RS57810B1

RS57810B1 - Nadziranje kvara prekidača u sistemu za pušenje sa električnim zagrevanjem

Info

Publication number: RS57810B1
Application number: RS20181230A
Authority: RS
Inventors: Dominique Bernauer; Felix Fernando
Original assignee: Philip Morris Products Sa
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2018-12-31
Also published as: US20170303595A1; MX2017004731A; ES2690787T3; AU2015332920A1; CA2955433A1; US10492533B2; PH12016502580A1; RU2690284C2; AU2015332920B2; WO2016058904A1; JP7092499B2; BR112017005657B1; PL3206513T3; EP3206513A1; IL249900A0; AR102229A1; LT3206513T; RU2017116604A; CN106714596A; PT3206513T

Description

Pronalazak se odnosi na postupak i sistem za nadziranje rada prekidača u električnom sistemu za zagrevanje. Preciznije, pronalazak se odnosi na postupak i sistem u kojem se električna energija dovodi grejaču u impulsima redovnim radom prekidača, u kojem se rad prekidača nadzire i u kojem, u slučaju kvara prekidača, napajanje grejaču prestaje napajanje električnom energijom.

Jedan primer električno zagrevanog sistema je električno zagrevani sistem za pušenje. U sistemu za pušenje sa električnim zagrevanjem električni grejač se koristi da zagreje supstrat koji daje aerosol, koji može da bude čvrsti supstrat, kao što je duvanska folija ili tečni supstrat. Zagrevanje supstrata isparava željena aromatična jedinjenja po pravilu zajedno sa jednim ili više jedinjenja stvarača aerosola kao što je glicerin. Da bi se proizveo aerosol koji uključuje željena aromatična jedinjenja i ima željene fizičke osobine potrebno je da se supstrat zagreje na dovoljnu temperaturu. Međutim, takođe je poželjno da se sistem kontroliše da bi se sprečile preterane temperature koje ukoliko se dostignu mogu da dovedu do nastanka neželjenih jedinjenja u aerosolu i čak sagorevanja supstrata.

Temperatura električnog grejača se uobičajeno reguliše podešavanjem napajanja električnom energijom grejaču. Električna energija može da se obezbedi grejaču u obliku impulsa električne struje i izmenama radnog ciklusa električne struje (koji je odnos vremena u kojem se struja dovodi grejaču prema vremenu u kojem se struja ne dovodi grejaču) temperatura grejnog elementa se može menjati ili održavati. WO 2014/040988 A2 otkriva postupak u kojem se radni ciklus pri upotrebi poredi sa očekivanim vrednostima radnog ciklusa. Razlike u vrednostima se koriste da ukažu na nenormalno stanje. Kao odgovor na nenormalno stanje može da se smanji ciljna temperatura grejača ili da se prekine dovod struje grejnom elementu.

Jedan scenario u kojem se može dogoditi prekomerna temperatura greječa je kada prekidač za struju, podešen da uključi i isključi napajanje struje do grejača, ne uspe i zaglavi se u konfiguraciji. Bilo bi poželjno da se spreči prekomerna temperatura grejača u slučaju kvara prekidača za struju koji se koristi da uključii i isključi struju. Bilo bi poželjno da mehanizam koji se koristi da spreči prekomernu temperaturu grejača bude mali i da bude mali potrošač.

U prvom aspektu, omogućen je postupak kontrolisanja električnog grejača u sistemu za pušenje sa električnim zagrevanjem koji uključuje: obezbeđivanje električne energije u impulsima grejaču tako da tokom aktivnih perioda struja se dovodi grejaču a tokom neaktivnih perioda struja se ne dovodi grejaču; punjenje kondenzatora u RC kolu za vreme neaktivnih perioda i dopuštanje kondenzatoru da se isprazni u toku aktivnih perioda; i nadziranje pražnjenja napona kondenzatora i u slučaju da pražnjenje napona kondenzatora padne ispod granične vrednosti nivoa napona, tada prestane dalje napajanje grejača električnom energijom.

Ovaj postupak dozvoljava dosledno i pouzdano otkrivanje kvara prekidača pomoću kompaktnih i niskoenergetskih komponenti.

Električna energija se može obezbediti grejaču redovnim uključivanjem prvog prekidača a korak zaustavljanja daljeg snabdevanja grejača električnom energijom može da uključi aktiviranje drugog prekidača.

Vremenska konstanta RC kola može da bude veća od dvostrukog trajanja impulsa električne energije koja se dobija na grejaču. Ovo osigurava da normalan rad prekidača ne može da dovede do prekida dovoda električne energije grejaču.

U drugom aspektu, obezbeđen je sistem za pušenje sa električnim zagrevanjem, koji obuhvata:

napajanje električnom energijom;

električni grejač;

prvi prekidač povezan između električnog grejača i uzemljenja;

drugi prekidač povezan između napajanja električnom energijom i električnog grejača; RC kolo koje sadrži kondenzator i spojeno je sa napajanjem električnom energijom tako da se kondenzator puni kada je prvi prekidač otvoren i prazni kada je prvi prekidač zatvoren; i kontrolno kolo spojeno sa RC kolom i podešeno da nadzire pražnjenje napona RC kola i otvaranje drugog prekidača kada pražnjenje napona RC kola padne ispod granične vrednosti.

Prvi prekidač može da bude upravljan kontrolnim kolom da obezbedi napajanje grejnom elementu u vidu impulsa električne struje. Napajanje obezbeđeno grejnom elementu može potom da bude podešeno podešavanjem radnog ciklusa električne struje. Radni ciklus može da bude podešen menjanjem širine impulsa ili frekvencije impulsa ili oba.

RC kolo i kontrolno kolo može da bude implementirano u malom pakovanju koje troši vrlo malo energije. Kontrolno kolo može da sadrži Šmitov okidač povezan između RC kola i drugog prekidača, Šmitov okidač podešen da otvori drugi prekidač kada pražnjenje napona RC kola padne ispod granične vrednosti.

Sistem može dalje da uključi diode podešene da spreče pražnjenje RC kola kroz prvi prekidač kada je prvi prekidač zatvoren. „Otvoren” u ovom kontekstu znači da je omogućen protok struje. Izraz „on” u odnosu na prvi i drugi prekidač se takođe koristi da označi da je omogućen protok struje. „Zatvoren” u ovom kontekstu znači da nije omogućen protok struje i izraz „off” se takođe koristi sa istim značenjem.

RC kolo može da ima vremensku konstantu veću od dvostrukog najdužeg perioda u kojem je prvi prekidač zatvoren prilikom normalnog rada sistema.

Sistem može dalje da obuhvati kontroler podešen da kontroliše rad prvog prekidača da održava električni grejač na ciljnoj temperaturi.

Sistem može dalje da obuhvati inverter spojen između RC kola i drugog prekidača. Upotreba invertera dozvoljava bezbedan rad sistema čak i u slučaju kvara kontrolera.

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska prvi prekidač može da bude MOSFET, i pogodno n-kanalni MOSFET.

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska drugi prekidač može da bude MOSFET, i pogodno p-kanalni MOSFET.

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska, sistem može dalje da sadrži napajanje električnom energijom za napajanje strujom grejnog elementa. Napajanje može da bude bilo koji izvor napajanja, na primer izvor jednosmerne struje kao što je baterija. U jednoj realizaciji napajanje je litijum jonska baterija. Alternativno, izvor napajanja može da bude nikl metal hidrid baterija, nikl kadmijum baterija ili baterija na bazi litijuma, na primer litijum kobalt, litijum gvožđe fosfat, litijum titanat ili litijum polimerska baterija.

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska, električni grejač može da sadrži grejni element koji može da sadrži elektrootporni materijal. Odgovarajući elektrootporni materijali obuhvataju, ali nisu ograničeni na: poluprovodnike kao što su dopirane keramike, „elektroprovodljive“ keramike (kao što je, na primer, molibden-disilicid), ugljenik, grafit, metale, legure metala i kompozitne materijale napravljene od keramičkih materijala i metalnih materijala. Takvi kompozitni materijali mogu da sadrže dopirane ili nedopirane keramike. Primeri odgovarajućih dopiranih keramika obuhvataju dopirane silicijum-karbide. Primeri odgovarajućih metala obuhvataju titan, cirkonijum, tantal platinu, zlato i srebro. Primeri odgovarajućih legura metala obuhvataju nerđajući čelik, legure koje sadrže nikl-, hrom-, aluminijum-, titan-, cirkonijum-, hafnijum-, niobijum-, molibden-, tantal-, volfram-, kalaj-, galijum-, mangan-, zlato- i gvožđe, i super legure bazirane na niklu, gvožđu, kobaltu, nerđajućem čeliku, Timetal® i legure bazirane na gvožđe-mangan-aluminijumu. U kompozitnim materijalima, u zavisnosti od kinetike prenosa energije i potrebnih spoljašnjih fizičko-hemijskih svojstava, elektrootporni materijal može da bude ugrađen u izolacioni materijal, inkapsuliran ili obložen izolacionim materijalom ili obrnuto.

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska, sistem može dalje da sadrži uređaj za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem. Ovde korišćen izraz „uređaj za proizvodnju aerosola” odnosi se na uređaj koji interaguje sa supstratom koji daje aerosol da bi stvorio aerosol. Supstrat koji daje aerosol može da bude deo elementa za proizvodnju aerosola, na primer deo proizvoda za pušenje. Uređaj za proizvodnju aerosola može da bude uređaj za pušenje koji interaguje sa supstratom koji daje aerosol elementa za proizvodnju aerosola, da bi se dobio aerosol koji može da se, direktno kroz korisnikova usta, udahne u korisnikova pluća. Uređaj za proizvodnju aerosola može da bude držač.

Ovde korišćen izraz „supstrat koji daje aerosol” se odnosi na supstrat sposoban da tokom zagrevanja oslobađa isparljiva jedinjenja koja mogu da formiraju aerosol. Takva isparljiva jedinjenja mogu da budu oslobođena zagrevanjem supstrata koji daje aerosol. Supstrat koji daje aerosol može prikladno da bude deo elementa za proizvodnju aerosola ili deo proizvoda za pušenje.

Ovde korišćeni izrazi „element za proizvodnju aerosola” i „proizvod za pušenje” se odnose na proizvode koji sadrže supstrat koji daje aerosol, koji je sposoban da oslobađa isparljiva jedinjenja koja mogu da formiraju aerosol. Na primer, element za proizvodnju aerosola može da bude proizvod za pušenje koji stvara aerosol koji može da se, direktno kroz korisnikova usta, udahne u korisnikova pluća. Element za proizvodnju aerosola može da bude za jednokratnu upotrebu. Izraz „proizvod za pušenje” se obično koristi u kasnijem tekstu.

Proizvod za pušenje može da bude, ili može da sadrži, štapić duvana.

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska, uređaj za proizvodnju aerosola može da sadrži unutrašnji grejni element ili spoljašnji grejni element ili i unutrašnji i spoljašnji grejni element, pri čemu se „unutrašnji” i „spoljašnji” odnosi na supstrata koji daje aerosol. Unutrašnji grejni element može da bude u bilo kom odgovarajućem obliku. Na primer, unutrašnji grejni element može da bude u obliku grejnog sečiva. Alternativno, unutrašnji grejač može da bude u obliku kućišta ili supstrata koji ima različite elektroprovodljive delove ili elektrootporne metalne cevi. Alternativno, unutrašnji grejni element može da bude jedna ili više grejnih igala ili štapića koji prolaze kroz centar supstrata koji daje aerosol. Ostale alternative obuhvataju grejnu žicu ili užarenu nit, na primer Ni-Cr (nikl-hrom), platinastu, volfram ili legiranu žicu, ili grejnu pločicu. Po izboru, unutrašnji grejni element može da bude postavljen u ili na kruti noseći materijal. U jednoj takvoj realizaciji elektrootporni grejni element može da bude napravljen upotrebom metala koji ima definisan odnos između temperature i električne otpornosti. U takvom primeru uređaja, metal može da bude napravljen u vidu trake na odgovarajućem izolacionom materijalu, kao što je keramički materijal, i potom umetnut u drugi izolacioni materijal kao što je staklo. Grejači napravljeni na ovaj način mogu da budu upotrebljeni i za zagrevanje i za praćenje temperatura grejnih elemenata u toku rada.

Spoljašnji grejni element može da bude u bilo kom odgovarajućem obliku. Na primer, spoljašnji grejni element može da bude u obliku jedne ili više grejnih folija na dielektričnom supstratu, kao što je poliimid. Fleksibilne grejne folije mogu da budu oblikovane da se prilagode obodu šupljine za primanje supstrata. Alternativno, spoljašnji grejni element može da bude u obliku metalne mreže ili mreža, fleksibilne štampane ploče, livenog interkonekcijskog uređaja (MID), keramičkog grejača, fleksibilnog grejača od ugljeničnih vlakana ili može da bude napravljen upotrebom tehnike presvlačenja, kao što je taloženje pare plazme, na odgovarajuće oblikovanom supstratu. Spoljašnji grejni element može takođe da bude napravljen upotrebom metala koji ima definisan odnos između temperature i električne otpornosti. U takvom primeru uređaja metal može da bude oblikovan kao traka između dva sloja odgovarajućih izolacionih materijala. Spoljašnji grejni element napravljen na ovaj način može da bude upotrebljen i za zagrevanje i za praćenje temperature spoljašnjeg grejnog elementa u toku rada.

Unutrašnji ili spoljašnji grejni element može da sadrži izmenjivač toplote ili akumulator toplote koji sadrži materijal sposoban da apsorbuje i čuva toplotu i potom je tokom vremena oslobađa supstratu koji daje aerosol. Pasivni izmenjivač toplote može da bude napravljen od bilo kog odgovarajućeg materijala, kao što je metalni ili keramički materijal. U jednoj realizaciji, materijal ima veliki toplotni kapacitet (razuman materijal za čuvanje toplote), ili je materijal sposoban da apsorbuje i potom putem reverzibilnog procesa otpušta toplotu, kao što je proces promene faze na visokoj temperaturi. Odgovarajući razumni materijali za čuvanje toplote obuhvataju silika gel, glinicu, ugljenik, stakleni mat, stakleno flakno, minerale, metal ili legure kao što je aluminijum, srebro ili olovo i celulozni materijal kao što je papir. Ostali odgovarajući materijali koji oslobađaju toplotu putem reverzibilne promene agregatnog stanja obuhvataju parafin, natrijum acetat, naftalin, vosak, polietilen oksid, metal, metalnu so, smešu eutektičkih soli ili leguru. Izmenjivač toplote ili toplotni rezervoar može da bude raspoređen tako da bude u direktnom kontaktu sa supstratom koji daje aerosol i može da direktno prenosi uskladištenu toplotu na supstrat. Alternativno, toplota uskladištena u pasivnom izmenjivaču toplote ili rezervoaru toplote može da bude preneta na supstrat koji daje aerosol pomoću provodnika toplote, kao što je metalna cev.

Prednost je da grejni element zagreva supstrat koji daje aerosol putem provođenja. Grejni element može da bude bar delimično u kontaktu sa supstratom ili sa nosačem na koji je supstrat nanet. Alternativno, toplota sa bilo unutrašnjeg ili bilo spoljašnjeg grejnog elementa može da bude provedena na supstrat pomoću toplotno provodljivog elementa.

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska, u toku rada, supstrat koji daje aerosol može da bude potpuno sadržan unutar uređaja za proizvodnju aerosola. U tom slučaju korisnik može da povuče dim sa usnika uređaja za proizvodnju aerosola. Alternativno, u toku rada proizvod za pušenje koji sadrži supstrat koji daje aerosol može da bude delimično sadržan unutar uređaja za proizvodnju aerosola. U tom slučaju korisnik može da povlači dim direktno na proizvodu za pušenje. Grejni element može da bude postavljen unutar šupljine u uređaju, pri čemu je šupljina podešena da primi supstrat koji daje aerosol tako da je u upotrebi grejni element unutar supstrata koji daje aerosol.

Proizvod za pušenje može da bude po obliku suštinski cilindričan. Proizvod za pušenje može da bude suštinski izdužen. Proizvod za pušenje može da ima dužinu i obim suštinski normalan na dužinu. Supstrat koji daje aerosol može da bude suštinski cilindričnog oblika. Supstrat koji daje aerosol može da bude suštinski izdužen. Supstrat koji daje aerosol takođe može da ima dužinu i obim suštinski normalan na dužinu.

Proizvod za pušenje može da bude ukupne dužine između približno 30 mm i približno 100 mm. Proizvod za pušenje može da ima spoljni prečnik između približno 5 mm i približno 12 mm. Proizvod za pušenje može da sadrži filterski čep. Filterski čep može da bude postavljen na nishodnom kraju proizvoda za pušenje. Filterski čep može da bude čep od acetilovane celuloze. Filterski čep je dugačak približno 7 mm u jednoj realizaciji, ali može imati dužinu između približno 5 mm do približno 10 mm.

U jednoj realizaciji proizvod za pušenje ima dužinu približno 45 mm. Proizvod za pušenje može da ima spoljašnji prečnik približno 7,2 mm. Dalje, supstrat koji daje aerosol može da ima dužinu približno 10 mm. Alternativno, supstrat koji daje aerosol može da ima dužinu približno 12 mm. Dalje, prečnik supstrata koji daje aerosol može takođe da bude između približno 5 mm i približno 12 mm. Proizvod za pušenje može da sadrži spoljni papirni omotač. Dalje, proizvod za pušenje može da sadrži razmak između supstrata koji daje aerosol i filterskog čepa. Razmak može da bude približno 18 mm, ali može da bude u rasponu od približno 5 mm do približno 25 mm. Poželjno je da razmak u proizvodu za pušenje bude popunjen izmenjivačem toplote koji hladi aerosol dok on prolazi kroz proizvod za pušenje iz supstrata do filterskog čepa. Izmenjivač toplote može da bude, na primer, filter na bazi polimera, na primer nabran PLA materijal.

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska, supstrat koji daje aerosol može da bude čvrst supstrat koji daje aerosol. Alternativno, supstrat koji daje aerosol može da sadrži i čvrste i tečne komponente. Supstrat koji daje aerosol može da sadrži materijal koji sadrži duvan, a koji sadrži isparljiva jedinjenja duvanske arome, koja se usled zagrevanja oslobađaju iz supstrata. Alernativno, supstrat koji daje aerosol može da sadrži neduvanski materijal. Supstrat koji daje aerosol može dalje da sadrži stvarač aerosola. Primeri odgovarajućih stvarača aerosola su glicerin i propilen-glikol.

Ako je supstrat koji daje aerosol čvrst supstrat, čvrst supstrat koji daje aerosol može da sadrži, na primer, jedan ili više: prah, granule, pelete, komadiće, štapiće, trake ili listiće koji sadrže jedan ili više: biljni list, list duvana, fragmente duvanskih rebara, rekonstituisani duvan, homogenizovani duvan, ekstrudirani duvan, presovani list duvana i ekspandovani duvan. Čvrst supstrat koji daje aerosol može da bude u rasutom obliku ili može da bude obezbeđen u odgovarajućoj posudi ili ulošku. Po izboru, čvrst supstrat koji daje aerosol može da sadrži dodatna duvanska ili neduvanska isparljiva jedinjenja, koja će biti oslobođena usled zagrevanja supstrata. Čvrst supstrat koji daje aerosol može takođe da sadrži kapsule koje, na primer, obuhvataju dodatna duvanska ili neduvanska isparljiva jedinjenja i takve kapsule mogu da se istope u toku zagrevanja čvrstog supstrata koji daje aerosol.

Ovde korišćen izraz homogenizovani duvan se odnosi na materijal dobijen aglomerisanjem čestica duvana. Homogenizovani duvan može da bude u obliku lista. Homogenizovani duvanski materijal može da ima sadržaj stvarača aerosola veći od 5% na bazi težine suve mase. Homogenizovani duvanski materijal može alternativno da ima sadržaj stvarača aerosola od između 5% i 30% na bazi težine suve mase. Listovi homogenizovanog duvanskog materijala mogu da budu napravljeni aglomerisanjem čestica duvana dobijenih mlevenjem ili nekim drugim usitnjavanjem plojke i/ili drški lista duvana. Alternativno ili dodatno, listovi homogenizovanog duvanskog materijala mogu da sadrže jedan ili više vidova duvana: duvansku prašinu, duvansku sitnjavinu i ostale duvanske čestice dobijene u toku, na primer, obrade, rukovanja i transporta duvana. Listovi homogenizovanog duvanskog materijala mogu da sadrže jednu ili više unutrašnjih vezivnih supstanci, to jest vezivne supstance poreklom iz duvana, jednu ili više spoljašnjih vezivnih supstanci, to jest vezivne supstance poreklom van duvana, ili njihovu kombinaciju da pomognu aglomerisanje čestica duvana; alternativno, ili pored toga, listovi homogenizovanog duvanskog materijala mogu da sadrže druge aditive uključujući ali se ne ograničavajući na, duvanska i neduvanska vlakna, stvarače aerosola, ovlaživače, plastifikatore, aromatične supstance, punila, vodene i nevodene rastvarače i njihove kombinacije.

Po izboru, čvrst supstrat koji daje aerosol može da bude obezbeđen na termostabilnom nosaču ili ugrađen u njemu. Nosač može da ima oblik praha, granula, peleta, komadića, štapića, traka ili listića. Alternativno, nosač može da bude cevasti nosač kod koga je tanak sloj čvrstog supstrata nanesen na njegovu unutrašnju površinu ili na njegovu spoljašnju površinu ili i na jednu i na drugu površinu. Takav cevasti nosač može da se izradi npr. od papira, materijala nalik papiru, prostirke od netkanog ugljeničnog vlakna, otvorene metalne mreže male mase ili perforirane metalne folije ili bilo koje druge termički stabilne polimerne matrice.

Čvrst supstrat koji daje aerosol može da bude položen na površinu nosača u obliku npr. lista, pene, gela ili kaše. Čvrst supstrat koji daje aerosol može da bude položen na celoj površini nosača ili može da bude položen po određenom šablonu da bi tokom upotrebe obezbedio neujednačenu isporuku ukusa.

Iako se prethodno pominju čvrsti supstrati koji daju aerosol, prosečnom stručnjaku u tehnici će biti jasno da drugi oblici supstrata koji daje aerosol mogu da budu upotrebljeni sa drugim realizacijama. Na primer, supstrat koji daje aerosol može da bude tečni supstrat koji daje aerosol. Ako je obezbeđen tečni supstrat koji daje aerosol, uređaj za proizvodnju aerosola poželjno sadrži sredstva za držanje tečnosti. Na primer, tečni supstrat koji daje aerosol može da se drži u posudi. Alternativno ili dodatno, tečni supstrat koji daje aerosol može da bude apsorbovan u porozni noseći materijal. Porozni materijal nosača može da bude napravljen od bilo kog odgovarajućeg apsorbujućeg čepa ili tela, na primer, penasti metalni ili plastični materijal, polipropilen, terilen, najlonska vlakna ili keramika. Tečni supstrat koji daje aerosol može da se drži u poroznom materijalu nosača pre upotrebe uređaja za proizvodnju aerosola ili alternativno, tečni materijal supstrata koji daje aerosol može da bude oslobođen u porozni materijal nosača u toku ili neposredno pre upotrebe. Na primer, tečni supstrat koji daje aerosol može da bude obezbeđen u kapsuli. Omotač kapsule se poželjno topi usled zagrevanja i oslobađa tečni supstrat koji daje aerosol u porozni materijal nosača. Kapsula može po izboru da sadrži kombinaciju čvrstog i tečnog.

Alternativno, nosač može da bude netkani materijal ili snop vlakana u koji su inkorporirane duvanske komponente. Netkani materijal ili snop vlakana sadrže, na primer, ugljenična vlakna, prirodna celulozna vlakna, ili vlakna na bazi derivata celuloze.

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska, sistem može da bude ručni sistem za pušenje sa električnim zagrevanjem.

Iako je pronalazak opisan sa pozivanjem na različite aspekte, trebalo bi da bude jasno da osobine opisane u vezi sa jednim aspektom pronalaska mogu da budu primenjene na druge aspekte pronalaska.

Sada će realizacije pronalaska da budu detaljno opisane sa pozivanjem na priložene crteže, na kojima:

Crtež 1 je šematska ilustracija sistema za pušenje sa električnim zagrevanjem;

Crtež 2 je šematski poprečni presek prednjeg kraja prve realizacije uređaja tipa prikazanog na crtežu 1;

Crtež 3 je šematska ilustracija kola koje nadzire kvar prekidača u skladu sa pronalaskom; i

Crtež 4 je realizacija kola tipa prikazanog na crtežu 2 koje pokazuje detaljnije komponente kola.

Na crtežu 1 sastavni delovi realizacije električno zagrevanog uređaja 100 za proizvodnju aerosola su prikazani na pojednostavljen način. Preciznije, elementi električno zagrevanog uređaja 100 za proizvodnju aerosola nisu nacrtani u razmeri na crtežu 1. Elementi koji nisu bitni za razumevanje ove realizacija su izostavljeni da bi se pojednostavio crtež 1.

Uređaj 100 za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem se sastoji od kućišta 10 i supstrata 12 koji daje aerosol, na primer cigarete. Supstrat 12 koji daje aerosol je gurnut unutar kućišta 10 da bi došao u toplotnu blizinu grejnog elementa 14. Supstrat 12 koji daje aerosol će oslobađati paletu isparljivih jedinjenja na različitim temperaturama. Kontrolisanjem radne temperature električno zagrevanog uređaja 100 za proizvodnju aerosola da bude ispod temperature otpuštanja nekih od isparljivih jedinjenja, oslobađanje ili formiranje tih sastojaka dima može da bude izbegnuto.

Unutar kućišta 10 postoji izvor 16 električne energije, na primer punjiva litijum jonska baterija. Kontroler 18 je povezan na grejni element 14, izvor 16 električne energije i korisničko sučelje 20, na primer dugme ili ekran. Kontroler 18 kontroliše napajanje dovedeno grejnom elementu 14 da bi regulisao njegovu temperaturu. Po pravilu, supstrat koji daje aerosol se zagreva na temperaturu od između 250 i 450 stepeni Celzijusa.

U opisanoj realizaciji grejni element 14 je elektrootporna traka ili trake postavljene na keramički supstrat. Keramički supstrat je u obliku sečiva i prilikom upotrebe je umetnut u supstrat 12 koji daje aerosol. Crtež 2 je šematski prikaz prednjeg kraja uređaja i ilustruje protok vazduha kroz uređaj. Vidljivo je da crtež 2 ne dočarava precizno relativnu razmeru elemenata uređaja. Proizvod 102 za pušenje, uključujući supstrat 12 koji daje aerosol, se prima unutar šupljine 22 uređaja 100. Vazduh se povlači u uređaj povlačenjem korisnika na usniku 24 proizvoda 102 za pušenje. Vazduh se povlači kroz ulazne otvore 26 formirane na bližoj strani kućišta 10. Vazduh povučen u uređaj prolazi kroz vazdušni kanal 28 u prostoru oko šupljine 22. Povučeni vazduh ulazi u supstrat 12 koji daje aerosol na distalnom kraju proizvoda 102 za pušenje pored proksimalnog kraja grejnog elementa 14 u obliku sečiva obezbeđenog u šupljini 22. Povučeni vazduh nastavlja kroz supstrat 12 koji daje aerosol i potom povlačeći aerosol za sobom u usni kraj proizvoda 102 za pušenje. Supstrat 12 koji daje aerosol je cilindrični čep od materijala na bazi duvana.

Crtež 3 je šematska ilustracija kola koje nadzire kvar prekidača u skladu sa pronalaskom. Kao što je prikazano na crtežu 3, grejač 14 je uzemljen kroz nižu stranu prekidača 32, takođe označenog ovde kao prvi prekidač. Grejač 14 je povezan za napon baterije kroz višu stranu prekidača 34, ovde označenog kao drugi prekidač.

Prvi prekidač 32 je n kanalni MOSFET. Drugi prekidač je p kanalni MOSFET. Za vreme normalnog rada sistema, drugi MOSFET 34 se održava, saglasno zatvorenom položaju drugog prekidača, omogućavajući struji da protiče kroz bateriju do grejača. Prvi MOSFET 32 se uključuje i isključuje pomoću kontolera 18 u skladu sa pojedinim radnim ciklusima da kontroliše temperaturu grejača 14. Kada je MOSFET 32 uključen, odgovarajući na zatvoreni prekidač, struja može da protiče od grejača do tla i MOSFET 32 ima vrlo nizak električni otpor. Skoro sav napon baterije onda pada kroz grejač i grejeač se zagreva kao rezultat Džulovog efekta. Kada je prvi MOSFET isključen on pruža vrlo visok električni otpor. U tom slučaju vrlo niski napon pada kroz grejač i skoro da tamo nema zagrevanja grejača kao rezultat Džulovog efekta.

Ukoliko je greška kod prvog prekidača i on nastavi da dozvoljava struji da neprekidno protiče kroz grejač, temperatura grejača će porasti nekontrolisano. Obezbeđen je sistem za nadziranje da otkrije grešku kod prvog prekidača. Sistem za nadziranje obuhvata RC kolo 36 povezano za grejač kroz diodu 40, i okidačku komponentu 38 spojenu između RC kola i kontrolnog ulaza drugog prekidača 34.

Kada je prvi prekidač 32 isključen i tako ima vrlo visok otpor, RC kolo 36 se brzo napuni kao rezultat napona baterije. Kada je prvi prekidač 32 uključen, napon na nižoj strani prekidača je vrlo blizu zemlji i RC kolo se prazni. Dioda 40 sprečava pražnjenje RC kola kroz grejač. Okidačka komponenta 38 prima pražnjenje napona RC kola i podešena je da isključi drugi prekidač kada pražnjenje napona padne ispod predodređene granice.

U toku normalnog rada prvi prekidač je uključen za dosledan vremenski period (aktivna faza), na primer 1 milisekundu, i isključen (neaktivna faza) u međuperiodima. Moguće je brzo isprazniti RC kolo tokom neaktivne faze i dozvoliti mu da se isprazni samo polako u toku aktivne faze pravljenjem putanje pražnjenja koja ima veći otpor nego putanja punjenja. Tako čak i u maksimalnom radnom ciklusu, u kojem prvi prekidač može da bude uključen 99% vremena i isključen samo 1% vremena, u cilju povećanja temperature grejača, može se osigurati da okidač deluje samo na drugi prekidač ukoliko aktivna faza traje značajno duže nego očekivana 1 milisekunda.

Ukoliko napon pražnjenja RC kola padne ispod granične vrednosti okidačke komponente, drugi prekidač prelazi u stanje isključenosti i tako se prekida električna energija grejaču. U istom vreme okidačka komponenta je podešena da obezbedi signal za resetovanje kontrolera 18 tako da kontroler može onda da resetuje prvi prekidač u off stanje, dozvoljavajući RC kolu da se ponovo napuni, kada se obratno prebacivanjem okidačke komponente 38 u isključeno dozvoljava drugom prekidaču da se resetuje u uključeno stanje.

Upotrebom predvidljivog vremena pražnjenja RC kola i pažljivim odabirom vrednosti otpora i kapaciteta komponenti, ovaj raspored može da se koristi da osigura da drugi prekidač bude isključen pre nego što grejač bude u stanju da dostigne opasnu ili samo neželjenu temperaturu. Sistem za nadziranje može da se implementira u malom pakovanju koje troši malo energije.

Crtež 4 je realizacija kola tipa prikazanog na crtežu 2 koji pokazuje detaljne komponente kola. Može se videti na crtežu 4 da je prvi prekidač 32 n-kanalni MOSFET sa izvorom vezanim za zemlju i odvodom povezanim za grejač. Gejt je povezan za kontroler kroz priključak G1. Redni gejt otpornik 62 se koristi da ograniči struju na izlazu kada kontroler pređe izlaz. Pull-down otpornik 64 je obezbeđen da drži gejt blizu izvora napona kada se kontroler resetuje i G1 ulaz nije pokrenut.

Dioda 40 je Šotkijeva dioda koja dozvoljava da se RC kolo puni u toku neaktivne faze dok pri tome ne dozvoljava da se ne prazni kroz prvi prekidač u aktivnoj fazi. Redni diodni otpornik 42 je obezbeđen da ograniči maksimum struje kroz diodu 40 kada puni RC kolo, posebno na startu.

1

RC kolo 36 uključuje vremenski mrežni otpornik 54 i vremenski mrežni kondenzator 52, pri čemu je svaki uzemljen.

Okidačka komponenta 38 je Šmitov okidač koji ima negativni prag za ulazni napon iz RC mreže, ispod kojeg će obezbediti prekidački izlaz inverteru 56. Inverter 56, napajan baterijskim naponom, se onda koristi za vraćanje ulaza na gejt drugog prekidača, koji je pkanalni MOSFET, do izvora napona, blokirajući drugi prekidač. U normalnom radu inverter omogućava da je gejt snabdeven obrnutim baterijskim naponom (-Vbatt) pa je uključen drugi prekidač.

Kontroler je povezan za “Pwr ok” linija 70. Ovo omogućava kontroleru da nadzire izlaz Šmitovog okidača 38 i takođe da onemogući drugi prekidač povlačenjem ulaza do invertera nisko kroz diodu 72. U tu svrhu je obezbeđen otpornik 60. Otpornik 58 je pull-down otpornik koji omogućava ulazu invertera 56 da bude nisko u slučaju kvara logičkog napajanja.

Otpornik 68 je pull-up otpornik kojij omogućava da se gejt drugog prekidača povuče do izvora napona i čuva prekidač blokiranim ukoliko dođe do greške invertera 56. Otpornik 66 je redni gejt otpornik koji ograničava izlaznu struju iz invertera 56.

Trebalo bi da bude jasno da primeri prethodno opisanih realizacija ilustruju ali nisu ograničavajući. U pogledu prethodno razmotrenih primera realizacija, druge realizacije u skladu sa prethodnim primerima realizacija će sad biti očigledne prosečnom stručnjaku u tehnici.

Claims

Patentni zahtevi

1. Postupak kontrolisanja električnog grejača (14) u sistemu (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem, ovaj postupak obuhvata korake:

obezbeđivanje električne energije grejaču (14) u impulsima tako da u toku aktivnih perioda energija se dovodi grejaču (14) i u toku neaktivnih perioda, energija se ne dovodi grejaču (14);

punjenje kondenzatora (52) u RC kolu (36) u toku neaktivnih perioda i dozvoljavanje kondenzatoru (52) da se isprazni u toku aktivnih perioda; i

praćenje pražnjenja napona kondenzatora (52) i ukoliko pražnjenje napona kondenzatora (52) padne ispod nivoa granične vrednosti napona, prestaje dalje napajanje grejača (14) električnom energijom.

2. Postupak u skladu sa zahtevom 1, naznačen time što se električna energija obezbeđuje grejaču (14) redovnim uključivanjem prvog prekidača (32) i što korak obustavljanja daljeg dovoda električne energije grejaču (14) uključuje aktiviranje drugog prekidača (34).

3. Postupak u skladu sa bilo kojim prethodnim zahtevom, naznačen time što je vremenska konstanta RC kola (36) veća od dvostrukog vremenskog perioda impulsa električne energije obezbeđene grejaču (14).

4. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem koji obuhvata:

izvor napajanja (16) električnom energijom;

električni grejač (14);

prvi prekidač (32) spojen između električnog grejača (14) i električnog uzemljenja; drugi prekidač (34) spojen između izvora napajanja (16) električnom energijom i električnog grejača (14);

RC kolo (36) koje sadrži kondenzator (52) povezan za izvor napajanja (16) električnom energijom gde se takav kondenzator (52) puni kada je prvi prekidač (32) otvoren i prazni kada je prvi prekidač (32) zatvoren; i

kontrolno kolo vezano za RC kolo (36) i podešeno da prati pražnjenje napona RC kola (36) i da otvara drugi prekidač (34) kada pražnjenje napona RC kola (36) padne ispod granične vrednosti.

5. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa zahtevom 4, naznačen time što kontrolno kolo sadrži Šmitov okidač (38) spojen između RC kola (36) i drugog prekidača (34), Šmitov okidač (38) podešen da otvori drugi prekidač (34) kada pražnjenje napona RC kola (36) padne ispod granične vrednosti.

6. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa zahtevom 4 ili 5, naznačen time što je prvi prekidač (32) MOSFET.

7. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa zahtevom 4, 5 ili 6, naznačen time što je drugi prekidač (34) MOSFET.

8. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa bilo kojim od zahteva 4 do 7, koji dalje sadrži diodu (40) podešenu da spreči pražnjenje RC kola (36) kroz prvi prekidač (32) kada je prvi prekidač (32) zatvoren.

9. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa bilo kojim od zahteva 4 do 8, naznačen time što RC kolo (36) ima vremensku konstantu veću od dvostrukog najdužeg perioda u kojem je prvi prekidač (32) zatvoren tokom normalnog rada sistema.

10. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa bilo kojim od zahteva 4 do 9, koji dalje sadrži inverter (56) spojen između RC kola (36) i drugog prekidača (34).

11. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa bilo kojim od zahteva 4 do 10, koji sadrži kontroler (18) podešen da kontroliše rad prvog prekidača (32) da održava električni grejač (14) na ciljnoj temperaturi.

12. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa bilo kojim od zahteva 4 do 11, naznačen time što je izvor napajanja (16) električnom energijom baterija.

13. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa bilo kojim od zahteva 4 do 12, naznačen time što je taj sistem ručni sistem za pušenje sa električnim zagrevanjem.

14. Sistem (100) za pušenje sa električnim zagrevanjem u skladu sa bilo kojim od zahteva 4 do 13, naznačen time što je taj sistem zagrevani sistem za pušenje duvana.

1