JP2012509679A - 加熱押出成形による喫煙品の製造 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つの押出過程により処理されるタバコ材料から喫煙品を製造する方法に関する。この方法は、圧力および温度の上昇による圧縮と、押出機（１）の排出口における材料の機械的処理および急速乾燥とを含む。加熱処理流体（７）は、加工熱を供給するための伝熱媒体として押出機（１）内のタバコ材料に供給される。本発明はさらに、圧力および温度の上昇によるタバコ材料の圧縮と、押出機の排出口における材料の機械的処理および急速乾燥とを実行する押出機（１）を備える、タバコ材料から喫煙品を製造する装置に関する。押出機（１）は伝熱媒体として加工熱を供給するために、押出機（１）に供給される処理流体（７）を加熱するヒーター（１１）を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも一つの押出過程により加工されたタバコ材料から喫煙品を製造する方法、および押出機を備えた、タバコ材料から喫煙品を製造する装置に関する。本発明は一般に押出機中でタバコ材料を加工する技術分野に関する。

多くの押出機の用途では、特にでんぷん系およびセルロース系天然材料 （食品）を加工する際に状態調節は不可欠な工程である。状態調節は水または水蒸気を用いる処理湿度の設定を意味するものである。これらの必須の課題は多くの場合、上流の処理や装置により完了される。この処理は蒸気および／または水を迅速に吸収するのに十分な浸透性を有する天然材料の能力を利用して実行される。この装置は周囲圧力で操作される。

別の標準的な方法では、多くの場合に、押出機への投入領域に事前に湿らせた材料が投入される。この事前に湿らせた材料は、製品の自由流動特性に悪影響を及ぼす。これは材料サイズおよび／または投入口の形状に応じて橋かけを誘発し、したがって供給される質量流を破壊する。

本発明は、一般に前述の食品加工分野および／または食料および高級食料にも使用できる。ただしこの例では、タバコ材料の加工分野をより詳しく記載する。

従来の方法では、タバコの調製は実質的に切断機を用いて原材料から繊維状粒子を製造することである。これに対して、押出成形は、従来の方法の工程である「高温短時間処理」と比較して、タバコの加工に顕著な利点を提供する。

以下の表に、タバコの加工における処理範囲を対比して示す。

押出成形中、特に単軸押出機では運転モードに応じて、製品の実際の温度に応じて所望の加熱または所望しない加熱さえも生じるせん断力（最大入力０．１ｋＷｈ／ｋｇのせん断エネルギー）が材料に加えられる。製品が温度感受性を持つので、この過程を適切に冷却する必要がある。押出機内の材料輸送は、抵抗流、圧力流および間隙流の原理により決定される。損失エネルギーは、スクリュー駆動、すなわち電気エネルギーを熱エネルギーに変換することにより供給される。

特許文献１および２には、タバコの出発原料をせん断により押出機内で６０〜１８０℃に加熱する代表的なタバコの押出成形が記載されている。これらの開示された方法では、実質的に電気エネルギーを利用して熱を生成する。

押出機のジャケット加熱もまた公知であるが、少量の熱が交換できるだけである、というのは押出機の内壁からタバコの集合体までの熱抵抗が小さく、それ故その速度を決定するからである。また、対流による熱の調節はスクリューの高い充填レベルを前提とするが、この条件は常に実現できるわけではない。

主にエネルギーの変換に関連して、押出機を用いて喫煙品の製造を最適化することが本発明の目的である。特に、最小限の電気エネルギー消費により押出成形が実現できる製造を可能にすることを意図する。

この目的は、請求項１に従う方法、および請求項８に従う装置により達成される。従属請求項は本発明の好ましい実施形態を規定する。

タバコ材料から喫煙品を製造する本発明に従う方法では、タバコ材料は、圧力および温度の上昇によるタバコ材料の圧縮と、押出機の排出口における材料の機械的処理および瞬間復元による乾燥とを含む少なくとも一つの押出過程により加工される。加熱処理流体が、加工熱を供給するための伝熱媒体として押出機内のタバコ材料に供給される。

この意味において本発明による方法は、「加熱押出」とも呼ばれる。用語「加熱押出」は、一変形例においては、移動媒体を用いて押出機内にエンタルピーを意図的に直接導入する構成のことをいう。他の物体間の摩擦により事前に発生した必要な温度上昇は、本発明に直接または間接的に従って、かつ他のエネルギー移動媒体により少なくとも部分的に伝達される。ここでは、加熱に消費される電気エネルギーも最小にするか皆無にする。

上述の本発明の利点は、エネルギーコストバランスの改善に加えてさらに、モーター、変速機および用途に応じて周波数変換器のサイズが縮小され、これもまたコストの削減になる。要求される回転力の伝達もまた低減される。これにより、スクリューの芯におけるねじり剛性が低減する（例えば、同じ外径に対する直径の縮小）。この考察は実用的である、というのは、スクリュー室の深さがより大きくなると、同じ直径のハウジングに対する「抵抗体積」の増加による質量流が増加するからである。

以下の表に、装置にエネルギーを入力する作業の最適モードを比較して示す。

日常の実施では、控えめな供給モードによる操作が好ましい、というのは、部分的に供給されたスクリュー移動の領域が非加圧状態になり、閉塞の危険性がより小さくなるからである。この結果、例えば、利用可能な水源の水圧（３バール）で必要な水量を直接導入することが容易になる。ただし、ごく一般的には、処理流体は押出機に導入される前に、押出機に割り当てられたポンプにより輸送することもできる。ここで、流体の圧力は、特に加熱前に、導入地点で実質的には押出機の圧力まで上げられる。

本発明では、操作上利用可能な伝熱媒体および／または流体、例えば、蒸気および水などの加熱された調節剤を統合することは利点となる。処理流体は押出機に導入される前に、押出機に割り当てられたヒーターにより加熱されてもよい。

下記の状態のいずれかの加熱処理流体が有利である。
一般的な圧力における特に沸点直下の高温水。
具体的には１００〜３５０℃、特に２００〜３００℃の温度範囲、かつ５０〜１５０バール特に８０〜１２０バールの圧力範囲の過熱水。
過熱蒸気。

バールの値は絶対圧に関連する。

処理流体は押出機の温度上昇に伴い増加する質量流、具体的には５〜６０ｋｇ／ｈ特に３０〜４５ｋｇ／ｈの質量流で押出機に導入されてもよい。

タバコ材料から喫煙品を製造する本発明による装置は、圧力および温度の上昇によるタバコ材料の圧縮と、押出機の排出口における材料の機械的処理および瞬間復元による乾燥とを実行する押出機を有する。押出機は伝熱媒体として加工熱を供給するために、押出機に供給される処理流体を加熱するヒーターを備える。（機械的および外部からの加熱に加えて）さらに熱エネルギーがタバコ材料に供給される。

一実施形態では、ポンプが処理流体の輸送経路に配置され、流体を輸送する。ここで、特に流体の圧力は、導入地点で実質的には押出機の圧力まで上げられる。ポンプは、処理流体の輸送経路におけるヒーターの上流、特に流体貯蔵器の下流に配置されてもよい。

本発明は、実施形態に基づいてかつ添付の図面を参照して以下により詳細に記載される。本発明は、個別にかつ任意の好都合な組み合わせによりここに記載した任意の特徴を含んでもよく、ここに示した方法の変形例および装置の変形物を喫煙品の製造分野で用いるものとして解釈されてもよい。

加熱押出を用いて喫煙品を製造する本発明に従って構成された装置を示す。 押出機におけるエネルギー利用を示す図である。 加熱押出による温度上昇、質量流、および電源入力を対比する図である。

図１は本発明を実施するための装置を示す。図示の押出機１は、ハウジング内に取り付けられた運搬スクリュー６のための駆動装置２を有し、３で示す地点で押出機１に入るタバコ材料を輸送して圧縮する。スクリュー６は、タバコ材料が右側の成形具４に到達するまでタバコ材料を輸送して圧縮する。ここで、タバコ材料は、例えば開閉するせん断ギャップを通り外部に出て、この結果喫煙品を製造するための繊維状の押出成形品５が得られる。本発明に従って、加熱処理流体７は装置のほぼ中央で押出機１に導入される。流体７（温水など）は、ポンプ１３により貯蔵器１５から輸送されてヒーター１１により事前に加熱される。

したがって、ここに例示した実施形態では、処方の調節移動媒体もしくは流体７（水または蒸気など）または他の液体構成要素（保湿剤）は、押出機１に直接導入される。流体７は最大エンタルピーを利用した処理を助長するために沸点未満の温度に加熱されてもよい。沸点は必然的に処理圧力に基づいて決定され、処理圧力の上昇に伴い可能な投入温度が上昇し、かつ関連するエンタルピーの供給量が増大する。

この圧力域内で水を供給するとスクリュー６の摩耗にかかわらず、より長期間にわたって処理を行うことができる。この観測は、スクリュー６の摩耗動作中に充填レベルが徐々に増大することにより説明される。これは、供給装置からの投入圧力のさらなる増大を必要とする。耐用年数が長くなると、処理における特定の摩耗に関するコストに有意な効果を与え、したがって非常に魅力的である。

図２の実施例は、摩擦作業（温度上昇）と機械作業とを個々に示した押出機における電気エネルギーの利用を示す。この図は、タバコ製品が一定の温度に到達するのに必要な、装置に入力される電力を示すもので、タバコ投入（１００ｋｇ／ｈ）と圧縮（１００バール）に関するパラメータは固定されている（図３も参照）。図２のグラフは、装置を通るタバコの総量の輸送に起因する比率と、内部摩擦により温度が上昇する比率とを別々に示す。アイドリングによる仕事量、圧縮による仕事量、および加速による仕事量からなる機械的エネルギーの供給がほぼ一定であることが顕著に示される。図２は押出過程では作業条件に応じて、消費エネルギーが主に加熱に利用されることを明確に示す。

図３は水の質量流の作用による温度上昇に関する処理パラメータの領域を示す。第２の縦座標は電源入力に関する情報を与える。したがって、この図は右側のＹ軸に関連する前述の図２の曲線を、電源入力に別の移動媒体（蒸気、飽和水、過熱水など）を用いた（左側のＹ軸に関連する）２本の曲線と共に示す。得られた蒸気量および温度の値は測定値であるため、本発明の典型的な作業温度である１４０℃で終わっている。したがって図３は特定温度で移動媒体を規定量投入すると、対応する量の摩擦エネルギーの利用を電気駆動装置で取替え可能であることを示す。従って３００℃で３０ｋｇ／ｈの水を供給することで、約１３０℃での混合温度が完璧に得られる。機械的エネルギーの供給（電気モーター）を回避する場合には、一方では、装置全体をより弱く構築および／または構成してもよく、その結果、費用効率が向上し、他方では、より安価に生成できるエネルギー形態を利用できる。

実施例／実験例
単軸押出機１に乾燥タバコ製品３が１００ｋｇ／ｈで絶え間なく供給される。処方では１５ｋｇ／ｈの水を用いる状態調節が要求される。３つの実験例は本発明に従う方法を立証するために図１に従う装置で行われる（実験例１および２では加熱流体７を用いない）。

実験例１（比較実験）
第１の工程で押出過程前に調節器（図１に不示）内で原材料を冷水処理する。

実験例２（比較実験）
冷水を用いる状態調節が押出機内で直接行われる。

実験例３（本発明に従った実験例）
押出機１に投入する前に水７を２５０℃まで加熱することを除いて、実験例２と同様の処理が行われる。投入では、当然に供給条件を実現するために押出機１と、例えば、プランジャポンプ１３の対応する作動圧力を前提とする。

結果
押出成形の実験例を行い、駆動装置の消費電力を記録した。実験例１および２は類似の消費電力を示し、どちらかと言えば実験例２の消費電力がより少ない。この結果は、実験例１の場合には調節（休止時間の延長）がより良好であることで説明できる。

実験例３では、非常に少ない電気駆動出力を消費した。これは理論的考察における前述の状況に起因する（他の事柄の内、控えめな供給の可能性、タバコ材料へのエネルギー移動の効率の顕著な改善、閉塞効果および摩擦効果の低減）。

この結果、タバコ材料に関する有利な押出成形は、（電気）エネルギーを節約するために処方に特異な媒体を通じて目標のエンタルピーの入力を利用する本発明に従って提供される。装置の構成に関する設計の改良もまた可能である。

ドイツ公開特許公報第１０２００４０５９３８８号 ドイツ公開特許公報第１０２００５００６１１７号

Claims (10)

1. 圧力および温度の上昇によるタバコ材料の圧縮と、押出機（１）の排出口における前記タバコ材料の機械的処理および瞬間復元による乾燥とを含む少なくとも一つの押出過程により加工された前記タバコ材料から喫煙品を製造する方法であって、加熱処理流体（７）が、前記押出機（１）内の前記タバコ材料に加工熱を供給するための伝熱媒体として供給される方法。
2. 前記加工熱がエンタルピーとして供給される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記処理流体（７）は前記押出機（１）に導入される前に、前記押出機に割り当てられたヒーター（１１）により加熱される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記処理流体（７）は前記押出機（１）に導入される前に、前記押出機（１）に割り当てられたポンプ（１３）により輸送され、前記流体の前記圧力が特に加熱前に、前記導入地点で実質的には前記押出機の圧力まで上げられる、ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の方法。
5. 前記処理流体が加熱された調節剤である、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の方法。
6. 前記処理流体が、一般的な圧力における特に沸点直下の高温水、具体的には１００〜３５０℃、特に２００〜３００℃の温度範囲、かつ５０〜１５０バール、特に８０〜１２０バールの圧力範囲の過熱水、または過熱蒸気のいずれかの状態である、ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の方法。
7. 前記処理流体は前記押出機の温度上昇に伴い増加する質量流、具体的には５〜６０ｋｇ／ｈ、特に３０〜４５ｋｇ／ｈの質量流で前記押出機に導入される、ことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の方法。
8. タバコ材料から喫煙品を製造する装置であって、
   圧力および温度の上昇によるタバコ材料の圧縮と、押出機の排出口における前記タバコ材料の機械的処理および瞬間復元による乾燥とを実行する押出機（１）を備えており、前記押出機（１）は伝熱媒体として加工熱を供給するために、前記押出機（１）に供給される処理流体（７）を加熱するヒーター（１１）を備える装置。
9. ポンプ（１３）が前記処理流体の輸送経路に配置され、前記流体を輸送し、特に前記流体の前記圧力が、導入地点で実質的には前記押出機の圧力まで上げられる、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記ポンプ（１３）が前記処理流体の輸送経路における前記ヒーター（１１）の上流、特に流体貯蔵器（１５）の下流に配置される、ことを特徴とする請求項８または９に記載の装置。

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