BR112017005657B1 - Sistema para fumar aquecido eletricamente e método de controle de seu aquecedor - Google Patents

Abstract

"MONITORAMENTO DE FALHA DE INTERRUPTOR EM UM SISTEMA PARA FUMAR AQUECIDO ELETRICAMENTE". É fornecido um método de controle de um aquecedor elétrico (14) em um sistema para fumar aquecido eletricamente, o método compreendendo: o fornecimento de energia elétrica para o aquecedor em pulsos de modo que, durante os períodos ativos, a energia é fornecida ao aquecedor e, durante os períodos inativos, a energia não é fornecida ao aquecedor; carregamento de um capacitor (52) em um circuito RC (36) durante os períodos inativos e permissão para que o capacitor descarregue durante os períodos ativos; e monitoramento de uma voltagem de descarga do capacitador e se a voltagem de descarga do capacitador cai abaixo de um nível limite de voltagem, interrompendo, então, o fornecimento de energia adicional ao aquecedor. Este método permite a detecção consistente e confiável de uma falha do interruptor usando componentes compactos e de baixa potência.

Description

[001] A invenção refere-se a um método e sistema para monitoramento da operação de um interruptor em um sistema de aquecimento elétrico. Em particular, a invenção refere-se a um método e sistema nos quais a energia é fornecida a um aquecedor em pulsos pela operação regular de um interruptor, em cuja operação o interruptor é monitorado e na qual, no caso de uma falha de interruptor, o fornecimento de energia ao aquecedor é cortado.

[002] Um exemplo de um sistema de aquecimento elétrico é um sistema para fumar aquecido eletricamente. Em um sistema para fumar aquecido eletricamente, um aquecedor elétrico é usado para aquecer um substrato formador de aerossol, que pode ser um substrato sólido, como tabaco reconstituído ou um substrato líquido. O aquecimento do substrato vaporiza os compostos de sabor desejados, normalmente em conjunto com um ou mais compostos formadores de aerossol como a glicerina. Para gerar um aerossol que inclui os compostos de sabor desejado e tenha as propriedades físicas desejadas, é necessário que o substrato seja aquecido a uma temperatura suficiente. No entanto, também é desejável que o sistema seja controlado para evitar temperaturas excessivas sendo atingidas que podem levar à geração de compostos indesejáveis no aerossol e mesmo a combustão do substrato.

[003] A temperatura do aquecedor elétrico é normalmente regulada pelo regulamento do fornecimento de energia elétrica do aquecedor. A energia elétrica pode ser fornecida ao aquecedor na forma de pulsos de corrente elétrica e pela alteração do ciclo de trabalho da corrente elétrica (que é a razão do tempo durante o qual a corrente é fornecida ao aquecedor para o tempo atual não é fornecida ao aquece- dor) a temperatura do elemento de aquecimento pode ser alterada ou mantida.

[004] Um cenário no qual a temperatura de aquecimento excessivo pode ocorrer é quando um interruptor de controle de corrente, configurado para ativar e desativar o fornecimento de corrente para o aquecedor, falha e fica preso em uma configuração. Seria desejável ser capaz de impedir uma temperatura de aquecedor excessiva no caso de uma falha de um interruptor de fornecimento de corrente usado para ativar e desativar o fornecimento de corrente. Seria desejável que o mecanismo utilizado para impedir que a temperatura excessiva do aquecedor fosse pequena e consumisse o mínimo de energia.

[005] Em um primeiro aspecto, é fornecido um método de controle de um aquecedor elétrico em um sistema para fumar aquecido ele-tricamente compreendendo: o fornecimento de energia elétrica para o aquecedor em pulsos de modo que durante os períodos ativos a energia é fornecida ao aquecedor e, durante os períodos inativos, a energia não é fornecida ao aquecedor; carga de um capacitor em um circuito RC durante períodos inativos, permitindo que o capacitor descarregue durante períodos ativos; e monitoramento de uma voltagem de descarga do capacitador e se a voltagem de descarga do capacitador cai abaixo de um nível de limite de voltagem parando então um fornecimento de energia adicional ao aquecedor.

[006] Este método permite a detecção consistente e confiável de uma falha do interruptor usando componentes compactos e de baixa potência.

[007] A energia pode ser concedida ao aquecedor pela comutação regular de um primeiro interruptor e a etapa de parar o fornecimento adicional de energia elétrica ao aquecedor pode incluir a comutação de um segundo interruptor.

[008] A constante de tempo do circuito RC pode ser superior a duas vezes a duração dos pulsos de energia elétrica fornecidos ao aquecedor. Isto garante que a operação normal do interruptor não pode levar à parada de energia elétrica adicional ao aquecedor.

[009] Em um segundo aspecto, é fornecido um sistema para fumar aquecido eletricamente compreendendo:uma fonte de energia;um aquecedor elétrico;um primeiro interruptor conectado entre o aquecedor elétrico e o aterramento elétrico;um segundo interruptor conectado entre a fonte de energia e o aquecedor elétrico;um circuito RC compreendendo um capacitor e conectado à fonte de energia de modo que o capacitor carregue quando o primeiro interruptor estiver aberto e descarregue quando o primeiro interruptor estiver fechado; e circuitos de controle conectados ao circuito RC e configurados para monitorar uma descarga de voltagem do circuito RC e para abrir o segundo interruptor quando a voltagem de descarga do circuito RC cair abaixo de um valor limite.

[010] O primeiro interruptor pode ser operado pelos circuitos de controle para fornecer energia ao elemento de aquecimento como pulsos de corrente elétrica. A energia fornecida ao elemento de aquecimento pode ser ajustada por meio do ajuste do ciclo de trabalho da corrente elétrica. O ciclo de trabalho pode ser ajustado por meio da alteração da largura do pulso ou da frequência dos pulsos ou de ambos.

[011] O circuito RC e os circuitos de controle podem ser implementados em um pequeno pacote que consome muito pouca energia. Os circuitos de controle podem compreender um disparador Schmitt conectado entre o circuito RC e o segundo interruptor, o disparador Schmitt sendo configurado para abrir o segundo interruptor quando a voltagem de descarga do circuito RC cair abaixo de um valor limite.

[012] O sistema pode compreender ainda um diodo configurado para evitar a descarga do circuito RC através do primeiro interruptor quando o primeiro interruptor é fechado. "Aberto" neste de contexto significa permitindo que a corrente flua. O termo "ligado" em relação ao primeiro e segundo interruptores também é usado significando a permissão de que a corrente flua. "Fechado" neste contexto significa não permitindo que a corrente flua e o termo "desligado" também é usado para significar a mesma coisa.

[013] O circuito RC pode ter uma constante de tempo maior que duas vezes o período mais longo para o qual o primeiro interruptor está fechado durante a operação normal do sistema.

[014] O sistema pode compreender ainda um controlador configurado para controlar a operação do primeiro interruptor para manter o aquecedor elétrico a uma temperatura-alvo.

[015] O sistema pode compreender ainda um inversor conectado entre o circuito RC e o segundo interruptor. O uso de um inversor permite a operação segura do sistema mesmo no caso de uma falha do controlador.

[016] Nos primeiro e segundo aspectos da invenção o primeiro interruptor pode ser um MOSFET e é vantajosamente canal n MOS- FET.

[017] Nos primeiro e segundo aspectos da invenção, o Segundo interruptor pode ser um MOSFET e é vantajosamente um canal p MOSFET.

[018] Nos primeiro e segundo aspectos da invenção, o sistema pode compreender ainda uma fonte de energia para fornecer energia ao elemento de aquecimento. A fonte de energia pode ser qualquer fonte de energia adequada, por exemplo, uma fonte de voltagem DC, como uma bateria. Em uma modalidade, a fonte de energia é uma bateria de íons de lítio. Alternativamente, a fonte de energia pode ser uma bateria de níquel-hidreto metálico, uma bateria de níquel cádmio ou uma bateria com base de lítio, por exemplo, lítio-cobalto, lítio-ferro- fosfato, titanato de lítio ou uma bateria de polímero de lítio.

[019] Nos primeiro e segundo aspectos da invenção, o aquecedor elétrico pode compreender um elemento de aquecimento que pode compreender um material eletricamente resistivo. Os materiais eletricamente resistivos adequados incluem, mas não estão limitados a: semicondutores, tais como cerâmicas dopadas, cerâmicas eletricamente "condutoras" (tais como, por exemplo, dissiliceto de molibdê- nio), carbono, grafite, metais, ligas metálicas e materiais compostos feitos de um material cerâmico e de um material metálico. Tais materiais compostos podem compreender cerâmicas dopadas ou não dopadas. Exemplos de cerâmicas dopadas adequadas incluem carbonetos de silício dopados. Exemplos de metais adequados incluem titânio, zircônio, tântalo, platina, ouro e prata. Exemplos de ligas metálicas adequadas incluem aço inoxidável, ligas contendo níquel, cobalto, cromo, alumínio, titânio, zircônio, háfnio, nióbio, molibdênio, tântalo, tungstênio, estanho, gálio, manganês, ouro e ferro, e superligas à base de níquel, ferro, cobalto, aço inoxidável, Timetal® e ligas à base de ferro, manganês e alumínio. Nos materiais compostos, o material eletricamente resistivo pode estar, opcionalmente, incorporado, encapsulado ou revestido com material isolante ou vice-versa, dependendo da cinética da transferência de energia e das propriedades fisicoquímicas externas exigidas.

[020] Nos primeiro e segundo aspectos da invenção, o sistema pode compreender ainda um dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente. Como usado neste documento, um "dispositivo gerador de aerossol" refere-se a um dispositivo que interage com um substrato formador de aerossol para gerar um aerossol. O substrato formador de aerossol pode fazer parte de um artigo gerador de aerossol, por exemplo, parte de um artigo para fumar. Um dispositivo gerador de aerossol pode ser um dispositivo para fumar que interage com um substrato formador de aerossol de um artigo gerador de aerossol para gerar um aerossol que seja diretamente inalável nos pulmões de um usuário através da boca do usuário. Um dispositivo gerador de aerossol pode ser uma piteira.

[021] Como usado neste documento, o termo "substrato formador de aerossol" refere-se a um substrato capaz de liberar compostos voláteis que podem formar um aerossol. Tais compostos voláteis podem ser liberados pelo aquecimento do substrato formador de aerossol. O substrato formador de aerossol pode, convenientemente, ser parte de um artigo gerador de aerossol ou de um artigo para fumar.

[022] Como usado neste documento, os termos "artigo gerador de aerossol" e "artigo para fumar" se referem a um artigo que compreende um substrato formador de aerossol capaz de liberar compostos voláteis que podem formar um aerossol. Por exemplo, um artigo gerador de aerossol pode ser um artigo para fumar que gera um aerossol diretamente inalável nos pulmões de um usuário através da boca do usuário. Um artigo gerador de aerossol pode ser descartável. O termo "artigo para fumar" será normalmente usado daqui para frente. Um artigo para fumar pode ser, ou compreender, uma haste de tabaco.

[023] No primeiro e segundo aspecto da invenção, o dispositivo gerador de aerossol pode compreender um elemento de aquecimento interno ou um elemento de aquecimento externo ou ambos em que "interno" e "externo" referem-se ao substrato formador de aerossol. Um elemento de aquecimento interno pode assumir qualquer forma adequada. Por exemplo, um elemento de aquecimento interno pode assumir a forma de uma lâmina de aquecimento. Alternativamente, o aquecedor interno pode assumir a forma de um estojo ou substrato com diferentes porções eletrocondutoras ou um tubo metálico com resistência elétrica. Alternativamente, o elemento de aquecimento interno pode ser uma ou mais agulhas ou hastes de aquecimento que passam através do centro do substrato formador de aerossol. Outras alternativas incluem um fio ou filamento de aquecimento, por exemplo, um fio de Ni-Cr (níquel-cromo), platina, tungstênio ou fio de liga ou uma placa de aquecimento. Opcionalmente, o elemento de aquecimento interno pode ser colocado dentro de um material transportador rígido ou sobre ele. Em tal modalidade, o elemento de aquecimento com resistência elétrica pode ser formado usando um metal que tenha uma relação definida entre a temperatura e a resistividade. Em um exemplo de tal dispositivo, o metal pode ser formado como uma faixa de um material isolante adequado, como um material cerâmico e então colocado entre outro material isolante, como um vidro. Os aquecedores formados desse modo podem ser utilizados tanto para aquecer quanto para monitorar a temperatura dos elementos de aquecimento durante o funcionamento.

[024] Um elemento de aquecimento externo pode assumir qualquer forma adequada. Por exemplo, um elemento de aquecimento externo pode assumir a forma de uma ou mais folhas flexíveis de aquecimento em um substrato dielétrico, tal como poli-imida. As folhas de aquecimento flexíveis podem ser moldadas para se ajustar ao perímetro da cavidade de recebimento de substrato. Alternativamente, um elemento de aquecimento externo pode assumir a forma de uma ou mais grades metálicas, uma placa de circuito impresso flexível, um dispositivo de interconexão moldado (Moulded Interconnect Device - MID), aquecedor de cerâmica, aquecedor de fibra de carbono flexível, ou pode ser formado utilizando uma técnica de revestimento, tal como deposição de vapor por plasma, em um substrato de forma adequada. Um elemento de aquecimento externo pode também ser formado usando um metal que tenha uma relação definida entre a temperatura e a resistividade. Em um exemplo de tal dispositivo, o metal pode ser formado como uma faixa entre duas camadas de materiais isolantes adequados. Um elemento de aquecimento externo formado desse modo pode ser usado tanto para aquecer quanto para monitorar a temperatura do elemento de aquecimento externo durante o funcionamento.

[025] O elemento de aquecimento interno ou externo pode compreender um dissipador de calor ou reservatório de calor contendo um material capaz de absorver e armazenar calor e, subsequentemente, liberar o calor ao longo do tempo para o substrato formador de aerossol. O dissipador de calor pode ser formado a partir de qualquer material adequado, como, por exemplo, um material metálico ou cerâmico adequado. Em uma modalidade, o material tem uma elevada capacidade de calor (material de armazenamento de calor sensível) ou é um material capaz de absorver e, subsequentemente, liberar calor por meio de um processo reversível, como uma mudança de fase a alta temperatura. Materiais de armazenamento de calor sensíveis adequados incluem gel de sílica, alumina, carbono, manta de vidro, fibra de vidro, minerais, um metal ou liga metálica como de alumínio, prata ou chumbo e um material celulósico, como papel. Outros materiais adequados que liberam calor por meio de uma mudança de fase reversível incluem parafina, acetato de sódio, naftaleno, cera, óxido de polietile- no, metal, sal de metal, uma mistura eutética de sais ou uma liga. O dissipador de calor ou o reservatório de calor podem ser dispostos de modo que fiquem diretamente em contato com o substrato formador de aerossol e possam transferir o calor armazenado diretamente ao substrato. Alternativamente, o calor armazenado no dissipador de calor ou no reservatório de calor pode ser transferido para o substrato formador de aerossol por meio de um condutor de calor, como um tubo metálico.

[026] O elemento de aquecimento aquece de forma favorável o substrato formador de aerossol por meio de condução. O elemento de aquecimento pode estar pelo menos parcialmente em contato com o substrato ou com o transportador em que o substrato é depositado. Alternativamente, o calor proveniente de um elemento de aquecimento interno ou externo pode ser conduzido ao substrato por meio de um elemento condutor de calor.

[027] Durante o funcionamento, no primeiro e segundo aspectos da invenção, o substrato formador de aerossol pode estar completamente contido no interior do dispositivo gerador de aerossol. Nesse caso, um usuário pode baforar no bocal de um dispositivo gerador de aerossol. Alternativamente, durante o funcionamento, um artigo para fumar que contenha o substrato formador de aerossol pode estar parcialmente contido dentro do dispositivo gerador de aerossol. Nesse caso, o usuário pode baforar diretamente no artigo para fumar. O elemento de aquecimento pode ser posicionado dentro de uma cavidade no dispositivo, sendo que a cavidade é configurada para receber um substrato formador de aerossol de modo que, durante a utilização, o elemento de aquecimento fique dentro do substrato formador de aerossol.

[028] O artigo para fumar pode ser substancialmente de forma cilíndrica. O artigo para fumar pode ser substancialmente alongado. O artigo para fumar pode ter um comprimento e uma circunferência substancialmente perpendiculares ao comprimento. O substrato formador de aerossol pode ser substancialmente de forma cilíndrica. O substrato formador de aerossol pode ser substancialmente alongado. O substrato formador de aerossol pode também ter um comprimento e uma circunferência substancialmente perpendiculares ao comprimento.

[029] O artigo para fumar pode ter um comprimento total entre cerca de 30 mm e cerca de 100 mm. O artigo para fumar pode ter um diâmetro externo entre cerca de 5 mm e cerca de 12 mm. O artigo para fumar pode compreender um plugue de filtro. O plugue de filtro pode estar localizado na extremidade a jusante do artigo para fumar. O plu- gue do filtro pode ser um plugue de filtro de acetato de celulose. Em uma modalidade, o tampão do filtro possui cerca de 7 mm de comprimento, mas pode ter um comprimento entre cerca de 5 mm e cerca de 10 mm.

[030] Em uma modalidade, o artigo para fumar tem um comprimento total de aproximadamente 45 mm. O artigo para fumar pode ter um diâmetro externo de aproximadamente 7,2 mm. Além disso, o substrato formador de aerossol pode ter um comprimento de aproximadamente 10 mm. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode ter um comprimento de aproximadamente 12 mm. Adicionalmente, o substrato formador de aerossol pode ter um diâmetro entre cerca de 5 mm e cerca de 12 mm. O artigo para fumar pode compreender um invólucro de papel externo. Além disso, o artigo para fumar pode compreender uma separação entre o substrato formador de aerossol e o plugue do filtro. A separação pode ser de cerca de 18 mm, mas pode estar no intervalo de cerca 5 mm e cerca de 25 mm. Prefe-rencialmente, a separação é preenchida no artigo para fumar por um trocador de calor que resfria o aerossol à medida que este passa pelo artigo para fumar, do substrato para o plugue de filtro. O trocador de calor pode ser, por exemplo, um filtro baseado em polímero, como um material de plástico polilático (PLA) corrugado.

[031] Nos primeiro e segundo aspectos da invenção, o substrato formador de aerossol pode ser um substrato formador de aerossol sólido. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode compreender componentes sólidos e líquidos. O substrato formador de aerossol pode compreender um material contendo tabaco, contendo compostos flavorizantes de tabaco voláteis, que são liberados do substrato mediante aquecimento. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode compreender um material não derivado do tabaco. O substrato formador de aerossol pode compreender ainda um formador de aerossol. Exemplos de formadores de aerossol adequados são a glicerina e o propilenoglicol.

[032] Se o substrato formador de aerossol for um substrato formador de aerossol sólido, o substrato formador de aerossol poderá compreender, por exemplo, um ou mais destes: pó, grânulos, péletes, pedaços, filamentos, tiras ou folhas contendo um ou mais destes: folha de ervas, folha de tabaco, fragmentos de galhos de tabaco, tabaco reconstituído, tabaco homogeneizado, tabaco extrudado, tabaco reconstituído e tabaco expandido. O substrato formador de aerossol sólido pode estar na forma solta ou pode ser fornecido em um recipiente ou cartucho adequado. Opcionalmente, o substrato formador de aerossol sólido pode conter compostos aromatizantes adicionais voláteis de tabaco ou não derivados de tabaco, para serem liberados mediante o aquecimento do substrato. O substrato formador de aerossol sólido pode também conter cápsulas que, por exemplo, incluem os compostos aromatizantes adicionais voláteis de tabaco ou não derivados do tabaco, e tais cápsulas podem fundir durante o aquecimento do substrato formador de aerossol sólido.

[033] Conforme usado neste documento, o tabaco homogeneizado refere-se ao material formado pelo aglomerado de tabaco em partículas. O tabaco homogeneizado pode estar na forma de uma folha. O material de tabaco homogeneizado pode ter um conteúdo de formador de aerossol superior a 5% em peso seco. Alternativamente, o material de tabaco homogeneizado pode ter um conteúdo de formador de aerossol entre 5% e 30% em peso com base no peso seco. As folhas de material de tabaco homogeneizado podem ser formadas por um aglomerado de partículas de tabaco obtidas por moagem, ou outra forma de trituração, das lâminas e dos caules da folha de tabaco. Alternativa ou adicionalmente, as folhas do material de tabaco homogeneizado podem conter um ou mais dentre pó de tabaco, resíduos de tabaco e outros subprodutos de tabaco em partículas formadas durante, por exemplo, o tratamento, manuseio e envio do tabaco. Folhas de material de tabaco homogeneizado podem compreender um ou mais aglutinantes intrínsecos, ou seja, aglutinantes endógenos de tabaco, um ou mais aglutinantes extrínsecos, ou seja, aglutinantes exógenos de tabaco, ou uma combinação deles, a fim de ajudar a aglomerar as partículas de tabaco; alternativa ou adicionalmente, as folhas de material de tabaco homogeneizado podem conter outros aditivos incluindo, mas sem limitação, fibras e tabaco e não tabaco, formadores de aerossol, umectantes, plastificantes, aromatizantes, preenchedores, solventes aquosos e não aquosos e combinações destes.

[034] Opcionalmente, o substrato formador de aerossol sólido pode ser fornecido ou incorporado em um transportador termicamente estável. O transportador pode ter a forma de pó, grânulos, péletes, filamentos, pedaços, tiras ou folhas. Alternativamente, o transportador pode ser um transportador tubular e conter uma fina camada do substrato sólido depositada em sua superfície interna ou em sua superfície externa ou em suas superfícies interna e externa. Tal transportador tubular pode ser formado, por exemplo, por um papel, ou material semelhante a papel, uma manta de fibra de carbono não tecida, uma tela metálica de malha aberta de massa baixa, uma folha metálica perfurada ou qualquer outra matriz polimérica termicamente estável.

[035] O substrato formador de aerossol sólido pode ser depositado sobre a superfície do transportador na forma de, por exemplo, uma folha, espuma, gel ou pasta. O substrato formador de aerossol sólido pode ser depositado sobre toda a superfície do transportador ou, alternativamente, pode ser depositado em um padrão para proporcionar uma distribuição de aroma não uniforme durante a utilização.

[036] Embora tenha sido feita referência a substratos de formação de aerossol sólidos anteriormente nesta descrição, será evidente para aquele versado na técnica que outras formas de substrato formador de aerossol podem ser utilizadas com outras modalidades. Por exemplo, o substrato formador de aerossol pode ser um substrato líquido formador de aerossol. Se um substrato formador de aerossol líquido é fornecido, o dispositivo gerador de aerossol compreende, preferencialmente, meios para reter o líquido. Por exemplo, o substrato formador de aerossol líquido pode ser retido em um recipiente. Alternativa ou adicionalmente, o substrato formador de aerossol líquido pode ser absorvido em um material transportador poroso. O material transportador poroso pode ser feito de qualquer plugue ou corpo absorvente adequado, por exemplo, um material de espuma de metal ou de espuma de plástico, polipropileno, terileno, fibras de náilon ou cerâmica. O substrato de formação de aerossol líquido pode ser retido no material transportador poroso antes da utilização do dispositivo gerador de aerossol ou, como alternativa, o material do substrato de formação de aerossol líquido pode ser liberado no material transportador poroso durante ou imediatamente antes da utilização. Por exemplo, o substrato líquido formador de aerossol pode ser fornecido em uma cápsula. O cartucho da cápsula derrete preferencialmente mediante aquecimento liberando o substrato formador de aerossol líquido no material transportador poroso. A cápsula pode conter, opcionalmente, um sólido em combinação com o líquido.

[037] Alternativamente, o transportador pode ser um agrupamen to de tecido não tecido ou de fibras nos quais foram incorporados componentes do tabaco. O tecido não tecido ou feixe de fibras pode compreender, por exemplo, fibras de carbono, fibras de celulose natural ou fibras derivadas de celulose.

[038] Nos primeiro e segundo aspectos da invenção, o sistema pode ser um sistema para fumar aquecido eletricamente portátil.

[039] Embora a presente descrição tenha sido descrita por refe rência a diferentes aspectos, é preciso ficar claro que as características descritas em relação a um aspecto da presente descrição podem ser aplicadas aos outros aspectos da presente descrição.

[040] As modalidades da invenção serão descritas agora em de talhes, a título de exemplo apenas, com referência às figuras acompanhantes, nas quais:a Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema para fumar operado eletricamente;a Figura 2 é um corte transversal esquemático da parte frontal de uma primeira modalidade de um dispositivo do tipo exibido na Figura 1;a Figura 3 é uma ilustração esquemática de um circuito de monitoramento de falha de interruptor de acordo com a invenção; ea Figura 4 é uma modalidade de um circuito do tipo mostrado na Figura 2, mostrando os componentes de circuito em maior detalhe.

[041] Na Figura 1, os componentes de uma modalidade de um dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 100 são mostrados de forma simplificada. Especificamente, os elementos do dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 100 não estão desenhados em escala na Figura 1. Os elementos que não são relevantes para a compreensão desta modalidade foram omitidos para simplificar a Figura 1.

[042] O dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 100 é formado por um compartimento 10 e um substrato formador de aerossol 12, por exemplo, um cigarro. O substrato formador de aerossol 12 é empurrado para dentro da carcaça 10 para ficar em proximi- dade térmica com o elemento de aquecimento 14. O substrato formador de aerossol 12 irá liberar uma variedade de compostos voláteis sob temperaturas diferentes. Ao controlar a temperatura de funcionamento do dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 100 para estar abaixo da temperatura de liberação de alguns dos compostos voláteis, a liberação ou formação destes constituintes de fumaça podem ser evitadas.

[043] Dentro do compartimento 10 há uma fonte de energia elé trica 16, por exemplo, uma bateria de íons de lítio recarregável. Um controlador 18 está conectado ao elemento de aquecimento 14, à fonte de energia elétrica 16 e a uma interface do usuário 20, por exemplo, um botão ou visor. O controlador 18 controla a energia fornecida ao elemento de aquecimento 14, a fim de regular sua temperatura. Geralmente, o substrato formador de aerossol é aquecido a uma temperatura entre 250 e 450 graus centígrados.

[044] Na modalidade descrita, o elemento de aquecimento 14 é uma faixa, ou faixas, com resistência elétrica depositada(s) em um substrato de cerâmica. O substrato de cerâmica está na forma de uma lâmina e é inserido no substrato formador de aerossol 12 em utilização. A Figura 2 é uma representação esquemática da parte frontal do dispositivo e ilustra o fluxo de ar pelo dispositivo. Deve ser notado que a Figura 2 não representa com precisão a escala relativa dos elementos do dispositivo. Um artigo para fumar 102, incluindo um substrato formador de aerossol 12 é recebido na cavidade 22 do dispositivo 100. O ar é puxado para dentro do dispositivo pela ação de um usuário sugando um bocal 24 do artigo para fumar 102. O ar é aspirado pelas entradas de ar 26 formadas em uma face proximal da carcaça 10. O ar aspirado no dispositivo passa por um canal de ar 28 que envolve a parte externa da cavidade 22. O ar aspirado entra no substrato formador de aerossol 12 na extremidade distal do artigo para fumar 102 ad- jacente à extremidade proximal de um elemento de aquecimento em forma de lâmina 14 fornecido na cavidade 22. O ar aspirado passa através do substrato formador de aerossol 12, entrando no aerossol, e logo em seguida na extremidade da boca do artigo para fumar 102. O substrato formador de aerossol 12 é um plugue cilíndrico de material a base de tabaco.

[045] A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um circuito de monitoramento de falha de interruptor de acordo com a invenção. Como mostrado na Figura 3, o aquecedor 14 está conectado ao aterra- mento elétrico através de um interruptor de lado inferior 32, também conhecido neste documento como o primeiro interruptor. O aquecedor 14 está conectado à voltagem da bateria através de um interruptor de lado superior 34, referido a partir de agora como o segundo interruptor.

[046] O primeiro interruptor 32 é um MOSFET de canal n. O segundo interruptor é um MOSFET de canal p. Durante a operação normal do sistema, o segundo MOSFET 34 é mantido, correspondente ao segundo interruptor na posição fechada, permitindo que a corrente flua da bateria para o aquecedor. O primeiro MOSFET 32 é ligado e desligado pelo controlador 18 em conformidade com um ciclo de trabalho específico para controlar a temperatura do aquecedor 14. Quando o primeiro MOSFET 32 está ligado, o que é correspondente ao interruptor estando fechado, a corrente é permitida a fluir do aquecedor para o aterrador e o MOSFET 32 tendo uma resistência elétrica muito baixa. Quase toda voltagem da bateria é então jogada por todo o aquecedor e o aquecedor se aquece como um resultado do efeito Joule. Quando o primeiro MOSFET está desligado ele apresenta uma resistência elé-trica muito alta. Neste caso, muito pouca tensão é jogada ao longo do aquecedor e não há quase nenhum aquecimento do aquecedor como resultado do efeito Joule.

[047] Se houver uma falha com o primeiro interruptor e se este permanecer ligado permitindo que a corrente flua através do aquecedor continuamente, a temperatura do aquecedor subirá de forma descontrolada. Para detectar uma falha no primeiro interruptor, um sistema de monitoramento é fornecido. O sistema de monitoramento é composto por um circuito RC 36 conectado ao aquecedor através de um diodo 40 e um componente de disparador 38 conectado entre o circuito RC e uma entrada de controle do segundo interruptor 34.

[048] Quando o primeiro interruptor 32 está desligado e portanto tem uma resistência muito alta, é permitido que o circuito RC 36 carregue rapidamente como um resultado da voltagem da bateria. Quando o primeiro interruptor 32 está ligado, a voltagem no interruptor de lado inferior está muito próxima ao aterramento e o circuito RC se descarrega. O diodo 40 impede que o circuito RC descarregue através do aquecedor. O componente de disparador 38 recebe a voltagem de descarga do circuito RC e é configurado para mudar o segundo interruptor para baixo quando a voltagem de descarga cai abaixo de um limite predeterminado.

[049] Durante a operação normal, o primeiro interruptor está ligado por um período consistente de tempo (a fase ativa), por exemplo 1 milissegundo e está desligado (a fase inativa) por períodos neste intervalo. É possível carregar o circuito RC rapidamente durante a fase inativa e permitir que este descarregue apenas lentamente durante a fase ativa pela criação da via de descarga tendo uma maior resistência do que a via de carregamento. Então, mesmo em um ciclo de trabalho máximo, no qual o primeiro interruptor pode estar ligado em 99% do tempo e desligado por apenas 1% do tempo a fim de aumentar a temperatura do aquecedor, pode ser assegurado que o disparador só opera o segundo interruptor se a fase ativa dura significativamente mais do que o 1 milissegundo esperado.

[050] Se a voltagem de descarga do circuito RC cai abaixo do limite de disparo do componente de disparo, o segundo interruptor é alternado para um estado desligado e então a energia ao aquecedor é interrompida. Ao mesmo tempo o componente de disparo é configurado para fornecer um sinal de reinicialização para o controlador 18 para que o controlador possa então redefinir o primeiro interruptor a um estado desligado, permitindo que o circuito RC se recarregue, o que por sua vez mudou o componente de gatilho 38 para desligado, permitindo que o segundo interruptor 34 seja redefinido para um estado ligado.

[051] Ao usar o tempo previsível da descarga de um circuito RC e selecionando os valores de resistência e capacitância aos componentes com cuidado, este arranjo pode ser usado para garantir que o segundo interruptor está sempre desligado antes que o aquecedor seja capaz de atingir uma temperatura perigosa e até mesmo indesejável. O sistema de monitoramento pode ser implementado em um pequeno pacote que consome muito pouca energia.

[052] A Figura 4 é uma modalidade de um circuito do tipo mostrado na Figura 2, mostrando os componentes de circuito em maior detalhe. Pode ser observado na Figura 4 que o primeiro interruptor 32 é um MOSFET canal-n, com a fonte conectada ao aterramento e o dreno conectado ao aquecedor. O portão está conectado ao controlador através de conexão G1. Um resistor de série de porta 62 é usado para limitar a corrente no portão quando o controlador alterna a porta. Um resistor pull-down 64 é fornecido para prender a porta próxima à voltagem da fonte quando o controlador está sendo restaurado e a entrada G1 não está sendo conduzida.

[053] O diodo 40 é um diodo de Schottky que permite que o circuito RC carregue durante a fase inativa ao não permitir que este se descarregue através do primeiro interruptor na fase ativa. Um resistor de série do diodo 42 é fornecido para limitar o pico de corrente através do diodo 40 ao carregar o circuito RC, especialmente no início.

[054] O circuito de RC 36 compreende um resistor de rede do sincronismo 54 e um capacitor de rede do sincronismo 52, cada um conectado ao aterramento.

[055] O componente do disparador 38 é um disparador de Schmitt que tem um limite beirando o negativo para a voltagem da rede de RC, abaixo da qual irá fornecer uma saída alternante ao inversor 56. O inversor 56, alimentado pela voltagem da bateria, é usado então para empurrar a entrada para a porta do segundo interruptor, que é um MOSFET canal p, para a voltagem da fonte, obstruindo o segundo interruptor. Em operação normal, o inversor garante a porta seja fornecida com uma tensão de bateria invertida (-Vbateria) de modo que o segundo interruptor esteja ligado.

[056] O controlador é conectado à linha "Energia ok" 70. Isto permite que o controlador monitore a saída do disparador Schmitt 38 e também permite que o controlador desabilite o segundo interruptor, puxando a entrada para o inversor inferior através do diodo 72. Um resistor 60 é fornecido para esta finalidade. O resistor 58 é um resistor pull-down, garantindo que a entrada para o inversor 56 seja inferior no caso de uma falha de fornecimento de energia lógica.

[057] O resistor 68 é um resistor pull-up, garantindo que a porta do segundo interruptor seja puxada para a voltagem da fonte e mantendo o interruptor bloqueado se o inversor 56 falhar. O resistor 66 é um resistor de série de porta que limita a saída de corrente do inversor 56.

[058] Deve ficar claro que as modalidades exemplares descritas acima são ilustrativas, mas não limitantes. Considerando as modalidades exemplares discutidas acima, outras modalidades consistentes com as modalidades exemplares acima tornar-se-ão evidentes aos versados na técnica.

Claims (14)

1. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), compreendendo:uma fonte de energia (16);um aquecedor elétrico (14);um primeiro interruptor (32) conectado entre o aquecedor elétrico (14) e o aterramento elétrico;um segundo interruptor (34) conectado entre a fonte de energia (16) e o aquecedor elétrico (14);caracterizado por um circuito RC (36) compreendendo um capacitor (52) e conectado à fonte de energia (16) de modo que o capacitor (52) carregue quando o primeiro interruptor (32) estiver aberto e descarregue quando o primeiro interruptor (32) estiver fechado; ecircuitos de controle conectados ao circuito RC (36) e configurados para monitorar uma voltagem de descarga do circuito RC (36) e para abrir o segundo interruptor (34) quando a voltagem de descarga do circuito RC (36) cair abaixo de um valor-limite.

2. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os circuitos de controle compreendem um disparador Schmitt (38) conectado entre o circuito RC (36) e segundo interruptor (34), o disparador Schmitt (38) sendo configurado para abrir o segundo interruptor quando a voltagem de descarga do circuito RC (36) cair abaixo de um valor-limite.

3. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro interruptor (32) é um MOSFET.

4. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o segundo interruptor (34) é um MOSFET.

5. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um diodo (40) configurado para impedir a descarga do circuito RC (36) através do primeiro interruptor (32) quando o primeiro interruptor (32) estiver fechado.

6. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o circuito RC (36) tem uma constante de tempo maior que duas vezes o período mais longo para o qual o primeiro interruptor (32) está fechado durante a operação normal do sistema.

7. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um inversor (56) conectado entre o circuito RC (36) e o segundo interruptor (34).

8. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende um controlador (18) configurado para controlar a operação do primeiro interruptor (32) para manter o aquecedor elétrico (14) em uma temperatura-alvo.

9. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia (16) é uma bateria.

10. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o sistema é um Sistema para fumar aquecido eletricamente portátil.

11. Sistema para fumar aquecido eletricamente (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o sistema é um sistema para fumar de tabaco aquecido.

12. Método de controle de um aquecedor elétrico (14) em um sistema para fumar aquecido eletricamente (100) conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:fornecer energia elétrica ao aquecedor (14) em pulsos de modo que, durante os períodos ativos, haja fornecimento de energia ao aquecedor (14) e durante os períodos inativos, não haja fornecimento de energia ao aquecedor (14);carregar um capacitor (52) em um circuito RC (36) durante os períodos inativos e permissão para que o capacitor (52) descarregue durante os períodos ativos; emonitorar uma voltagem de descarga do capacitor (52) e se a voltagem de descarga do capacitor (52) cai abaixo de um nível de voltagem limite, interrompendo, então, o fornecimento de energia elétrica adicional ao aquecedor.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a energia é fornecida ao aquecedor (14) pela comutação regular de um primeiro interruptor (32) e em que a etapa de interrupção do fornecimento adicional de energia elétrica ao aquecedor (14) compreenda a comutação de um segundo interruptor (34).

14. Método, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a constante de tempo do circuito RC (36) é maior do que duas vezes o período de tempo dos pulsos da energia elétrica fornecida ao aquecedor (14).

Images