RS59030B1 - Uređaj i postupak za kontrolisanje električnog grejača da tokom vremena ograniči temperaturu prema željenom temperaturnom profilu - Google Patents

Description

Predmetni opis se odnosi na električni grejač i postupak i uređaj za kontrolisanje grejača da bi se izbegla vršna povećanja temperature iznad prethodno utvrđenog temperaturnog profila. Ovaj opis se preciznije odnosi na električni grejač konfigurisan da zagreva supstrat koji daje aerosol i postupak i uređaj za izbegavanje neželjenog pregrevanja supstrata koji daje aerosol. Opisani uređaj i postupak naročito mogu da se primene na električno zagrevane uređaje za pušenje.

Tradicionalne cigarete isporučuju dim kao rezultat sagorevanja duvana i omota, koje se dešava na temperaturama koje mogu da pređu 800 stepeni Celzijusa u toku povlačenja dima. Na ovim temperaturama, duvan se termički razgrađuje pirolizom i sagorevanjem. Toplota sagorevanja oslobađa i proizvodi razne gasovite proizvode sagorevanja i destilate iz duvana. Proizvodi se povlače kroz cigaretu, hlade i kondenzuju da bi obrazovali dim koji sadrži ukuse i arome povezane sa pušenjem. Na temperaturama sagorevanja ne stvaraju se samo ukusi i arome nego se takođe proizvode brojna nepoželjna jedinjenja.

Poznati su električno zagrevani sistemi za pušenje, koji rade na nižim temperaturama. Zagrevanjem na nižoj temperaturi, supstrat koji daje aerosol (koji je u slučaju uređaja za pušenje na bazi duvana) ne sagoreva i proizvodi se mnogo manje nepoželjnih jedinjenja.

Poželjno je da se, u takvim električno zagrevanim sistemima za pušenje i u drugim električno zagrevanim sistemima za proizvodnju aerosola, što je moguće više obezbedi da ne dođe do pojave sagorevanja supstrata, čak i u ekstremnim okolnim uslovima i pod ekstremnim obrascima upotrebe. Zbog toga je poželjno da se kontroliše temperatura grejnog elementa ili elemenata u uređaju da bi se smanjio rizik od sagorevanja uz dalje zagrevanje do dovoljne temperature da bi bio obezbeđen željeni aerosol.

Poželjno je takođe da električno zagrevani sistemi za proizvodnju aerosola budu u mogućnosti da tokom vremena proizvode postojan aerosol. Ovo je naročito slučaj kad je aerosol za ljudsku upotrebu, kao u zagrevanim uređajima za pušenje. U uređajima u kojima se iscrpivi supstrat stalno ili iznova zagreva tokom vremena to može da bude teško, s obzirom da svojstva supstrata koji daje aerosol mogu značajno da se promene stalnim ili ponovljenim zagrevanjem i što se tiče količine i raspodele u supstratu preostalih činilaca za dobijanje aerosola i što se tiče temperature. Preciznije, korisnik uređaja sa stalnim ili ponavljanim grejanjem može da iskusi slabljenje arome, ukusa i osećaja aerosola kako se iz supstrata iscrpljuju stvarači aerosola koji su izvor nikotina i, u nekim slučajevima, arome. Dakle, obezbeđena je takva stalna isporuka aerosola tokom vremena rada u kojoj prvi isporučeni aerosol suštinski može da se poredi sa poslednjim isporučenim aerosolom.

Kako bi proizveli postojan aerosol, može da bude poželjno da se kontroliše temperatura supstrata u skladu sa posebnim, vremenskim temperaturnim profilom. Sistem i postupak za postizanje ovoga opisano je u WO2014/102091. Međutim, profil u kojem se ciljna temperatura za supstrat koji daje aerosol menja naglo, a naročito ako pada naglo, zahteva brzi kontrolni postupak za kontrolisanje temperature grejača korišćenog za zagrevanje supstrata. WO 2014/040988 otkriva postupak za kontrolisanje električnog grejnog elementa koji obuhvata: održavanje temperature grejnog elementa na ciljnoj temperaturi dovođenjem impulsa električne struje grejnom elementu: praćenje radnog ciklusa impulsa električne struje; i utvrđivanje da li se radni ciklus razlikuje od očekivanog radnog ciklusa ili niza radnih ciklusa, i ako je tako, smanjivanje ciljne temperature, ili prekidanje dovoda struje do grejnog elementa ili ograničavanje radnog ciklusa impulsa električne struje dovedenog grejnom elementu.

Cilj predmetnog otkrića je da se obezbedi sistem za proizvodnju aerosola i postupak koji obezbeđuje brzu kontrolu električnog grejača da bi se omogućilo praćenje željenog temperaturnog profila bez pregrevanja.

U prvom aspektu ovog otkrića obezbeđen je postupak kontrolisanja grejanja sistema za proizvodnju aerosola, koji ima grejač, koji obuhvata:

poređenje mernih parametara, koji ukazuju na temperaturu grejača, sa ciljnom vrednošću za taj parametar;

ukoliko merni parametar prelazi ciljnu vrednost više od ili jednako prvoj vrednosti, onda sprečava dovod električne energije grejaču za prvi vremenski period; i

ukoliko merni parametar prelazi ciljnu vrednost ali manje od prve vrednosti, onda sprečava dovod električne energije grejaču za drugi vremenski period, kraći od prvog vremenskog perioda.

Postupak može da sadrži variranje ciljne vredenosti u vremenu. Postupak može da sadrži diskontinuirano variranje ciljne vrednosti u vremenu. Iznenadne, stepenaste promene u ciljnoj vrednosti, reprezentativne stepenaste promene u ciljnoj temperaturi, zahtevaju iznenadne promene u napajanju grejača strujom. Obezbeđivanjem različitih peridoa za sprečavanje dovoda struje u zavisnosti od vrednosti za koju merni parametar premašuje ciljnu vrednost, moguće je brzo smanjiti temperaturu grejača kada ciljna vrednost naglo padne i još postepeno smanjivati temperuturu kada je ciljna vrednost konstanta ili se samo postepeno menja.

Postupak obezbeđuje jednostavan i vrlo brz način kontrole temperature grejača. Raniji sistemi za proizvodnju aerosola su težili da koriste proporcionalnu-integralnu-derivativnu (PID) kontrolu za grejač. Međutim, PID kontrola je relativno računski skupa i tako ima sporiji odgovor i ponekad pati od problema sa prebačajima, naročito u sistemima koji se aktiviraju povlačenjem. PID kontrola takođe zahteva optimizaciju PID koefecijenata da se prilagode dizajnu sistema, koji zahteva produženim analitički rad u laboratoriji.

Pogodno, postupak obuhvata, ukoliko merni parametar ne prelazi ciljnu vrednost, snabdevanje električnom energijom grejača.

Kao dodatak kontrolisanju električne energije dovedene grejaču na bazi mernog parametra, električna energija dovedena grejaču može da se kontroliše ograničavanjem količine energije koja može da se dovede grejaču u datom vremenskom periodu. Ovo sprečava da se previše energije dovede supstratu koji daje aerosol čak ukoliko temperatura grejača ostane na ili ispod zadatog nivoa. Postupak može da obuhvati napajanje električnom energijom grejača impulsima električne struje, i ukoliko merni parametar ne prelazi ciljnu vrednost, utvrđivanje da li će dovod struje dovesti u radnom ciklusu da impulsi električne struje prelaze maksimum radnog cikljusa u toku prvog vremenskog perioda, i napajanje strujom grejača samo ukoliko dovod struje ne dovede u radnom ciklusu da impulsi električne struje premađe maksimum radnog ciklusa.

Merni parametar je električna otpornost grejača. Ovo je pogodno jer uklanja potrebu za odvojenim senzorom. Međutim, to takođe znači da, da bi se obezbedila mera temperature grejača, energija mora da bude primenjena na grejač, a time se zagreva supstrat koj daje aerosol. Saglasno tome, da bi se obezbedilo brzo hlađenje grejača poželjno je da se ne meri otpornost grejača za vreme prvog i drugog vremenskog perioda.

Sistem za proizvodnju aerosola može da bude električno zagrevani sistem za pušenje. Električno zagrevani sistem za pušenje može da bude podešen da zagreje supstrat koji daje aerosol, kao što je duvanski supstrat.

U drugom aspektu otkrića, obezbeđen je električno zagrevani uređaj za proizvodnju aerosola koji sadrži:

grejač;

napajanje električnom energijom; i

kontroler; pri čemu je kontroler podešen da: uporedi merni parametar, koji ukazuje na temperaturu grejača sa zadatom vrednošću za taj parametar; i

ako merni parametar premaši ciljnu vrednost iznad ili jednako prvoj vrednosti, zaustavi napajanje električnom energijom grejača za prvi vremenski period; i

ako merni parametar premaši ciljnu vrednost ali manje od prve vrednosti, onda zaustavi napajanje električnom energijom grejača za drugi vremenski period, kraći od prvog vremenskog perioda.

Uređaj može da bude podešen da primi supstrat koji daje aerosol prilikom upotrebe. Kontroler može da bude podešen da varira ciljnu vrednost u vremenu prema željenom zadatom profilu sačuvanom u memoriji. Zadati profil sačuvan u memoriji može da bude promenjen na bazi mernih parametara, kao što je tip supstrata koji daje aerosol u uređaju, ili način povlačenja korisnika ili identitet korisnika.

Kontroler može da bude podešen da diskontinuirano varira ciljnu vrednost u vremenu. Kontroler može da bude podešen da napaja električnom energijom grejač sa napajanja ako merni parametar ne prelazi ciljnu vrednost.

Kontroler može da bude podešen da napaja električnom energijom grejač impulsima električne struje, i, ukoliko merni parametar ne prelazi zadatu vrednost, utvrdi da li će dovod struje dovesti u radnom ciklusu da impulsi električne struje prelaze maksimum radnog cikljusa u toku prvog vremenskog perioda, i napajanje strujom grejača samo ukoliko dovod struje ne dovede u radnom ciklusu da impulsi električne struje premađe maksimum radnog ciklusa.

Merni parametar može da bude električna otpornost grejača. Konteroler može da bude podešen da meri otpornost grejača u toku perioda u kojima se električna energija dovodi grejaču.

Sistem može da bude električno zagrevani sistem za pušenje.

Ako je kontroler postavljen da obezbedi električnu energiju grejnom elementu impulsima električne struje, energija obezbeđena grejnom elementu može onda da bude prilagođena podešavanjem radnog ciklusa električne struje. Radni ciklus može da bude podešen menjanjem širine impulsa ili frekvencije impulsa ili oba. Alternativno, kontroler može da bude postavljen da obezbeđuje energiju grejnom elementu u vidu stalnog DC signala.

Kontroler može da sadrži sredstvo za očitavanje temperature podešeno da meri temperaturu grejnog elementa ili temperaturu najbližu grejnom elementu da obezbedi mernu temperaturu.

Konteroler može dalje da sadrži sredstva za utvrđivanje karakteristika supstrata koji daje aerosol u uređaju i memoriju koja čuva preglednu tabelu sa kontrolnim instrukcijama za kontrolu snage i odgovarajućim karakteristikama supstrata koji daje aerosol.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

I u prvom i u drugom aspektu pronalaska, uređaj za proizvodnju aerosola može dalje da sadrži izvor napajanja za napajanje strujom grejnog elementa. Izvor napajanja može da bude bilo koji odgovarajući izvor napajanja, na primer izvor jednosmernog napona DC. U jednoj realizaciji napajanje je litijum jonska baterija. Alternativno, izvor napajanja može da bude nikl metal hidrid baterija, nikl kadmijum baterija ili baterija na bazi litijuma, na primer litijum kobalt, litijum gvožđe fosfat, litijum titanat ili litijum polimerska baterija.

Kontroler može da sadrži mikroprocesor, i pogodno programabilni mikroprocesor. Kontroler može da sadrži trajnu memoriju. Uređaj može da sadrži interfejs podešen da omogući prenošenje podataka sa spoljnih uređaja, na i sa kontrolera. Interfejs može da omogući otpremanje softvera na kontroler da radi na programabilnom mikroprocesoru. Interfejs može da bude žičani interfejs, kao što je mikro USB port, ili može da bude bežični.

U trećem aspektu pronalaska obezbeđeno je električno kolo za električni uređaj za proizvodnju aerosola, električno kolo je organizovano da izvede postupak iz prvog aspekta pronalaska.

U četvrtom aspektu pronalaska obezbeđen je računarski program koji, kad radi na programabilnom električnom kolu za električni uređaj za proizvodnju aerosola, čini da programabilno električno kolo izvede postupak iz prvog aspekta pronalaska. U petom aspektu pronalaska, obezbeđen je računarom čitljiv memorijski medijum koji na sebi ima sačuvan računarski program u skladu sa četvrtim aspektom pronalaska.

Sada će primeri pronalaska da budu detaljno opisani sa pozivanjem na priložene crteže, na kojima:

Crtež 1 je šematski dijagram uređaja za proizvodnju aerosola;

Crtež 2 ilustruje razvoj maksimalnog ograničenja radnog ciklusa u toku sesije pušenja upotrebom uređaja tipa prikazanog na crtežu 1;

Crtež 3 je šematski prikaz temperaturnog profila za grejni element u skladu sa realizacijom pronalaska;

Crtež 4 je šematski prikaz konstantne isporuke aerosola koji potiče sa temperaturnog profila sa crteža 3;

Crtež 5 ilustruje ciljni temperaturni profil u skladu sa predmetnim pronalaskom;

Crtež 6 je šematski dijagram temperaturnog kontrolnog kola za uređaj tipa prikazanog na crtežu 1; i

Crtež 7 je šematski dijagram koji prikazuje postupak kontrole u skladu sa realizacijom pronalaska.

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

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

Unutar kućišta 10 postoji izvor 16 električne energije, na primer punjiva litijum jonska baterija. Mikrokontroler 18 je vezan za grejni element 14, izvor 16 električne energije i korisnički interfejs 20, na primer dugme ili ekran. Mikrokontroler 18 ima ugrađeni softver da kontroliše napajanje dovedeno grejnom elementu 14 da bi regulisao njegovu temperaturu. Po pravilu, supstrat koji daje aerosol se zagreva na temperaturu od između 250 i 450 stepeni Celzijusa. Mikrokontroler obezbeđuje električnu energiju grejnom elementu impulsima električne struje. Mikrokontroler može da bude programiran da ograniči maksimalno dozvoljeni radni ciklus impulsa struje. Može postojati apsolutni maksimalni radni ciklus, u ovom primeru 95% i varijabilni maksimalni radni ciklus na bazi sačuvanog vremenskog profila, tako da se maksimalno dozvoljeni radni ciklus menja vremenom posle aktivacije grejnog elementa. Crtež 2 ilustruje progresiju sesije pušenja upotrebom uređaja tipa prikazanog na crtežu 1 u primeru u kojem, zbog jednstavnosti ilustracije, ciljna temperatura je konstantna. Ciljna temperatura grejnog elementa je označena linijom 30, i kao što može da se vidi održava se na 375<o>C kroz sesiju pušenja koja ukupno traje šest minuta. Sesija pušenja je mikrokontrolerom podeljena u faze sa različitim maksimalnim ograničenjima radnog ciklusa u različitim fazama. Radni ciklus u ovom kontekstu označava procenat vremena u kojem se snaga isporučuje. U primeru ilustrovanom na crtežu 2, u prvoj fazi radni ciklus je ograničen na 95% u trajanju od 30 sekundi. U toku ovog perioda grejni element se zagreva na ciljnu temperaturu. U drugoj fazi, opet od 30 sekundi, radni ciklus je ograničen na 65%. Manje snage je potrebno za održavanje temperature grejnog elementa nego što je potrebno za njegovo zagrevanje. U trećoj fazi od 30 sekundi radni ciklus je ograničen na 60%. U četvrtoj fazi od 90 sekundi radni ciklus je ograničen na 55%, u petoj fazi od 60 sekundi radni ciklus je ograničen na 50%, i u šestoj fazi od 120 sekundi radni ciklus je ograničen na 45%.

Kako supstrat koji daje aerosol osiromašuje manje toplote se uklanja isparavanjem tako da je manje snage potrbno za održavanje temperature grejnog elementa na ciljnoj temperaturi. Pored toga, temperatura okružujućih delova s vremenom raste i zbog toga s vremenom apsorbuju manje energije. U skladu sa tim, da bi se smanjila šansa sagorevanja, maksimalno dozvoljena snaga se s vremenom smanjuje za datu ciljnu temperaturu. Kao opšte pravilo, maksimalno dozvoljena snaga ili maksimalni radni ciklus, podeljen sa ciljnom temperaturom, se progresivno smanjuje s vremenom posle aktiviranja grejnog elementa u toku jedne sesije pušenja.

Međutim, po pravilu je poželjno da tokom ciklusa pušenja budu varijabilne temperature. Crtež 3 je šematska ilustracija temperaturnog profila za grejni element. Linija 60 predstavlja temperaturu grejnog elementa tokom vremena.

U prvoj fazi 70, temperatura grejnog elementa je povećana sa sobne temperature na prvu temperaturu 62. Temperatura 62 je unutar dozvoljenog raspona temperature između minimalne temperature 66 i maksimalne 68. Dozvoljena promena temperature je zadata tako da željena isparljiva jedinjenja isparavaju iz supstrata dok neželjena jedinjenja, koja isparavaju na višim temperaturama, ne isparavaju. Raspon dozvoljene temperature je takođe ispod temperature na kojoj bi sagorevanje supstrata moglo da se pojavi pod normalnim uslovima rada, tj. normalna temperatura, pritisak, vlažnost, način na koji korisnik povlači dimove i sastav vazduha.

U drugoj fazi 72, temperatura grejnog elementa se smanjuje na drugu temperaturu 64. Druga temperatura 64 je unutar raspona dozvoljene temperature ali niža od prve temperature.

1

U trećoj fazi 74, temperatura grejnog elementa se progresivno povećava do vremena isključenja 76. Tokom cele treće faze temperatura grejnog elementa ostaje unutar raspona dozvoljene temperature.

Crtež 4 je šematski prikaz profila isporuke ključnog sastojka aerosola sa profilom temperature grejnog elementa kao što je prikazano na crtežu 3. Posle početnog povećanja isporuke posle aktiviranja grejnog elementa, isporuka ostajene promenjena do isključivanja grejnog elementa. Povećanje temperature u trećoj fazi nadomešćuje osiromašenje stvarača aerosola u supstratu.

Crtež 5 ilustruje primer ciljanog profila temperature na bazi aktuelnog profila temperature prikazanom na crtežu 3, u kojem tri faze rada mogu da budu jasno uočene. U prvoj fazi 70 ciljana temperatura je postavljena na T0. Napajanje se obezbeđuje grejnom elementu da poveća temperaturu grejnog elementa na T0što je brže moguće. U trenutku t1ciljana temperatura se menja u T1, što znači da je prva faza 70 završena i da počinje druga faza.

Ciljana temperatura se održava na T1do trenutka t2. U trenutku t2druga faza se završava i počinje treća faza 74. U toku treće faze 74, ciljana temperatura linearno raste sa rastom vremena do trenutka t3, u kojem je ciljana temperatura T2i napajanje se više ne dovodi grejnom elementu.

Crtež 6 ilustruje kontrolno kolo upotrebljeno da obezbedi opisanu regulaciju temperature u skladu sa jednom realizacijom pronalaska.

Grejač 14 se povezuje na bateriju preko spoja 22. Baterija 16 obezbeđuje napon V2. Serijski sa grejnim elementom 14, dodatni otpornik 24, poznatog otpora r, je umetnut i povezan na napon V1, posrednik između uzemljenja i napona V2. Modulacija frekvencije struje se kontroliše mikrokontrolerom 18 i isporučuje preko analognog izlaza 30 na tranzistor 26 koji deluje kao običan prekidač.

Regulisanje je deo softvera ugrađenog u mikrokontroler 18, kao što će biti opisano. Indikacija temperature grejnog elementa (u ovom primer električni otpor grejnog elementa) je određena merenjem električnog otpora grejnog elementa. Indikacija temperature se koristi za podešavanje struje dovedene do grejnog elementa kako bi se grejni element održao blizu ciljne temperature. Indikacija temperature se određuje na frekvenciji odabranoj tako da odgovara vremenu potrebnom za proces kontrole, i može se odrediti na svaku 1ms.

Analogni ulaz 21 na mikrokontroleru 18 se koristi da sakupi napon V2 na strani baterije grejača 14. Analogni ulaz 23 na mikrokontroleru se koristi da sakupi napon V1 na strani uzemljenja grejača. Analogni ulaz 25 na mikrokontroleru pruža sliku električne struje I koja teče u dodatnom otporniku 24 i grejnom elementu 14.

Otpor grejača koji se meri na određenoj temperaturi je Rgrejača. Da bi mikroprocesor 18 izmerio otpor Rgrejačagrejača 14 i struja kroz grejač 14 i napon duž grejača 14 mogu da se odrede. Onda se može primeniti Omov zakon za uvrđivanje otpornosti:

Na crtežu 6 napon duž grejača je V2-V1 i struja kroz grejač je I. Dakle:

V �IR

Dodatni otpornik 24, čiji otpor r je poznat, se koristi da odredi struju I, opet upotrebom I

(1) gore. Struja kroz otpornik 24 je I i napon duž otpornika 24 je V1. Tako:

Kombrinovanje (2) i (3) daje:

V 1

I

TRako, mikroprocesor 18 može da izmeri V2 i V1, u toku upotrebe sistema za V 1

proizvodnj aerosola, i znajući vrednost r, može da odredi otpor grejača na određenoj temperaturi, Rgrejača.

Otpor grejača je povezan sa temperaturom. Linearna aproksimacija može da bude upotrebljena da poveže temperaturu T sa izmerenim otporom Rgrejačana termperaturi T prema sledećoj formuli:

gde je A koeficijent termičke otpornosti materijala grejnog elementa i R0je otpor grejnog R 0 1

elementa na sobnoj te Te mperaturi T

A<he>R<ater>A0.

Tako se temp<0>eratura grejnog elementa može porediti sa ciljnom temperaturom sačuvanom u memoriji i odrediti da li, i koliko, aktuelna temperatura premašuje ciljnu temperaturu.

Međutim u procesu kontrole nije neophodno računati temperaturu. U stvari čak nije neophodno računati Rgrejača. Umesto da mikrokontroler 18 utvrdi da li je V2-V1 manji od ili je jednak I*Rciljgde Rciljje ciljni profil otpornosti. Time se izbegava potreba da se izvede bilo koje računsko odvajanje i tako se smanjuje broj potrebnih računskih ciklusa. Rciljmože da se izračuna na početku svake faze grejnog profila, na bazi ciljnog temperaturnog profila sačuvanog u memoriji i kalibracionih vrednosti grejača. ;Drugi složeniji postupci aproksimatizacije odnosa između otpora i temperature mogu da budu upotrebljeni ako prosta linearna aproksimacija nije dovoljno tačna u rasponu radnih temperatura. Na primer, u drugoj realizaciji, odnos može da bude dobijen na bazi kombinacije dve ili više linearnih aproksimacija pri čemu svaka pokriva različit raspon temperature. Ova šema se oslanja na tri ili više kalibracionih temperaturnih tačaka na kojima se meri otpor grejača. Za temperature između kalibracionih tačaka vrednosti otpora se interpolariraju od vrednosti na kalibracionim tačkama. Temperature kalibracionih tačaka su odabrane da pokriju očekivani raspon temperature grejača u toku rada. ;Prednost ovih realizacija je to što nije potreban temperaturni senzor, koji može da bude glomazan i skup. Takođe vrednost otpora može da bude upotrebljena direktno pomoću mikrokontrolera umesto temperature. Ukoliko je izmerena vrednost otpora unutar željenog raspona biće to i temperatura grejnog elementa. Prema tome stvarna temperatura grejnog elementa ne mora da se izračunava. Međutim, moguće je upotrebiti odvojen temperaturni senzor i povezati ga sa mikrokontrolerom da bi obezbedio potrebnu informaciju o temperaturi. ;Crtež 7 ilustruje proces kontrole koji se može upotrebiti za kontrolisanje temperature grejača da omogući da prati ciljni temperaturni profil kao što je profil prikazan na crtežu 5 i ostane ispod maksimuma radnog ciklusa, kao što je ilustrovano na crtežu 2 kroz proces grejanja. ;Proces kontroler je kontrolna petlja koj ima period od 1ms. Proces počinje korakom 100 dovođenjem struje grejnom elementu za 500µs. Potrebno je da grejač u ovom periodu bude uključen da bi se zabeležilo posmatranje temperature. Onda, u koraku 110 otpor grejnog elementa R se poredi sa ciljnim otporom (ili, kao što je objašnjeno, napon kroz grejni element se poredi sa I* Rcilj). Ukoliko je R manji ili jednak Rciljonda proces prelazi na korak 120, u kojem se proverava da li bi napajanje daljim impulsom struje dovelo do toga da radni ciklus isporučene struje prelazi maksimum dozvoljen radnim ciklusom iznad prethodnih 50ms. Ukoliko dovod daljnjeg impulsa struje ne bi doveo do toga da se premaši maksimalno dozvoljeni radni ciklus, onda se daljnji impuls trajanja 500 µs isporučuje grejnom elementu u koraku 130 pre nego što se proces vrati na korak 100. Ukoliko bi dovod daljnjeg impulsa struje doveo do toga da se premaši maksimalno dozvoljeni radni ciklus, onda proces teče ka koraku 140, u kojem se struja ne isporučuje grejaču u toku 1ms, što odgovara jednom ciklusu kontrolne petlje, pre povratka na korak 100.

Ukoliko se u koraku 110 utvrdi da je R veći od Rciljonda postupak prelazi na korak 150, u kojem se proverava da li je R veći od Rciljkoličinom koja odgovara temperaturi jednakoj ili većoj od 10<0>C. Ako ne, onda proces prelazi na korak 160 u kojem se sprečava da struja bude isporučena grejnom elementu u toku 7ms. Ako je R veći od Rciljkoličinom koja odgovara temperaturi jednakoj ili većoj od 10<0>C, onda proces prelazi na korak 170, u kojem se sprečava da struja bude isporučena grejnom elementu u toku 100ms. Ovaj mnogo duži period zadržavanja snage grejnom elementu pre ponovnog proveravanja temperature dovodi do bržeg hlađenja, koje je potrebno kada se ciljna temperatura brzo smanji. Budući da proces provere temperature grejnog elementa inherentno uključuje napajanje grejnog elementa, nije poželjno češće proveravati temperaturu kada je potrebno brzo hlađenje.

Jasno je da u procesu ilustrovanom na crtežu 7, da bi se isporučio grejaču impuls struje, moraju da se prođu dva testa. Prvi test je da temperatura grejača nije iznad ciljne vrednosti, a drugi test je da napajanje impulsa struje ne bi dovelo do prekoračenja maksimalno dozvoljenog radnog ciklusa. Ovaj drugi test omogućava proveru da se supstrat koji daje aerosol ne pregreva.

1

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

Claims (15)

Patentni zahtevi

1. Postupak kontrolisanja grejanja sistema (100) za proizvodnju aerosola koji ima grejač (14), koji obuhvata:

upoređivanje mernog parametra (R), pokazatelja temperature grejača, sa ciljnom vrednošću (Rcilj) za taj parametar;

ukoliko merni parametar (R) prevazilazi ciljnu vrednost (Rcilj) većom od ili jednako prvoj vrednosti, onda obustavljanje napajanja strujom grejača (14) za prvi vremenski period, i ukoliko merni parametar (R) prevazilazi ciljnu vrednost (Rcilj) ali manjom od prve vrednosti, onda obustavljanje napajanja strujom grejača (14) za drugi vremenski period, kraći od prvog vremenskog perioda.

2. Postupak u skladu sa zahtevom 1, koji uključuje variranje ciljne vrednosti (Rcilj) tokom vremena.

3. Postupak u skladu sa zahtevom 2, koji uključuje diskontinuirano variranje ciljne vrednosti (Rcilj) tokom vremena.

4. Postupak u skladu sa bilo kojim prethodnim zahtevom, koji uključuje, ako merni parametar (R) ne prevazilazi ciljnu vrednost (Rcilj), napajanje strujom grjeača (14).

5. Postupak u skladu sa bilo kojim prethodnim zahtevom, koji uključuje napajanje strujom grejača (14) impulsima električne struje, i naznačen time što uključuje, ako merni parametar ne prevazilazi ciljnu vrednost (Rcilj), utvrđivanje da li napajanje strujom dovodi do toga da radni ciklus impulsa električne struje prevazilazi maksimalni radni ciklus u toku prvog vremenskog perioda, i napajanje strujom grejača samo ako napajanje strujom ne dovodi do toga da radni ciklus impulsa električne struje prevazilazi maksimalni radni ciklus.

6. Postupak u skladu sa bilo kojim prethodnim zahtevom, naznačen time što je merni parametar (R) električna otpornost grejača (14).

7. Postupak u skladu sa bilo kojim prethodnim zahtevom, naznačen time je sistem (100) za proizvodnju aerosola sistem za pušenje sa električnim zagrevanjem.

8. Postupak u skladu sa zahtevom 7, naznačen time što je sistem za pušenje sa električnim zagrevanjem podešen da zagreva duvanski supstrat.

9. Sistem (100) za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem, koji sadrži: grejač (14)

napajanje; i

kontroler (18); naznačen time što je kontroler podešen da: poredi merni parametar, pokazatelj temperature grejača sa ciljnom vrednošću za taj parametar; i

ukoliko merni parametar (R) prevazilazi ciljnu vrednost (Rcilj) većom od ili jednako prvoj vrednosti, obustavlja napajanja strujom grejača (14) za prvi vremenski period; i

ukoliko merni parametar (R) prevazilazi ciljnu vrednost (Rcilj) ali manjom od prve vrednosti, onda obustavlja napajanja strujom grejača (14) za drugi vremenski period, kraći od prvog vremenskog perioda.

10. Sistem u skladu sa zahtevom 9, naznačen time što je kontroler (18) podešen da varira ciljnu vrednost (Rcilj) u vremenu prema željenom ciljnom profilu sačuvanom u memoriji.

11. Sistem u skladu sa zahtevom 10, naznačen time što je kontroler (18) podešen da diskontinuirano varira ciljnu vrednost (Rcilj) u vremenu.

12. Sistem u skladu sa bilo kojim od zahteva 9 do 11, naznačen time što je kontroler (18) podešen da napaja strujom grejač (14) sa izvora napajanja ako merni parametar (R) ne prevazilazi ciljnu vrednost (Rcilj).

13. Sistem u skladu sa bilo kojim od zahteva 9 do 12, naznačen time što je kontroler (18) podešen da napaja strujom grejač (14) impulsima električne struje, i što, ako merni parametar (R) ne prevazilazi ciljnu vrednost (Rcilj), utvrđuje da li napajanje strujom dovodi do toga da radni ciklus impulsa električne struje prevazilazi maksimalni radni ciklus u toku prvog vremenskog perioda, i napaja strujom grejač (14) samo ako napajanje strujom ne dovodi do toga da radni ciklus impulsa električne struje prevazilazi maksimalni radni ciklus.

14. Sistem u skladu sa bilo kojim od zahteva 9 do 13, naznačen time što je merni parametar (R) električna otpornost grejača (14) i što je kontroler (18) podešen da meri električnu otpornost grejača (14) za vreme perioda u kojima se struja dovodi grejaču.

15. Sistem u skladu sa bilo kojim od zahteva 9 do 14, naznačen time što je sistem sistem za pušenje sa električnim zagrevanjem.

1