UA119979C2 - Індукційний нагрівальний пристрій, система подачі аерозолю, яка містить індукційний нагрівальний пристрій, та спосіб її експлуатації - Google Patents

Abstract

Індукційний нагрівальний пристрій (1) для нагрівання субстрату (20), що утворює аерозоль, який містить струмоприймач (21), містить: корпус (10) пристрою, джерело (11) живлення постійного струму для забезпечення напруги постійного струму(VDC) і сили постійного струму (IDC), електронні схеми (13) подачі живлення, що містять перетворювач (132) постійного струму на змінний, причому перетворювач (132) постійного струму на змінний містить ланцюг (1323) індуктивно-ємнісного навантаження, який містить послідовне з'єднання конденсатора (С2) і індуктора (L2), що має омічний опір (Rкотушки), порожнину (14) у корпусі (10) пристрою для розміщення частини субстрату (20), що утворює аерозоль, для індуктивного приєднання індуктора (L2) ланцюга (1323) індуктивно-ємнісного навантаження до струмоприймача (21). Електронні схеми (13) подачі живлення додатково містять мікроконтролер (131) для визначення за напругою постійного струму (VDC) і силою постійного струму (IDC) уявний омічний опір (Ra), і за уявним омічним опором (Ra) температуру (Т) струмоприймача (21).

Description

Даний винахід відноситься до індукційного нагрівального пристрою для нагрівання субстрату, що утворює аерозоль. Даний винахід також відноситься до системи подачі аерозолю, яка містить такий індукційний нагрівальний пристрій. Даний винахід додатково відноситься до способу експлуатації такої системи подачі аерозолю.

У відомому рівні техніки існують системи подачі аерозолю, які містять субстрат, що утворює аерозоль, зазвичай тютюновмісний штранг. Для нагрівання тютюнового штранга до температури, при якій він здатний вивільняти леткі компоненти, здатні утворювати аерозоль, нагрівальний елемент, такий як нагрівальна пластина (зазвичай виготовлена з металу), вставлений у тютюновий штранг. Температура нагрівальної пластини, що безпосередньо контактує із субстратом, що утворює аерозоль (тютюновим штрангом), визначена як така, що представляє собою температуру субстрату, що утворює аерозоль. Температура нагрівальної пластини розраховується за допомогою відомої залежності між омічним опором нагрівальної пластини та температурою нагрівальної пластини. Отже, при нагріванні температуру нагрівальної пластини можна визначити в будь-який час у ході сеансу паління за допомогою відстеження омічного опору нагрівальної пластини (наприклад, за допомогою вимірювання напруги та сили струму).

Інші системи подачі аерозолю містять індукційний нагрівальний пристрій замість нагрівальної пластини. Індукційний нагрівальний пристрій містить індуктор, розташований у тепловій близькості від субстрату, що утворює аерозоль, і субстрат, що утворює аерозоль, містить струмоприймач. Змінне магнітне поле індуктора створює вихрові струми та втрати на гістерезис у струмоприймачі, змушуючи струмоприймач нагрівати субстрат, що утворює аерозоль, до температури, при якій він здатний вивільняти леткі компоненти, здатні утворювати аерозоль. Оскільки нагрівання струмоприймача здійснюється безконтактним чином, не існує прямого способу вимірювання температури субстрату, що утворює аерозоль.

Однак необхідно мати можливість вимірювати та регулювати робочу температуру субстрату, що утворює аерозоль, ефективним чином також при індукційному нагріванні субстрату, що утворює аерозоль. Таким чином, є потреба у індукційному нагрівальному пристрої для нагрівання субстрату, що утворює аерозоль, у якому може бути виконано вимірювання температури субстрату, що утворює аерозоль. Також існує потреба в системі

Зо подачі аерозолю, яка передбачає вимірювання температури субстрату, що утворює аерозоль.

У даному винаході пропонується індукційний нагрівальний пристрій для нагрівання субстрату, що утворює аерозоль, який містить струмоприймач. Індукційний нагрівальний пристрій згідно з винаходом містить: - корпус пристрою - джерело живлення постійного струму, яке при експлуатації забезпечує напругу постійного струму та силу постійного струму, - електронні схеми подачі живлення, виконані з можливістю роботи на високій частоті, при цьому електронні схеми подачі живлення містять перетворювач постійного струму на змінний, підключений до джерела живлення постійного струму, при цьому перетворювач постійного струму на змінний містить ланцюг індуктивно-ємнісного навантаження, виконаний з можливістю роботи з низьким омічним навантаженням, при цьому ланцюг індуктивно-ємнісного навантаження містить послідовне з'єднання конденсатора й індуктора, що має омічний опір, - порожнину, розташовану в корпусі пристрою, при цьому порожнина має внутрішню поверхню, форма якої дозволяє розміщати щонайменше частину субстрату, що утворює аерозоль, при цьому порожнина розташована таким чином, щоб при розміщенні частини субстрату, що утворює аерозоль, у порожнини, індуктор ланцюга індуктивно-ємнісного навантаження індуктивно з'єднувався зі струмоприймачем субстрату, що утворює аерозоль, при експлуатації.

Електронні схеми подачі живлення додатково містять мікроконтролер, запрограмований на те, щоб при експлуатації визначати за напругою постійного струму джерела живлення постійного струму та за силою постійного струму, одержуваного із джерела живлення постійного струму, уявний омічний опір, і додатково запрограмований на те, щоб при експлуатації визначати за уявним омічним опором температуру струмоприймача субстрату, що утворює аерозоль.

Субстрат, що утворює аерозоль, переважно є субстратом, здатним вивільняти леткі сполуки, які можуть утворювати аерозоль. Леткі сполуки вивільняються шляхом нагрівання субстрату, що утворює аерозоль. Субстрат, що утворює аерозоль, може бути твердим або рідким або містити як тверді, так і рідкі компоненти. У переважному варіанті здійснення субстрат, що утворює аерозоль, є твердим.

Субстрат, що утворює аерозоль, може містити нікотин. Нікотиновмісний субстрат, що утворює аерозоль, може бути матрицею із солі нікотину. Субстрат, що утворює аерозоль, може містити матеріал рослинного походження. Субстрат, що утворює аерозоль, може містити тютюн і, переважно, тютюновмісний матеріал містить леткі сполуки зі смаком і ароматом тютюну, які вивільняються із субстрату, що утворює аерозоль, при нагріванні.

Субстрат, що утворює аерозоль, може містити гомогенізований тютюновий матеріал.

Гомогенізований тютюновий матеріал може бути утворений за допомогою агломерації частинок тютюну. При наявності, гомогенізований тютюновий матеріал може мати такий вміст речовини для утворення аерозолю, який є рівним або перевищує 5 95 за сухою вагою, і переважно від більш ніж 5 95 до 30 ваг. 95 за сухою вагою.

Субстрат, що утворює аерозоль, у якості альтернативи може містити матеріал, що не містить тютюну. Субстрат, що утворює аерозоль, може містити гомогенізований матеріал рослинного походження.

Субстрат, що утворює аерозоль, може містити щонайменше одну речовину для утворення аерозолю. Речовина для утворення аерозолю може бути будь-якою придатною відомою сполукою або сумішшю сполук, які при використанні сприяють утворенню щільного та стійкого аерозолю і які при робочій температурі пристрою, що генерує аерозоль, по суті мають стійкість до термічної деградації. Придатні речовини для утворення аерозолю добре відомі з рівня техніки та включають без обмеження: багатоатомні спирти, такі як триетиленгліколь, 1,3- бутандіол і гліцерин; естери багатоатомних спиртів, такі як гліцерол моно-, ді- або триацетат; і аліфатичні естери моно-, ді- або полікарбонових кислот, такі як диметилдодекандісат і диметилтетрадекандіоат. Особливо переважними речовинами для утворення аерозолю є багатоатомні спирти або їх суміші, такі як триетиленгліколь, 1,3-бутандіол і, найбільш переважно, гліцерин. Субстрат, що утворює аерозоль, може містити інші добавки та інгредієнти, такі як ароматизатори. Субстрат, що утворює аерозоль, переважно містить нікотин і щонайменше одну речовину для утворення аерозолю. В особливо переважному варіанті здійснення речовина для утворення аерозолю є гліцерином.

Джерело живлення постійного струму зазвичай може містити будь-яке придатне джерело живлення постійного струму, що містить, зокрема, блок живлення, що підключається до

Зо електромережі, одну або кілька одноразових батарей, акумуляторних батарей, або будь-яке інше придатне джерело живлення постійного струму, здатне забезпечити необхідну напругу постійного струму та необхідну силу постійного струму. В одному варіанті здійснення напруга постійного струму джерела живлення постійного струму перебуває в діапазоні від приблизно 2,5 вольт до приблизно 4,5 вольт і сила постійного струму перебуває в діапазоні від приблизно 2,5 до приблизно 5 ампер (що відповідає потужності джерела постійного струму в діапазоні від приблизно 6,25 ват до приблизно 22,5 ват). Переважно, джерело живлення постійного струму містить акумуляторні батареї. Такі батареї є загальнодоступними та мають припустимий загальний об'єм, що становить приблизно 1,2-3,5 кубічних сантиметрів. Такі батареї можуть мати по суті циліндричну або прямокутну тверду форму. Крім цього, джерело живлення постійного струму може містити живильний дросель постійного струму.

Як загальне правило, коли термін "приблизно" застосовують у поєднанні з конкретною величиною в даній заявці, слід розуміти, що величина, наступна за терміном "приблизно", не обов'язково повинна точно дорівнювати конкретній величині з технічних міркувань. Проте, термін "приблизно", який використовується в поєднанні з конкретною величиною, завжди слід розуміти як такий, що включає в себе й явним чином виражає конкретну величину, наступну за терміном "приблизно".

Електронні схеми подачі живлення виконані з можливістю роботи на високій частоті. Для цілей даної заявки термін "висока частота" слід розуміти як такий, що позначає частоту в діапазоні від приблизно 1 мегагерц (МГц) до приблизно 30 мегагерц (МГц), зокрема від приблизно 1 мегагерц (МГц) до приблизно 10 МГц (включаючи діапазон від 1 МГц до 10 МГЦ), і ще точніше від приблизно 5 мегагерц (МГц) до приблизно 7 мегагерц (МГц) (включаючи діапазон від 5 МГц до 7 МГЦ).

Електронні схеми подачі живлення містять перетворювач постійного струму на змінний, підключений до джерела живлення постійного струму.

Ланцюг індуктивно-ємнісного навантаження перетворювача постійного струму на змінний (який може бути виконаний у вигляді інверторного перетворювача постійного струму на змінний) виконаний з можливістю роботи з низьким омічним навантаженням. Термін "низьке омічне навантаження" слід розуміти як таке, що позначає омічне навантаження, яке менше приблизно 2 Ом. Ланцюг індуктивно-ємнісного навантаження містить шунтувальний конденсатор і бо послідовне з'єднання конденсатора й індуктора, що має омічний опір. Цей омічний опір індуктора зазвичай становить декілька десятих Ома. При експлуатації омічний опір струмоприймача підсумовується з омічним опором індуктора та повинен перевищувати омічний опір індуктора, оскільки електрична енергія, що подається, повинна перетворюватися в теплоту в струмоприймачі до максимально можливої величини для того, щоб підвищити ефективність підсилювача потужності та дозволити передавати максимально можливу кількість теплоти від струмоприймача до іншої частини субстрату, що утворює аерозоль, для ефективного утворення аерозолю.

Струмоприймач являє собою провідник, здатний індуктивно нагріватися. "Теплова близькість" означає, що струмоприймач розташований відносно іншої частини субстрату, що утворює аерозоль, таким чином, щоб достатня кількість теплоти передавалася від струмоприймача до іншої частини субстрату, що утворює аерозоль, для утворення аерозолю.

Оскільки струмоприймач не тільки є проникним для магнітного поля, але також є електропровідним (він є провідником, як зазначено вище), струм, відомий як вихровий струм, утворюється в струмоприймачі й тече в струмоприймач згідно із законом Ома. Струмоприймач повинен мати низький питомий електричний опір р для збільшення розсіювання джоулевої теплоти. Крім цього, необхідно враховувати частоту змінного вихрового струму через поверхневий ефект (більше 98 95 електричного струму тече в шарі на глибині, що в чотири рази перевищує глибину поверхневого шару б, від зовнішньої поверхні провідника). Враховуючи це, омічний опір Ко струмоприймача розраховується за рівнянням

В: - де

Ї позначає частоту змінного вихрового струму

Но означає магнітну проникність вільного простору

Нгозначає відносну магнітну проникність матеріалу струмоприймача, і р позначає питомий електричний опір матеріалу струмоприймача.

Втрата потужності Ре, утворена вихровим струмом, розраховується за формулою

Ре-І2-Ав де

Ї позначає силу струму (середньоквадратичне значення) вихрового струму, і

Аз позначає електричний омічний опір струмоприймача (див. вище)

Із цього рівняння для розрахунків Ре і з обчислення К5 видно, що для матеріалу, який має

Зо відому відносну магнітну проникність мг та заданий питомий електричний опір р, очевидно, що втрата потужності Ре, утворена вихровим струмом (через перетворення в теплоту) збільшується при збільшенні частоти та збільшенні сили струму (середньоквадратичного значення). З іншого боку, частота змінного вихрового струму (і, відповідно, змінного магнітного поля, яке індукує вихровий струм у струмоприймачі) не може бути довільно збільшена, оскільки глибина поверхневого шару б зменшується в міру збільшення частоти вихрового струму (або змінного магнітного поля, що індукує вихровий струм у струмоприймачі), внаслідок чого вище певної частоти відсічення вихрові струми більше не можуть утворюватися в струмоприймачі, оскільки глибина поверхневого шару занадто мала для того, щоб дозволити утворення вихрових струмів. Збільшення сили струму (середньоквадратичного значення) вимагає змінного магнітного поля, яке має високу щільність магнітного потоку, і таким чином вимагає об'ємних джерел індукції (індукторів).

Крім цього, теплота виробляється в струмоприймачі за допомогою механізму нагрівання, пов'язаного з гістерезисом. Втрата потужності, утворена гістерезисом, розраховується за рівнянням

Рн-М Мун: ї де

М позначає об'єм струмоприймача

Мн позначає роботу, необхідну для намагнічування струмоприймача уздовж замкненої петлі гістерезису на схемі в координатах В-Н, і

Ї позначає частоту змінного магнітного поля.

Робота МуУн, необхідна для намагнічування струмоприймача уздовж замкненої петлі гістерезису, також може бути виражена у вигляді

Мн 7

Максимальна можлива кількість роботи МуУн залежить від властивостей матеріалу струмоприймача (залишкова магнітна індукція в стані насичення Ве, коерцитивність Не), і фактична кількість роботи М/н залежить від фактичної петлі намагнічування в координатах В-Н, індукованої в струмоприймачі змінним магнітним полем, і ця фактична петля намагнічування в координатах В-Н залежить від величини магнітного збудження.

У сструмоприймачі є третій механізм вироблення теплоти (втрата потужності). Це вироблення теплоти викликане динамічними втратами магнітних доменів у матеріалі струмоприймача, що має магнітну проникність, коли струмоприймач зазнає зовнішнього впливу змінного магнітного поля, і ці динамічні втрати зазвичай також збільшуються в міру збільшення частоти змінного магнітного поля.

Для забезпечення можливості вироблення теплоти в струмоприймачі згідно з вищеописаними механізмами (в основному через втрати на вихрові струми та втрати на гістерезис), в корпусі пристрою розташована порожнина. Порожнина містить внутрішню поверхню, форма якої дозволяє розміщати щонайменше частину субстрату, що утворює аерозоль. Порожнина розташована таким чином, щоб при розміщенні у порожнині частини субстрату, що утворює аерозоль, індуктор ланцюга індуктивно-ємнісного навантаження був індуктивно з'єднаний зі струмоприймачем субстрату, що утворює аерозоль, при експлуатації. Це означає, що індуктор ланцюга індуктивно-ємнісного навантаження використовується для нагрівання струмоприймача за допомогою магнітної індукції. Це усуває потребу в додаткових компонентах, таких, як узгоджувальні ланцюги для узгодження вихідного імпедансу підсилювача потужності класу Е з навантаженням, таким чином дозволяючи додатково зводити до мінімуму розмір електронних схем подачі живлення.

Загалом, індукційний нагрівальний пристрій згідно з винаходом надає невеликий, легкий в застосуванні, ефективний, чистий та надійний нагрівальний пристрій завдяки безконтактному нагріванню субстрату. Для струмоприймачів, що формують низькі омічні навантаження, як зазначено вище, що одночасно мають омічний опір, який значно перевищує омічний опір індуктора ланцюга індуктивно-ємнісного навантаження, таким чином, можливе досягнення температур струмоприймача в діапазоні 300-400 градусів Цельсія всього за п'ять секунд або за період часу, який навіть менше п'яти секунд, одночасно із цим температура індуктора залишається низькою (завдяки тому, що переважна більшість енергії перетвориться в теплоту в струмоприймачі).

Як уже згадувалося, відповідно до одного аспекту індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом пристрій виконаний з можливістю нагрівання субстрату, що утворює аерозоль, курильного виробу. Зокрема, це включає подачу енергії в струмоприймач,

Зо розташований усередині субстрату, що утворює аерозоль, таким чином, щоб субстрат, що утворює аерозоль, нагрівався до середньої температури, що становить 200-240 градусів

Цельсія. Ще переважніше, пристрій виконаний з можливістю нагрівання тютюновмісного твердого субстрату, що утворює аерозоль, курильного виробу.

У міру нагрівання субстрату, що утворює аерозоль, бажано регулювати його температуру.

Цього важко досягти, оскільки нагрівання субстрату, що утворює аерозоль, здійснюється безконтактним (індуктивним) нагріванням струмоприймача (головним чином за рахунок втрат на гістерезис і втрат на вихрові струми, як описано вище), у той час, як у резистивних нагрівальних пристроях відомого рівня техніки регулювання температури досягалося шляхом вимірювання напруги та сили струму на резистивному нагрівальному елементі завдяки лінійній залежності температури резистивного нагрівального елемента від омічного опору нагрівального елемента.

Несподівано було виявлено, що в індукційному нагрівальному пристрої згідно з винаходом існує строго одноманітне відношення між температурою струмоприймача та уявним омічним опором, визначеним з напруги постійного струму джерела живлення постійного струму та із сили постійного струму, одержуваного із джерела живлення постійного струму. Це строго одноманітне відношення дозволяє однозначно визначати відповідну температуру струмоприймача з відповідного уявного омічного опору в (безконтактному) індукційному нагрівальному пристрої згідно з винаходом, оскільки кожна окрема величина уявного омічного опору є характерною лише для однієї окремої величини температури, тому у відношенні немає неоднозначності. Це не означає, що відношення температури струмоприймача та уявного омічного опору обов'язково є лінійним, проте, відношення повинне бути строго одноманітним, щоб уникнути будь-якого неоднозначного співвіднесення одного уявного омічного опору з більше, ніж однією температурою. Строго одноманітне відношення температури струмоприймача й уявного омічного опору таким чином дозволяє визначати та регулювати температуру струмоприймача й, таким чином, субстрату, що утворює аерозоль. Як буде докладніше описане нижче, у випадку якщо перетворювач постійного струму на змінний містить підсилювач класу Е, відношення між температурою струмоприймача та уявним омічним опором є лінійним щонайменше для розглянутого температурного діапазону.

Визначення напруги постійного струму джерела живлення постійного струму та сили постійного струму, одержуваного із джерела живлення постійного струму, включає вимірювання бо як напруги джерела постійного струму, так і сили постійного струму. Проте, відповідно до одного аспекту індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом джерело живлення постійного струму може являти собою батарею постійного струму, зокрема, акумуляторну батарею постійного струму, для забезпечення напруги постійного струму незмінної величини. Це дозволяє перезаряджати батареї, переважно за допомогою з'єднання з електромережею через зарядний пристрій, що містить перетворювач змінного струму в постійний. У випадку подачі напруги постійного струму незмінної величини, як і раніше можливо й може бути бажаним вимірювати напругу постійного струму, проте, у такому випадку це вимірювання напруги постійного струму не є обов'язковим (оскільки напруга постійного струму має незмінну величину). Проте, електронні схеми подачі живлення містять датчик постійного струму для вимірювання сили постійного струму, одержуваного з батареї постійного струму, таким чином щоб уявний омічний опір (який є характерним для температури струмоприймача) можна було визначити з напруги постійного струму незмінної величини (незалежно від того, має напруга постійного струму незмінну величину внаслідок вимірювання чи визначення) і виміряної сили постійного струму. Загалом, цей аспект дозволяє вимірювати тільки силу постійного струму без потреби в додатковому вимірюванні напруги постійного струму.

Як згадувалося вище, у певних випадках можна втриматися від вимірювання напруги постійного струму, проте, відповідно до одного аспекту індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом електронні схеми подачі живлення містять датчик напруги постійного струму для вимірювання напруги постійного струму таким чином, щоб визначення фактичної величини напруги постійного струму можна було виконувати в будь-якому випадку.

Як було описано вище, індукційний нагрівальний пристрій згідно з винаходом дозволяє регулювати температуру. Для досягнення цього особливо переважним чином, відповідно до іншого аспекту індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом мікроконтролер додатково запрограмований переривати вироблення змінного струму перетворювачем постійного струму на змінний, коли визначена температура струмоприймача субстрату, що утворює аерозоль, рівна або перевищує задану граничну температуру, і згідно із цим аспектом мікроконтролер запрограмований продовжувати вироблення змінного струму, коли визначена температура струмоприймача субстрату, що утворює аерозоль, знову опускається нижче заданої граничної температури. Передбачається, що термін "переривати вироблення змінного

Зо струму" охоплює випадки, у яких практично не виробляється змінний струм, а також випадки, у яких вироблення змінного струму лише зменшується для підтримки граничної температури.

Переважно, ця гранична температура є цільовою робочою температурою, яка може являти собою, зокрема, температуру в діапазоні від 300 "С до 400 "С, наприклад 350 "С. Індукційний нагрівальний пристрій згідно з винаходом нагріває струмоприймач субстрату, що утворює аерозоль, доти, доки струмоприймач не досягне заданої граничної температури, що відповідає пов'язаному з нею уявному омічному опору. У цей час подальша подача змінного струму перетворювачем постійного струму на змінний переривається для того, щоб зупинити подальше нагрівання струмоприймача й дозволити струмоприймачу охолонути. Коли температура струмоприймача знову опуститься нижче заданої граничної температури, це виявляється визначенням відповідного уявного омічного опору. У цей час відновлюється вироблення змінного струму для того, щоб підтримувати температуру максимально близькою до цільової робочої температури. Цього можна досягти, наприклад, шляхом регулювання коефіцієнта заповнення змінного струму, що подається на ланцюг індуктивно-ємнісного навантаження. Це описане, у принципі, в документі УМО 2014/040988.

Як уже згадувалося вище, відповідно до одного аспекту індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом перетворювач постійного струму на змінний містить підсилювач потужності класу Е, що містить транзисторний перемикач, задавальну схему транзисторного перемикача та ланцюг індуктивно-ємнісного навантаження, виконаний з можливістю роботи з низьким омічним навантаженням, і ланцюг індуктивно-ємнісного навантаження додатково містить шунтувальний конденсатор.

Підсилювачі потужності класу Е є загальновідомими та докладно описані, наприклад, у статті "Сіа55-Е КЕ Роугег Атрійегв", Маїтап 0. зокКаї, опублікованій в журналі ОЕХ, що виходить раз у два місяці, випуск Січень/Лютий 2001 р., сторінки 9-20, Американської ліги радіоаматорів (АККІ), м. Ньюінгтон, Коннектикут, США. Підсилювачі потужності класу Е є переважними відносно їхньої роботи на високих частотах і одночасно вони мають просту конструкцію схем, що містить мінімальну кількість компонентів (наприклад, необхідний лише один транзисторний перемикач, що є переважним у порівнянні з підсилювачами потужності класу 0, що містять два транзисторні перемикачі, яким необхідно управляти при високій частоті таким чином, щоб забезпечити виключений стан одного із двох транзисторів у той час, коли другий із двох бо транзисторів перебуває у включеному стані). Крім цього, підсилювачі потужності класу Е відомі завдяки мінімальному розсіюванню потужності в перемикальному транзисторі під час переходів при перемиканнях. Переважно підсилювач потужності класу Е являє собою однотактний підсилювач потужності класу Е першого порядку, що містить лише один транзисторний перемикач.

Транзисторний перемикач підсилювача потужності класу Е може являти собою будь-який тип транзистора й може бути виконаний у вигляді біполярного площинного транзистора (ВТ).

Проте, переважніше, транзисторний перемикач виконаний у вигляді польового транзистора (ЕЕТ), такого як польовий транзистор зі структурою метал-оксид-напівпровідник (МОЗЕЕТ) або польовий транзистор зі структурою метал-напівпровідник (МЕЗЕЕТ).

Відповідно до ще одного аспекту індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом індуктор ланцюга індуктивно-ємнісного навантаження містить циліндричну індукційну котушку зі спіральним намотуванням, розташовану на внутрішній поверхні порожнини або поруч із нею.

Відповідно до іншого аспекту індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом підсилювач потужності класу Е має вихідний імпеданс, і електронні схеми подачі живлення додатково містять узгоджувальний ланцюг для узгодження вихідного імпедансу підсилювача потужності класу Е з низьким омічним навантаженням. Цей захід може сприяти додатковому збільшенню втрат потужності в низькому омічному навантаженні, що приводить до збільшеного вироблення теплоти в низьке омічне навантаження. Наприклад узгоджувальний ланцюг може містити невеликий узгоджувальний трансформатор.

Відповідно до іншого аспекту індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом загальний об'єм електронних схем подачі живлення рівний 2 см? або менше. Це дозволяє розміщати батареї, електронні схеми подачі живлення та порожнину в корпусі пристрою, який має загальний невеликий розмір, що є зручним і легким в застосуванні.

Відповідно до ще одного аспекту індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом індуктор ланцюга індуктивно-ємнісного навантаження містить циліндричну індукційну котушку зі спіральним намотуванням, розташовану на внутрішній поверхні порожнини або поруч із нею.

Переважно, індукційна котушка має довгасту форму й обмежує внутрішній об'єм у діапазоні від приблизно 0,15 см до приблизно 1,10 см. Наприклад, внутрішній діаметр циліндричної індукційної котушки зі спіральним намотуванням може становити від приблизно 5 мм до

Зо приблизно 10 мм, і переважно може становити приблизно 7 мм, і довжина циліндричної індукційної котушки зі спіральним намотуванням може становити від приблизно 8 мм до приблизно 14 мм. Діаметр або товщина дроту котушки може становити від приблизно 0,5 мм до приблизно 1 мм, залежно від того, чи використовується дріт котушки із круглим поперечним перерізом або дріт котушки із плоским прямокутним поперечним перерізом. Індукційна котушка зі спіральним намотуванням розташована на внутрішній поверхні порожнини або поруч із нею.

Циліндрична індукційна котушка зі спіральним намотуванням, розташована на внутрішній поверхні порожнини або поруч із нею, дозволяє додатково мінімізувати розмір пристрою.

Ще один аспект винаходу відноситься до системи подачі аерозолю, що містить індукційний нагрівальний пристрій, як описано вище, субстрат, що утворює аерозоль, який містить струмоприймач. Щонайменше частина субстрату, що утворює аерозоль, повинна розміщатися в порожнині індукційного нагрівального пристрою таким чином, щоб індуктор ланцюга індуктивно- ємнісного навантаження перетворювача постійного струму на змінний струм індукційного нагрівального пристрою був індуктивно з'єднаний зі струмоприймачем субстрату, що утворює аерозоль, при експлуатації.

Як приклад, субстрат, що утворює аерозоль, може являти собою субстрат, що утворює аерозоль, курильного виробу. Зокрема, субстрат, що утворює аерозоль, може являти собою тютюновмісний твердий субстрат, що утворює аерозоль, який може використовуватися в курильних виробах (наприклад, таких як сигарети).

Відповідно до одного аспекту системи подачі аерозолю згідно з винаходом струмоприймач виготовлений з нержавіючої сталі. Наприклад, може використовуватися нержавіюча сталь різних марок, така як нержавіюча сталь марки 430 (55430) або нержавіюча сталь марки 410 (55410), нержавіюча сталь марки 420 (55420) або нержавіюча сталь марки 440 (55440). Також може використовуватися нержавіюча сталь інших марок. Наприклад, струмоприймач являє собою одинарний струмоприймальний елемент, який може бути виконаний у вигляді смуги, листа, дроту або фольги, і ці струмоприймальні елементи можуть мати різні геометричні форми поперечного перерізу, такі як прямокутну, круглу, овальну або інші геометричні форми.

Відповідно до конкретного аспекту системи подачі аерозолю згідно з винаходом струмоприймач може містити плоску смугу нержавіючої сталі, при цьому плоска смуга нержавіючої сталі має довжину в діапазоні від приблизно 8 міліметрів до приблизно 15 бо міліметрів, переважно довжину, рівну приблизно 12 міліметрам. Крім того, плоска смуга може мати ширину в діапазоні від приблизно З міліметрів до приблизно 6 міліметрів, переважно ширину, рівну приблизно 4 міліметри або приблизно 5 міліметрів. Плоска смуга додатково може мати товщину в діапазоні від приблизно 20 мікрометрів до приблизно 50 мікрометрів, переважно товщину в діапазоні від приблизно 20 мікрометрів до приблизно 40 мікрометрів, наприклад товщину, рівну приблизно 25 мікрометрів або приблизно 35 мікрометрів. Один дуже специфічний варіант здійснення струмоприймача може мати довжину, рівну приблизно 12 міліметрам, ширину, рівну приблизно 4 міліметрам, і товщину, рівну приблизно 50 мікрометрам, і може бути виготовлений з нержавіючої сталі марки 430 (55430). Інший дуже специфічний варіант здійснення струмоприймача може мати довжину, рівну приблизно 12 міліметрам, ширину, рівну приблизно 5 міліметрам, і товщину, рівну приблизно 50 мікрометрам, і може бути виготовлений з нержавіючої сталі марки 430 (55430). У якості альтернативи, ці дуже специфічні варіанти здійснення також можуть бути виготовлені з нержавіючої сталі марки 420 (55420).

Ще один аспект винаходу відноситься до способу експлуатації системи подачі аерозолю, як описано вище, і цей спосіб включає наступні етапи: - визначення за напругою постійного струму джерела живлення постійного струму та за силою постійного струму, одержуваного із джерела живлення постійного струму, уявного омічного опору, - визначення за уявним омічним опором температури струмоприймача субстрату, що утворює аерозоль.

Відповідно до одного аспекту способу згідно з винаходом джерело живлення постійного струму являє собою батарею постійного струму, зокрема, акумуляторну батарею постійного струму, і забезпечує напругу постійного струму незмінної величини. Постійний струм, одержуваний з батареї постійного струму, виміряється для визначення уявного омічного опору за напругою постійного струму незмінної величини та за вимірюваним постійним струмом.

Відповідно до ще одного аспекту способу згідно з винаходом, спосіб додатково включає наступні етапи: - переривання вироблення змінного струму перетворювачем постійного струму на змінний, коли визначено, що температура струмоприймача субстрату, що утворює аерозоль, рівна або перевищує задану граничну температуру, і - відновлення вироблення змінного струму, коли визначено, що температура струмоприймача субстрату, що утворює аерозоль, знову опустилася нижче заданої граничної температури.

Зо Оскільки переваги способу згідно з винаходом і його конкретні аспекти вже були описані вище, вони не будуть повторно описані тут.

Додаткові переважні аспекти винаходу стануть очевидні з наступного опису варіантів здійснення в комбінації із графічними матеріалами, на яких: на фіг. 1 зображений загальний принцип нагрівання, що лежить в основі індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом, на фіг. 2 зображена блок-схема варіанта здійснення індукційного нагрівального пристрою та системи подачі аерозолю згідно з винаходом, на фіг. З зображений варіант здійснення системи подачі аерозолю згідно з винаходом, що містить індукційний нагрівальний пристрій із основними компонентами, розташованими в корпусі пристрою, на фіг. 4 зображений варіант здійснення основних компонентів електронних схем живлення індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом (без узгоджувального ланцюга), на фіг 5 зображений варіант здійснення індуктора ланцюга індуктивно-ємнісного навантаження у формі циліндричної індукційної котушки зі спіральним намотуванням, що має довгасту форму, на фіг. б зображений фрагмент ланцюга індуктивно-ємнісного навантаження, що має індуктивність й омічний опір котушки, і, крім цього, зображений омічний опір навантаження, на фіг. 7 зображено два сигнали, що представляють силу постійного струму, одержуваного із джерела живлення постійного струму, відносно температури струмоприймача, на фіг. 8 зображена температура двох струмоприймачів відносно напруги постійного струму джерела живлення постійного струму та сили постійного струму, одержуваного із джерела живлення постійного струму, і на фіг. 9 зображений еквівалентний ланцюг електронних схем живлення індукційного нагрівального пристрою.

На фіг. 1 схематично зображений загальний принцип нагрівання, що лежить в основі даного винаходу. На фіг. 1 схематично зображена циліндрична індукційна котушка 12 зі спіральним намотуванням, що має довгасту форму та утворює внутрішній об'єм, у якому частково або повністю розташований субстрат 20, що утворює аерозоль, курильного виробу 2, при цьому субстрат, що утворює аерозоль, містить струмоприймач 21. Курильний виріб 2, що містить бо субстрат 20, що утворює аерозоль, зі струмоприймачем 21, схематично показаний на збільшеному фрагменті в поперечному перерізі, зображеному окремо, праворуч від фіг. 1. Як уже згадувалося, субстрат 20, що утворює аерозоль, курильного виробу 2 може являти собою тютюновмісний твердий субстрат, але не обмежуючись їм.

Крім цього, на фіг. 1 магнітне поле у внутрішньому об'ємі індукційної котушки 2 позначене схематично декількома лініями Ві магнітного поля в один конкретний момент часу, оскільки магнітне поле, утворене змінним струмом ії», що проходить через індукційну котушку 12, є змінним магнітним полем, що змінює свою полярність із частотою змінного струму її», яка може перебувати в діапазоні від приблизно 1 МГц до приблизно 30 МГц (включаючи діапазон від 1

МГц до 30 МГЦ), і, зокрема, може перебувати в діапазоні від приблизно 1 МГц до приблизно 10

МГЦ (включаючи діапазон від 1 МГц до 10 МГц, і особливо може бути менше 10 МГЦ), і точніше частота може перебувати в діапазоні від приблизно 5 МГц до приблизно 7 МГц (включаючи діапазон від 5 МГц до 7 МГц). Два основні механізми, відповідальні за вироблення тепла в струмоприймачі 21, втрати потужності Ре, викликані вихровими струмами (при цьому замкнений контур представляє вихрові струми), і втрати потужності Ри, викликані гістерезисом (при цьому замкнена крива гістерезису представляє гістерезис), також схематично позначені на фіг. 1.

Більш докладний опис цих механізмів представлений вище.

На фіг. З зображений варіант здійснення системи подачі аерозолю згідно з винаходом, що містить індукційний нагрівальний пристрій 1 згідно з винаходом. Індукційний нагрівальний пристрій 1 містить корпус 10 пристрою, який може бути виготовлений із пластику, і джерело 11 живлення постійного струму (див. фіг. 2), що містить акумуляторну батарею 110. Індукційний нагрівальний пристрій 1 додатково містить стикувальний порт 12, що містить штифт 120 для стикування індукційного нагрівального пристрою із зарядною станцією або зарядним пристроєм для перезарядження акумуляторної батареї 110. Крім цього, індукційний нагрівальний пристрій 1 містить електронні схеми 13 подачі живлення, виконані з можливістю роботи на необхідній частоті. Електронні схеми 13 подачі живлення електрично з'єднані з акумуляторною батареєю 110 за допомогою придатного електричного з'єднання 130. Електронна схема 13 подачі живлення містить додаткові компоненти, які не показані на фіг. 3; зокрема, вона містить ланцюг індуктивно-ємнісного навантаження (див. фіг. 4), який, у свою чергу, містить індуктор 12, що позначений пунктирними лініями на фіг. 3. Індуктор 2 розміщений усередині корпуса 10

Зо пристрою в ближньому кінці корпуса 10 пристрою та оточує порожнину 14, яка також розташована в ближньому кінці корпуса 10 пристрою. Індуктор 2 може містити циліндричну індукційну котушку зі спіральним намотуванням, що має довгасту форму, як показано на фіг. 5.

Циліндрична індукційна котушка 12 зі спіральним намотуванням може мати радіус г у діапазоні від приблизно 5 мм до приблизно 10 мм і, зокрема, радіус г може становити приблизно 7 мм.

Довжина 1 циліндричної індукційної котушки зі спіральним намотуванням може перебувати в діапазоні від приблизно 8 мм до приблизно 14 мм. Відповідно, її внутрішній об'єм може знаходитися у діапазоні від приблизно 0,15 сму до приблизно 1,10 см3.

Як показано на фіг. 3, тютюновмісний твердий субстрат 20, що утворює аерозоль, який містить струмоприймач 21, розміщений у порожнині 14 на ближньому кінці корпусу 10 пристрою таким чином, щоб під час використання індуктор 1/2 (циліндрична індукційна котушка зі спіральною намоткою) був індуктивно пов'язаний з струмоприймачем 21 тютюновмісного твердого субстрату 20, що утворює аерозоль, курильного виробу 2. Фільтрувальна частина 22 курильного виробу 2 може бути розташована зовні порожнини 14 індукційного нагрівального пристрою 1 таким чином, щоб при експлуатації споживач міг втягувати аерозоль через фільтрувальну частину 22. Коли курильний виріб витягнуто з порожнини 14, порожнину 14 можна легко очистити, оскільки, за винятком відкритого дальнього кінця, через який вставляється субстрат 20, що утворює аерозоль, курильного виробу 2, порожнина повністю закрита й оточена внутрішніми стінками пластикового корпуса 10 пристрою, що утворюють порожнину 14.

На фіг. 2 зображена блок-схема варіанта здійснення системи подачі аерозолю, що містить індукційний нагрівальний пристрій 1 згідно з винаходом, але також містить деякі необов'язкові елементи або компоненти, як буде описано нижче. Індукційний нагрівальний пристрій 1 разом із субстратом 20, що утворює аерозоль, який містить струмоприймач 21, утворює варіант здійснення системи подачі аерозолю згідно з винаходом. Блок-схема, показана на фіг. 2, є наочним зображенням, що враховує спосіб експлуатації. Як видно, індукційний нагрівальний пристрій 1 містить джерело 11 живлення постійного струму (яке на фіг. З містить акумуляторну батарею 110), мікроконтролер (мікропроцесорний блок керування) 131, перетворювач 132 постійного струму на змінний (виконаний у вигляді інверторного перетворювача постійного струму на змінний), узгоджувальний ланцюг 133 для адаптації до навантаження й індуктор 12. бо Мікропроцесорний блок 131 керування, перетворювач 132 постійного струму на змінний та узгоджувальний ланцюг 133, а також індуктор /2 входять до складу електронних схем 13 подачі живлення (див. фіг. 1). Напруга постійного струму Мос і сила постійного струму Ірс, одержуваного із джерела 11 живлення постійного струму, подаються по каналах зворотного зв'язку в мікропроцесорний блок 131 керування, переважно шляхом вимірювання як напруги постійного струму Мос, так і сили постійного струму Іос, одержуваного із джерела 11 живлення постійного струму, для керування подальшою подачею змінного струму на ланцюг індуктивно- ємнісного навантаження й, зокрема, на індуктор 12. Цей важливий аспект індукційного нагрівального пристрою згідно з винаходом буде докладніше описаний нижче. Узгоджувальний ланцюг 133 може бути наданий для оптимальної адаптації до навантаження, але не є обов'язковим і не включений у варіант здійснення, докладніше описаний далі.

На фіг. 4 зображені деякі основні компоненти електронних схем 13 подачі живлення, зокрема перетворювача 132 постійного струму на змінний. Як видно на фіг. 4, перетворювач постійного струму на змінний містить підсилювач потужності класу Е, що містить транзисторний перемикач 1320, який містить польовий транзистор (БЕТ) 1321, наприклад, польовий транзистор зі структурою метал-оксид-напівпровідник (МО5БЕЕТ), схему живлення транзисторного перемикача, позначену стрілююю 1322, призначену для подачі сигналу перемикання (напруга затвор-витіь) на БЕТ 1321, і ланцюг 1323 індуктивно-ємнісного навантаження, що містить шунтувальний конденсатор С1 і послідовне з'єднання конденсатора

С2 і індуктора 12. Крім цього, зображене джерело 11 живлення постійного струму, що містить дросель 11, призначене для подачі напруги постійного струму Мрос, із силою постійного струму

Іос, одержуваного із джерела 11 живлення постійного струму, при експлуатації. Також на фіг. 4 показаний омічний опір К, що представляє загальне омічне навантаження 1324, яке є сумою омічного опору Ккотуши індуктора 1/2 і омічного опору Кнавантажння Сструмоприймача 21, як це показане на фіг. 6.

Через дуже малу кількість компонентів можна підтримувати надзвичайно малий об'єм електронних схем 13 подачі живлення. Наприклад, об'єм електронних схем подачі живлення може бути рівним або менше 2 см3. Цей надзвичайно малий об'єм електронних схем подачі живлення можливий завдяки індуктору 2 ланцюга 1323 індуктивно-ємнісного навантаження, безпосередньо використовуваного в якості індуктора для індуктивного зв'язку зі

Зо струмоприймачем 21 субстрату 20, що утворює аерозоль, і цей малий об'єм дозволяє зберігати невеликі загальні розміри всього індукційного нагрівального пристрою 1. У випадку, якщо для індуктивного з'єднання зі струмоприймачем 21 використовується окремий індуктор, а не індуктор 12, це автоматично збільшує об'єм електронних схем джерела живлення, при цьому цей об'єм також збільшується, якщо узгоджувальний ланцюг 133 включений в електронні схеми джерела живлення.

Хоча загальний принцип роботи підсилювача потужності класу Е є відомим і докладно описаний у вже згадуваній статті "Сіає5-Е ЕЕ Ромжег Атрійегв", Маїйап 0. зЗокКаї, опублікованій в журналі ОЕХ, що виходить раз у два місяці, випуск Січень/Лютий 2001 р., сторінки 9-20,

Американської ліги радіоаматорів (АККІ), м. Ньюінгтон, Коннектикут, США, деякі загальні принципи будуть описані далі.

Припустимо, що схема 1322 живлення транзисторного перемикача подає напругу перемикання (напругу затвор-витік РЕЕТ), що має прямокутний профіль, на БЕТ 1321. Доти, доки

ЕЕТ 1321 є провідним (у включеному стані), він по суті складає ланцюг короткого замикання (з малим опором) і весь електричний струм тече через дросель 11 і РЕТ 1321. Коли ЕРЕТ 1321 є не провідним (у виключеному стані), увесь електричний струм тече в ланцюг індуктивно-ємнісного навантаження, оскільки РЕТ 1321 по суті являє собою розімкнутий ланцюг (з великим опором).

Перемикання транзистора між цими двома станами здійснює перетворення подаваної постійної напруги та постійного струму на змінну напругу та змінний струм.

Для ефективного нагрівання струмоприймача 21 необхідно передавати максимальну кількість подаваної енергії постійного струму у формі змінного струму в індуктор І 2 (циліндричну індукційну котушку зі спіральним намотуванням) і згодом у струмоприймач 21 субстрату 20, що утворює аерозоль, який індуктивно з'єднаний з індуктором 2. Енергія, що розсіюється в струмоприймачі 21 (втрати на вихрові струми, втрати на гістерезис), генерує тепло в струмоприймачі 21, як докладно описано вище. Інакше кажучи, розсіювання енергії в РЕТ 1321 повинно бути зведене до мінімуму, при цьому розсіювання енергії в струмоприймачі 21 повинно бути збільшене до максимуму.

Розсіювання енергії в РЕТ 1321 протягом одного періоду змінної напруги/струму є добутком напруги та струму транзистора в кожній тимчасовій точці протягом періоду змінної напруги/струму, інтегрованим за цим періодом та усередненим за цим періодом. Оскільки РЕТ бо 1321 повинен підтримувати високу напруга протягом частини цього періоду та проводити сильний електричний струм протягом частини цього періоду, слід уникати одночасної наявності високої напруги та сильного електричного струму, оскільки це приведе до істотного розсіювання енергії в РЕТ 1321. У "відкритому" стані РЕТ 1321 напруга на транзисторі близька до нуля, коли крізь ЕЕТ 1321 протікає високий електричний струм. У "замкненому" стані ЕЕТ 1321 напруга на транзисторі є високою, проте струм крізь РЕТ 1321 близький до нуля.

Крім того, переходи при перемиканнях неминуче тривають протягом деяких часток періоду.

Тим не менш, високий добуток напруга-струм, який являє собою великі втрати потужності у ГЕТ 1321, може бути виключений за допомогою наступних додаткових заходів. По-перше, підвищення напруги транзистора відкладається доти, доки електричний струм, що проходить крізь транзистор, не буде зменшений до нуля. По-друге, напруга транзистора вертається до нульового значення перед тим, як електричний струм, що проходить крізь транзистор, починає підвищуватися. Це забезпечують за допомогою навантажувального контуру 1323, який містить шунтуючий конденсатор С1 і послідовний ланцюг із конденсатора Са2 й індуктора 12, при цьому навантажувальний контур включають між РЕТ 1321 і навантаженням 1324. По-третє, напруга транзистора під час включення практично дорівнює нулю (для біполярного площинного транзистора "ВТ" вона є напругою зсуву насичення Мо). Транзистор, що включається, не розряджає заряджений шунтувальний конденсатор С1, тим самим уникаючи розсіювання накопиченої енергії шунтувального конденсатора. По-четверте, крутість напруги транзистора дорівнює нулю під час включення. Потім, електричний струм, поданий на транзистор, що включається, по ланцюгу навантаження, плавно підвищується від нуля з керованою помірною швидкістю, що приводить до низького розсіювання енергії, у той час як провідність транзистора зростає від нуля під час переходу при включенні. У результаті, напруга транзистора й електричний струм ніколи не є високими одночасно. Переходи при перемиканнях напруги й електричного струму зміщені за часом відносно один одного.

Для визначення розмірів різних компонентів перетворювача 132 постійного струму на змінний, зображеного на фіг. 4, необхідно враховувати наступні рівняння, що є загальновідомими й докладно описані у вищезгаданій статті "Сіає5-Е ВЕ Ромег Атрійіегв",

Машап ОО. ЗоКаЇ, опублікованій в журналі ОЕХ, що виходить раз у два місяці, випуск

Січень/Лютий 2001 р., сторінки 9-20, Американської ліги радіоаматорів (АККІ), м. Ньюінгтон,

Коннектикут, США.

Нехай їі (фактор якості індуктивно-ємнісного ланцюга навантаження) являє собою величину, яка в кожному разі перевищує 1,7879, але яка є величиною, яку обирає проектувальник (див. вищезгадану статтю), також нехай Р являє собою вихідну потужність, що подається на опір К, і нехай ї являє собою частоту, тоді різні компоненти чисельно розраховуються з наступних рівнянь (при цьому Мо для РЕТ дорівнює нулю і являє собою напругу зсуву насичення для транзисторів ВУТ, див. вище): 2 - ОС/2п

А - (Мос- Мо)7/Р) : 0,576801 - (1,0000086 - 0,414395/0 - 0,557501/02 4 0,205967/013)

С1 - (1/(34,2219-1-г)):(0,99866--0,91424/0 - 1,03175/012) ж 0,6/(2112 11)

С2 - (1/21113):(1/0)і - 0,104823) - (1,00121 ж (1,01468/0) - 1,7879)) - (0,2/(21192: 11)))

Це дозволяє швидко нагрівати струмоприймач, що має омічний опір, рівний К-0,6 Ом для подачі приблизно 7 Вт потужності за 5-6 секунд, припускаючи, що сила струму, рівна приблизно 3,4 А, доступна від джерела живлення постійного струму, що має максимальну вихідну напругу, рівну 2,8 В, і максимальну вихідну силу струму, рівну 3,4 А, частоту, рівну Т-5 МГц (коефіцієнт заповнення - 50 95), індуктивність індуктора 12, рівну приблизно 500 нГн, і омічний опір індуктора 12, рівний Котушки - 0,1 Ом, індуктивність 11, рівну приблизно 1 мкГн, і ємності, рівні 7 нФ для конденсатора С1 і 2,2 нФ для конденсатора С2. Ефективний омічний опір Ккотушки і

Внавантаження становить приблизно 0,6 Ом. Може бути отримана ефективність (потужність, що розсіюється в струмоприймачі 21/максимальна потужність джерела 11 живлення постійного струму), яка складає приблизно 83,5 95, що є дуже високою ефективністю.

Для експлуатації курильний виріб 2 вставляють у порожнину 14 (див. фіг. 2) індукційного нагрівального пристрою 1 таким чином, щоб субстрат 20, що утворює аерозоль, який містить струмоприймач 21, був індуктивно з'єднаний з індуктором 2 (наприклад, циліндричною котушкою зі спіральним намотуванням). Струмоприймач 21 потім нагрівається протягом декількох секунд, як описано вище, і потім споживач може починати втягувати аерозоль через фільтр 22 (зрозуміло, курильний виріб не обов'язковий повинний містити фільтр 22).

Індукційний нагрівальний пристрій і курильні вироби загалом можуть розповсюджуватися окремо або в складі набору. Наприклад, можна розповсюджувати так званий "набір для початківців", що містить індукційний нагрівальний пристрій, а також множину курильних виробів. бо Після того, як споживач придбав такий набір для початківців, у майбутньому споживач може придбавати лише курильні вироби, які можуть використовуватися із цим індукційним нагрівальним пристроєм набору для початківців. індукційний нагрівальний пристрій легко чистити й, у випадку використання акумуляторних батарей у якості джерела живлення постійного струму, ці акумуляторні батареї легсо перезаряджати за допомогою придатного зарядного пристрою, який необхідно підключати до стикувального порта 12, що містить штифт 120 (або індукційний нагрівальний пристрій необхідно пристиковувати до відповідної стикувальної станції зарядного пристрою).

Як уже згадувалося вище, шляхом визначення уявного омічного опору Ка з напруги постійного струму Мос джерела 11 живлення постійного струму й із сили постійного струму Ірс, одержуваного із джерела 11 живлення постійного струму, можна визначати температуру Т струмоприймача 21. Це можливо тому, що несподівано було з'ясовано, що відношення температури Т струмоприймача 21 і співвідношення напруги постійного струму Мос і сили постійного струму ос є строго одноманітним, і навіть може бути практично лінійним для підсилювача класу Е. Таке строго одноманітне відношення зображене на фіг. 8 як приклад. Як уже згадувалося, відношення не обов'язково повинне бути лінійним, воно лише повинне бути строго одноманітним таким чином, щоб для заданої напруги джерела постійного струму Мос існувало точно виражене відношення між відповідною силою постійного струму Ірс і температурою Т струмоприймача. Інакше кажучи, існує точно виражене відношення між уявним омічним опором Ка (визначеним зі співвідношення напруги постійного струму Мос і сили постійного струму Іос, одержуваного із джерела живлення постійного струму) і температурою Т струмоприймача. Це відповідає еквівалентному ланцюгу, зображеному на фіг. 9, де Ка відповідає послідовному з'єднанню, утвореному омічним опором Кланцюга (яке суттєво менше омічного опору струмоприймача) і залежному від температури омічному опору КстРУМОпРИЙМАчЧА струмоприймача.

Як уже згадувалося, у випадку використання підсилювача класу Е це строго одноманітне відношення між уявним омічним опором Ка і температурою Т струмоприймача є практично лінійним, щонайменше для розглянутого температурного діапазону (наприклад для температурного діапазону від 100 "С до 400 "С).

Якщо відношення між уявним омічним опором Ка і температурою Т конкретного

Зо струмоприймача, виготовленого з конкретного матеріалу, що має конкретну геометричну форму, є відомим (наприклад, таке відношення може бути визначене за допомогою точних вимірювань у лабораторних умовах для великої кількості ідентичних струмоприймачів і наступного усереднення окремих результатів вимірювання), це відношення між уявним омічним опором Ка і температурою Т цього конкретного струмоприймача може бути запрограмоване в мікроконтролері 131 (див. фіг. 2) таким чином, щоб при експлуатації системи подачі аерозолю потрібно було визначати лише уявний омічний опір Ка з фактичної напруги постійного струму

Мос (зазвичай вона є постійною напругою батареї) і фактичної сили постійного струму Ірс, одержуваного із джерела 11 живлення постійного струму. Велика кількість таких відношень між

Ва і температурою Т може бути запрограмована в мікроконтролері 131 для струмоприймачів, виготовлених з різних матеріалів, що мають різні геометричні форми, таким чином, щоб при експлуатації пристрою, що утворює аерозоль, було необхідно лише ідентифікувати відповідний тип струмоприймача й потім можна було використовувати відповідне відношення (попередньо запрограмоване в мікроконтролері) для визначення температури Т відповідного типу фактично використовуваного струмоприймача шляхом визначення фактичної напруги постійного струму та фактичної сили постійного струму, одержуваного із джерела живлення постійного струму.

Можливо й може бути переважним, щоб напруга постійного струму Мос і сила постійного струму Іосс, одержуваного із джерела 11 живлення постійного струму, могли бути виміряні (це може бути досягнуте за допомогою придатного датчика напруги постійного струму та придатного датчика сили постійного струму, які можуть бути легко включені в невеликий ланцюг, не займаючи значного простору). Проте, у випадку використання джерела живлення постійного струму з напругою Мос незмінної величини, можна обійтися без датчика напруги постійного струму, причому лише датчик постійного струму необхідний для вимірювання сили постійного струму Ірос, одержуваного із джерела 11 живлення постійного струму.

На фіг 7 зображені два сигнали, що представляють силу постійного струму Ірс, одержуваного із джерела 11 живлення постійного струму (верхній сигнал), і температуру Т струмоприймача 21 (нижній сигнал), визначену з відношення між уявним омічним опором Ка і температурою Т для цього струмоприймача 21, яке запрограмоване в мікроконтролері 131.

Як видне, після початку нагрівання струмоприймача субстрату, що утворює аерозоль, сила струму Іос перебуває на високому рівні й зменшується в міру збільшення температури Т бо струмоприймача субстрату, що утворює аерозоль (збільшення температури струмоприймача приводить до збільшення Ка, що у свою чергу приводить до зменшення Ірс). У різний час у ході цього процесу нагрівання (зокрема, коли субстрат, що утворює аерозоль, досягає певної температури), користувач може робити затяжки з курильного виробу, що містить субстрат, що утворює аерозоль, зі струмоприймачем, розташованим усередині нього. У цей час повітря, що втягується, приводить до швидкого зниження температури субстрату, що утворює аерозоль, і струмоприймача. Це приводить до зменшення уявного омічного опору Ка і це, у свою чергу, приводить до збільшення сили постійного струму Іос, одержуваного із джерела 11 живлення постійного струму. Ці моменти, коли користувач робить затяжки, позначені на фіг. 7 відповідними стрілками. По завершенню затяжки повітря більше не втягується й температура струмоприймача знову підвищується (що приводить до відповідного збільшення уявного омічного опору Ка) і сила постійного струму Іос відповідно зменшується.

Як також видно на фіг. 7, перетворювач постійного струму на змінний виробляє змінний струм доти, доки температура струмоприймача 21 не буде рівнятися або перевищувати задану граничну температуру Тгранична. Коли температура струмоприймача субстрату, що утворює аерозоль, стає рівною або перевищує цю задану граничну температуру Тгранична (наприклад, цільову робочу температуру), мікроконтролер 131 запрограмований переривати подальше вироблення змінного струму перетворювачем 132 постійного струму на змінний. Потім бажано підтримувати температуру Т струмоприймача 21 на рівні цільової робочої температури. Коли температура Т струмоприймача 21 знову опускається нижче граничної температури Транична, мікроконтролер 131 запрограмований знову відновляти вироблення змінного струму.

Цього можна досягти, наприклад, шляхом регулювання коефіцієнта заповнення перемикального транзистора. Це описане, у принципі, в документі УМО 2014/040988. Наприклад, при нагріванні перетворювач постійного струму на змінний безупинно виробляє змінний струм, що нагріває струмоприймач, і одночасно напруга постійного струму Мос і сила постійного струму

Іос виміряються кожні 10 мілісекунд протягом 1 мілісекунди. Визначається уявний омічний опір

Ва (за співвідношенням Мос і Ірос), і коли Ка досягає або перевищує величину Ка, що відповідає заданій граничній температурі Тгранична або температурі що перевищує задану граничну температуру Тгранична,) Перемикальний транзистор 1321 (див. фіг. 4) перемикається в режим, у якому він генерує імпульси лише кожні 10 мілісекунд протягом 1 мілісекунди (у такому випадку

Зо коефіцієнт заповнення перемикального транзистора становить лише приблизно 9 95). Протягом цієї 1 мілісекунди включеного стану (провідного стану) перемикального транзистора 1321 виміряються величини напруги постійного струму Мрос і сили постійного струму Ірс і визначається уявний омічний опір Ка. Оскільки уявний омічний опір Ка є характерним для температури Т струмоприймача 21, яка нижче заданій граничної температури Тгранична, транзистор перемикається назад у вищезгаданий режим (таким чином, щоб коефіцієнт заповнення перемикального транзистора знову становив практично 100 9).

Наприклад, струмоприймач 21 може мати довжину, рівну приблизно 12 міліметрів, ширину, рівну приблизно 4 міліметра, і товщину, рівну приблизно 50 мікрометрів, і може бути виготовлений з нержавіючої сталі марки 430 (55430). У якості альтернативного прикладу струмоприймач може мати довжину, рівну приблизно 12 міліметрів, ширину, рівну приблизно 5 міліметрів, і товщину, рівну приблизно 50 мікрометрів, і може бути виготовлений з нержавіючої сталі марки 420 (55430). Ці струмоприймачі також можуть бути виготовлені з нержавіючої сталі марки 420 (55420).

Завдяки опису варіантів здійснення винаходу за допомогою графічних матеріалів очевидно, що може бути передбачено багато змін і модифікацій у межах загальної ідеї, що лежить в основі даного винаходу. Отже, передбачається, що обсяг захисту не обмежується конкретними варіантами здійснення, але визначається прикладеною формулою винаходу.

Claims (17)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Індукційний нагрівальний пристрій (1) для нагрівання субстрату (20), що утворює аерозоль, який містить струмоприймач (21), при цьому індукційний нагрівальний пристрій (1) містить: корпус (10) пристрою, джерело (11) живлення постійного струму, яке при експлуатації забезпечує напругу постійного струму (Мос) і силу постійного струму (Ірс), електронні схеми (13) подачі живлення, виконані з можливістю роботи на високій частоті, при цьому електронні схеми (13) подачі живлення містять перетворювач (132) постійного струму на змінний, приєднаний до джерела (11) живлення постійного струму, при цьому перетворювач (132) постійного струму на змінний містить ланцюг (1323) індуктивно-ємнісного навантаження, бо виконаний з можливістю роботи з низьким омічним навантаженням (1324), при цьому ланцюг

(1323) індуктивно-ємнісного навантаження містить послідовне з'єднання конденсатора (С) і індуктора (12), що має омічний опір (Нкотушки), порожнину (14), розташовану в корпусі (10) пристрою, при цьому порожнина має внутрішню поверхню, форма якої дозволяє розміщати щонайменше частину субстрату (20), що утворює аерозоль, при цьому порожнина (14) розташована таким чином, щоб при розміщенні частини субстрату (20), що утворює аерозоль, у порожнині (14) індуктор (2) ланцюга (1323) індуктивно- ємнісного навантаження індуктивно з'єднувався зі струмоприймачем (21) субстрату (20), що утворює аерозоль, при експлуатації, при цьому електронні схеми (13) подачі живлення додатково містять мікроконтролер (131), запрограмований на те, щоб при експлуатації визначати за напругою постійного струму (Мос) джерела (11) живлення постійного струму та за силою постійного струму (Іос), одержуваного із джерела (11) живлення постійного струму, уявний омічний опір (На), і додатково запрограмований на те, щоб при експлуатації визначати за уявним омічним опором (Ва) температуру (Т) струмоприймача (21) субстрату (20), що утворює аерозоль.

2. Індукційний нагрівальний пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що пристрій виконаний таким чином, щоб нагрівати субстрат (20), що утворює аерозоль, курильного виробу (2).

3. Індукційний нагрівальний пристрій за будь-яким із пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що джерело (11) живлення постійного струму являє собою батарею постійного струму, зокрема акумуляторну батарею постійного струму, для забезпечення напруги постійного струму (Мос) незмінної величини, і при цьому електронні схеми (13) подачі живлення додатково містять датчик постійного струму для вимірювання сили постійного струму (Іос), одержуваного з батареї постійного струму, для визначення уявного омічного опору (Ка) за напругою постійного струму (Мос) незмінної величини і виміряною силою постійного струму.

4. Індукційний нагрівальний пристрій за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що електронні схеми (13) подачі живлення додатково містять датчик напруги постійного струму для вимірювання напруги постійного струму (Мос) джерела (11) живлення постійного струму.

5. Індукційний нагрівальний пристрій за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що мікроконтролер (131) додатково запрограмований переривати вироблення змінного Зо струму перетворювачем (132) постійного струму на змінний, коли визначена температура (Т) струмоприймача (21) субстрату (20), що утворює аерозоль, рівна або перевищує задану граничну температуру (ІГгранична), і при цьому мікроконтролер (131) запрограмований відновляти вироблення змінного струму, коли визначена температура (Т) струмоприймача (21) субстрату (20), що утворює аерозоль, знову опускається нижче заданої граничної температури (ІТ гранична).

6. Індукційний нагрівальний пристрій за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що перетворювач (132) постійного струму на змінний містить підсилювач потужності класу Е, що містить транзисторний перемикач (1320), задавальну схему (1322) транзисторного перемикача й ланцюг (1323) індуктивно-ємнісного навантаження, виконаний з можливістю роботи з низьким омічним навантаженням (1324), при цьому ланцюг (1323) індуктивно-ємнісного навантаження додатково містить шунтувальний конденсатор (С1).

7. Індукційний нагрівальний пристрій за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що підсилювач потужності класу Е має вихідний імпеданс і при цьому електронні схеми подачі живлення додатково містять узгоджувальний ланцюг (133) для узгодження вихідного імпедансу підсилювача потужності класу Е з низьким омічним навантаженням (1324).

8. Індукційний нагрівальний пристрій за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що загальний об'єм електронної схеми (13) подачі живлення дорівнює або менше 2 см3.

9. Індукційний нагрівальний пристрій за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що індуктор (12) ланцюга (1323) індуктивно-ємнісного навантаження містить циліндричну індукційну котушку (12) зі спіральним намотуванням, розташовану на внутрішній поверхні порожнини (14) або поруч із нею.

10. Індукційний нагрівальний пристрій за п. 9, який відрізняється тим, що індукційна котушка (І2) має довгасту форму (1, /) й обмежує внутрішній об'єм у діапазоні від приблизно 0,15 см3 до приблизно 1,10 см3.

11. Система подачі аерозолю, яка містить індукційний нагрівальний пристрій (1) за будь-яким із попередніх пунктів і субстрат (20), що утворює аерозоль, який містить струмоприймач (21), причому щонайменше частина субстрату (20), що утворює аерозоль, розміщена в порожнині (14) індукційного нагрівального пристрою (1) таким чином, щоб індуктор (12) ланцюга (1323) індуктивно-ємнісного навантаження перетворювача (132) постійного струму на змінний індукційного нагрівального пристрою (1) був індуктивно з'єднаний зі струмоприймачем (21) бо субстрату (20), що утворює аерозоль, при експлуатації.

12. Система подачі аерозолю за п. 11, яка відрізняється тим, що субстрат (20), що утворює аерозоль, курильного виробу є тютюновмісним твердим субстратом (2), що утворює аерозоль.

13. Система подачі аерозолю за будь-яким із пп. 11 або 12, яка відрізняється тим, що струмоприймач (21) виготовлений з нержавіючої сталі.

14. Система подачі аерозолю за п. 13, яка відрізняється тим, що струмоприймач (21) містить плоску смугу з нержавіючої сталі, при цьому плоска смуга з нержавіючої сталі має довжину в діапазоні від приблизно 8 міліметрів до приблизно 15 міліметрів, переважно довжину, рівну приблизно 12 міліметрам, має ширину в діапазоні від приблизно З міліметрів до приблизно 6 міліметрів, переважно ширину, рівну приблизно 4 міліметрам або приблизно 5 міліметрам, і має товщину в діапазоні від приблизно 20 мікрометрів до приблизно 50 мікрометрів, переважно товщину в діапазоні від приблизно 20 мікрометрів до приблизно 40 мікрометрів, наприклад товщину, рівну приблизно 25 мікрометрів або приблизно 35 мікрометрів.

15. Спосіб експлуатації системи подачі аерозолю за будь-яким із пп. 11-14, при цьому спосіб включає наступні етапи: визначення за напругою (МОС) постійного струму джерела (11) живлення постійного струму та за силою (Ірос) постійного струму, одержуваного із джерела (11) живлення постійного струму, уявного омічного опору (Ка), визначення за уявним омічним опором (Ра) температури (Т) струмоприймача (21) субстрату (20), що утворює аерозоль.

16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що джерело (11) живлення постійного струму являє собою батарею постійного струму, зокрема акумуляторну батарею постійного струму, що забезпечує напругу постійного струму (Мос) незмінної величини, і при цьому сила постійного струму (Ісс), одержуваного з батареї постійного струму, вимірюється для визначення уявного омічного опору (Ка) за напругою постійного струму (Мос) незмінної величини і виміряною силою постійного струму.

17. Спосіб за будь-яким із пп. 15 або 16, який відрізняється тим, що додатково включає наступні етапи: переривання вироблення змінного струму перетворювачем (132) постійного струму на змінний, коли визначена температура (Т) струмоприймача (21) субстрату (20), що утворює аерозоль, Зо рівна або перевищує задану граничну температуру (ІГгранична), і відновлення вироблення змінного струму, коли визначена температура (Т) струмоприймача (21) субстрату (20), що утворює аерозоль, знову опускається нижче заданої граничної температури (Тгранична). В, 7 У х з Її ж З я шк 0 ШИНИ не : ; біг 1