RS57456B1 - Indukcioni grejni uređaj, sistem za isporuku aerosola koji sadrži indukcioni grejni uređaj i postupak njegovog rada - Google Patents

Description

Predmetni pronalazak se odnosi na indukcioni grejni uređaj za zagrevanje supstrata koji daje aerosol. Predmetni pronalazak takođe se odnosi na sistem za isporuku aerosola koji sadrži takav indukcioni grejni uređaj. Predmetni pronalazak se dalje odnosi na način rada takvog sistema za isporuku aerosola.

U stanju tehnike su poznati sistemi za isporuku aerosola koji sadrže supstrat koji daje aerosol, po pravilu čep koji sadrži duvan. Da bi zagrejao duvanski čep do temperature na kojoj je on sposoban da oslobađa isparljive komponente, koje su sposobne da stvaraju aerosol, grejni element, kao što je grejna oštrica (po pravilu napravljena od metala), se ubacuje u duvanski čep. Temperatura grejne oštrice, koja je u direktnom kontaktu sa supstratom koji daje aerosol (duvanski čep), je predviđena kao pokazatelj temperature supstrata koji daje aerosol. Temperatura grejne oštrice se izračunava pomoću poznatog odnosa između omskog otpora grejne oštrice i temperature grejne oštrice. Zbog toga, u toku zagrevanja, praćenjem omskog otpora grejne oštrice (na primer merenjem napona i jačine struje) temperatura grejne oštrice može da bude utvrđena u bilo kom trenutku za vreme pušenja.

Drugi sistemi za isporuku aerosola radije sadrže indukcioni grejni uređaj nego grejnu oštricu. Indukcioni grejni uređaj sadrži induktor u toplotnoj blizini supstrata koji daje aerosol i supstrat koji daje aerosol sadrži susceptor. Naizmenično magnetno polje induktora proizvodi vrtložne struje i histerezisne gubitke u susceptoru, usled čega susceptor zagreva supstrat koji daje aerosol do temperature na kojoj je on sposoban da oslobađa isparljive komponente, koje su sposobne da stvaraju aerosol. S obzirom da se zagrevanje susceptora izvodi na beskontaktan način, ne postoji direktan način za merenje temperature supstrata koji daje aerosol.

Indukcioni grejni uređaj prema preambuli zahteva 1 otkriven je u US 5,613,505.

Bilo bi poželjno da bude moguće da se na efikasan način meri i kontroliše radna temperatura supstrata koji daje aerosol, takođe i indukcijski zagrevanih supstrata koji daju aerosol. Otuda, postoji potreba za indukcionim grejnim uređajem za zagrevanje supstrata koji daje aerosol, pri čemu se mogu postići merenja temperature supstrata koji daje aerosol. Takođe postoji potreba za sistemom za isporuku aerosola koji obuhvata merenje temperature supstrata koji daje aerosol.

Pronalazak predlaže indukcioni grejni uređaj za zagrevanje supstrata koji daje aerosol, koji sadrži susceptor. Indukcioni grejni uređaj u skladu sa pronalaskom sadrži:

- kućište uređaja

- izvor napajanja jednosmernom strujom za rad, obezbeđujući dovod jednosmernog napona i jednosmernu struju;

- elektroniku napajanja podešenu da radi na visokoj frekvenciji, elektronika napajanja sadrži DC/AC konverter povezan za izvorom napajanja jednosmernom strujom, DC/AC konverter sadrži LC mrežu podešenu da radi na niskom omskom opterećenju, pri čemu LC mreža sadrži serijski povezan kapacitor i induktor sa omskim otporom,

- šupljinu postavljenu u kućištu uređaja, šupljinu sa unutrašnjom površinom oblikovanom da prihvati bar deo supstrata koji daje aerosol, šupljinu postavljenu tako da po smeštanju dela supstrata koji daje aerosol u šupljinu induktor LC mreže se u toku rada indukcijski spaja sa supceptorom supstrata koji daje aerosol.

Elektronika napajanja električnom energijom dalje sadrži mikrokontroler, programiran da u toku rada iz jednosmernog napona, dobijenog sa izvora jednosmernog napajanja i iz jednosmerne struje povučene iz izvora jednosmernog napajanja, odredi prividni omski otpor, i dalje je programirana da u toku rada iz prividnog omskog otpora odredi temperaturu susceptora supstrata koji daje aerosol.

Poželjno je da supstrat koji daje aerosol bude supstrat sposoban da oslobađa isparljiva jedinjenja koja mogu da stvaraju aerosol. Isparljiva jedinjenja se oslobađaju zagrevanjem supstrata koji daje aerosol. Supstrat koji daje aerosol može da bude čvrst ili tečan ili da sadrži i čvrste i tečne komponente. U poželjnoj realizaciji, supstrat koji daje aerosol je u čvrstom stanju.

Supstrat koji daje aerosol može da sadrži nikotin. Supstrat koji daje aerosol koji sadrži nikotin može da bude matrica soli nikotina. Supstrat koji daje aerosol može da sadrži materijal na biljnoj bazi. Supstrat koji daje aerosol može da sadrži duvan i poželjno je da se u materijalu koji sadrži duvan nalaze isparljiva jedinjenja duvanske arome koja se usled zagrevanja oslobađaju iz supstrata koji daje aerosol.

Supstrat koji daje aerosol može da sadrži homogenizovani duvanski materijal. Homogenizovani duvanski materijal može da bude dobijen aglomerisanjem čestica duvana. Kad je prisutan homogenizovani duvanski materijal, može da ima sadržaj stvarača aerosola jednak ili veći od 5% na bazi težine suve mase i poželjno težinski između od 5% i 30% na bazi težine suve mase.

Alternativno, supstrat koji daje aerosol može da sadrži materijal koji ne sadrži duvan. Supstrat koji daje aerosol može da sadrži homogenizovani materijal na biljnoj bazi.

Supstrat koji daje aerosol može da sadrži bar jedan stvarač aerosola. Stvarač aerosola može da bude bilo koje odgovarajuće poznato jedinjenje ili smeša jedinjenja koje prilikom upotrebe olakšava dobijanje gustog i stabilnog aerosola i koje je suštinski otporno na toplotnu razgradnju na radnoj temperaturi uređaja za proizvodnju aerosola. Odgovarajući stvarači aerosola su poznati u tehnici i uključuju, ali nisu ograničeni na: polihidrične alkohole, kao što su trietilen glikol, 1,3-butandiol i glicerin; estre polihidričnih alkohola, kao što su glicerol mono-, diili triacetat; i alifatične estre mono-, di- ili polikarboksilnih kiselina, kao što su dimetil dodekandioat i dimetil tetradekandioat. Naročito poželjni stvarači aerosola su polihidrični alkoholi ili njihove smeše, kao što su trietilen glikol, 1,3-butandiol i, kao najpoželjniji, glicerin. Supstrat koji daje aerosol može da sadrži druge aditive i sastojke, kao što su aromatične supstance. Supstrat koji daje aerosol poželjno sadrži nikotin i bar jedan stvarač aerosola. U naročito poželjnoj realizaciji, stvarač aerosola je glicerin.

Izvor jednosmernog napajanja generalno može da sadrži bilo koji izvor jednosmernog napajanja koji, preciznije, sadrži jedinicu napajanja koja će biti povezana na mrežu, jednu ili više baterija za jednokratnu upotrebu, punjive baterije ili bilo koji drugi odgovarajući izvor jednosmernog napajanja, sposoban da obezbedi snabdevanje potrebnim jednosmernim naponom i snabdevanje jednosmernom strujom potrebne jačine. U jednoj realizaciji, jednosmerni napon izvora jednosmernog napajanja je u rasponu od oko 2,5 volta do oko 4,5 volta i jačina struje jednosmernog napajanja je u rasponu od oko 2,5 do oko 5 ampera (odgovara snazi jednosmernog napajanja u rasponu od oko 6,25 vata i oko 22,5 vata). Poželjno je da izvor jednosmernog napajanja sadrži punjive baterije. Takve baterije su generalno dostupne i imaju prihvatljivu ukupnu zapreminu između približno 1,2-3,5 kubnih centimetara. Takve baterije mogu da imaju suštinski cilindričan ili pravougaoni čvrst oblik. Takođe, izvor jednosmernog napajanja može da sadrži DC prigušnicu.

Kao opšte pravilo, gde god je, u ovoj celoj prijavi, izraz „oko” upotrebljen u vezi sa određenom vrednošću, podrazumeva se da zbog tehničkih raloga vrednost posle izraza „oko” ne mora da bude tačno ta određena vrednost. Međutim, za izraz „oko”, upotrebljen u vezi sa određenom vrednošću, uvek se podrazumeva da obuhvata i takođe nedvosmisleno otkriva određenu vrednost posle izraza „oko”.

Elektronika napajanja je konfigurisana da radi na visokoj frekvenciji. Za potrebe ove prijave, za izraz „visoka učestalost”, se podrazumeva da označava frekvenciju u rasponu od oko 1 megaherca (MHz) do oko 30 megaherca (MHz), preciznije od oko 1 megaherca (MHz) do oko 10 MHz (obuhvatajući raspon od 1 MHz do 10 MHz), i još preciznije od oko 5 megaherca (MHz) do oko 7 megaherca (MHz) (obuhvatajući raspon od 5 MHz do 7 MHz).

Elektronika napajanja električnom energijom sadrži DC/AC pretvarač povezan na izvor jednosmernog napajanja.

LC mreža DC/AC pretvarača (koja se može predstaviti kao DC/AC inverter) je konfigurisana da radi na malom omskom opterećenju. Za izraz „malo omsko opterećenje” se podrazumeva da označava omsko opterećenje od oko 2 oma. LC mreža sadrži paralelno vezan kondenzator (šant), i serijski povezan kondenzator i induktor koji ima omski otpor. Ovaj omski otpor induktora je po pravilu nekoliko desetinki oma. U toku rada, omski otpor susceptora se dodaje omskom otporu induktora i trebalo bi da bude veći od omskog otpora induktora, s obzirom da dobijena električna energija treba, u što je moguće većoj meri, da bude u susceptoru pretvorena u toplotu da bi se povećala efikasnost pojačivača snage i omogućio što je moguće veći prenos toplote sa susceptora na ostatak supstrata koji daje aerosol, da bi delotvorno proizvodio aerosol.

Susceptor je provodnik koji je sposoban da bude indukciono zagrevan. „Toplotna blizina” znači da je susceptor tako postavljen u odnosu na ostatak supstrata koji daje aerosol, da se adekvatna količina toplote prenosi sa susceptora na ostatak supstrata koji daje aerosol da bi proizveo aerosol.

S obzirom da susceptor nije samo magnetno propustljiv nego je takođe elektično elektroprovodljiv (on je provodnik, pogledati iznad), struja poznata kao vrtložna struja se stvara u susceptoru i teče u susceptoru u skladu sa Omovim zakonom. Susceptor treba da ima malu električnu otpornost ρ da bi se povećala disipacija Džulove toplote. Pored toga, učestalost naizmenične vrtložne struje mora da bude uzeta u obzir zbog površinskog efekta (više od 98% električne struje protiče u okviru sloja četvorostruke dubine prodiranja δ uz spoljašnju površinu provodnika). Uzimajući ovo u obzir omski otpor RSsusceptora se izračunava iz jednačine Rs= √2πfρµ0µr

pri čemu

f označava frekvenciju naizmenične vrtložne struje

µ0označava magnetsku propustljivost vakuuma

µroznačava relativnu magnetsku propustljivost

materijala susceptora, i

ρ označava električnu otpornost materijala

susceptora.

Gubitak snage Peprouzrokovan vrtložnom strujom se izračunava pomoću formule

Pe= I<2>∙RS

pri čemu

I označava jačinu (rms) vrtložne struje, i

RSoznačava električni omski otpor susceptora (pogledati iznad)

Iz jednačine za Pei iz jednačine RSmože da se vidi da je za materijal, koji ima poznatu relativnu magnetnu propustljivost µri datu električnu otpornost ρ, očigledno da gubitak snage Penastao usled vrtložne struje (putem pretvaranja u toplotu) raste sa porastom učestalosti i porastom jačine struje (rms). S druge strane, učestalost naizmenične vrtložne struje (i prema tome naizmeničnog magnetnog polja koje indukuje vrtložnu struju u susceptoru), ne može da bude proizvoljno povećana, s obzirom da se dubina prodiranja δ smanjuje sa povećanjem učestalosti vrtložne struje (ili naizmeničnog magnetnog polja koje indukuje vrtložnu struju u susceptoru), tako da iznad izvesne granične vrednosti učestalosti više nikakve vrtložne struje ne mogu da budu stvorene u susceptoru s obzirom da je dubina prodiranja suviše mala da bi omogućila stvaranje vrtložnih struja. Povećanje jačine struje (rms) zahteva naizmenično magnetno polje koje ima veliku gustinu magnetnog fluksa i zbog toga zahteva izvore indukcije (induktore) velike zapremine.

Pored toga, toplota se u susceptoru proizvodi putem mehanizma zagrevanja povezanog sa histerezisom. Gubitak snage usled histerezisa se izračunava iz jednačine

PH= V ∙ WH∙ f

pri čemu

V označava zapreminu susceptora

WHoznačava rad potreban da namagnetiše susceptor

duž zatvorene histerezisne petlje na B-H dijagramu, i

f označava frekvenciju naizmeničnog magnetnog polja.

Rad WHpotreban da se namagnetiše susceptor duž histerezisne petlje takođe može da bude izražen kao

WH= ∮H ∙ dB

Maksimalna količina WHzavisi od svojstava materijala susceptora (zaostali magnetizam BR, koercitivnost HC), i aktuelna količina WHzavisi od aktuelne B-H petlje namagnetisanja indukovanog naizmeničnim magnetnim poljem u susceptoru, i ova aktuelna B-H petlja namagnetisanja zavisi od jačine pobuđivanja magnetnog kola.

Postoji i treći mehanizam za proizvodnju toplote (gupitak snage) u susceptoru. Ova proizvodnja toplote je prouzrokovana dinamičkim gubicima magnetnih domena u magnetno propustljivom materijalu susceptora, kad je susceptor izložen spoljašnjem naizmeničnom magnetnom polju, i ovi dinamički gubici generalno takođe rastu sa povećanjem učestalosti naizmeničnog magnetnog polja.

Da bi bila u stanju da proizvodi toplotu u susceptoru, u skladu sa prethodno opisanim mehanizmima (uglavnom putem gubitaka usled vrtložne struje i histerezisnih gubitaka), šupljina je raspoređena u kućištu uređaja. Šupljina ima unutrašnju površinu oblikovanu da primi bar deo supstrata koji daje aerosol. Šupljina je tako postavljena da, posle smeštanja dela supstrata koji daje aerosol u šupljinu, induktor LC mreže u toku rada bude induktivno spojen sa susceptorom supstrata koji daje aerosol. Ovo znači da se induktor LC mreže koristi da magnetnom indukcijom zagreva susceptor. Ovo eliminiše potrebu za dodatnim komponentama kao što su uklopne mreže za usklađivanje izlaznog otpora pojačivača snage klase E sa opterećenjem čime se omogućava dalje smanjenje veličine elektronike napajanja.

Sve u svemu, zbog beskontaktnog zagrevanja supstrata indukcioni grejni uređaj, u skladu sa pronalaskom, obezbeđuje mali i lak za rukovanje, efikasan, čist i robustan grejni uređaj. Dakle, za susceptore, koji daju malo omsko opterećenje kao što je prethodno opisano, dok imaju omski otpor značajno veći od omskog otpora induktora LC mreže, je moguće da dostignu temperature susceptora u rasponu od 300-400 stepeni Celzijusa za samo pet sekundi ili u vremenskom intervalu koji je čak i manji od pet sekundi, dok je u isto vreme temperatura induktora mala (zato što se velika većina snage pretvara u toplotu u susceptoru).

Kao što je već pomenuto, u skladu sa jednim aspektom indukcionog grejnog uređaja u skladu sa pronalaskom, uređaj je konfigurisan za zagrevanje supstrata koji daje aerosol proizvoda za pušenje. Ovo preciznije obuhvata da se energija obezbeđuje susceptoru unutar supstrata koji daje aerosol, tako da se supstrat koji daje aerosol zagreva do prosečne temperature od između 200-240 stepeni Celzijusa. Još poželjnije, uređaj je konfigurisan za zagrevanje duvanom napunjenog supstrata koji daje aerosol proizvoda za pušenje.

Dok se supstrat koji daje aerosol zagreva poželjno je da se kontroliše njegova temperatura. Ovo nije lako ostvariti s obzirom da se zagrevanje supstrata koji daje aerosol vrši beskontaktnim (induktivnim) zagrevanjem susceptora (uglavnom, kao što je prethodno opisano, putem histerezisnih gubitaka i gubitaka usled vrtložne struje), dok je u stanju tehnike kontrola temperatura otpornih grejnih uređaja mogla da bude izvedena merenjem napona i struje na grejnom elementu zbog linearne zavisnosti temperature otpornog grejnog elementa i omskog otpora grejnog elementa.

Iznenađujuće, u indukcionom grejnom uređaju u skladu sa pronalaskom postoji strogo monotona veza između temperature susceptora i prividnog omskog otpora određenog iz jednosmernog napona izvora jednosmernog napajanja i iz jednosmerne struje povučene iz izvora jednosmernog napajanja. Ova strogo monotona veza omogućava nedvosmisleno određivanje odgovarajuće temperature susceptora iz odgovarajućeg prividnog omskog otpora u (beskontaktno) indukcionom grejnom uređaju u skladu sa pronalaskom, s obzirom da svaka pojedinačna vrednost prividnog omskog otpora predstavlja samo jednu pojedinačnu vrednost temperature nema dvoznačnosti u vezi. Ovo ne mora da znači da je odnos temperature susceptora i prividnog omskog otpora obavezno linearan, međutim, odnos mora da bude strogo monoton da bi se izbeglo bilo kakvo dvoznačno dodeljivanje jednog prividnog omskog otpora više od jednoj temperaturi. Strogo monotona veza temperature susceptora i prividnog omskog otpora tako omogućava utvrđivanje i kontrolu temperature susceptora i samim tim supstrata koji daje aerosol. Kao što će biti detaljnije razmotreno u kasnijem tekstu, u slučaju kad DC/AC pretvarač sadrži pojačivač klase E, veza između temperature susceptora i prividnog omskog otpora je linearna bar u temperaturnom rasponu od interesa.

Određivanje jednosmernog napona napajanja izvora jednosmernog napajanja i jednosmerne struje, povučene iz izvora jednosmernog napajanja, sadrži merenje i jednosmernog napona i jednosmerne struje. Međutim, u skladu sa jednim aspektom indukcionog grejnog uređaja, u skladu sa pronalaskom, izvor jednosmernog napajanja može da bude jednosmerna baterija, preciznije punjiva jednosmerna baterija, za obezbeđivanje snabdevanja konstantnim jednosmernim naponom. Ovo omogućava punjenje baterija, poželjno putem veze sa mrežnim napajanjem preko uređaja za punjenje koji sadrži AC/DC pretvarač. U slučaju snabdevanja konstantnim jednosmernim naponom i dalje je moguće i može da bude poželjno merenje jednosmernog napona napajanja, međutim, takvo merenje jednosmernog napona napajanja nije obavezno (s obzirom da je jednosmerni napon konstantan). Međutim, elektronika napajanja električnom energijom sadrži senzor jednosmerne struje za merenje jednosmerne struje povučene iz jednosmerne baterije, tako da prividni omski otpor (koji je predstavnik temperature susceptora) može da bude određen iz stalnog jednosmernog napona napajanja (bez obzira da li je stalni jednosmerni napon napajanja izmeren ili se uzima kao konstantna vrednost) i izmerene vrednosti jednosmerne struje. Generalno, ovaj aspekt omogućava da se meri samo jednosmerna struja bez potrebe da se takođe meri jednosmerni napon napajanja.

Kao što je već prethodno pomenuto, u određenim slučajevima je moguće uzdržavanje od merenja jednosmernog napona napajanja, međutim, u skladu sa jednim aspektom indukcionog grejnog uređaja u skladu sa pronalaskom, elektronika napajanja sadrži senzor za jednosmerni napon za merenje jednosmernog napona izvora jednosmernog napajanja, tako da utvrđivanje stvarne vrednosti jednosmernog napona može da bude urađeno u svakom slučaju.

Kao što je prethodno razmotreno, indukcioni grejni uređaj u skladu sa pronalaskom omogućava kontrolisanje temperature. Da bi se to postiglo na naročito povoljan način, u skladu sa sledećim aspektom indukcionog grejnog uređaja u skladu sa pronalaskom, mikrokontroler je takođe programiran da, kad je utvrđena temperatura susceptora supstrata koji daje aerosol jednaka ili prelazi unapred određenu graničnu vrednost temperature, prekine proizvodnju naizmenične snage pomoću DC/AC pretvarača, i u skladu sa ovim aspektom mikrokontroler je programiran da nastavi proizvodnju naizmenične snage kad utvrđena temperatura susceptora supstrata koji daje aerosol opet bude ispod unapred određene granične vrednosti temperature. Izraz „prekid proizvodnje naizmenične snage” je namenjen da pokrije slučajeve u kojima se više ili manje neizmenična snaga ne proizvodi kao i slučajeve u kojima je proizvodnja naizmenične snage samo smanjena da bi se održavala unapred određena granična vrednost temperature. Povoljno, ova granična vrednost temperature je ciljna radna temperatura koja može, preciznije, da bude temperatura u rasponu od 300°C do 400°C, na primer 350°C. Indukcioni grejni uređaj u skladu sa pronalaskom zagreva susceptor supstrata koji daje aerosol dok susceptor ne dostigne unapred određenu graničnu temperaturu koja odgovara odgovarajućem prividnom omskom otporu. U tom trenutku dalje snabdevanje naizmeničnom snagom pomoću DC/AC pretvarača se prekida tako da se zaustavlja dalje zagrevanje susceptora i susceptoru se omogućava hlađenje. U nekom trenutku temperatura susceptora ponovo bude ispod unapred određene granične vrednosti temperature, a to se detektuje utvrđivanjem odgovarajućeg prividnog omskog otpora. U tom trenutku proizvodnja naizmenične snage se nastavlja da bi se temperatura održala što je moguće bliže ciljnoj radnoj temperaturi. Ovo može da bude ostvareno, na primer, podešavanjem radnog ciklusa naizmeničene snage isporučene LC mreži. Ovo je, u principu, opisano u patentu WO 2014/040988.

Kao što je već prethodno bilo pomenuto, u skladu sa jednim aspektom indukcionog grejnog uređaja u skladu sa pronalaskom, DC/AC pretvarač sadrži pojačivač snage klase E koji sadrži tranzistorski prekidač, kolo upravljačkog programa tranzistorskog prekidača i LC mrežu konfigurisanu da radi na malom omskom opterećenju, a LC mreža dodatno sadrži šant kondenzator.

Pojačivači snage klase E su generalno poznati i detaljno opisani, na primer, u članku „Class-E RF Power Amplifiers”, autora Nathan O. Sokal, objavljenom u dvomesečnom časopisu QEX, izdanje januar/februar 2001, strane 9-20, American Radio Relay League (ARRL), Newington, CT, U.S.A. Pojačivači snage klase E imaju prednost što se tiče rada na visokim učestalostima, dok u isto vreme imaju jednostavnu strukturu kola koje sadrži minimalan broj komponenti (na primer potreban je samo jedan tranzistorski prekidač što je prednost u odnosu na pojačivače snage klase D koji sadrže dva tranzistorska prekidača koji na visokim učestalostima moraju da budu kontrolisani na način koji osigurava da jedan od dva tranzistorska prekidača bude isključen u trenutku kad je drugi od dva tranzistorska prekidača uključen). Pored toga, pojačivači snage klase E su poznati po minimalnom rasipanju energije u prekidačkom tranzistoru u toku prelazne faze. Poželjno je da pojačivač snage klase E bude pojačivač snage klase E prvog reda sa jednim vodom koji ima samo jedan tranzistorski prekidač.

Tranzistorski prekidač pojačivača snage klase E može da bude bilo koji tip tranzistora i može da bude u vidu bipolarnog tranzistora (BJT). Poželjnije, međutim, tranzistorski prekidač je u vidu tranzistora sa efektom polja (FET) kao što je metal oksidni poluprovodnik-tranzistor sa efektom polja (MOSFET) ili metalni poluprovodnik-tranzistor sa efektom polja (MESFET).

U skladu sa sledećim aspektom indukcionog grejnog uređaja u skladu sa pronalaskom, induktor LC mreže sadrži spiralno namotani kalem induktora koji je postavljen na ili neposredni uz unutrašnju površinu šupljine.

U skladu sa drugim aspektom indukcionog grejnog uređaja, u skladu sa pronalaskom, pojačivač snage klase E ima izlaznu impedansu i elektronika napajanja dalje sadrži mrežu za uklapanje izlaznog otpora pojačivača snage klase E sa malim omskim opterećenjem. Ova mera može da pomogne dalje povećanje gubitaka snage u malom omskom opterećenju koje dovodi do povećane proizvodnje toplote u malom omskom opterećenju. Na primer, mreža za uklapanje može da sadrži mali odgovarajući transformator.

U skladu sa sledećim aspektom indukcionog grejnog uređaja u skladu sa pronalaskom, ukupna zapremina elektronike napajanja je jednaka ili manja od 2 cm<3>. Ovo omogućava da raspored baterija, elektronika napajanja i šupljina u kućištu uređaja imaju sveukupnu veličinu koja je prikladna i laka za rukovanje.

U skladu sa sledećim aspektom indukcionog grejnog uređaja u skladu sa pronalaskom, induktor LC mreže sadrži spiralno namotani kalem induktora koji je postavljen na ili neposredno uz unutrašnju površinu šupljine. Povoljno, kalem induktora ima duguljasti oblik i definiše unutrašnju zapreminu u rasponu od oko 0,15 cm<3>do oko 1,10 cm<3>. Na primer, unutrašnji prečnik spiralno namotanog induktorskog kalema može da bude između oko 5 mm i oko 10 mm, i može poželjno da bude oko 7 mm, i dužina spiralno namotanog induktorskog kalema može da bude između oko 8 mm i oko 14 mm. Prečnik ili debljina kalem žice može da bude između oko 0,5 mm i oko 1 mm, u zavisnosti da li se koristi kalem žica sa kružnim poprečnim presekom ili sa ravnim pravougaonim poprečnim presekom. Spiralno namotani kalem induktora je postavljen na ili neposredno uz unutrašnju površinu šupljine. Spiralno namotani kalem induktora postavljen na ili neposredno uz unutrašnju površinu šupljine dalje minimalizuje veličinu uređaja.

Još jedan aspekt pronalaska se odnosi na sistemza isporuku aerosola koji sadrži indukcioni grejni uređaj kao što je prethodno opisano i supstrat koji daje aerosol koji sadrži susceptor. Najmanje jedan deo supstrata koji daje aerosol je smešten u šupljinu indukcionog grejnog uređaja, tako da induktor LC mreže DC/AC pretvarača indukcionog grejnog uređaja bude u toku rada induktivno spojen sa susceptorom supstrata koji daje aerosol.

Kao primer, supstrat koji daje aerosol može da bude supstrat koji daje aerosol proizvoda za pušenje. Preciznije, supstrat koji daje aerosol može da bude duvanom napunjen čvrsti supstrat koji daje aerosol. koji može da bude upotrebljen u proizvodima za pušenje (kao što su, na primer, cigarete).

U skladu sa jednim aspektom sistema za isporuku aerosola u skladu sa pronalaskom, susceptor je napravljen od nerđajućeg čelika. Na primer, mogu da se koriste nerđajući čelici različitog kvaliteta, kao što je nerđajući čelik oznake kvalteta 430(SS430) ili nerđajući čelik oznake kvalteta 410 (SS410), nerđajući čelik oznake kvalteta 420 (SS420) ili nerđajući čelik oznake kvalteta 440 (SS440). Nerđajući čelici drugih kvaliteta takođe mogu da budu upotrebljeni. Na primer, susceptor je jedan susceptorski element koji može da bude u obliku trake, lista, žice ili folije, i ovi susceptorski elementi mogu da imaju različite geometrijske oblike poprečnih preseka, kao što su kvadrat, krug, elipsa ili drugi geometrijski oblici.

U skladu sa posebnim aspektom sistema za isporuku aerosola u skladu sa pronalaskom, susceptor mpže da sadrži ravnu traku od nerđajućeg čelika, pri čemu ravna traka od nerđajućeg čelika ima dužinu u rasponu od oko 8 milimetara do oko 15 milimetara, poželjno dužinu od oko 12 milimetara. Ravna traka dalje može da ima širinu u rasponu od oko 3 milimetara do oko 6 milimetara, poželjno širinu oko 4 milimetra ili oko 5 milimetara. Ravna traka može da ima debljinu u rasponu od oko 20 mikrometara do oko 50 mikrometara, poželjno debljinu u rasponu od oko 20 mikrometara do oko 40 mikrometara, na primer debljinu oko 25 mikrometara ili oko 35 mikrometara. Jedna vrlo specifična realizacija susceptora može da ima dužinu oko 12 milimetara, širinu oko 4 milimetara i debljinu oko 50 mikrometara, i može da bude napravljena od nerđajućeg čelika oznake kvaliteta 430 (SS430). Druga vrlo specifična realizacija susceptora može da ima dužinu oko 12 milimetara, širinu isto oko 5 milimetara i debljinu oko 50 mikrometara, i može da bude napravljena od nerđajućeg čelika oznake kvalteta 430 (SS430). Alternativno, ove vrlo specifične realizacije mogu takođe da budu napravljene od nerđajućeg čelika oznake kvalteta 420 (SS420).

Još jedan aspekt pronalaska se odnosi na način rada sistema za isporuku aerosola kao što je prethodno opisano, i ovaj postupak sadrži korake:

- određivanje prividnog omskog otpora iz jednosmernog napona izvora jednosmernog napajanja

1

i iz jednosmerne struje povučene iz izvora jednosmernog napajanja,

- određivanje temperature susceptora supstrata koji daje aerosol iz prividnog omskog otpora.

U skladu sa jednim aspektom postupka u skladu sa pronalaskom, izvor jednosmernog napajanja je jednosmerna baterija, preciznije punjiva jednosmerna baterija, i obezbeđuje stalno napajanje jednosmernim naponom. Jednosmerna struja povučena iz jednosmerne baterije se meri zbog određivanja prividnog omskog otpora iz stalnog jednosmernog napona napajanja i izmerene jednosmerne struje.

U skladu sa još jednim aspektom postupka u skladu sa pronalaskom, postupak dalje sadrži korake:

- prekidanje proizvodnje naizmenične snage DC/AC pretvaračem kad je utvrđena temperatura susceptora supstrata koji daje aerosol jednaka ili prelazi unapred zadatu graničnu vrednost temperature, i

- nastavljanje proizvodnje naizmenične snage kad je utvrđena temperatura susceptora supstrata koji daje aerosol ponovo ispod unapred zadate granične vrednosti temperature.

S obzirom da su prednosti postupka u skladu sa pronalaskom i njihovi posebni aspekti već prethodno razmotreni, oni sad nisu ponavljani.

Dalji povoljni aspekti pronalaska će postati očigledni iz sledećih opisa realizacija uz pomoć crteža na kojima:

Crtež 1 prikazuje opšti princip zagrevanja osnovnog indukcionog grejnog uređaja pronalaska,

Crtež 2 prikazuje blok dijagram realizacije indukcionog grejnog uređaja i sistema za isporuku aerosola u skladu sa pronalaskom,

Crtež 3 prikazuje realizaciju sistema za isporuku aerosola u skladu sa pronalaskom koji sadrži indukcioni grejni uređaj koji ima ključne komponente raspoređene u kućištu uređaja,

Crtež 4 prikazuje realizaciju ključnih komponenti energetske elektronike indukcionog grejnog uređaja u skladu sa pronalaskom (bez mreže za uklapanje),

Crtež 5 prikazuje realizaciju induktora LC mreže u obliku spiralno namotanog induktorskog kalema koji ima duguljast oblik,

Crtež 6 prikazuje detalj LC mreže koja obuhvata induktivnost i omski otpor kalema, i pored toga prikazuje omski otpor opterećenja,

Crtež 7 prikazuje dva signala koji predstavljaju jednosmernu struju povučenu iz izvora jednosmernog napajanja nasuprot temperaturi susceptora, Crtež 8 prikazuje temperature dva susceptora nasuprot jednosmernog napona izvora jednosmernog napajanja i jednosmerne struje povučene iz izvora jednosmernog napajanja, i

Crtež 9 prikazuje ekvivalentno kolo energetske elektronike indukcionog grejnog uređaja.

Na crtežu 1 je šematski ilustrovan opšti princip zagrevanja osnovnog predmetnog pronalaska. Na crtežu 1 su šematski prikazani spiralno namotani kalem induktora L2 koji ima duguljast oblik i definiše unutrašnji prostor u koji je postavljen deo ili ceo supstrat 20 koji daje aerosol proizvoda 2 za pušenje, supstrat koji daje aerosol koji sadrži susceptor 21. Proizvod 2 za pušenje koji sadrži supstrat 20 koji daje aerosol sa susceptorom 21 je šematski predstavljen na odvojeno prikazanom uvećanom detalju poprečnog preseka na desnoj strani crteža 1. Kao što je već pomenuto, supstrat 20 koji daje aerosol proizvoda 2 za pušenje može da bude, bez ograničavanja na to, duvanom napunjen čvrsti supstrat.

Pored toga, na crtežu 1 je magnetno polje unutar unutrašnjeg prostora kalema L2 induktora šematski naznačeno sa nekoliko linija BLsila magnetnog polja u jednom specifičnom trenutku, s obzirom da je magnetno polje proizvedeno proticanjem naizmenične struje iL2kroz kalem induktora L2 naizmenično magnetno polje koje menja svoj polaritet na učestalosti naizmenične struje iL2koja može da bude u rasponu od oko 1 MHz do oko 30 MHz (obuhvatajući raspon od 1 MHz do 30 MHz), i može, preciznije, da bude u rasponu od oko 1 MHz do oko 10 MHz (obuhvatajući raspon od 1 MHz do 10 MHz, i naročito može da bude manja od 10 MHz), i vrlo precizno, učestalost može da bude u rasponu od oko 5 MHz do oko 7 MHz (obuhvatajući raspon od 5 MHz do 7 MHz). Dva osnovna mehanizma odgovorna za proizvodnju toplote u susceptoru 21, gubici snage Peizazvani vrtložnim strujama (zatvoreno kolo koje predstavlja vrtložne struje) i gubici snage Phizazvani histerezisom (zatvorena histerezisna kriva koja predstavlja histerezis), su takođe šematski naznačeni na crtežu 1. Što se tiče ovih mehanizama, pogledati njihovo prethodno dato detaljnije razmatranje.

Crtež 3 prikazuje realizaciju sistema za isporuku aerosola u skladu sa pronalaskom, koji sadrži indukcioni grejni uređaj 1 u skladu sa pronalaskom. Indukcioni grejni uređaj 1 sadrži kućište 10 uređaja koje može da bude napravljeno od plastike i izvor 11 jednosmernog napajanja (pogledati crtež 2) koji sadrži punjivu bateriju 110. Indukcioni grejni uređaj 1 dalje sadrži priključnicu 12 koji sadrži čiviju 120 za priključivanje indukcionog grejnog uređaja na stanicu za punjenje ili uređaja za punjenje radi ponovnog punjenja punjive baterije 110. Dodatno, indukcioni grejni uređaj 1 sadrži elektroniku 13 napajanja koja je konfigurisana da radi na željenoj učestalosti. Elektronika 13 napajanja je električno povezana na punjivu bateriju 110 preko odgovarajuće električne veze 130. I dok elektronika 13 napajanja električnom energijom sadrži dodatne komponente koje ne mogu da se vide na crtežu 3, ona sadrži posebno LC mrežu (pogledati crtež 4) koja sadrži induktor L2, ovo je naznačeno isprekidanim linijama na crtežu 3.

Induktor L2 je smešten u kućištu 10 uređaja na proksimalnom kraju kućišta 10 uređaja tako da okružuje šupljinu 14 koja je takođe postavljena na proksimalnom kraju kućišta 10 uređaja. Induktor L2 može da sadrži spiralno namotani kalem induktora koji ima duguljasti oblik, kao što je prikazano na crtežu 5. Spiralno namotani cilindrični kalem induktora L2 može da ima poluprečnik r u rasponu od oko 5 mm do oko 10 mm, i preciznije poluprečnik može da bude oko 7 mm. Dužina l spiralno namotanog induktorskog kalema može da bude u rasponu od oko 8 mm do oko 14 mm. Unutrašnja zapremina u skladu sa tim može dabude u rasponu od oko 0,15 cm<3>do oko 1,10 cm<3>.

Vraćajući se na crtež 3, duvanom napunjen čvrsti supstrat 20 koji daje aerosol koji sadrži susceptor 21 se smešta u šupljinu 14 na proksimalnom kraju kućišta 10 uređaja tako da u toku rada induktor L2 (spiralno namotani indukcioni kalem) bude induktivno spojen sa susceptorom 21 duvanom napunjenog čvrstog supstrata 20 koji daje aerosol proizvoda 2 za pušenje. Filterski deo 22 proizvoda 2 za pušenje može da bude postavljen van šupljine 14 indukcionog grejnog uređaja 1, tako da u toku rada korisnik može da povlači aerosol kroz filterski deo 22. Kad se proizvod za pušenje ukloni iz šupljine14, šupljina 14 može da bude lako očišćena s obzirom da je, izuzev otvorenog distalnog kraja kroz koji se supstrat 20 koji daje aerosol proizvoda 2 za pušenje ubacuje, šupljina potpuno zatvorena i okružena onim unutrašnjim zidovima plastičnog kućišta 10 uređaja koji defeinišu šupljinu 14.

Crtež 2 prikazuje blok dijagram realizacije sistema za isporuku aerosola koji sadrži indukcioni grejni uređaj 1 u skladu sa pronalaskom, međutim, sa nekim izbornim aspektima ili komponentama kao što će biti razmotreno u nastavku. Indukcioni grejni uređaj 1 zajedno sa supstratom 20 koji daje aerosol, koji sadrži susceptor 21, daje realizaciju sistema za isporuku aerosola u skladu sa pronalaskom. Blok dijagram prikazan na crtežu 2 je ilustracija koja uzima u obzir način rada. Kao što može da se vidi, indukcioni grejni uređaj 1 sadrži izvor 11 jednosmernog napajanja (na crtežu 3 koji sadrži punjivu bateriju 110), mikrokontroler (mikroprocesorska kontrolna jedinica) 131, DC/AC pretvarač 132 (realizovan kao DC/AC inverter), uklopnu mrežu 133 za podešavanje prema opterećenju, i induktor L2. Mikroprocesorska kontrolna jedinica 131, DC/AC pretvarač 132 i uklopna mreža 133 kao i induktor L2 su deo elektronike 13 napajanja (pogledati crtež 1). Jednosmerni napon VDCi jednosmerna struja IDCpovučena iz izvora 11 jednosmernog napajanja su mikroprocesorskoj kontrolnoj jedinici 131 obezbeđeni povratnim kanalima, poželjno merenjem i jednosmernog napona VDCi jednosmerne struje IDCpovučene iz izvora 11 jednosmernog napajanja, da bi kontrolisala dalje napajanje naizmeničnom snagom LC mreže, a naročito induktora L2. Ovaj važni aspekt indukcionog grejnog uređaja u skladu sa pronalaskom će detaljnije biti objašnjen u nastavku. Uklopna mreža 133 može da bude obezbeđena radi optimalnog podešavanja prema opterećenju, ali nije obavezna i nije sadržana u sledećoj detaljnije opisanoj realizaciji.

Crtež 4 prikazuje neke ključne komponente elektronike 13 napajanja električnom energijom, preciznije DC/AC pretvarač 132. Kao što može da se vidi na crtežu 4, DC/AC

1

pretvarač sadrži pojačivač snage klase E koji sadrži tranzistorski prekidač 1320 koji sadrži tranzistor sa efektom polja (FET) 1321, na primer metaloksidni poluprovodnik-tranzistor sa efektom polja (MOSFET), napojno kolo tranzistorskog prekidača označeno strelicom 1322 za snabdevanje FET-a 1321 prekidnim signalom (napon kapija-izvor, i LC mrežu 1323 koja sadrži šant kondenzator C1 i rednu vezu kondenzatora C2 i induktora L2. Pored toga, prikazan je izvor 11 jednosmernog napajanja koji sadrži prigušnicu L1 za snabdevanje jednosmernim naponom VDC, sa jednosmernom strujom IDCkoja je povučena iz izvora 11 jednosmernog napajanja u toku rada. Takođe na crtežu 4 je prikazan omski otpor R koji predstavlja ukupno omsko opterećenje 1324, koje je zbir omskog otpora RKaleminduktora L2 i omskog otpora ROpterećenjesusceptora 21, kao što je ovaj prikazan na crtežu 6.

Usled vrlo malog broja komponenti zapremina elektronike 13 napajanja može da bude izuzetno mala. Na primer, zapremina elektronike napajanja može da bude jednaka ili manja od 2 cm<3>. Ova izuzetno mala zapremina elektronike napajanja je moguća zato što se induktor L2 LC mreže 1323 direktno koristi kao induktor za induktivno spajanje sa susceptorom 21 supstrata koji daje aerosol 20, i ova mala zapremina omogućava zadržavanje malih sveukupnih dimenzija celog indukcionog grejnog uređaja 1. U slučaju kad se koristi odvojeni induktor, osim induktora L2 za induktivno spajanje sa susceptorom 21, to automatski povećava zapreminu elektronike napajanja električnom energijom čija se zapremina takođe povećava ukoliko je uklopna mreža 133 obuhvaćena elektronikom napajanja.

Iako je opšti princip rada pojačivača snage klase E poznat i detaljno opisan u već pomenutom članku „Class-E RF PowerAmplifiers”, autor Nathan O. Sokal, objavljenom u dvomesečnom časopisu QEX, izdanje januar/februar 2001, strane 9-20, American Radio Relay League (ARRL), Newington, CT, U.S.A., neki osnovni principi će sad biti objašnjeni.

Pretpostavimo da napojno kolo 1322 tranzistorskog prekidača snabdeva FET 1321 prekidnim naponom (gejt-sors napon FET-a) koji ima pravougaoni profil. Sve dok FET 1321 provodi (uključeno stanje), on suštinski obrazuje kratak spoj (mali otpor) i sva struja teče kroz prigušnicu L1 i FET 1321. Kad FET 1321 ne provodi (isključeno stanje), sva struja teče u LC mrežu s obzirom da FET 1321 suštinski predstavlja otvoreno kolo (visok otpor). Prebacivanje tranzistora između ta dva stanja pretvara isporučeni jednosmerni napon i jednosmernu struju u naizmenični napon i naizmeničnu struju.

Za efikasno zagrevanje susceptora 21 treba što je moguće veću količinu isporučene jednosmerne snage preneti u obliku naizmenične snage na induktor L2 (spiralno namotani cilindrični indukcioni kalem) i potom na susceptor 21 supstrata koji daje aerosol 20 koji je induktivno spojen sa induktorom L2. Snaga rasuta u susceptoru 21 (gubici usled vrtložne struje, histerezisni gubici) proizvodi toplotu u susceptoru 21, kao što je prethodno detaljnije opisano. Ili drugačije rečeno, rasipanje snage u FET-u1321 mora da se maksimalno smanji dok se rasipanje snage u susceptoru 21 maksimalno povećava.

Rasipanje snage u FET-u 1321 u toku jednog perioda naizmeničnog napona/struje je određeni integral uprosečenog, za dati period, proizvoda napona i struje tranzistora u svakom trenutku tokom datog perioda naizmeničnog napona/struje. S obzirom da FET 1321 mora da izdrži visok napon u toku dela datog perioda i provede jaku struju u toku dela datog perioda, treba da bude izbegnuto istovremeno postojanje visokog napona i jake struje, pošto bi to dovelo do značajnog rasipanja snage u FET-u 1321. U uključenom stanju FET-a 1321, napon tranzistora je približno nula kad jaka struja teče kroz FET 1321. U isključenom stanju FET-a 1321, napon tranzistora je visok, ali struja kroz FET 1321 je približno nula.

Prelazno stanje takođe neizbežno traje neki delić datog perioda. Ipak, proizvod visokog napona i jake struje koji predstavlja veliki gubitak snage u FET-u 1321 može da bude izbegnut sledećim dodatnim merama. Prvo, rast napona tranzistora se odlaže dok se struja kroz tranzistor ne smanji na nulu. Drugo, napon tranzistora se vraća na nulu pre nego što struja kroz tranzistor počne da raste. Ovo se postiže mrežom 1323 za lokalnu kontrolu opterećenja koja sadrži šant kondenzator C1 i rednu vezu kondenzatora C2 i induktora L2, ova mreža za lokalnu kontrolu opterećenja je mreža između FET 1321 i opterećenja 1324. Treće, napon tranzistora u vremenu uključenosti je praktično nula (za bipolarni tranzistor „BJT” on je pomereni (ofset) napon zasićenjaVo). Uključivanje tranzistora ne prazni napunjen šant kondenzator C1, na taj način izbegavajući rasipanje energije prikupljene u šant kondenzatoru. Četvrto, nagib napona tranzistora je nula u vremenu uključenosti. Potom, struja ubrizgana mrežom za lokalnu kontrolu opterećenja pri uključivanju tranzistora glatko raste od nule kontrolisanim umerenim tempom, što dovodi do malog rasipanja snage dok provodljivost tranzistora raste od nule u toku prelaska u uključeno stanje. Kao rezultat, napon i struja tranzistora nikad nisu istovremeno veliki. Prelazni napon i struja su međusobno vremenski razdvojeni.

Za dimenzioniranje raznih komponenti DC/AC pretvarača 132 prikazanog na crtežu 4, sledeće jednačine, koje su generalno poznate i detaljno opisane u prethodno pomenutom članku „Class-E RF PowerAmplifiers”, autor Nathan O. Sokal, objavljenom u dvomesečnom časopisu QEX, izdanje januar/februar 2001, strane 9-20, American Radio Relay League (ARRL), Newington, CT, U.S.A., moraju da budu uzete u razmatranje.

Neka QL(faktor kvaliteta LC kola) bude vrednost koja je u svakom slučaju veća od 1,7879 mada je to vrednost koju može da odabere dizajner (pogledati prethodno pomenuti članak), dalje, neka P bude izlazna snaga isporučena otporu R i neka f bude učestalost, onda se razne komponente brojno izračunavaju iz sledećih jednačina (Voje nula za FET, i ofset napon zasićenja za BJT, pogledati iznad):

L2 = QL∙R/2πf

R = ((VCC– Vo)<2>/P)∙ 0.576801 ∙(1.0000086 – 0.414395/QL–

1

0.557501/QL<2>+ 0.205967/QL<3>)

C1 = (1/(34.2219∙f∙R))∙(0.99866 0.91424/QL– 1.03175/QL<2>) 0.6/(2πf)<2>∙(L1)

C2 = (1/2πfR)∙(1/QL-0.104823)∙(1.00121+(1.01468/QL-1.7879))- (0.2/((2πf)<2>∙L1)))

Ovo omogućava brzo zagrevanje susceptora kojiima omski otpor od R = 0,6 Ω pri isporučenoj snazi od približno 7 W u trajanju 5-6 sekundi pod pretpostavkom da je struja od približno 3,4 A dostupna upotrebom izvora jednosmernog napajanja koji ima maksimalan izlazni napon 2,8V i maksimalnu izlaznu struju 3,4 A, učestalosti f = 5 MHz (radni ciklus= 50%), induktivnosti induktora L2 približno 500 nH i omskoj otpornosti induktora L2 RKalem= 0,1 Ω, induktivnosti L1 oko 1µH, i kapacitetima 7 nF za kondenzator C1 i 2,2 nF za kondenzator C2. Efektivna omska otpornost RKalemi ROpterećenjeje približno 0,6 Ω. Efikasnost (rasipanje snage u susceptoru 21 / maksimalna snaga izvora 11 jednosmernog napajanja) od oko 83,5% može da bude dobijena, što je vrlo efikasno.

Da bi radio proizvod 2 za pušenje se ubacuje u šupljinu 14 (pogledati crtež 2) indukcionog grejnog uređaja 1, tako da supstrat 20 koji daje aerosol koji sadrži susceptor 21 bude induktivno spojen sa induktorom 2 (to jest spiralno namotam cilindrični kalem). Susceptor 21 se potom zagrava nekoliko sekundi kao što je prethodno opisano i potom korisnik može da počne da povlači aerosol kroz filter 22 (naravno, proizvod za pušenje ne mora neizostavno da sadrži filter 22).

Indukcioni grejni uređaj i proizvodi za pušenje mogu generalno da budu distribuirani odvojeno ili kao komplet delova. Na primer, moguće je distribuirati takozvani „starter kit” (materijal za početak rada) koji sadrži indukcioni grejni uređaj kao i mnoštvo proizvoda za pušenje. Jednom kad korisnik nabavi takav „starter kit“ on ubuduće može da nabavlja samo proizvode za pušenje koji mogu da se koriste sa ovim indukcionim grejnim uređajem iz „starter kita“. Indukcioni grejni uređaj je lako očistiti i u slučaju punjivih baterija kao izvora jednosmernog napajanja, te punjive baterije lako mogu da se napune upotrebom odgovarajućeg uređaja za punjenje koji treba povezati na priključnicu 12 koja sadrži čiviju 120 (ili indukcioni grejni uređaj treba da bude priključen na odgovarajuću priključnicu uređaja za punjenje).

Prethodno je već pomenuto da je određivanjem prividnog omskog otpora Raiz jednosmernog napona VDCizvora 11 jednosmernog napajanja i iz jednosmerne struje IDCpovučene iz izvora 11 jednosmernog napajanja moguće da se utvrdi temperatura T susceptora 21. Ovo je moguće zato što je neočekivano odnos temperature T susceptora 21 i količinika jednosmernog napona VDCi jednosmerne struje IDCstrogo monoton, i može čak da bude

1

linearan za pojačivač klase E. Takav strogo monoton odnos prikazan je na crtežu 8 kao primer. Kao što je već pomenuto, odnos ne mora obavezno da bude linearan, on samo treba da bude strogo monoton tako da za dati jednosmerni napon VDCnapajanja postoji jednoznačan odnos između odgovarajuće jednosmerne struje IDCi temperature T susceptora. Ili drugim rečima, postoji jednoznačan odnos između prividnog omskog otpora Ra(određenog količnikom jednosmernog napona VDCi jednosmerne struje IDCpovučene iz izvora jednosmernog napajanja) i temperature T susceptora. Ovo odgovara ekvivalentnom kolu prikazanom na crtežu 9 pri čemu Raodgovara rednoj vezi omskog otpora RKOLA(koji je značajno manji od omskog otpora susceptora) i temperaturno zavisnog omskog otpora RSUSCEPTORsusceptora.

Kao što je već pomenuto, u slučaju pojačivača klase E ovaj strogo monoton odnos između prividnog omskog otpora Rai temperature T susceptora je praktično linearan, bar za raspon temperature od interesa (na primer za raspon temperature između 100°C i 400°C).

Ako je poznat odnos između prividnog omskog otpora Rai temperature T specifičnog susceptora napravljenog od specifičnog materijala koji ima specifičan geometrijski oblik (na primer, takav odnos može da bude utvrđen putem preciznog merenja u laboratoriji velikog broja identičnih susceptora i potonjim uprosečavanjem pojedinačnih merenja), ovaj odnos između prividnog omskog otpora Rai temperature T specifičnog susceptora može da bude programiran u mikrokontroler 131 (pogledati crtež 2) tako da u toku rada sistema za isporuku aerosola samo prividni omski otpor Ratreba da bude određen iz trenutnog jednosmernog napona VDCnapajanja (po pravilu ovo je stalan napon baterije) i trenutne jednosmerne struje IDCpovučene iz izvora 11 jednosmernog napajanja. Veliki broj takvih odnosa između Rai temperature T može da bude programiran u mikrokontroler 131 za susceptore napravljene od različitih materijala i koji imaju različite geometrijske oblike, tako da. u toku rada uređaja koji daje aerosol samo treba da bude identifikovan određeni tip susceptora i potom odgovarajući odnos (već programiran u mikrokontroleru) može da, utvrđivanjem trenutnog jednosmernog napona napajanja i jednosmerne struje povučene iz izvora jednosmernog napajanja, bude upotrebljen za određivanje temperature T odgovarajućeg, trenutno upotrebljavanog, tipa susceptora.

Moguće je i može da bude poželjno da i jednosmerni napon VDCi jednosmerna struja IDCpovučena iz izvora 11 jednosmernog napajanja mogu da budu mereni (ovo može da bude ostvareno odgovarajućim senzorom jednosmernog napona i odgovarajućim senzorom jednosmerne struje koji lako mogu da budu integrisani u malo kolo bez bilo kakvog bitnog zauzimanja prostora). Međutim, u slučaju izvora jednosmernog napajanja sa stalnim jednosmernim naponom VDCsenzor jednosmernog napona može da bude izostavljen i samo je potreban senzor jednosmerne struje za merenje jednosmerne struje IDCpovučene iz izvora 11 jednosmernog napajanja.

Na crtežu 7 su prikazana dva signala koji predstavljaju jednosmernu struju IDCpovučenu iz izvora 11 jednosmernog napajanja (gornji signal) i temperaturu T susceptora 21 (donji signal) određenu iz odnosa između prividnog omskog otpora Rai temperature T za taj susceptor 21 koji

1

je programiran u mikrokontroleru 131.

Kao što može da se vidi, kad zagrevanje susceptora supstrata koji daje aerosol započne, jednosmerna struja IDCje na visokom nivou i smanjuje se sa porastom T susceptora supstrata koji daje aerosol (porast temperature susceptora dovodi do porasta Rašto zauzvrat dovodi do smanjenja IDC). U različitim trenucima tokom ovog procesa zagrevanja (preciznije kad supstrat koji daje aerosol dostigne određenu temperaturu), korisnik može da povuče dim iz proizvoda za pušenje koji sadrži supstrat koji daje aerosol sa u sebi raspoređenim susceptorom. U tom trenutku uvučen vazduh dovodi do brzog smanjenja temperature supstrata koji daje aerosol i susceptora. Ovo dovodi do smanjenja prividnog omskog otpora Ra, i to zauzvrat dovodi do porasta jednosmerne struje IDCpovučene iz izvora 11 jednosmernog napajanja. Ove vremenske tačke kada korisnik povlači dim, prikazane su na crtežu 7 pozivnim strelicama. Kad se povlačenje dima završi, vazduh se više ne povlači i temperatura susceptora ponovo raste (što dovodi do odgovarajućeg porasta prividnog omskog otpora Ra) i jednosmerna struja IDCse u skladu sa tim smanjuje.

Kao što dalje može da se vidi na crtežu 7, DC/AC pretvarač proizvodi naizmeničnu snagu sve dok temperatura susceptora 21 ne bude jednaka ili pređe unapred zadatu graničnu vrednost temperature Tth. Kad je temperatura susceptora supstrata koji daje aerosol jednaka ili prelazi unapred zadatu graničnu vrednost temperature Tth(to jest ciljna radna temperatura) mikrokontroler 131 je programiran da prekine dalju proizvodnju naizmenične snage DC/AC pretvaračem 132. Potom je poželjno da održava temperaturu T susceptora 21 na ciljnoj radnoj temperaturi. U trenutku kad je T susceptora 21 ponovo ispod unapred zadate granične vrednosti temperature Tthmikrokontroler 131 je programiran da ponovo nastavi proizvodnju naizmenične snage.

Ovo može da bude ostvareno, na primer, podešavanjem radnog ciklusa tranzistorskog prekidača. Ovo je u principu opisano u patentu WO 2014/040988. Na primer, u toku zagrevanja DC/AC pretvarač neprestano proizvodi naizmeničnu struju koja zagreva susceptor, i istovremeno se, jednosmerni napon VDCi jednosmerna struja IDC, mere na svakih 10 milisekundi u periodu od 1 milisekunde. Prividni omski otpor Rase utvrđuje (količnikom VDCi IDC), i kad Radostigne ili pređe vrednost Rakoja odgovara unapred zadatoj graničnoj vrednosti temperature Tthili temperaturi koja prelazi unapred zadatu graničnu vrednost Tthtranzistorski prekidač 1321 (pogledati crtež 4) se prebacuje u stanje u kojem on daje pulseve samo na svakih 10 milisekundi u trajanju od 1 milisekunde (radni ciklus tranzistorskog prekidača je tad samo oko 9%). U toku te 1 milisekunde uključenog stanja (stanje provođenja) tranzistorskog prekidača 1321 vrednosti jednosmernog naponaVDCi jednosmerne struje IDCse mere i vrednost prividnog omskog otpora Rase utvrđuje. Kad prividni omski otpor Raje predstavnik temperature T susceptora 21 i bude ponovo ispod unapred zadate granične vrednosti temperature Tth, tranzistor se prebacuje nazad u prethodno pomenuto stanje (tako da je radni ciklus tranzistorskog prekidača ponovo manje više 100%).

1

Na primer, susceptor 21 može da ima dužinu oko 12 milimetara, širinu oko 4 milimetra i debljinu oko 50 mikrometara, i može da bude napravljen od nerđajućeg čelika oznake kvaliteta 430 (SS430). Kao alternativni primer, susceptor može da ima dužinu oko 12 milimetara, širinu oko 5 milimetara i debljinu oko 50 mikrometara, i može da bude napravljen od nerđajućeg čelika oznake kvalteta 420(SS430). Taj susceptor može takođe da bude napravljen od nerđajućeg čelika oznake kvalteta 420 (SS420).

Pošto su uz pomoć crteža opisane realizacije pronalaska, jasno je da se mnoge promene i modifikacije mogu zamisliti bez odstupanja od opšteg učenja osnovnog predmetnog pronalaska. Zbog toga, nije namera da oblast zaštite da bude ograničena na specifične realizacije nego je radije definisana priloženim patentnim zahtevima.

1

Claims (17)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Indukcioni grejni uređaj (1) za zagrevanje supstrata (20) koji daje aerosol koji sadrži susceptor (21), indukcioni grejni uređaj (1) koji sadrži:

- kućište(10) uređaja

- izvor (11) napajanja jednosmernom strujom za rad, obezbeđujući dovod jednosmernog napona(VDC) i jednosmernu struju (IDC),

- elektroniku (13) napajanja električnom energijom podešenu da radi na visokoj frekvenciji, elektronika (13) napajanja sadrži DC/AC pretvarač (132) povezan za izvorom (11) napajanja jednosmernom strujom, DC/AC pretvarač (132) sadrži LC mrežu (1323) podešenu da radi na niskom omskom opterećenju (1324), pri čemu LC mreža (1323) sadrži serijski povezan kapacitor (C2) i induktor (L2) sa omskim otporom (RKalem), - šupljinu (14) postavljenu u kućištu (10) uređaja, šupljinu sa unutrašnjom površinom oblikovanom da prihvati bar deo supstrata (20) koji daje aerosol, šupljinu (14) postavljenu tako da po smeštanju dela supstrata (20) koji daje aerosol u šupljinu (14) induktor (L2) LC mreže (1323) se u toku rada indukcijski spaja sa susceptorom (21) supstrata (20) koji daje aerosol,

naznačen time što elektronika (13) napajanja električnom energijom dalje sadrži mikrokontroler (131), programiran da u toku rada iz jednosmernog napona (VDC) izvora (11) napajanja jednosmernom strujom i iz jednosmerne struje (IDC) povučene iz izvora (11) jednosmernog napajanja, odredi prividni omski otpor(Ra), i dalje programiran da u toku rada iz prividnog omskog otpora (Ra) odredi temperaturu (T) susceptora (21) supstrata (20) koji daje aerosol.

2. Indukcioni grejni uređaj, u skladu sa zahtevom 1, naznačen time što je uređaj konfigurisan za zagrevanje supstrata (20) koji daje aerosol proizvoda (2) za pušenje.

3. Indukcioni grejni uređaj, u skladu sa bilo kojim od zahteva 1 ili 2, naznačen time što je izvor (11) jednosmernog napajanja jednosmerna baterija, preciznije punjiva jednosmerna baterija, za obezbeđivanje stalnog napajanja jedosmernim naponom (VDC), i što elektronika (13) napajanja dalje sadrži senzor jednosmerne struje za merenje jednosmerne struje (IDC) povučene iz jednosmerne baterije radi utvrđivanja, iz stalnog jednosmernog napona (VDC) napajanja i izmerene jednosmerne struje, prividnog omskog otpora Ra).

4. Indukcioni grejni uređaj, u skladu sa bilo kojim od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što elektronika (13) napajanja dalje sadrži senzor jednosmernog napona za merenje jednosmernog napona(VDC) izvora (11) jednosmernog napajanja.

5. Indukcioni grejni uređaj, u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, naznačen time što je mikrokontroler (131) takođe programiran da prekine proizvodnju naizmenične struje DC/AC pretvaračem (132) kad je utvrđena temperatura (T) susceptora (21) supstrata (20)

2

koji daje aerosol jednaka ili prelazi unapred zadatu graničnu vrednost temperature (Tth), i što je mikrokontroler (131) programiran da nastavi proizvodnju naizmenične struje kad je utvrđena temperatura (T) susceptora (21) supstrata (20) koji daje aerosol ponovo ispod unapred zadate granične vrednosti temperature (Tth).

6. Indukcioni grejni uređaj, u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, naznačen time što DC/AC pretvarač (132) sadrži pojačivač snage klase E koji sadrži tranzistorski prekidač (1320), kolo upravljačkog programa tranzistorskog prekidača (1322), i LC mrežu (1323) konfigurisanu da radi na malom omskom opterećenju (1324), i što LC mreža (1323) dodatno sadrži šant kondenzator (C1).

7. Indukcioni grejni uređaj, u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, pri čemu pojačivač snage klase E ima izlazni otpor, i pri čemu elektronika napajanja dalje sadrži mrežu (133) za uklapanje izlaznog otpora pojačivača snage klase E i malog omskog opterećenja (1324).

8. Indukcioni grejni uređaj, u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, naznačen time što je ukupna zapremina elektronike (13) napajanja jednaka ili manja od 2 cm<3>.

9. Indukcioni grejni uređaj, u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva, naznačen time što induktor (L2) LC mreže (1323) sadrži spiralno namotani kalem induktora (L2) koji je postavljen na ili neposredno uz unutrašnju površinu šupljine (14).

10. Indukcioni grejni uređaj, u skladu sa zahtevom 9, naznačen time što induktorski kalem (L2) ima duguljasti oblik (l, r) i definiše unutrašnju zapreminu u rasponu od oko 0,15 cm<3>do oko 1,10 cm<3>.

11. Sistem za isporuku aerosola, koji sadrži indukcioni grejni uređaj (1) u skladu sa bilo kojim od prethodnih zahteva i supstrat (20) koji daje aerosol koji sadrži susceptor (21), naznačen time što bar deo supstrata (20) koji daje aerosol treba da bude smešten u šupljini (14) indukcionog grejnog uređaja (1) tako da u toku rada induktor (L2) LC mreže (1323) DC/AC pretvarača (132) indukcionog grejnog uređaja (1) bude induktivno spojen sa susceptorom (21) supstrata (20) koji daje aerosol.

12. Sistem za isporuku aerosola u skladu sa zahtevom 11, naznačen time što je supstrat (20) koji daje aerosol proizvoda za pušenje je duvanom bogat čvrsti supstrat (2) koji daje aerosol.

13. Sistem za isporuku aerosola u skladu sa bilo kojim od zahteva 11 ili 12, naznačen time što je susceptor (21) načinjen od nerđajućeg čelika.

14. Sistem za isporuku aerosola, u skladu sa zahtevom 13, naznačen time što susceptor (21) sadrži ravnu traku od nerđajućeg čelika, ravna traka od nerđajućeg čelika ima dužinu u rasponu od oko 8 milimetara do oko 15 milimetara, poželjno dužinu od oko 12 milimetara, ima širinu rasponu od oko 3 milimetra do oko 6 milimetara, poželjno širinu oko 4 milimetra ili oko 5 milimetara, i ima debljinu u rasponu od oko 20 mikrona do oko 50 mikrona, poželjno u rasponu od oko 20 mikrona do oko 40 mikrona, na primer debljinu oko 25 mikrona ili oko 35 mikrona.

15. Postupak rada sistema za isporuku aerosola, u skladu sa bilo kojim od zahteva 11 do 14, postupak koji sadrži korake:

- određivanje, iz jednosmernog napona izvora (11) jednosmernog napajanja i iz jednosmerne struje (IDC) povučene iz izvora (11) jednosmernog napajanja, prividnog omskog otpora (Ra),

- određivanje, iz prividnog omskog otpora(Ra) temperature (T) susceptora (21) supstrata (20) koji daje aerosol.

16. Postupak u skladu sa zahtevom 15, naznačen time što je izvor (11) jednosmernog napajanja jednosmerna baterija, preciznije punjiva jednosmerna baterija, za obezbeđivanje stalnog napajanja jedosmernim naponom (VDC), i što jednosmerna struja (IDC) povučena iz jednosmerne baterije se meri radi utvrđivanja, iz stalnog jednosmernog napona (VDC) napajanja i izmerene jednosmerne struje (IDC), prividnog omskog otpora (Ra).

17. Postupak, u skladu sa bilo kojim od zahteva 15 ili 16, koji dalje sadrži korake:

- prekidanje proizvodnje naizmenične struje DC/AC pretvaračem (132) kad je utvrđena temperatura (T) susceptora (21) supstrata (20) koji daje aerosol jednaka ili prelazi unapred zadatu graničnu vrednost temperature (Tth), i

- nastavljanje proizvodnje naizmenične struje kad je utvrđena temperatura (T) susceptora (21) supstrata (20) koji daje aerosol ponovo ispod unapred zadate granične vrednosti temperature (Tth).