JP2016500269A - Method and apparatus for expanding a product containing starch - Google Patents
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Abstract
本発明は製品の味覚または品質に対する望ましくない影響を低減または回避しつつ、より効率的な製品の膨張を提供するような、澱粉を含有する製品を膨張させるための方法および装置を提供する。澱粉を含有する製品を膨張させるための方法は、製品がプロセスガス内で下流方向に運搬される間に、製品が熱衝撃の手段により膨張するように、下流方向に流れる高温のプロセスガスに製品を晒す工程と、プロセスガスで製品をさらに運搬する間に、冷却剤の注入によりプロセスガスの温度を下げる工程とを含む。The present invention provides a method and apparatus for expanding starch-containing products that provides more efficient product expansion while reducing or avoiding undesirable effects on product taste or quality. A method for expanding a product containing starch is the product of hot process gas flowing in the downstream direction so that the product expands by means of thermal shock while the product is transported downstream in the process gas. And a step of lowering the temperature of the process gas by injecting a coolant while the product is further transported by the process gas.
Description
本発明は澱粉を含有する製品を膨張させるための方法および装置に関連する。本発明はさらに、方法または装置により膨張した澱粉を含有する製品（例えば、たばこ）に関連する。 The present invention relates to a method and apparatus for expanding a product containing starch. The invention further relates to products (eg, tobacco) containing starch expanded by the method or apparatus.
先行技術において、その充填属性を改善する目的で、たばこを膨張させることが知られている。この解決法の大半が、たばこの膨張および乾燥が同時に起こるように、湿った刻みたばこを高速および高温の空気流内に置く工程を含む。膨張する理由は、たばこの温度の急上昇に直接関連する。膨張は非常に短い時間内に高温に晒されるたばこのセル構造の変化の結果である。膨張のメカニズムは、たばこに含まれる膨張媒体の液体から蒸気への位相変化により説明される。その上、この位相変化が起こる速度は膨張のレベルにとって非常に重要である。 In the prior art, it is known to inflate tobacco in order to improve its filling attributes. Most of this solution involves placing a wet chopped tobacco in a high speed and high temperature air stream so that tobacco expansion and drying occur simultaneously. The reason for expansion is directly related to the sudden rise in tobacco temperature. Expansion is the result of changes in tobacco cell structure that are exposed to high temperatures within a very short time. The mechanism of expansion is explained by the phase change from the liquid to the vapor of the expansion medium contained in the cigarette. Moreover, the rate at which this phase change occurs is very important for the level of expansion.
現在使用されている膨張の方法は2つのカテゴリーに分けることができる。第一のカテゴリーでは二酸化炭素、窒素、フレオンまたは有機溶剤などの膨張剤を製品に浸み込ませる。第二のカテゴリーでは膨張媒体として水のみが使用される。第一のカテゴリーは優れた膨張を提供するが、これには膨張剤を有用なものとするために追加的な含浸工程を必要とする。第二のカテゴリーも膨張を提供するが、これは最高温度の制限を理由に有効性を低下させた。また、最高温度が制限されるだけでなく、高めの温度がかけられる時間が長すぎると、膨張した製品の味覚または品質に望ましくない影響が及びかねない。 The methods of expansion currently used can be divided into two categories. In the first category, the product is soaked with a swelling agent such as carbon dioxide, nitrogen, freon or an organic solvent. In the second category, only water is used as the expansion medium. The first category provides excellent expansion, but this requires an additional impregnation step to make the expansion agent useful. The second category also provides expansion, which has diminished effectiveness due to maximum temperature limitations. Also, not only is the maximum temperature limited, but too long periods of time during which higher temperatures are applied can have an undesirable effect on the taste or quality of the expanded product.
たばこに加えて、説明した方法を使用して膨張させることができる澱粉を含有するさらなる製品には食品（例えば、とうもろこしまたは米）が含まれる。これらの製品は膨張の手段によって、それぞれポップコーンやパフライスに変形されうる。 In addition to tobacco, additional products containing starch that can be expanded using the methods described include food products (eg, corn or rice). These products can be transformed into popcorn and puffers respectively by means of expansion.
製品の味覚または品質に対する望ましくない影響を低減または回避しつつ、より効率的な製品の膨張を提供するような、澱粉を含有する製品を膨張させるための方法および装置を提供することが、本発明の目的である。 It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for expanding starch-containing products that provides more efficient product expansion while reducing or avoiding undesirable effects on product taste or quality. Is the purpose.
本発明は澱粉を含有する製品を膨張させるための方法に関連するが、この方法は、 The present invention relates to a method for expanding a product containing starch, the method comprising:
製品がプロセスガス内で下流方向に運搬される間に、製品が熱衝撃の手段により膨張するように、下流方向に流れる高温のプロセスガスに製品を晒す工程と、 Exposing the product to a hot process gas flowing downstream such that the product expands by means of thermal shock while the product is transported downstream in the process gas;
プロセスガスで製品をさらに運搬する間に、冷却剤の注入によりプロセスガスの温度を下げる工程とを含む。 Lowering the temperature of the process gas by injecting coolant during further transport of the product with the process gas.
特に、製品はプロセスガス内を運搬されるだけでなく、プロセスガスによって運搬される。 In particular, the product is not only transported in the process gas but also by the process gas.
冷却剤の注入によって、製品の周囲の温度は非常に急速に低下しかねず、製品の膨張後、プロセスガス内を運搬中に製品が無用に熱に晒されなくなる。また冷却剤の注入によって、製品が晒される熱を冷却剤が急激に低下させるため、製品は高めの温度に加熱され、高めの温度で維持されることができる。熱衝撃を改善するために、高めの温度で加熱し、その高めの温度に維持することで、より良い膨張が達成されるとともに、製品への望ましくない味覚の影響が防止される。本発明による方法は熱に対する製品の暴露時間を制限する信頼できる方法を提供する。 By injecting the coolant, the temperature around the product can drop very rapidly, and after the product expands, the product is unnecessarily exposed to heat while transporting in the process gas. Also, the injection of the coolant causes the coolant to rapidly reduce the heat to which the product is exposed, so that the product can be heated to a higher temperature and maintained at a higher temperature. In order to improve the thermal shock, heating at a higher temperature and maintaining that higher temperature achieves better expansion and prevents undesirable taste effects on the product. The method according to the invention provides a reliable way to limit the exposure time of a product to heat.
こうして、この方法では高い熱衝撃により、膨張させたたばこのより高い充填力を可能にするが、長時間にわたり製品の熱への暴露を制限することにより、望ましくない味覚の影響が防止される。そのため、改良された冷却に起因する製品の有意な味覚の変化は発生しない。 Thus, although this method allows for higher filling power of the expanded tobacco due to high thermal shock, limiting the product's exposure to heat over time prevents undesirable taste effects. Therefore, no significant taste change of the product due to improved cooling occurs.
一部の実施形態で、方法には膨張剤の注入はなく、装置は膨張媒体として水のみを使用しうる。こうして、本発明は澱粉を含有する製品を膨張のために高温に晒すことを可能にするのと同時に、暴露時間を有効に制限することができる。従って、膨張剤を使用することなく、先行技術ではできないレベルまで温度を上げることができる。製品の膨張に要求される熱衝撃のニーズに合わせて個別的な方法で、露出の時間をより自由に設定・制御できる。 In some embodiments, the method does not involve infusing agent injection and the device may use only water as the inflating medium. Thus, the present invention allows the product containing starch to be exposed to high temperatures for expansion, while at the same time effectively limiting the exposure time. Therefore, the temperature can be raised to a level not possible with the prior art without using an expanding agent. The exposure time can be set and controlled more freely in an individual way to meet the thermal shock needs required for product expansion.
特に、プロセスガスは、その熱移動能力が改善され得るような、過熱蒸気である。プロセスガスは過熱水蒸気を含みうる。特に、方法はフラッシュタワー乾燥システム内で実施されうる。 In particular, the process gas is superheated steam so that its heat transfer capability can be improved. The process gas can include superheated steam. In particular, the method can be implemented in a flash tower drying system.
特に、澱粉を含有する製品は、たばこであり、刻みたばこ、たばこラミナ、たばこの茎またはたばこの葉全体であることが好ましい。茎部分の膨張により、高い充填力を備えつつも低いニコチン含量の製品を得ることができる。その他の用途において、製品は、それらの澱粉含有量によって同様に膨張が可能な、とうもろこしや米など、澱粉を含有する別の製品としうる。 In particular, the product containing starch is tobacco, preferably chopped tobacco, tobacco lamina, tobacco stems or whole tobacco leaves. Due to the expansion of the stem portion, it is possible to obtain a product having a low nicotine content while having a high filling power. In other applications, the product can be another product containing starch, such as corn or rice, that can be similarly expanded by their starch content.
たばこは含水量が水の重量パーセントで約7〜8パーセントを下回らないことが好ましい。たばこの含水量は約13〜約30重量パーセントであることがさらに好ましい。さらに、プロセスガスまたは冷却剤の属性、特に蒸気の含量を調節することにより、たばこの含水量を制御できる。 The tobacco preferably has a moisture content not less than about 7-8 percent by weight of water. More preferably, the moisture content of the tobacco is from about 13 to about 30 weight percent. Furthermore, the moisture content of the tobacco can be controlled by adjusting the attributes of the process gas or coolant, in particular the steam content.
特に、製品を高温のプロセスガスに晒す工程と、プロセスガスの温度を下げる工程はプロセスガスが流れる管の隣接した部分で実施される。膨張および冷却をする間に製品を運搬することにより、製品の周囲の温度を急激に変化させることができ、そのため信頼できる方法で製品を所定の温度に晒すことができるようになる。 In particular, the step of exposing the product to a hot process gas and the step of lowering the temperature of the process gas are performed in adjacent portions of the tube through which the process gas flows. By transporting the product during expansion and cooling, the temperature around the product can be changed abruptly so that the product can be exposed to a predetermined temperature in a reliable manner.
冷却剤は好ましくは空気などの冷却ガスとしうる。別の方法として、冷却用液体を冷却剤として使用できる。 The coolant may preferably be a cooling gas such as air. Alternatively, a cooling liquid can be used as the coolant.
冷却剤は特に水または水蒸気としうる。冷却剤は純水または水蒸気であることが好ましい。別の方法として、または追加的に、冷却剤は窒素、二酸化炭素またはアルゴンを含むか、またはそれらで構成される。これらすべての媒体またはガスは一般に、澱粉を含有する製品と化学的に反応せず、従って、望ましくない方法で製品の味覚または外観を変化させることがない。 The coolant can in particular be water or steam. The coolant is preferably pure water or water vapor. Alternatively or additionally, the coolant comprises or consists of nitrogen, carbon dioxide or argon. All these media or gases generally do not chemically react with the starch-containing product and therefore do not change the taste or appearance of the product in an undesirable manner.
特に、プロセス媒体または冷却剤またはプロセスガスおよび冷却剤は約10パーセント未満の空気、または約2パーセント未満の酸素を含む。これは澱粉を含有する製品が酸化に晒されるのを防ぐ。冷却剤またはプロセスガスは主に窒素および二酸化炭素で構成されていることが好ましい。冷却剤はプロセスガスの流れの下流方向に、間隔を置いた複数の位置に注入しうる。 In particular, the process medium or coolant or process gas and coolant contains less than about 10 percent air, or less than about 2 percent oxygen. This prevents products containing starch from being exposed to oxidation. The coolant or process gas is preferably composed mainly of nitrogen and carbon dioxide. The coolant may be injected at a plurality of spaced locations downstream of the process gas flow.
負の温度勾配をプロセスガス内で下流方向に沿って得ることができるように、少なくとも2か所の下流位置に冷却剤を注入することでプロセスガスの温度を低下させることが好ましい。こうして、冷却剤を注入するための複数の異なる位置での冷却工程が提供される。特に、プロセスガスの流れ方向の一定の距離の全体で冷却ガスを注入することにより、温度勾配が得られる。 It is preferable to reduce the temperature of the process gas by injecting a coolant into at least two downstream positions so that a negative temperature gradient can be obtained along the downstream direction in the process gas. Thus, a cooling process at a plurality of different locations for injecting coolant is provided. In particular, a temperature gradient is obtained by injecting the cooling gas over a certain distance in the direction of flow of the process gas.
特に、製品はプロセスガスによって運搬される。こうして、製品のための追加的な運搬手段は不要である。ただし、その他の実施形態で、製品の運搬手段を、追加的にまたは代替的に提供しうる。 In particular, the product is carried by process gas. Thus, no additional transport means for the product is necessary. However, in other embodiments, a means of transporting the product may be provided additionally or alternatively.
方法は注入される冷却剤の量を調節する工程を含むことが好ましい。これは制御手段による弁の操作を含みうる。 Preferably, the method includes adjusting the amount of coolant injected. This may include the operation of the valve by the control means.
一部の実施形態で、方法は膨張媒体を使用しない。その他の実施形態で、膨張媒体を製品の膨張を促進するために注入しうる。膨張媒体は水のみとしうる。ただし、膨張媒体は膨張剤も含みうる。 In some embodiments, the method does not use an inflation medium. In other embodiments, an inflation medium may be injected to facilitate product expansion. The expansion medium can be water only. However, the expansion medium can also include an expansion agent.
方法は膨張および冷却の後で製品をプロセスガスから分離する工程を含みうる。 The method can include separating the product from the process gas after expansion and cooling.
方法は閉ループ内で運転しうるが、ここでプロセスガスは製品の分離後に、少なくとも部分的に、または完全に、再循環および加熱され、製品の膨張のために必要な加熱されたプロセスガスが提供される。 The method can operate in a closed loop, where the process gas is at least partially or fully recirculated and heated after product separation to provide the heated process gas required for product expansion Is done.
方法は冷却剤が注入される一つまたは複数の位置でプロセスガスの温度を決定する工程を含みうる。決定された温度は製品を膨張または冷却する間に、温度条件を制御するのに使用されうる。 The method may include determining the temperature of the process gas at one or more locations where coolant is injected. The determined temperature can be used to control temperature conditions while expanding or cooling the product.
方法は製品の膨張中の少なくとも高温のプロセスガスの圧力を決定する工程を含みうる。決定された圧力は膨張中の圧力条件を制御するために使用しうる。 The method may include determining the pressure of at least the hot process gas during product expansion. The determined pressure can be used to control pressure conditions during expansion.
本発明はさらに、澱粉を含有する製品を膨張させるための装置であって。
プロセスガスを加熱するよう適合されたヒーターと、
製品入口と、
運搬中に製品が膨張する高温ゾーンと、
高温ゾーンの下流の温度低下ゾーンであって、温度低下ゾーンが、製品を取り囲む前記ガスの温度が下がるように、冷却剤を高温のプロセスガスに注入するよう適合された少なくとも一つの冷却剤入口を含むゾーンとを含む、装置に関連する。
The present invention is further an apparatus for expanding a product containing starch.
A heater adapted to heat the process gas;
Product inlet,
A high temperature zone where the product expands during transportation;
A temperature reduction zone downstream of the high temperature zone, the temperature reduction zone comprising at least one coolant inlet adapted to inject coolant into the hot process gas such that the temperature of the gas surrounding the product is reduced. Related to the device, including the containing zone.
冷却剤の注入によって、製品の膨張後、装置内を通過中に製品が無用に熱に晒されなくなるように、製品の周囲の温度は非常に急速に低下しかねない。また冷却剤の注入によって、製品が晒される熱を冷却剤が急激に低下させるため、製品は高めの温度に加熱され、高めの温度で維持されることができる。熱衝撃を改善するために、高めの温度で加熱し、その高めの温度に維持することで、より良い膨張が達成されるとともに、製品への望ましくない味覚の影響が防止される。本発明は熱に対する製品の暴露時間を制限する信頼できる方法を提供する。 By injecting the coolant, the temperature around the product can drop very rapidly after the product has expanded so that the product is not unnecessarily exposed to heat while passing through the device. Also, the injection of the coolant causes the coolant to rapidly reduce the heat to which the product is exposed, so that the product can be heated to a higher temperature and maintained at a higher temperature. In order to improve the thermal shock, heating at a higher temperature and maintaining that higher temperature achieves better expansion and prevents undesirable taste effects on the product. The present invention provides a reliable method of limiting the exposure time of a product to heat.
こうして、本発明では高い熱衝撃により、膨張させたたばこのより高い充填力を可能にするが、長時間にわたり製品の熱への暴露を制限することにより、望ましくない味覚の影響が防止される。そのため、改良された冷却に起因する製品の有意な味覚の変化は発生しない。 Thus, although the present invention allows for higher filling power of expanded tobacco due to high thermal shock, limiting the product's exposure to heat over time prevents undesirable taste effects. Therefore, no significant taste change of the product due to improved cooling occurs.
特に、膨張剤の注入は不要であり、装置は膨張媒体として水のみを使用しうる。こうして、本発明は澱粉を含有する製品を膨張のために高温に晒すことを可能にするのと同時に、暴露時間を有効に制限することができる。従って、膨張剤を使用することなく、先行技術ではできないレベルまで温度を上げることができる。製品の膨張に要求される熱衝撃のニーズに合わせて個別的な方法で、露出の時間をより自由に設定・制御できる。 In particular, no injection of swelling agent is required and the device can use only water as the swelling medium. Thus, the present invention allows the product containing starch to be exposed to high temperatures for expansion, while at the same time effectively limiting the exposure time. Therefore, the temperature can be raised to a level not possible with the prior art without using an expanding agent. The exposure time can be set and controlled more freely in an individual way to meet the thermal shock needs required for product expansion.
特に、プロセスガスは、その熱移動能力が改善され得るような、過熱蒸気である。プロセスガスは過熱水蒸気を含みうる。特に、装置はフラッシュタワー乾燥システムとしうる。 In particular, the process gas is superheated steam so that its heat transfer capability can be improved. The process gas can include superheated steam. In particular, the device may be a flash tower drying system.
特に、澱粉を含有する製品は、たばこであり、刻みたばこ、たばこラミナ、たばこの茎またはたばこの葉全体であることが好ましい。茎部分の膨張により、高い充填力を備えつつも低いニコチン含量の製品を得ることができる。その他の用途において、製品は、それらの澱粉含有量によって同様に膨張が可能な、とうもろこしや米など、澱粉を含有する別の製品としうる。 In particular, the product containing starch is tobacco, preferably chopped tobacco, tobacco lamina, tobacco stems or whole tobacco leaves. Due to the expansion of the stem portion, it is possible to obtain a product having a low nicotine content while having a high filling power. In other applications, the product can be another product containing starch, such as corn or rice, that can be similarly expanded by their starch content.
たばこは含水量が水の重量パーセントで約7〜8パーセントを下回らないことが好ましい。たばこの含水量は約13〜約30重量パーセントであることがさらに好ましい。さらに、プロセスガスまたは冷却剤の属性、特に蒸気の含量を調節することにより、たばこの含水量を制御できる。 The tobacco preferably has a moisture content not less than about 7-8 percent by weight of water. More preferably, the moisture content of the tobacco is from about 13 to about 30 weight percent. Furthermore, the moisture content of the tobacco can be controlled by adjusting the attributes of the process gas or coolant, in particular the steam content.
製品は温度低下ゾーン内を運搬されることが好ましい。特に、高温ゾーンおよび温度低下ゾーンは管の隣接した部分により形成される。膨張および冷却をする間に製品を運搬することにより、製品の周囲の温度を急激に変化させることができ、そのため信頼できる方法で製品を所定の温度に晒すことができるようになる。 It is preferred that the product is transported in a temperature reduction zone. In particular, the hot zone and the cold zone are formed by adjacent parts of the tube. By transporting the product during expansion and cooling, the temperature around the product can be changed abruptly so that the product can be exposed to a predetermined temperature in a reliable manner.
冷却剤は好ましくは空気などの冷却ガスとしうる。別の方法として、冷却用液体を冷却剤として使用できる。 The coolant may preferably be a cooling gas such as air. Alternatively, a cooling liquid can be used as the coolant.
冷却剤は特に水または水蒸気としうる。冷却剤は純水または水蒸気であることが好ましい。別の方法として、または追加的に、冷却剤は窒素、二酸化炭素またはアルゴンを含むか、またはそれらで構成される。これらすべての媒体またはガスは一般に、澱粉を含有する製品と化学的に反応せず、従って、望ましくない方法で製品の味覚または外観を変化させることがない。 The coolant can in particular be water or steam. The coolant is preferably pure water or water vapor. Alternatively or additionally, the coolant comprises or consists of nitrogen, carbon dioxide or argon. All these media or gases generally do not chemically react with the starch-containing product and therefore do not change the taste or appearance of the product in an undesirable manner.
特に、プロセス媒体または冷却剤またはプロセスガスおよび冷却剤は、約10パーセント未満の空気、または約2パーセント未満の酸素を含む。これは、澱粉を含有する製品が酸化に晒されるのを防ぐ。冷却剤またはプロセスガスは主に窒素および二酸化炭素で構成されていることが好ましい。 In particular, the process medium or coolant or process gas and coolant includes less than about 10 percent air, or less than about 2 percent oxygen. This prevents products containing starch from being exposed to oxidation. The coolant or process gas is preferably composed mainly of nitrogen and carbon dioxide.
冷却剤入口は注入される冷却剤の量を調節するよう適合された弁を含むことが好ましい。特に、弁（単一または複数）の処理能力は連続的に調節できる。こうして、温度低下ゾーン内での正確な温度制御が達成される。特に、弁は、フィードバック値として温度条件、特に温度低下ゾーン内またはその端部での温度を持つフィードバック制御により制御されうる。 The coolant inlet preferably includes a valve adapted to regulate the amount of coolant injected. In particular, the throughput of the valve (s) can be adjusted continuously. Thus, precise temperature control within the temperature drop zone is achieved. In particular, the valve can be controlled by feedback control with a temperature condition as feedback value, in particular a temperature in or at the end of the temperature reduction zone.
別の実施形態で、複数の冷却剤入口が、温度低下ゾーン内に下流方向に次々に配置されている。好ましくは2〜10個の冷却剤入口が提供される。この配置により、プロセスガスおよびその内部にある製品のより高速かつ効率的な冷却が許容される。その上、温度低下ゾーンの下流方向での温度勾配のより正確な調節が達成できる。特に、弁をそれぞれの冷却剤入口に割り当てうる。好ましくは弁は相互に独立して制御される。ただし、一部の実施形態で、弁はまた、例えばそれらの弁を開く度合いを比例的にセットすることにより、相互に依存して制御させうる。その他の実施形態で、中央の弁によって、複数の入口を通過する冷却剤の処理能力を制御できるように、複数の冷却剤入口について一つの弁のみを提供しうる。 In another embodiment, a plurality of coolant inlets are disposed one after the other in the temperature reduction zone. Preferably 2 to 10 coolant inlets are provided. This arrangement allows for faster and more efficient cooling of the process gas and the products within it. Moreover, a more precise adjustment of the temperature gradient in the downstream direction of the temperature reduction zone can be achieved. In particular, a valve can be assigned to each coolant inlet. Preferably the valves are controlled independently of each other. However, in some embodiments, the valves can also be controlled interdependently, for example by setting the degree of opening of the valves proportionally. In other embodiments, only one valve may be provided for multiple coolant inlets so that the central valve can control the throughput of the coolant passing through the multiple inlets.
制御手段は少なくとも一つの弁を制御するために供給されることが好ましい。特に、制御手段は温度低下ゾーンの端部で要求される温度に従い弁を制御するが、この温度は特にセンサーによって決定しうる。 The control means is preferably provided for controlling at least one valve. In particular, the control means controls the valve according to the temperature required at the end of the temperature reduction zone, which can be determined in particular by a sensor.
別の実施形態で、次々に配置されている複数の冷却剤入口の弁が別個に制御でき、温度低下ゾーンの下流方向に、定義済みの温度勾配を可能にするよう適合された制御手段を提供しうる。これにより、温度低下ゾーン内でのより適切でより正確な温度勾配の制御が許容される。特に、制御手段により、装置を異なる製品処理能力量に適合させることができる。 In another embodiment, a plurality of coolant inlet valves arranged one after the other can be controlled separately, providing a control means adapted to allow a defined temperature gradient in the downstream direction of the temperature drop zone Yes. This allows for more appropriate and more accurate temperature gradient control within the temperature drop zone. In particular, the control means can adapt the device to different product throughputs.
好ましくは装置はさらに膨張媒体入口を含む。膨張媒体入口は特に、製品入口の上流であり、より具体的にはヒーターの上流である。特に、膨張媒体は蒸気であり、過熱蒸気であることが好ましい。 Preferably the device further comprises an inflation medium inlet. The expansion medium inlet is in particular upstream of the product inlet, more specifically upstream of the heater. In particular, the expansion medium is steam and is preferably superheated steam.
特に、プロセスガスが過熱蒸気となるように、さらなる熱をヒーターによってかけることもできる。蒸気は特に、たばことともにシステムに入り込んだガスや空気に取って代わりうる。従って、排ガスの一部は、膨張媒体がプロセスガスに注入される前に、プロセスガスの循環から除去されうる。 In particular, further heat can be applied by the heater so that the process gas becomes superheated steam. Steam, in particular, can replace gas and air that enter the system along with tobacco. Thus, a portion of the exhaust gas can be removed from the process gas circulation before the expansion medium is injected into the process gas.
特に、ヒーターは製品入口の上流に配置される。製品入口は高温ゾーン内に配置されうる。特に、ヒーターはプロセスガスを摂氏約160〜600度に加熱し、摂氏約200度まで加熱することが好ましい。従って、ヒーターは摂氏約220〜1000度の温度に加熱される。 In particular, the heater is arranged upstream of the product inlet. The product inlet can be located in the hot zone. In particular, the heater heats the process gas to about 160-600 degrees Celsius and preferably to about 200 degrees Celsius. Thus, the heater is heated to a temperature of about 220-1000 degrees Celsius.
別の実施形態で、装置はさらに、製品がプロセスガスから分離される製品分離装置をさらに含む。製品分離装置は、製品が重力下で落下しつつ、プロセスガスの流れが別の方向、特に上方向に向いている、重力作動式の製品分離装置としうる。プロセスガスの流速は、特に製品分離装置内の管またはシリンダーの直径を増やすことにより、製品分離装置内で減速することができる。発明の実施形態で適用できる考えられるその他の製品分離装置には、サイクロン分離ユニットまたは篩が含まれる。 In another embodiment, the apparatus further includes a product separation device in which the product is separated from the process gas. The product separation device may be a gravity-operated product separation device in which the product falls under gravity while the process gas flow is directed in another direction, in particular upwards. The process gas flow rate can be slowed down in the product separator, particularly by increasing the diameter of the tube or cylinder in the product separator. Other possible product separation devices that can be applied in embodiments of the invention include a cyclone separation unit or sieve.
高温ゾーンおよび温度低下ゾーンが、閉ループ内に配置されており、製品分離装置が、温度低下ゾーンの下流の位置に配置され、製品入口が高温ゾーン内に配置されていることが好ましい。これにより、プロセスガスの残留した熱が再利用されるため、エネルギー効率が改善される。その上、プロセスガスに含まれる膨張媒体が再利用されうる。これは、装置の運転コストに著しく影響する物質（アルゴンなど）を膨張媒体が含む場合に、特に有用である。 Preferably, the high temperature zone and the low temperature zone are arranged in a closed loop, the product separation device is arranged at a position downstream of the low temperature zone, and the product inlet is arranged in the high temperature zone. This improves the energy efficiency because the residual heat of the process gas is reused. Moreover, the expansion medium contained in the process gas can be reused. This is particularly useful when the expansion medium contains a substance (such as argon) that significantly affects the operating cost of the device.
一つの実施形態において、温度センサーは少なくとも温度低下ゾーンに沿って分布する。温度センサーは少なくとも一つの冷却剤入口の少なくとも一つの弁の制御手段に対して、複数の位置でのプロセスガスの温度の形での入力信号を提供することが好ましい。好ましくは少なくとも一つの温度センサーは、温度低下ゾーンの下流端に提供されることが好ましい。その上、温度センサーは冷却剤入口の前または後に配置しうる。すべての温度センサーの信号を1つの制御手段に提供することもできるが、これは従って、制御を温度の相関に頼る。 In one embodiment, the temperature sensors are distributed at least along the temperature drop zone. The temperature sensor preferably provides an input signal in the form of the temperature of the process gas at a plurality of positions to the control means of the at least one valve at the at least one coolant inlet. Preferably at least one temperature sensor is provided at the downstream end of the temperature reduction zone. Moreover, the temperature sensor can be placed before or after the coolant inlet. Although all temperature sensor signals can be provided to one control means, this relies on temperature correlation for control.
その上、一部の実施形態で、圧力センサーを本発明による装置内に提供できる。特に、製品の膨張を促進するために、周囲圧力より低い圧力を高温ゾーン内で維持できるように、装置を制御できる。好ましくは制御手段は、高温ゾーン内の圧力が周囲圧力よりも低いか、または少なくとも著しく高くならないように制御するよう適合される。 Moreover, in some embodiments, a pressure sensor can be provided in a device according to the present invention. In particular, the device can be controlled such that a pressure below ambient pressure can be maintained in the hot zone to facilitate product expansion. Preferably the control means is adapted to control so that the pressure in the hot zone is lower than ambient pressure or at least not significantly higher.
一つの実施形態において、製品はプロセスガスの流れによって運搬される。特に、プロセスガスが製品を運搬するための十分な力をかけることができるように、製品は小片の形態である。プロセスガス流は、製品が挿入される管内を十分に早い速度で流れることが好ましい。その他の実施形態で、製品は、コンベアベルトまたはそれに類するものなど、追加的な運搬手段により運搬されうる。 In one embodiment, the product is carried by a process gas stream. In particular, the product is in the form of small pieces so that the process gas can apply sufficient force to carry the product. The process gas stream preferably flows at a sufficiently high rate within the tube into which the product is inserted. In other embodiments, the product may be transported by additional transport means such as a conveyor belt or the like.
その上、本発明は、前もって記載した通り、本発明による方法または装置により加工されたたばこを含む、たばこ製品を提供する。たばこ製品は特にカットフィラーたばこである。ただし、たばこ製品は、たばこ全体または刻みたばこ葉、または特に紙巻たばこまたは葉巻たばこといった喫煙物品などの最終製品ともしうる。その上、たばこ製品は、たばこの加熱のみを行うが燃焼しない、喫煙装置のための製品を含むたばことしうる。特に、たばこ製品は高めの膨張レベルを持つことで、先行技術での膨張させたたばこ製品とは異なる。ここで本発明について、下記の図に表示した模範的な実施形態によってさらに説明する。 Moreover, the present invention provides a tobacco product comprising tobacco processed by the method or apparatus according to the present invention as previously described. Tobacco products are in particular cut filler tobacco. However, the tobacco product may also be a final product such as a whole tobacco or chopped tobacco leaves, or smoking articles such as cigarettes or cigarettes in particular. Moreover, tobacco products can include products for smoking devices that only heat but not burn tobacco. In particular, tobacco products differ from prior-expanded tobacco products by having a higher level of expansion. The invention will now be further illustrated by the exemplary embodiments shown in the following figures.
図1に示す発明の実施形態による装置は上流管1を備え、その中を再循環されたプロセスガスの少なくとも一部が流れる。膨張媒体入口2は上流管1に配置される。膨張媒体入口2は特に、注入される膨張媒体の量を調節するための制御弁を備える。膨張媒体は特に、工程内で再循環されるプロセスガスに取り代わるかまたは希釈する。特に、膨張媒体は、たばこによってプロセスガス内に入り込んだガスまたは空気に取り代わる。 The apparatus according to the embodiment of the invention shown in FIG. 1 comprises an upstream pipe 1 through which at least part of the recirculated process gas flows. The expansion medium inlet 2 is arranged in the upstream pipe 1. The inflation medium inlet 2 comprises in particular a control valve for adjusting the amount of inflation medium injected. The expansion medium in particular replaces or dilutes the process gas that is recycled in the process. In particular, the expansion medium replaces the gas or air that has entered the process gas by the tobacco.
上流管1は、その中でプロセスガスを加熱できる炉または熱交換器3につながる。炉または熱交換器3は排ガスをプロセスガスから分離する排ガス出口4を備えうる。熱交換器3は、プロセスガスを加熱するために、再循環したプロセスガスまたは排ガスの熱を使用しうる。 The upstream pipe 1 leads to a furnace or heat exchanger 3 in which the process gas can be heated. The furnace or heat exchanger 3 can comprise an exhaust gas outlet 4 for separating the exhaust gas from the process gas. The heat exchanger 3 can use the heat of the recirculated process gas or exhaust gas to heat the process gas.
熱交換器3の下流に、ヒーター5を提供しうる。ヒーター5の運転時の温度は摂氏約220〜1000度とすることができ、プロセスガスを摂氏160〜600度に加熱することができ、摂氏180度に加熱することが好ましい。熱交換器3またはヒーター5の下流の部分は高温ゾーン6である。高温ゾーン6は特に加熱手段3、5と冷却剤入口7との間に広がっている。特に、製品入口8は高温ゾーン6内に配置される。製品入口8は高温ゾーンの実質的に上流の位置に配置される。より具体的に、製品入口8は高温ゾーン6内のヒーター5または熱交換器3のわずかに下流に配置される。製品入口8は、時間当たりの制御された量の澱粉を含有する製品を高温ゾーン6に連続的に提供するよう適合される。これは製品の量を制御できるように、製品入口8内に用量決定手段として回転ドラムを提供することにより達成しうる。製品が高温ゾーン6内にあるとき、促進された熱衝撃が発生し、製品が膨張する。たばこのほかに、澱粉を含有するその他の製品も膨張しうる。 A heater 5 can be provided downstream of the heat exchanger 3. The operating temperature of the heater 5 can be about 220 to 1000 degrees Celsius, the process gas can be heated to 160 to 600 degrees Celsius, and preferably heated to 180 degrees Celsius. The downstream portion of the heat exchanger 3 or the heater 5 is a high temperature zone 6. The hot zone 6 extends in particular between the heating means 3, 5 and the coolant inlet 7. In particular, the product inlet 8 is arranged in the hot zone 6. Product inlet 8 is located at a position substantially upstream of the hot zone. More specifically, the product inlet 8 is located slightly downstream of the heater 5 or heat exchanger 3 in the high temperature zone 6. The product inlet 8 is adapted to continuously provide the hot zone 6 with a product containing a controlled amount of starch per hour. This can be achieved by providing a rotating drum as a dose determining means in the product inlet 8 so that the amount of product can be controlled. When the product is in the hot zone 6, an accelerated thermal shock occurs and the product expands. In addition to tobacco, other products containing starch can also expand.
製品は極端な温度に晒されるが、その一方でこの暴露の時間は、高温ゾーン6の長さおよびその内部のプロセスガスの流量という手段によって制限される。熱移動のための媒体として、特に過熱水蒸気といった過熱プロセスガスを使用することにより、製品に対する高い熱移動係数が達成される。製品入口7により供給されるたばこは特に刻みたばこであり、これは加香または含浸を行うことによるか、あるいは蒸気をあてることによるなど、既に前処理されたものとしうる。プロセスガスの種類、圧力、温度および組成は、膨張媒体入口2、排ガス出口4、および熱交換器3およびヒーター5によって制御されうる。 While the product is exposed to extreme temperatures, the duration of this exposure is limited by means of the length of the hot zone 6 and the flow of process gas inside it. By using a superheated process gas, in particular superheated steam, as the medium for heat transfer, a high heat transfer coefficient for the product is achieved. The tobacco supplied by the product inlet 7 is in particular chopped tobacco, which may have already been pretreated, such as by scenting or impregnation, or by applying steam. The type, pressure, temperature and composition of the process gas can be controlled by the expansion medium inlet 2, the exhaust gas outlet 4, and the heat exchanger 3 and the heater 5.
特に、製品入口8を通して供給されるたばこは少なくとも約7〜8重量パーセントの水を含む。たばこ内の含水量は13〜30重量パーセントであることがより好ましい。澱粉内に蒸気が発生することが、たばこ内での澱粉の膨張の主な原因であるため、たばこの膨張に関しては含水量は重要である。高温ゾーン6の下流には、複数の冷却剤入口7が、温度低下ゾーン9内に提供される。冷却剤入口7は温度低下ゾーン9内に次々に配置されている。冷却剤入口7は、温度低下ゾーン9を形成する管内に直接提供されている注入ノズルと、それぞれの冷却剤入口7内を通して冷却剤の流れを制御する流量制御弁10とを備える。冷却剤入口7は冷却剤を注入するよう適合されている。冷却剤は特に、高温ゾーン6内のプロセスガスよりも低温のガスである。こうして、温度低下ゾーン9内で、プロセスガスおよび製品の温度が低下する。プロセスガスおよびたばこは次に、温度低下ゾーン9の下流に配置されている低下した温度ゾーン11内に流れ込む。冷却剤がプロセスガスと製品粒子（特に、たばこ粒子）の混合物に、それらの温度を低下するために導入されることができるように、プロセスガスにより供給される高温の媒体に製品が晒される時間は、冷却剤入口7（特に、注入ノズルの形態）および制御手段のセットを提供することで制御される。こうして、高温暴露の持続時間は自由に設定することができる。これにより、膨張剤を使用することなく、先行技術ではできないレベルまで、高温ゾーン6内の温度を上げることができる。こうして、たばこは極端な温度に晒されることができ、これによってたばこの膨張が促進される。
In particular, the tobacco supplied through the product inlet 8 contains at least about 7-8 weight percent water. More preferably, the water content in the tobacco is 13 to 30 weight percent. Since the generation of steam in starch is a major cause of starch expansion in tobacco, water content is important for tobacco expansion. Downstream of the high temperature zone 6, a plurality of coolant inlets 7 are provided in the temperature reduction zone 9. The coolant inlets 7 are arranged one after the other in the temperature reduction zone 9. The coolant inlet 7 comprises an injection nozzle provided directly in the tube forming the temperature reduction zone 9 and a
特に、温度低下ゾーン9は管によって形成されることができ、流れ方向へのその伸長方向は少なくとも垂直の成分を含む。特に、温度低下ゾーン9内の管は実質的に上向きの垂直方向に伸びうる。こうして、製品に対する重力による力により、製品の流れをプロセスガスの流れよりもわずかに遅くすることができ、これにより、製品が温度低下ゾーン9内にある時間が長くなる。これにより、冷却剤入口7により提供される冷却効果が、制御手段および温度低下ゾーン9によって増大しうる。特に、流量制御弁10は冷却剤を注入するよう制御される。冷却剤入口7は、望ましい冷却効果を達成するために、異なる構成および位置に配置することができる。本実施形態で、冷却剤入口7は温度低下ゾーン9の管に沿って実質的に等距離で配置される。
In particular, the temperature reduction zone 9 can be formed by a tube, whose extension direction to the flow direction comprises at least a vertical component. In particular, the tubes in the temperature reduction zone 9 can extend in a substantially upward vertical direction. Thus, the force of gravity on the product can cause the product flow to be slightly slower than the process gas flow, thereby increasing the time that the product is in the lower temperature zone 9. Thereby, the cooling effect provided by the coolant inlet 7 can be increased by the control means and the temperature reduction zone 9. In particular, the
低下した温度ゾーン11は、本実施形態では、実質的に水平方向に伸びる。低下した温度ゾーン11の下流には製品分離装置12が提供される。製品分離装置12は特に重力作動式の製品分離装置である。製品分離装置12は、その上部で円柱、およびその下部で円錐の形態を持ちうる。円錐の最も下の位置には製品出口13が提供される。製品出口13は開口部か閉鎖可能な開口部のいずれかであるか、または加工された製品を製品分離装置12から取り除くための回転可能なドラムなどの、運搬手段を備えうる。製品分離装置12はその上部で再循環管14に接続されている。再循環管14内のプロセスガスの温度は摂氏約140度である。装置の閉ループ系内のプロセスガスの流れは、再循環管14内に提供されるポンプまたはファン15により可能となる。再循環管14の下流端には、プロセスガスの他の部分が上流管1に流れ込む前にプロセスガスの一部を除去するための排ガス出口16が提供される。再循環管14および上流管1は一体型としうる。排ガス出口16には排ガスの流出を制御する弁を提供しうる。装置全体に、特に高温ゾーン6、温度低下ゾーン9、および一部の実施形態では低下した温度ゾーン11にも、1つまたは複数の温度センサーを配置しうる。温度センサーはプロセスガスおよびたばこの温度の制御を可能にしうる。その上、複数の温度センサーにより、装置全体での、また特に温度低下ゾーン9での温度プロファイルの制御が許容されうる。特に、温度低下ゾーン9での温度は冷却剤の種類、温度、体積、流量または液滴サイズによって決定されうる。
The lowered
一部の実施形態で、圧力センサーを含み、従って装置全体のファンまたはポンプおよびそれぞれの弁を制御する圧力制御を、装置内に導入しうる。こうして、圧力の均衡または圧力の制御が達成できる。その上、プロセスガスの流速を制御することによって、製品の高温暴露の持続時間を制御することができる。 In some embodiments, a pressure control may be introduced into the device that includes a pressure sensor and thus controls the fans or pumps and the respective valves throughout the device. Thus, pressure balance or pressure control can be achieved. Moreover, by controlling the process gas flow rate, the duration of high temperature exposure of the product can be controlled.
上述のすべての制御パラメータは特に、たばこの増えた体積のパーセント値であるたばこの膨張レベル、および熱衝撃レベルといった、製品の出口条件を定義する。 All the control parameters described above define product exit conditions, in particular the tobacco expansion level, which is a percentage of the increased tobacco volume, and the thermal shock level.
下記において、発明の一実施形態による方法を説明する。まず、少なくとも部分的に再循環されるプロセスガスを、上流管1にある膨張媒体入口を通して膨張媒体とともに供給できる。次に、プロセスガスは熱交換器3またはヒーター5、あるいは熱交換器3およびヒーター5によって加熱される。ヒーター5は特に電気的なヒーターとしうる。ただし、その他の実施形態で、ヒーター5はそれを通して加熱媒体が流れるヒーターともしうる。次に、製品、特にカットフィラーたばこは、製品入口8を通して高温ゾーン9に供給される。製品内の水分、および製品の澱粉含有量により、製品の急激な温度変化時に発生する熱衝撃は製品を膨張させる。特に、製品は高温ゾーン6内の温度よりも著しく低い温度で製品入口8を通して供給される。特に、製品は周囲温度で、またはさらには周囲温度よりも低い温度で、製品入口8を通して供給される。製品は特に水の沸点よりもわずかに低い温度に、あらかじめ加熱しておくこともできる。 In the following, a method according to an embodiment of the invention will be described. First, the process gas that is at least partially recirculated can be supplied with the expansion medium through the expansion medium inlet in the upstream pipe 1. Next, the process gas is heated by the heat exchanger 3 or the heater 5, or the heat exchanger 3 and the heater 5. The heater 5 can in particular be an electric heater. However, in other embodiments, the heater 5 may be a heater through which a heating medium flows. The product, in particular cut filler tobacco, is then fed into the hot zone 9 through the product inlet 8. Due to the moisture in the product and the starch content of the product, the thermal shock generated during a sudden temperature change of the product causes the product to expand. In particular, the product is fed through the product inlet 8 at a temperature significantly lower than the temperature in the hot zone 6. In particular, the product is fed through the product inlet 8 at ambient temperature or even at a temperature lower than ambient temperature. The product can also be preheated, in particular to a temperature slightly below the boiling point of water.
製品はプロセスガスによって高温ゾーン6を通して温度低下ゾーン9に達するまで運搬され、そこでは次々に続く複数の冷却剤入口7が提供される。温度低下ゾーン9内の温度が急激に低下するように、それぞれの冷却剤入口7を通して冷却剤が温度低下ゾーン9に注入される。この目的で、流量制御弁が、それぞれの冷却剤入口7に割り当てられる。温度低下ゾーン9の後、製品はプロセスガスの温度を著しく低下させた、低下した温度ゾーン11に達する。冷却剤がプロセスガスおよび製品を急激に冷却する温度低下ゾーン9により、製品を高温ゾーン6内で、匹敵する従来の技術の解決策におけるよりも高い温度に晒すことができる。特に、熱衝撃は製品入口8を通して供給される前の製品と、高温ゾーン6内の温度との温度差によって定義される。ただし、製品が高温に晒される時間が長すぎる場合、劣化が起こることになり、これが、製品の味覚、構造または外観の変化につながることがあり、これは望ましくない。
The product is transported by the process gas through the hot zone 6 until it reaches the cold zone 9 where a plurality of successive coolant inlets 7 are provided. A coolant is injected into the temperature reduction zone 9 through each coolant inlet 7 so that the temperature in the temperature reduction zone 9 rapidly decreases. For this purpose, a flow control valve is assigned to each coolant inlet 7. After the temperature reduction zone 9, the product reaches a reduced
低下した温度ゾーン11の後、膨張した製品はプロセスガスとともに製品分離装置に達し、ここでプロセスガスから分離される。次に、プロセスガスは再循環管14を通して上流管1に再循環され、ここでプロセスガスの一部を、排ガス出口16を通してシステムから排出できる。装置内のプロセスガスの循環を維持するために、ファン15が再循環管14内に提供される。別の方法として、装置内の別の位置に、ファン15またはその他何らかの循環手段を提供することも可能である。循環手段は中央制御手段に接続しうる。プロセスガスの流れ、温度および冷却剤の抽出は、中央制御手段によって制御することができる。
After the reduced
Claims (15)
前記製品がプロセスガス内で下流方向に運搬される間に、前記製品が熱衝撃の手段により膨張するように、前記下流方向に流れる高温の前記プロセスガスに前記製品を晒す工程と、
前記プロセスガスで前記製品をさらに運搬する間に、冷却剤の注入により前記プロセスガスの温度を下げる工程とを含む。 A method for expanding a product containing starch, the method comprising:
Exposing the product to the hot process gas flowing in the downstream direction so that the product expands by means of thermal shock while the product is transported downstream in the process gas;
Lowering the temperature of the process gas by injecting coolant during further transport of the product with the process gas.
プロセスガスを加熱するよう適合されたヒーターと、
製品入口と、
運搬中に前記製品が膨張する高温ゾーンと、
高温ゾーンの下流の温度低下ゾーンであって、前記温度低下ゾーンが、前記製品を取り囲む前記ガスの温度が下がるように、高温のプロセスガスに冷却剤を注入するよう適合された少なくとも一つの冷却剤入口を含むゾーンとを含む、装置に関連する。 An apparatus for inflating a product containing starch,
A heater adapted to heat the process gas;
Product inlet,
A high temperature zone where the product expands during transportation;
A temperature reduction zone downstream of a high temperature zone, wherein the temperature reduction zone is adapted to inject coolant into the hot process gas such that the temperature of the gas surrounding the product decreases. And a zone containing an inlet.
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