СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ВЫПУСКА ДЫМА ИЗ НАГРЕВАЕМОГО БЕЗ ГОРЕНИЯ ТАБАЧНОГО ИЗДЕЛИЯ
CONTROL METHOD FOR CONTINUOUS RELEASE OF SMOKE FROM A NON-BURNING HEATED TOBACCO PRODUCT

Область техники
Изобретение относится к области нагреваемых без горения сигарет. Более конкретно, изобретение относится к способу управления непрерывным выпуском дыма из нагреваемого без горения табачного изделия.
Уровень техники
Нагреваемое без горения табачное изделие представляет собой табачное изделие, в котором для нагревания табачного материала используют специальный источник тепла. Самая высокая температура его нагрева не превышает 500°С, благодаря чему снижается реакция пиролиза и неполного сгорания химических компонентов табака, а вредность химических веществ и биологическая токсичность дыма существенно снижается, тем самым значительно снижается вред для человека и окружающей среды. Нагреваемые без горения табачные изделия подразделяют на изделия с электрическим нагревом, с нагревом посредством физической и химической реакции, с нагревом с использованием топлива и т.д. в соответствии с различными способами нагрева. Эти изделия предназначены для удовлетворения потребностей курильщиков путем нагревания табачного материала внешним источником тепла, обжига и сухой перегонки никотина и ароматических веществ, содержащихся в табачном материале, с образованием дыма. В настоящее время основными продаваемыми нагреваемыми без горения табачными изделиями являются изделия с электрическим нагревом, и в большинстве этих изделий используется технологию резистивного нагрева с низкой эффективностью теплопередачи, при этом необходимо улучшить равномерность выпуска дыма, и в полости после прогрева имеется много остаточных веществ, что влияет на ощущение от курения. Кроме того, резистивные нагревательные элементы легко накапливают продукты сгорания после многократного использования, их трудно чистить и легко повредить, что влияет на опыт использования потребителями.
При электромагнитном индукционном нагреве постоянный ток преобразуют в высокочастотный колебательный ток с помощью колебательного контура, высокочастотный колебательный ток протекает через электромагнитную индукционную катушку для генерации высокочастотного переменного магнитного поля, а в переменном магнитном поле магнитный металлический материал может индуцировать электромагнитную энергию и генерировать вихревой электрический ток на своей поверхности, вихревой ток заставляет атомы металла беспорядочно двигаться с высокой скоростью, атомы сталкиваются друг с другом и трутся друг о друга, вырабатывая тепловую энергию, что приводит к эффекту нагрева. Для электромагнитного индукционного нагрева эффективность нагрева может достигать 95%, эффективность повышения температуры является высокой, нагревательный элемент не нужно подключать к цепи питания, а потери материала в процессе нагрева невелики. Электромагнитный индукционный нагрев - это новый тип технологии нагрева табачных изделий.
Эта технология электромагнитного индукционного нагрева может увеличить удельную мощность нагревательного устройства, позволить нагретой сигарете быстро достичь температуры выделения дыма, сократить время предварительного нагрева устройства, повысить эффективность преобразования тепловой энергии, увеличить срок службы нагревательного устройства, а также избежать и устранить дефект легко повреждаемого нагревательного материала, сделать обслуживание более удобным и улучшить опыт использования потребителями. Однако в технологии электромагнитного нагрева, поскольку материал для индукционного нагрева не подключен напрямую к системе контуров, имеет место запаздывание при измерении температуры материала для индукционного нагрева, что не способствует регулированию рабочего состояния устройства. Нагреваемое без горения табачное изделие предъявляет очень строгие требования к условиям нагрева, а технические трудности программы управления нагревом влияют на эффект использования электромагнитного индукционного нагревательного устройства в нагреваемом без горения табачном изделии.
CN 107095343A раскрывает способ нагревания набора электронных сигарет, включающий: этап 1 - этап предварительного нагрева первого нагревательного устройства перед курением, этап 2 - этап предварительного нагрева второго нагревательного устройства перед курением, этап 3 - этап сохранения тепла при курении, этап 4 - этап сохранения тепла при остановке курения и этап 5 - окончание курения. Полезный эффект заключается в том, что способ одновременно предварительно нагревает внешнюю стенку табачной сердцевины и воздух, проходящий через внутреннюю часть табачной сердцевины, а первое нагревательное устройство быстро нагревается и превышает нормальную температуру нагрева, так что тепло может быть быстро и равномерно переносится внутрь табачной сердцевины, при этом время предварительного нагрева короткое, поэтому пользователь может быстро войти в режим курения. Во время курения два нагревательных устройства могут регулировать напряжение для поддержания постоянной температуры нагрева, чтобы гарантировать, что количество дыма, образующегося в единицу времени, достаточно для того, чтобы пользователи могли свободно курить. Когда курение приостановлено, напряжение можно отрегулировать для поддержания постоянной температуры нагрева, чтобы избежать пригорания табака в сердцевине табака, вызванного повышением температуры.
CN 108851233A раскрывает способ управления устройством для генерирования аэрозоля, выполняющим обнаружение сухого горения после одного курения и перед следующим курением. Перед обнаружением сухого горения определяют значение температуры/сопротивления нагревательного элемента, а когда значение температуры/сопротивления нагревательного элемента меньше установленного значения температуры/сопротивления, выполняют обнаружение сухого горения. Изобретение устраняет эффект задержки путем организации обнаружения сухого горения между интервалами курения пользователя, и обнаружение сухого горения не выполняется, когда пользователь курит. Кроме того, обнаружение сухого горения перед следующим курением эквивалентно предварительному нагреву следующего курения, что позволяет пользователю получить отличный опыт.
Поэтому, принимая во внимание технические требования, в соответствии с которым технические характеристики устройства для электромагнитного индукционного нагрева должны быть согласованы с нагреваемым без горения табачным изделием, изобретатели, наконец, выполнили изобретение посредством большого количества экспериментальных исследований и аналитических обзоров на основе предшествующего уровня техники.
Раскрытие изобретения
Техническая задача, которую необходимо решить
Задача изобретения заключается в том, чтобы создать способ управления непрерывным выпуском дыма из нагреваемого без горения табачного изделия.
Техническое решение
Изобретение создано посредством следующего технического решения.
Изобретение относится к способу управления непрерывным выпуском дыма из нагреваемого без горения табачного изделия.
Способ включает в себя следующие этапы, на которых:
выполняют нагрев нагреваемого без горения табачного изделия посредством нагревательного устройства способом нагрева, включающим в себя фазу предварительного нагрева и включающую в себя чередующийся цикл фазы сохранения тепла и фазы курения; причем нагревательное устройство запускают перед курением для выполнения фазы предварительного нагрева, на которой нагревательное устройство непрерывно вырабатывает тепловую энергию для быстрого нагрева табачного материала до тех пор, пока не будет получена подходящая первая затяжка дыма; затем выходную мощность нагревательного устройства немедленно снижают для перехода нагревательного устройства в фазу сохранения тепла, на которой нагревательное устройство только поддерживает температуру табачного материала для обеспечения критического состояния высвобождения дыма табачного материала так, что при подаче энергии температура табачного материала увеличивается, тем самым быстро высвобождая достаточное количество дыма; затем нагревательное устройство переходит в фазу курения, на которой выходную мощность нагревательного устройства мгновенно увеличивают, когда обнаружен сигнал курения для компенсирования снижения температуры табачного материала, вызванного курением, и быстрого нагрева табачного материала для выпуска дыма; в соответствии с результатом отслеживания датчика давления или датчика температуры нагревательного устройства нагревательное устройство попеременно находится в фазе сохранения тепла или в фазе курения, или нагревательное устройство прекращает работу.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения нагревательное устройство включает в себя аккумуляторный источник питания постоянного тока, высокочастотный колебательный контур, схему управления, катушку электромагнитной индукции, нагревательную полость, защитную оболочку нагревательной полости, корпус устройства и материал для индукционного нагрева, причем датчик давления воздуха установлен в месте сообщения с нагревательной полостью, а датчик температуры установлен на материале для индукционного нагрева; в нагревательном устройстве датчик давления воздуха отслеживает курение потребителя, а датчик температуры отслеживает изменение температуры материала для индукционного нагрева, а схема управления получает эти сигналы отслеживания и регулирует выходную мощность нагревательного устройства для достижения эффекта стабильного выпуска дыма.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения на фазе предварительного нагрева нагревательное устройство выдает мощность 8-30 Вт в течение 5-30 с для нагрева табачного материала до температуры 220-380°С для выпуска удовлетворительной первой затяжки дыма; в конце фазы предварительного нагрева сигнализатор напоминания о курении издает звуковой, световой или механический вибрационный сигнал, для напоминания пользователю, что фаза предварительного нагрева нагревательного устройства закончилась, и он может начать курить.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения на этапе сохранения тепла нагревательное устройство непрерывно выдает мощность 1,5-6,0 Вт, чтобы поддерживать температуру табачного материала на уровне 100-350°С.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения в фазе курения нагревательное устройство выдает мощность 8-30 Вт в течение 0,5-30 с для нагрева табачного материала до температуры 220-380°С.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения количество повторяющихся циклов фазы сохранения тепла и фазы курения составляет от 5 до 20; когда количество повторяющихся циклов достигает количества, заданного программой управления нагревательным устройством, нагревательное устройство автоматически прекращает работу.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, когда нагревательное устройство находится в фазе сохранения тепла, и значение снижения давления, определяемое датчиком давления воздуха, достигает 50-1000 Па, начинается фаза курения; датчик давления воздуха представляет собой тонкопленочный датчик давления воздуха.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, когда нагревательное устройство находится в фазе сохранения тепла, и датчик температуры определяет, что скорость снижения температуры материала индукционного нагрева составляет 5-80°C/с, начинается фаза курения; датчик температуры представляет собой датчик температуры резистивного типа или датчик температуры термопарного типа.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, когда нагревательное устройство находится в фазе сохранения тепла в течение 30-60 с, и не обнаруживают изменения давления или изменения температуры, нагревательное устройство автоматически прекращает работу, или когда нагревательное устройство непрерывно работает в течение 90-300 с, или количество затяжек достигает от 5 до 20, нагревательное устройство также автоматически прекращает работу для предотвращения повреждения устройства, вызванного непрерывным нагревом.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения, посредством схемы управления регулируют рабочее напряжение высокочастотного колебательного контура нагревательного устройства в пределах 0-18 В или регулируют его коэффициент заполнения в пределах 30-70% для регулировки выходной мощности.
Изобретение будет более подробно описано ниже.
Изобретение устанавливает способ управления программой нагрева, который основан на энергетической компенсации поведения потребителя при курении. Способ управления обеспечивает электромагнитное индукционное нагревательное устройство с соответствующим добавлением энергии сегментированным образом в соответствии с поведением потребителя при курении, которая может эффективно улучшить приемлемость температуры нагрева нагревательного устройства, удовлетворить требование достаточного и стабильного выпуска дыма от нагреваемого без горения табачного изделия в течение всего процесса курения, уменьшить выход побочного дыма при отсутствии курения и уменьшить загрязнение окружающей воздушной среды. Кроме того, может быть снижено потребление энергии нагревательным устройством, может быть повышена износостойкость нагревательного устройства, а опыт использования электромагнитного индукционного нагревательного устройства может быть значительно улучшен.
В изобретении под электромагнитным индукционным нагревательным устройством следует понимать нагревательное устройство для нагрева нагреваемого без горения табачного изделия посредством электромагнитного индукционного нагрева.
В изобретении электромагнитный индукционный нагреватель и нагревательное устройство имеют полностью эквивалентное техническое значение и могут быть использованы взаимозаменяемо.
Изобретение относится к способу управления непрерывным выпуском дыма из нагреваемого без горения табачного изделия.
В изобретении под способом управления следует понимать способ управления выходной энергией нагревательного устройства в течение всего процесса нагревания сигареты для обеспечения равномерного и непрерывного выделения дыма. В частности, способ управления включает в себя фазу предварительного нагрева, фазу сохранения тепла, фазу курения и этап остановки нагрева и т.д. устройства электромагнитного индукционного нагрева. Конкретный режим управления показан на фиг. 1.
Этапы способа управления, следующие:
Нагревательное устройство для нагреваемого без горения табачного изделия осуществляет нагрев способом, включающим в себя фазу предварительного нагрева и чередующийся цикл фазы сохранения тепла и фазы курения.
В соответствии с изобретением основная цель выполнения фазы предварительного нагрева состоит в том, чтобы позволить нагревательному устройству выдавать достаточно энергии для быстрого нагрева табачного материала, чтобы табачный материал достиг температурного режима, при котором образуется достаточное количество стабильного дыма.
Нагревательное устройство запускают перед курением, чтобы выполнить фазу предварительного нагрева, на которой нагревательное устройство непрерывно вырабатывает тепловую энергию для быстрого нагрева табачного материала до тех пор, пока не будет получена подходящая первая затяжка дыма.
На фиг. 1 через I обозначена фаза I предварительного нагрева нагревательного устройства, а сплошная линия на фигуре указывает выходную мощность нагревательного устройства на этой фазе; пунктирная линия указывает на изменение температуры нагревательного устройства в этой фазе.
В фазе I предварительного нагрева нагревательное устройство выдает мощность 8-30 Вт в течение 5-30 с, чтобы нагреть табачный материал до температуры 220-380°C для выпуска достаточного количества дыма; в этом изобретении, если температура табачного материала ниже 220°С, количество дыма будет недостаточным; если температура табачного материала будет выше 380°C, это приведет к пережиганию табака и повлияет на качество курения. Поэтому, подходящая температура табачного материала составляет 220-380°С, предпочтительно 250-330°С.
В фазе I предварительного нагрева выходная мощность нагревательного устройства составляет 8-30 Вт. Увеличение выходной мощности нагревательного устройства может эффективно сократить время предварительного нагрева. Если выходная мощность будет ниже 8 Вт, это приведет к тому, что время предварительного нагрева нагревательного устройства будет слишком большим, что повлияет на процесс курения; если выходная мощность будет выше 30 Вт, это приведет к чрезмерному повреждению цепи нагревательного устройства и повлияет на стабильность использования устройства. Поэтому целесообразно, чтобы выходная мощность нагревательного устройства составляла 8-30 Вт, предпочтительно 10-20 Вт.
Продолжительность фазы I предварительного нагрева составляет 5-30 с. Также нежелательно, чтобы длительность фазы I предварительного нагрева превышала установленный диапазон, потому что, если длительность будет короче 5 с, это приведет к недостаточной подаче энергии, получаемой материалом, и приведет к образованию недостаточного количества дыма первой затяжки; если длительность будет больше 30 с, то это приведет к длительному времени ожидания для курения и повлияет на опыт курения; поэтому рекомендуется, чтобы фаза I предварительного нагрева имела длительность 5-30 с, предпочтительно 10-20 с.
В конце фазы предварительного нагрева сигнализатор напоминания о курении издает звуковой, световой или механический вибрационный сигнал, чтобы напомнить пользователю, что фаза предварительного нагрева нагревательного устройства закончилась, и он может начать курить.
Сигнализатор напоминания о курении, используемый в изобретении, представляет собой изделие, которое в настоящее время доступно на рынке. Например, звуковой сигнализатор напоминания о курении — это изделие, продаваемое Taizhou Fusheng Electronic Technology Co., Ltd. под торговым наименованием патч-зуммер (patch buzzer), световой сигнализатор напоминания о курении — это изделие, продаваемое Shenzhen Juhong Optoelectronics Co., Ltd. под торговым наименованием патч-светодиод (LED patch light-emitting diode), а механический вибрационный сигнализатор напоминая о курении - это изделие, продаваемое Huizhou Liboruite Electromechanical Co., Ltd. под торговым наименованием микровибрационный двигатель (micro vibration motor).
Затем выходную мощность нагревательного устройства сразу снижают, чтобы перейти в фазу II сохранения тепла.
Основная цель выполнения фазы II сохранения тепла состоит в том, чтобы поддерживать табачный материал при определенной температуре, чтобы гарантировать, что табачный материал находится в критическом состоянии выделения дыма, так что при добавлении энергии температура табачного материала будет увеличена, тем самым быстро высвобождая достаточное количество дыма; в частности, через II на фиг. 1 обозначена фаза II сохранения тепла нагревательного устройства.
На фиг. 1 видно, что в фазе II сохранения тепла выходная мощность нагревательного устройства ниже, чем в фазе I предварительного нагрева, и нагревательное устройство непрерывно выдает мощность 1,5-6,0 Вт для поддержания температуры табачного материала на уровне 100°С-350°С.
В фазе II сохранения тепла изобретения, если выходная мощность нагревательного устройства ниже 1,5 Вт, это приведет к тому, что температура табачного материала будет ниже 100°C, что не позволит табачному материалу непрерывно производить дым и влиять на опыт курения; если выходная мощность нагревательного устройства будет выше 6,0 Вт, то температура табачного материала может легко превысить 350°C, и табачный материал пережарится, что повлияет на качество курительного газа и устойчивость выпуска дыма. Следовательно, целесообразно, чтобы выходная мощность нагревательного устройства составляла 1,5~6,0 Вт, а температура табачного материала составляла 100~350°C, предпочтительно, чтобы выходная мощность нагревательного устройства составляла 2,0-5,0 Вт, а температура табачного материала составляла 140-300°С, более предпочтительно, чтобы выходная мощность нагревательного устройства составляла 2,6-4,2 Вт, а температура табачного материала составляла 180-250°С.
После фазы II сохранения тепла нагревательное устройство переходит в фазу III курения. Основная функция фазы III курения заключается в том, что выходную мощность мгновенно увеличивают, когда нагревательное устройство обнаруживает сигнал курения, чтобы компенсировать снижение температуры табачного материала, вызванное курением, и в то же время быстро нагреть табачный материал до выпуска большого количества дыма.
В фазе III курения нагревательное устройство имеет выходную мощность 8-30 Вт в течение 0,5-3,0 с для нагрева табачного материала и повышения его температуры до 220-380°С.
В фазе III курения выходная мощность нагревательного устройства выше, чем в фазе II сохранения тепла, что может компенсировать снижение температуры табачного материала из-за курения, так что табачный материал поддерживает генерацию большого количества дыма и поддерживает стабильный курительный эффект сигареты. В фазе III курения температура табачного материала составляет 220-380°С. Если температура табачного материала ниже 220°C, это приведет к недостаточному образованию дыма табачного материала и ухудшит опыт курения у людей; если температура табачного материала выше 350°C, это приведет к перепеканию табачного материала, что повлияет на качество курения. Следовательно, целесообразно, чтобы температура табачного материала в фазе III курения составляла 220-380°С, предпочтительно 280-350°С.
Продолжительность каждой фазы III курения составляет 0,5-3 с, предпочтительно 1-2 с. Если продолжительность фазы III курения меньше 0,5 с, то нагревательное устройство не может предоставить достаточную энергию для компенсации, что повлияет на эффект образования дыма; если продолжительность фазы III курения больше 3 с, то это легко вызовет избыточную энергетическую компенсацию нагревательного устройства, что приводит к перегреву табачного материала, а также влияет на качество курения.
Продолжительность фазы III курения представляет собой продолжительность курения, обнаруженного датчиком давления воздуха или датчиком температуры, или значение продолжительности фазы III курения, заданное в программе управления мощностью. Микросхема программируемого микроконтроллера распознает и отправляет команды в соответствии с этими значениями продолжительности времени, чтобы контролировать фазу III курения, чтобы прекратить ее, уменьшая значение мощности до 1,6-6,0 Вт.
В этом изобретении, когда нагревательное устройство находится в фазе II сохранения тепла, и значение снижения давления, определяемое датчиком давления воздуха, достигает 50-1000 Па, микросхема программируемого микроконтроллера распознает и отправляет команды для запуска фазы III курения, мгновенно увеличивая значение выходной мощности схемы источника питания до 8-30 Вт; в изобретении, если значение снижения давления, обнаруженное датчиком давления воздуха, ниже 50 Па, то это легко вызовет ложную активацию сигнала курения и преждевременное начало фазы III курения; если значение снижения давления, обнаруженное датчиком давления воздуха, превышает 1000 Па, значение снижения давления будет сравнительно высоким, и вызвать активацию сигнала курения непросто. В частности, микросхема программируемого микроконтроллера оценивает отклонение от заданного диапазона температур и в соответствии с сигналом датчика давления воздуха компенсирует выходную мощность, если величина снижения давления, вызванного курением потребителя, составляет 50-1000 Па, и переводит устройство в фазу III курения, когда рабочее давление нагревательного устройства поддерживают в заданном диапазоне.
Датчик давления воздуха, используемый в этом изобретении, представляет собой тонкопленочный датчик давления воздуха, который в настоящее время доступен на рынке, например датчик давления, продаваемый компанией Shenzhen Yintaiyang Science and Technology Co., Ltd. под торговым наименованием переключатель микрофона. Микросхема программируемого микроконтроллера, используемая в изобретении, представляет собой изделие, продаваемое в настоящее время на рынке, такое как микросхема микроконтроллера типа компьютер с сокращенным набором инструкций (RISC), компьютер с полным набором команд (CISC), процессор цифровой обработки сигналов (DSP) или усовершенствованная RISC-машина (ARM), продаваемая в настоящее время на рынке.
В изобретении, когда нагревательное устройство находится в фазе II сохранения тепла, и скорость снижения температуры, определяемая датчиком температуры, достигает 5-80°C/с, микросхема программируемого микроконтроллера распознает и отправляет команды для запуска фазы III курения, мгновенно увеличивая значение выходной мощности батареи до 8-30 Вт; в изобретении, если скорость снижения температуры, определяемая датчиком температуры, ниже 5°C/с, это может легко привести к ложной активации сигнала курения; если скорость снижения температуры, определяемая датчиком температуры, выше 80°C/с, то будет непросто активировать сигнал курения. В частности, микросхема программируемого микроконтроллера оценивает отклонение от заданного диапазона температур и в соответствии с сигналом датчика температуры компенсирует выходную мощность, если скорость снижения температуры, вызванного курением потребителя, достигает 10-80°C/с, и устройство переходит в фазу III курения, когда рабочая температуру устройства поддерживают в заданном диапазоне.
Датчик температуры, используемый в настоящем изобретении, представляет собой датчик температуры резистивного типа или датчик температуры термопарного типа. Все они представляют собой изделия, продаваемые в настоящее время на рынке, такие как датчик температуры резистивного типа, продаваемый Ninghai Huashen Electronics Co., Ltd. под торговым наименованием высокоточный датчик температуры резистивного типа HS-T6, и датчик температуры термопарного типа, продаваемый компанией Dongguan Meixin Automation Technology Co., Ltd. под торговым наименованием термистор.
Когда нагревательное устройство находится в фазе II сохранения тепла в течение 30-60 с, и не регистрируют изменения давления или изменения температуры, то нагревательное устройство автоматически прекращает работу. В изобретении, если продолжительность фазы II сохранения тепла меньше 30 с, то это легко приведет к ложной остановке нагревательного устройства; если продолжительность фазы II сохранения тепла превышает 60 с, то это приведет к увеличению периода непрерывного нагрева нагревательного устройства, а также к потреблению слишком большого количества энергии и легкому повреждению нагревательного устройства.
Или, если нагревательное устройство непрерывно работает в фазе II сохранения тепла в течение 90-300 с или количество периодов курения достигает от 5 до 20, то оно также автоматически прекращает работу, чтобы избежать постоянного нагрева и повреждения устройства. Использование способа управления может предотвратить слишком длительное нагревание нагревательного устройства, потребление энергии и повреждение, а также предотвратить слишком длительное нагревание табачного материала, что влияет на количество дыма и качество курения. Нагревательное устройство также может быть остановлено посредством ручного выключателя.
В соответствии с результатом отслеживания датчика давления или датчика температуры нагревательного устройства нагревательное устройство попеременно находится в фазе II сохранения тепла или в фазе III курения, или нагревательное устройство прекращает работу. В соответствии с изобретением фаза III курения и фаза II сохранения тепла попеременно следуют друг за другом, и на фиг. 1 показано конкретное состояние. Из фиг. 1 видно, что фаза II сохранения тепла начинается сразу после окончания фазы I предварительного нагрева и заканчивается после начала следующей фазы III курения. После окончания следующей фазы III курения нагревательное устройство переходит к следующей фазе II сохранения тепла. Нагревательное устройство совершает таким образом повторяющийся цикл до тех пор, пока нагревательное устройство не перестанет работать.
Количество повторяющихся циклов фазы II сохранения тепла и фазы III курения составляет от 5 до 20; когда количество повторяющихся циклов достигает количества, заданного программой управления нагревательным устройством, нагревательное устройство автоматически прекращает работу. В изобретении, если количество циклов меньше 5, то это приведет к тому, что количество затяжек при курении сигареты будет недостаточным, что повлияет на опыт потребления; если число циклов превышает 20, то это приведет к недостаточному выпуску дыма на поздней стадии. Поэтому целесообразно, чтобы число циклов составляло от 5 до 20, предпочтительно от 8 до 15. Количество циклов может определяться поведением потребителя при курении, или может случиться так, что после того, как количество циклов достигнет числа, заданного программой управления нагревательным устройством, нагревательное устройство автоматически перестанет работать, чтобы поддерживать стабильный эффект выделения дыма при каждой затяжке сигареты.
В соответствии с изобретением нагревательное устройство включает в себя аккумуляторный источник питания постоянного тока, высокочастотный колебательный контур, схему управления, катушку электромагнитной индукции, нагревательную полость, защитную оболочку нагревательной полости, корпус устройства и материал для индукционного нагрева, причем датчик давления воздуха установлен в месте сообщения с нагревательной полостью, а датчик температуры установлен на материале для индукционного нагрева; в нагревательном устройстве датчик давления воздуха отслеживает курение потребителя, в то время как датчик температуры отслеживает изменение температуры материала для индукционного нагрева, а схема управления получает эти сигналы отслеживания и регулирует выходную мощность нагревательного устройства для достижения эффекта стабильного выпуска дыма. Конкретная конструкция нагревательного устройства приведена на фиг. 2.
Аккумуляторный источник питания постоянного тока, высокочастотный колебательный контур и катушка электромагнитной индукции последовательно соединены для осуществления передачи рабочего тока; схема управления соответственно соединена с аккумуляторным источником питания постоянного тока, высокочастотным колебательным контуром, датчиком давления воздуха и датчиком температуры посредством сигнальной цепи для осуществления управления работой устройства; где
аккумуляторный источник постоянного тока представляет собой литиевую батарею, литий-ионную батарею, никель-кадмиевую батарею или никель-водородную батарею, продаваемую в настоящее время на рынке; высокочастотный колебательный контур представляет собой полевой транзистор типа металл-оксид-полупроводник (MOSFET), биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) или полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET), которые в настоящее время доступны на рынке, и они могут преобразовывать постоянный ток, выдаваемый аккумуляторным источником питания постоянного тока, в высокочастотный колебательный ток с частотой 10-999 кГц;
схемой управления управляют кривой выходной мощности/времени, предварительно заданной микросхемой программируемого микроконтроллера. Микросхема программируемого микроконтроллера представляет собой микросхему микроконтроллера типа RISC, CISC, DSP или ARM, которая в настоящее время доступна на рынке. Схема управления, используемая в настоящем изобретении, состоит из вышеупомянутой управляющей микросхемы, выступающей в качестве ядра, и датчиков температуры и давления, соединенных с управляющей микросхемой.
Катушка электромагнитной индукции, нагревательная полость, защитная оболочка нагревательной полости, корпус устройства и материал для индукционного нагрева, используемые в изобретении, являются компонентами, широко используемыми в области техники.
Конечно, в изобретении также могут быть использованы любые другие устройства электромагнитного индукционного нагрева сигарет, которые имеют аналогичную конструкцию и выполняют ту же функцию и не оказывают отрицательного влияния на устройство, и все они также попадают под объем защиты изобретения.
В соответствии с изобретением нагревательное устройство регулирует рабочее напряжение высокочастотного колебательного контура до 0-18 В или коэффициент заполнения до 30-70% с помощью схемы управления для регулировки выходной мощности.
В частности, регулировки рабочего напряжения достигают посредством повышающего элемента схемы управления. В то же время регулировки коэффициента заполнения достигают с помощью программы регулировки рабочего цикла посредством ШИМ схемы управления и разрыва входного тока схемы, увеличивающего или уменьшающего период эффективного рабочего времени устройства для регулировки выходной мощности устройства. Рабочий цикл относится к проценту периода времени из общего рабочего периода цепи, в течение которого цепь включена. Например, если цепь включена в течение половины своего рабочего периода, то ее рабочий цикл составляет 50%. Если сигнальное напряжение, подаваемое на этот рабочий элемент, составляет 5 В, то среднее значение фактического рабочего напряжения или действующего значения напряжения составляет 2,5 В.
В соответствии со стандартами оценки органолептического качества курения сигарет YCT138-1998 группа по оценке курения, состоящая из 7 экспертов по оценке курения, использовала электромагнитное нагревательное устройство для сигарет в соответствии с изобретением и соответствующие сигареты для курения, и провела оценку курения в соответствии со стандартом YCT138-1998 оценки органолептического качества курения. Результаты оценки курения показывают, что способ управления в соответствии с изобретением может контролировать количество затяжек при курении для достижения непрерывной работы в течение 90-300 с или количество затяжек при курении для достижения от 5 до 20 циклов, и при этом имеет место достаточное количество дыма, слабое раздражение, чистое послевкусие, отсутствие явной копоти и остатков, умеренная крепость и умеренная температура дыма без ощущения жжения, а также отсутствие побочного дыма, когда не осуществляют курения.
Полезные эффекты
Благоприятные эффекты изобретения заключаются в следующем:
Система устройства электромагнитного индукционного нагрева в соответствии с изобретением решает технические задачи, связанные с непрерывной высокой выходной мощностью электромагнитного нагрева, которая приводит к перегреву табачного материала, что влияет на вкус курения, и с потерей температуры нагрева во время курения. Снижая энергопотребление устройства, она также может контролировать выходную мощность в режиме реального времени, что обеспечивает эффект гибкого регулирования температуры для обеспечения качества дыма. Этот способ управления может контролировать количество затяжек при курении, и при этом имеет место достаточное количество дыма, слабое раздражение, чистое послевкусие, отсутствие явной копоти и остатков, умеренная крепость и умеренная температура дыма без ощущения жжения, а также отсутствие побочного дыма, когда не осуществляют курения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показаны графики кривых выходной мощности и рабочей температуры устройства электромагнитного индукционного нагрева в соответствии с изобретением; и
на фиг. 2 показана конструктивная схема устройства электромагнитного индукционного нагрева в соответствии с изобретением.
Ссылочные позиции на чертежах: I - фаза предварительного нагрева; II - фаза сохранения тепла; III - фаза курения; 1 - аккумуляторный источник постоянного тока; 2 - высокочастотный колебательный контур; 3 - схема управления; 4 - катушка электромагнитной индукции; 5 - нагревательная полость; 6 - защитный кожух нагревательной полости; 7 - корпус устройства; 8 - материал для индукционного нагрева; 9 - датчик давления воздуха; 10 - датчик температуры; 11 - сигнализатор напоминания о курении.
Осуществление изобретения
Обращаясь к фиг. 1 и фиг. 2, настоящее изобретение может быть более понятным в следующих вариантах осуществления.
Вариант 1 осуществления изобретения: контроль непрерывного выделения дыма из нагреваемого без горения табачного изделия
Этапы реализации этого варианта осуществления изобретения, следующие:
В этом варианте осуществления изобретения используют нагревательное устройство, показанное на фиг. 2, где аккумуляторный источник 1 постоянного тока представляет собой литиевую батарею; высокочастотный колебательный контур 2 представляет собой полевой транзистор металл-оксид-полупроводник MOSFET; схема 3 управления представляет собой изделие, продаваемое компанией Dongguan Daixun Electronic Technology Co., Ltd. под торговым наименованием микросхема микропроцессора NRF51822-QFAB; датчик 9 давления воздуха представляет собой изделие, продаваемое Shenzhen Yintaiyang Science and Technology Co., Ltd. под торговым наименованием переключатель микрофона; катушка 4 магнитной индукции представляет собой катушку электромагнитной индукции с шагом витков 0,4 мм, длиной 1800 мм, диаметром 12 мм и рабочим напряжением 2 В; нагревательная полость 5 представляет собой цилиндрическую полость с внутренним диаметром 6 мм, длиной 32 мм и толщиной стенки 2,0 мм; защитная оболочка 6 полости электромагнитного нагрева выполнена из диоксида кремния; корпус 7 устройства выполнен из полиэтиленового материала; материал 8 для индукционного нагрева изготовлен из чистого железа, продаваемого Shanghai Shuangjia Industry and Trade Co., L
td. под торговым наименованием электромагнитное чистое железо.
Нагревательное устройство выполняет нагрев способом нагрева, включающим в себя фазу I предварительного нагрева и чередующийся цикл фазы II сохранения тепла и фазы III курения; нагревательное устройство включают перед курением, чтобы оно выполнило фазу I предварительного нагрева, на которой нагревательное устройство выдает мощность 8 Вт в течение 30 с, так что табачный материал нагревают до температуры 284°C, и он выделяет достаточно дыма; нагревательное устройство с помощью схемы 3 управления регулирует рабочее напряжение высокочастотного колебательного контура 2 до 0 В для достижения регулировки выходной мощности;
В конце фазы I предварительного нагрева сигнализатор 11 напоминания о курении, продаваемый Taizhou Fusheng Electronic Technology Co., Ltd. под торговым наименованием патч-зуммер, издает звуковой сигнал, чтобы напомнить пользователю, что фаза I предварительного нагрева устройства закончилась, и он может начать курить.
Затем выходная мощность нагревательного устройства сразу снижают, чтобы нагревательное устройство перешло в фазу II сохранения тепла. Нагревательное устройство непрерывно выдает мощность 5,1 Вт, чтобы поддерживать температуру табачного материала на уровне 300°C, чтобы табачный материал сохранял свою температуру, чтобы гарантировать, что табачный материал находится в критическом состоянии выделения дыма, так что температура табачного материала будет увеличена при добавлении энергии, тем самым быстро высвобождая достаточное количество дыма;
затем нагревательное устройство переходит в фазу III курения, в которой нагревательное устройство выдает мощность 12,4 Вт в течение 1,0 с для нагревания табачного материала и повышения его температуры до 252°C; выходную мощность мгновенно увеличивают, когда нагревательное устройство обнаруживает сигнал курения, чтобы компенсировать снижение температуры табачного материала, вызванное курением, и быстро нагреть табачный материал до выпуска дыма; и
нагревательное устройство начинает фазу III курения, когда датчик 9 давления воздуха нагревательного устройства определяет, что значение снижения давления достигает 50 Па/с, и нагревательное устройство попеременно находится в фазе II сохранения тепла или в фазе III курения в соответствии с обнаруженным результатом датчика 9 давления воздуха, при этом количество повторяющихся циклов фазы II сохранения тепла и фазы III курения равно 5, затем нагревательное устройство автоматически прекращает работу.
Оценку курения проводили в соответствии со способом, описанным в описании заявки, и результаты оценки курения показывают, что этот вариант осуществления может контролировать количество затяжек при курении образца, достигая 12 раз, и имеется достаточное количество дыма, слабое раздражение, чистое послевкусие, отсутствие явной копоти и остатков, умеренная крепость и умеренная температура дыма без ощущения жжения, а также отсутствие побочного дыма, когда не осуществляют курения.
Вариант 2 осуществления изобретения: контроль непрерывного выделения дыма из нагреваемого без горения табачного изделия
Реализация этого варианта осуществления изобретения такая же, как реализация Варианта 1 осуществления изобретения, за исключением того, что аккумуляторный источник 1 постоянного тока представляет собой литий-ионную батарею; высокочастотный колебательный контур 2 представляет собой биполярный транзистор с изолированным затвором IGBT.
В фазе I предварительного нагрева нагревательное устройство выдает мощность 12 Вт в течение 25 с, чтобы нагреть табачный материал до температуры 316°C для выпуска достаточного количества дыма; нагревательное устройство регулирует рабочее напряжение высокочастотного колебательного контура 2 до 9 В с помощью схемы 3 управления для регулировки выходной мощности; в конце фазы I предварительного нагрева сигнализатор 11 напоминания о курении, продаваемый компанией Shenzhen Juhong Optoelectronics Co., Ltd. под торговым наименованием патч-светодиод, излучает световой сигнал;
в фазе II сохранения тепла нагревательное устройство непрерывно выдает мощность 6,0 Вт для поддержания температуры табачного материала на уровне 350°C;
В фазе III курения нагревательное устройство выдает мощность 16,8 Вт в течение 1,5 с для нагрева табачного материала и повышения его температуры до 284°С; и
нагревательное устройство начинает фазу III курения, когда датчик 9 давления воздуха нагревательного устройства определяет, что значение снижения давления достигает 510 Па/с, и нагревательное устройство попеременно находится в фазе II сохранения тепла или в фазе III курения в соответствии с обнаруженным результатом датчика 9 давления воздуха. Количество повторяющихся циклов фазы II сохранения тепла и фазы III курения составляет 8.
Эффект реализации этого варианта осуществления изобретения такой же, как эффект реализации Варианта 1 осуществления изобретения.
Вариант 3 осуществления изобретения: контроль непрерывного выделения дыма из нагреваемого без горения табачного изделия
Реализация способа этого варианта осуществления изобретения такая же, как реализация способа Варианта 1 осуществления изобретения, за исключением того, что аккумуляторный источник 1 постоянного тока представляет собой никель-кадмиевую батарею; высокочастотный колебательный контур 2 представляет собой полевой транзистор с изолированным затвором IGGFET.
В фазе I предварительного нагрева нагревательное устройство выдает мощность 18 Вт в течение 20 с, чтобы нагреть табачный материал до температуры 348°C для выпуска достаточного количества дыма; нагревательное устройство регулирует рабочее напряжение высокочастотного колебательного контура 2 до 18 В с помощью схемы 3 управления; в конце фазы I предварительного нагрева сигнализатор 11 напоминания о курении, который является механическим вибрационным сигнализатором напоминания о курении, продаваемым Huizhou Liboruite Electromechanical Co., Ltd. под торговым наименованием микровибрационный двигатель, испускает механический вибрационный сигнал;
в фазе II сохранения тепла нагревательное устройство непрерывно выдает мощность 1,5 Вт для поддержания температуры табачного материала на уровне 100°C;
В фазе III курения нагревательное устройство выдает мощность 21,2 Вт в течение 2,0 с для нагрева табачного материала и повышения его температуры до 316°С;
нагревательное устройство начинает фазу III курения, когда датчик 9 давления воздуха нагревательного устройства определяет, что значение снижения давления достигает 1000 Па/с, и нагревательное устройство попеременно находится в фазе II сохранения тепла или в фазе III курения в соответствии с обнаруженным результатом датчика 9 давления воздуха. Количество повторяющихся циклов фазы II сохранения тепла и фазы III курения составляет 11.
Эффект реализации этого варианта осуществления такой же, как эффект реализации Варианта 1 осуществления изобретения.
Вариант 4 осуществления изобретения: контроль непрерывного выделения дыма из нагреваемого без горения табачного изделия
Реализация способа этого варианта осуществления изобретения такая же, как реализация способа Варианта 1 осуществления изобретения, за исключением того, что аккумуляторный источник 1 постоянного тока представляет собой никель-водородную батарею; высокочастотный колебательный контур 2 представляет собой биполярный транзистор с изолированным затвором IGBT; датчик 10 температуры представляет собой датчик температуры резистивного типа, продаваемый компанией Ninghai Huashen Electronics Co., Ltd. под торговым наименованием высокоточный датчик температуры резистивного типа HS-T6.
В фазе I предварительного нагрева нагревательное устройство выдает мощность 22 Вт в течение 15 с, чтобы нагреть табачный материал до температуры 220°C для выпуска достаточного количества дыма; нагревательное устройство регулирует коэффициент заполнения до 30% для достижения регулировки выходной мощности; в конце фазы I предварительного нагрева сигнализатор 11 напоминания о курении, продаваемый компанией Shenzhen Juhong Optoelectronics Co., Ltd. под торговым наименованием патч-светодиод, излучает световой сигнал;
в фазе II сохранения тепла нагревательное устройство непрерывно выдает мощность 2,4 Вт для поддержания температуры табачного материала на уровне 150°C;
В фазе III курения нагревательное устройство выдает мощность 8,0 Вт в течение 0,5 с для нагрева табачного материала и повышения его температуры до 220°С;
нагревательное устройство начинает фазу III курения, когда датчик 10 температуры определяет, что скорость снижения температуры материала 8 индукционного нагрева составляет 5°C/с, и нагревательное устройство попеременно находится в фазе II сохранения тепла или фазе III курения в соответствии с полученным результатом датчика 10 температуры. Количество повторяющихся циклов фазы II сохранения тепла и фазы III курения составляет 14.
Эффект реализации этого варианта осуществления такой же, как эффект реализации Варианта 1 осуществления изобретения.
Вариант 5 осуществления изобретения: контроль непрерывного выделения дыма из табачного изделия для нагрева без сжигания
Реализация способа этого варианта осуществления такая же, как реализация способа Варианта 1 осуществления, за исключением того, что аккумуляторный источник 1 постоянного тока представляет собой литий-ионную батарею; высокочастотный колебательный контур 2 представляет собой полевой транзистор металл-оксид-полупроводник MOSFET; датчик 10 температуры представляет собой датчик температуры термопарного типа, продаваемый компанией Dongguan Meixin Automation Technology Co., Ltd. под торговым наименованием термистор.
В фазе I предварительного нагрева нагревательное устройство выдает мощность 26 Вт в течение 10 с, чтобы нагреть табачный материал до температуры 252°C для выпуска достаточного количества дыма; нагревательное устройство регулирует коэффициент заполнения до 50% для достижения регулировки выходной мощности; в конце фазы I предварительного нагрева сигнализатор 11 напоминания о курении, продаваемый Huizhou Liboruite Electromechanical Co., Ltd. под торговым наименованием микровибрационный двигатель, испускает механический вибрационный сигнал;
в фазе II сохранения тепла нагревательное устройство непрерывно выдает мощность 3,3 Вт для поддержания температуры табачного материала на уровне 200°C;
в фазе III курения нагревательное устройство выдает мощность 25,6 Вт в течение 2,5 с для нагрева табачного материала и повышения его температуры до 348°С;
нагревательное устройство начинает фазу III курения, когда датчик 10 температуры определяет, что скорость снижения температуры материала 8 индукционного нагрева составляет 42°C/с, и нагревательное устройство попеременно находится в фазе II сохранения тепла или фазе III курения в соответствии с полученным результатом датчика 10 температуры. Количество повторяющихся циклов фазы II сохранения тепла и фазы III курения составляет 17.
Эффект реализации этого варианта осуществления изобретения такой же, как эффект реализации Варианта 1 осуществления изобретения.
Вариант 6 осуществления изобретения: контроль непрерывного выделения дыма из нагреваемого без горения табачного изделия
Реализация способа этого варианта осуществления изобретения такая же, как реализация способа Варианта 1 осуществления изобретения, за исключением того, что аккумуляторный источник 1 постоянного тока представляет собой никель-водородную батарею; высокочастотный колебательный контур 2 представляет собой полевой транзистор металл-оксид-полупроводник MOSFET; датчик 10 температуры представляет собой датчик температуры резистивного типа, продаваемый компанией Ninghai Huashen Electronics Co., Ltd. под торговым наименованием высокоточный датчик температуры резистивного типа HS-T6.
В фазе I предварительного нагрева нагревательное устройство выдает мощность 30 Вт в течение 5 с, чтобы нагреть табачный материал до температуры 380°C для выпуска достаточного количества дыма; нагревательное устройство регулирует коэффициент заполнения до 70% для достижения регулировки выходной мощности; в конце фазы I предварительного нагрева сигнализатор 11 напоминания о курении, продаваемый компанией Taizhou Fusheng Electronic Science and Technology Co., Ltd. под торговым наименованием патч-зуммер, издает звуковой сигнал;
в фазе II сохранения тепла нагревательное устройство непрерывно выдает мощность 4,2 Вт для поддержания температуры табачного материала на уровне 250°C;
в фазе III курения нагревательное устройство выдает мощность 30,0 Вт в течение 3,0 с для нагрева табачного материала и повышения его температуры до 380°С;
нагревательное устройство начинает фазу III курения, когда датчик 10 температуры определяет, что скорость снижения температуры материала 8 индукционного нагрева составляет 80°C/с, и нагревательное устройство попеременно находится в фазе II сохранения тепла или фазе III курения в соответствии с полученным результатом датчика 10 температуры. Количество повторяющихся циклов фазы II сохранения тепла и фазы III курения составляет 20.
Эффект реализации этого варианта осуществления изобретения такой же, как эффект реализации Варианта 1 осуществления изобретения.