钟。将烟草和金属线篮在烘箱中加热前后进行称重，用对于加热前烟草重量的百分比来表示的重量损失作为含水百分率。
本发明已参照了较佳实例进行了详尽阐述。但是在不背离前述说明书和后面权利要求书所定义的精神和范围的条件下，可作出许多改变及修改。
权利要求
1.一种用来将加热的烟草分发至浸渍区中的装置，它包括；烟草供给管；与烟草供给管相连的、用来测量加至浸渍区烟草量的计量装置；用来将蒸气注入烟草料中的蒸气注装置；以及将加热的烟草输进浸渍区的装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述用来将烟草输进浸渍区的装置，包括在上壁有开口的水平放置的管道，它安排得可将烟草输送至浸渍区。
3.根据权利要求2所述的装置，其中水平管道的开口装有能把烟草压入所述水平管道的枢轴性关闭部件。
4.根据权利要求1-3之一所述的装置，其中的蒸气注入装置包括使蒸气穿过在至少一个与所述烟草料接触的壁上的多个孔的装置。
5.根据权利要求1-4之一所述的装置，其中蒸气注入装置包括用来把足以使烟草加热至温度至少为125°F(52℃)的温度下的蒸气注入烟草的装置。
6.根据权利要求1-4之一所述的装置，其中所述的蒸气注入装置包括用来足以使烟草的温度升至150°F(66℃)以上的温度下的蒸气注入烟草的装置。
7.一种用来将烟草压入浸渍区的装置，包括一对相对的管道；至少可在处于所述相对管道的两个开口端中间的第一位置与处于圆柱形外壳体中的浸渍位置之间往复运动的滑塞装置；所述的滑塞装置包括第一和第二圆柱形末端部件及在第一和第二末端部件间的连接杆，所述的末端部件及所述的连接杆围成了一个环绕连接杆的环形空间；在所述每根管道中在退后位置和伸出位置间来回移动，使烟草通过管道并将烟草压力所述滑塞的环形空间中的烟草压缩装置；所述的烟草压缩装置各自包括半圆柱形末端表面，该两个末端表面的大小和形状正好配合形成环绕所述滑塞的所述环形空间的圆柱面。
8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括用来在相应于后退位置与伸出位置之间的地方将烟草引入每根管道中的每根所述管道上壁处的开口；以及能将烟草压入管道并关闭所述开口的枢轴性关闭部件。
9.根据权利要求7或8所述的装置，它进一步包括用来将蒸气注入烟草的蒸气注入装置。
10.根据权利要求7-9之一所述的装置，其中所述的滑塞装置时一步包括当所述的卷筒装置在处理位置时，适于在所述的圆柱形末端部件和所述的壳体内表面间形成密封的密封装置，以使所述的外壳、末端部件和密闭装置形成一压力室；在所述的壳体中形成的、用来将工作流体在滑塞处于所述处理位置时引入所述压力室的通道装置，所述的通道装置的总截面足以使所述的工作流体快速地流入所述室中；以及颗粒阻塞装置，以使进入所述通道装置中的固体物质最少。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述的通道装置包括环绕分布在管形外壳的周边的多个通道，其中所述的颗粒阻塞装置的所述多个通道各自包括比预定尺寸小的开口，以阻塞颗粒进入所述的通道。
12.根据权利要求11所述的装置，另外还包括绕于所述的多个通过外壳的通道的外部歧管部件，以导引工作流体同时通过所述的各通道。
13.根据权利要求10所述的装置，其中所述的通道装置包括至少一个直径显著大于烟草切丝填料的扩大口，其中所述的颗粒阻塞装置包括至少一个外表面的宽度比所述至少一个通道的直径大的伸长阻塞部件，所述的阻塞部件纵向连接于所述滑塞的所述两个末端部件的一部分之间。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述的阻塞部件与所述的至少一个扩大直径的通道径向对齐。
15.根据权利要求14所述的装置，包括至少两个通过所述外壳的扩大截面积的通道及一个环绕于所述各通道外部、用来引导工作流体同时，通过所述至少两个通道的歧管部件。
16.根据权利要求10-15之一所述的装置，其中所述滑塞装置进一步包括装在每个圆柱形末端部件上的环形槽中的弹性体密封环；当所述的滑塞装置在处理位置时，用来使弹性体密封环径向向我变形、使该密封环沿周界与外壳的内部周界接触的装置，当压力室加压时所述的外壳、末端部件和密封环形成了一个压力室；以及至少一个装在柱形末端部件的一部分中的，周长大于末端部件且与装在所述末端部件上的所述弹性体密封环的至少一个端面轴向相邻的环形部件。
17.根据权利要求16所述的装置，其中每个所述弹性体密封环与所述的轴向相邻的环形部件相连结。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其中每个所述的弹性体密封环被粘合至在所述滑塞末端部件的周连形成的环形槽中。
19.根据权利要求16-18之一所述的装置，其中密封环的每个表面都有所述环形部件之一轴向地与它相邻并与它连结。
20.一种用来膨胀烟草的方法，包括将含水量大于约13%(重量)的预膨胀烟草料放入浸渍室中；在所述的浸渍室内用膨胀剂浸渍所述的烟草；从所述的浸渍室中取出所述浸渍的烟草，并将浸渍的烟草处在足以使烟草膨胀，并得到含水量大于13%的膨胀烟草的条件下；以及将膨胀的烟草干燥至膨胀后含水量小于13%(重量)以保持浸渍的烟草处在膨胀条件下所提和膨胀量。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述的干燥步骤是在使所述烟草膨胀后少于5分钟的时间内进行。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述的干燥步骤是在所述的烟草膨胀后少于1分钟的时间内进行。
23.根据权利要求20-22之一所述的方法，其中所述的干燥步骤是在约350°F(177℃)或更低的温度下进行。
24.根据权利要求20-23所述的方法，其中以干燥步骤中所得的烟草的含水量大于约6%(重量)。
25.根据权利要求20-24所述的方法，其中放在浸渍室中的烟草的含水量大于20%(重量)。
26.根据权利要求20-24之一所述的方法，其中放在浸渍室中烟草的含水量大于24%。
27.根据权利要求20-26之一所述的方法，其中放在浸渍室中烟草的温度大于150°F(66℃)。
28.根据权利要求20-27之一所述的方法，其中所述的干燥步骤是通过用加热的汽流来处理膨胀的烟草。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述的加热气流的温度是在约200°F(93℃)至300°F(149℃)之间。
30.根据权利要求28工中29所述的方法，其中用加热的气流将所述的烟草传送通过干燥区的时间，足以使烟草的含水量降至约6-12%(重量)。
31.根据权利要求20-30之一所述的方法，其中所述的浸渍步骤包括使烟草与大于2，000磅/吋2(psig)的压力下的丙烷接触约15秒或更短。
32.根据权利要求20-31之一所述的方法，其中用来处理放在浸渍室中烟草的丙烷270°F(132℃)以上的温度。
33.根据权利要求32所述的方法，其中由加热的丙烷及预热的丙烷提供给浸渍室中的烟草的热量足以使浸渍区中浸渍的条件在240°F(116℃)和270°F(132℃)之间。
34.根据权利要求20-33之一所述的方法，其中所述放在浸渍室的烟草已被压缩至压缩比率至少为1.5∶1。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述放在浸渍室中的烟草已被压缩至压缩比至少为2∶1。
36.根据权利要求34所述的方法，其中所述放在浸渍室中的烟草已被压缩至压缩比至少为3∶1或更大。
37.一种用来快速供应其密度等于或接近流体的液态密度膨胀流体的蓄气器，它包括在把气态加压流体及膨胀剂包含在单个未分隔室里的压力容器，所述的压力容器具有第一和第二区，适合于在加压条件下分开保持两种流体，并将所述的流体保持在接近或高于所述膨胀剂的临界温度下。
38.根据权利要求37所述的蓄气器，所述的容器另外包括与第一区和第二区有流体连通的第三区，以保持与第一区流体和第二区流体都接触屏障流体。
39.根据权利要求37所述的蓄气器，其中所述的第三区包括一可移动的屏障液体，以在所述的容器中将所述的膨胀剂和所述的加压流体隔开。
40.根据权利要求37-39之一所述的蓄气器，其中所述的加压气体是氮气，所述的膨胀剂是丙烷。
41.根据权利要求39或40所述的蓄气器，其中形成液体屏障的流体是水。
42.根据权利要求38-41之一所述的蓄气器，其中所述的容器保持在高于2，500磅/吋2(表压)的压力及高于200°F(93℃)的温度下。
全文摘要
本发明提供了在高压烟草浸渍条件下的快速输出率来膨胀烟草的方法和装置。本发明的方法和装置在循环时间少于20-30秒；使用诸如丙烷的预热预加压膨胀剂；预热烟草料；和/或在高压浸渍区中压缩烟草以大大增加高压浸渍容器中的有效空间的烟草膨胀工艺中特别有用。
文档编号A24B3/18GK1099587SQ94106900
公开日1995年3月8日 申请日期1994年6月14日 优先权日1993年6月14日
发明者H·S·伯德, L·J·康拉德, J·E·克鲁克, J·E·勒凡特, R·C·约翰逊, D·A·牛顿, H·内山, J·L·怀特 申请人:R·J·雷诺兹烟草公司