СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА В ЭЛЕКТРОНАГРЕВАЕМОЙ КУРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ И ЭЛЕКТРОНАГРЕВАЕМАЯ КУРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
METHOD FOR MONITORING THE TEMPERATURE OF THE HEATING APPARATUS IN AN ELECTRICALLY HEATED SMOKING SYSTEM AND ELECTRICALLY HEATED SMOKING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к области инновационных технологий табакокурения и, в частности, к способу контроля температуры нагревательного устройства в электронагреваемой курительной системе и к электронагреваемой курительной системе.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Нагревательное устройство в электронагреваемой курительной системе является важнейшим элементом указанной системы в целом. Контроль температуры нагревательного устройства в электронагреваемой курительной системе для нагрева табака без горения имеет первостепенное значение в плане снижения образования вредных для здоровья веществ в процессе нагревания табачной смолы и табака низкотемпературных сигарет, повышения комфортного ощущения пользователем при использовании электронагреваемого курительного приспособления, очистки нагревательного элемента, увеличения срока службы электронагреваемой курительной системы и т.д.
[0003] Известные способы контроля температуры нагревательного устройства в электронагреваемой курительной системе главным образом включают: непосредственное регулирование значения напряжения на двух концах нагревательного устройства, подачу тока на нагревательное устройство или генерирование мощности нагревательного устройства, тем самым обеспечивая контроль температуры нагревательного устройства; определение сопротивления нагревательного устройства и контролирование температуры нагревательного устройства на основе соответствия между сопротивлением и температурой, тем самым обеспечивая контроль температуры нагревательного устройства и т.д.
[0004] Способы контроля температуры нагревательного устройства, предусматривающие непосредственный контроль значения напряжения на двух концах нагревательного устройства и значения входного тока, либо контроль выходной мощности нагревательного устройства, не позволяют осуществлять точный контроль температуры нагревательного устройства, ввиду невозможности обеспечивать точный контроль температуры нагревательного устройства и степени колебания его температуры, в частности, после того, как нагревательное устройство войдет с соприкосновение с нагреваемым объектом, при этом удельная плотность, теплоемкость, объем и потребительские характеристики нагреваемого объекта будут оказывать негативное воздействие на температуру нагревательного устройства, тем самым вызывая отклонение от программы температурного контроля.
[0005] В целях определения сопротивления нагревательного устройства температуру нагревательного устройства контролируют на основе зависимости между сопротивлением и температурой. Стабильность сопротивления нагревательного элемента оказывает существенное влияние на указанный способ. Постепенный износ нагревательного элемента с течением времени вызывает изменение зависимости между сопротивлением и температурой, что может привести к нарушению контроля температуры и к невозможности обеспечения точного контроля температуры нагревательного устройства.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в устранении вышеуказанных недостатков, т.е. технических проблем известного способа контроля температуры нагревательного устройства в электронагреваемой курительной системе ввиду невозможности обеспечения точного контроля температуры нагревательного устройства.
0
[0007] В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предусматривается способ контроля температуры нагревательного устройства в электронагреваемой курительной системе. Электронагреваемая курительная система включает: источник питания постоянной силы тока, источник электропитания для подачи электрической мощности на нагревательное устройство, при этом нагревательное устройство соединено с источником электропитания. Способ контроля температуры нагревательного устройства в соответствии с настоящим изобретением включает: предварительную установку значения температуры, которое может быть постоянным или изменяться во времени; подачу тока постоянной силы I на нагревательное устройство источником питания постоянной силы тока; и обеспечение контроля фактической температуры нагревательного устройства с целью поддержания температуры на уровне предварительно установленной температуры, при этом предусматривается выполнение следующих этапов:
0
0
[0008] S1: определение значения напряжения U, соответствующего току постоянной силы I на двух концах нагревательного устройства;
0
[0009] S2: получение фактического значения температуры Т нагревательного устройства в соответствии со значением напряжения U, соответствующего току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства;
[0010] S3: сравнение фактического значения температуры Т нагревательного устройства с предварительно установленным значением температуры; и
[0011] S4: регулирование электрической мощности, подаваемой на нагревательное устройство, для поддержания фактического значения температуры Т нагревательного устройства на уровне предварительно установленной температуры.
0
[0012] Предпочтительно, чтобы числовое значение тока постоянной силы I не превышало 50 мА.
0
0
[0013] При необходимости получение фактического значения температуры нагревательного устройства включает поиск и выборку значения температуры из таблицы соответствий между значением напряжения U, соответствующего току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства, и фактическим значением температуры нагревательного устройства, либо получение фактического значения температуры нагревательного устройства по формуле функционального отношения между фактической температурой нагревательного устройства и значением напряжения U, соответствующего току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства.
0
0
0
0
0
0
[0014] Предпочтительно, чтобы формула функционального отношения между фактической температурой нагревательного устройства и значением напряжения U, соответствующего току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства, имела вид T=a*U+b, где Т-температура нагревательного устройства, U - напряжение, соответствующее источнику питания постоянной силы тока, и а, b - константы, относящиеся к конкретному нагревательному устройству. Далее, параметр а обозначен как I/(с*I) и параметр b обозначен как R/c, где параметр с - температурный коэффициент сопротивления конкретного нагревательного устройства и R - начальное сопротивление конкретного нагревательного устройства.
[0015] При необходимости значение предварительно установленной температуры может быть установлено постоянным, либо изменяющимся во времени, и предпочтительно, чтобы значение предварительно установленной температуры было установлено изменяющимся во времени и имело кривую изменения температуры во времени.
[0016] Предпочтительно, чтобы кривая предварительно установленной температуры нагревательного устройства включала три этапа: первый этап представляет собой этап, на котором температура нагревательного устройства повышается от исходной температуры до максимальной температуры; второй этап представляет собой этап, на котором температура нагревательного устройства понижается от максимальной температуры до рабочей температуры; и третий этап представляет собой этап, на котором температура нагревательного устройства поддерживается на уровне рабочей температуры.
[0017] Предпочтительно, чтобы максимальная температура находилась в диапазоне от 350°С до 450°С, и рабочая температура находилась в диапазоне от 280°С до 380°С.
[0018] Предпочтительно, чтобы длительность первого этапа составляла 1-25 секунд, длительность второго этапа - 1-25 секунд и длительность третьего этапа -120-600 секунд.
[0019] Предпочтительно, чтобы способ контроля и этапы контроля повторялись в процессе нагрева нагревательного устройства электронагреваемой курительной системы с целью регулирования фактической рабочей температуры нагревательного устройства и ее поддержания на уровне предварительно установленного значения температуры.
[0020] Предпочтительно, чтобы этапы контроля в соответствии с настоящим изобретением выполнялись с частотой, составляющей приблизительно 50 Гц-9000 Гц в процессе подачи мощности.
[0021] В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предусматривается электронагреваемая курительная система, включающая нагревательное устройство, источник питания постоянной силы тока, детекторный модуль, модуль отклонения значений температуры, центральную управляющую микросхему и котроллер мощности.
[0022] Нагревательное устройство в соответствии с настоящим изобретением предназначено для нагрева аэрозольобразующей матрицы в различных формах, например, табака и табачной смолы. При необходимости нагревательное устройство может включать любое приемлемое количество устройств и может быть выполнено в любой приемлемой форме. Например, количество нагревательных устройств может включать несколько нагревательных устройств любой приемлемой формы, включающей, в частности, игольчатую, плоскую и конусообразную форму.
[0023] Источник питания постоянной силы тока в соответствии с настоящим изобретением предназначен для подачи тока постоянной силы на нагревательное устройство.
0
[0024] Детекторный модуль в соответствии с настоящим изобретением предназначен для определения напряжения U, соответствующего току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства, в соответствии с подводом тока постоянной силы и для подачи по каналу обратной связи значения на модуль отклонения значений температуры.
[0025] Модуль отклонения значений температуры в соответствии с настоящим изобретением предназначен для приема значения напряжения, соответствующего току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства, для получения фактической температуры нагревательного элемента и передачи по каналу обратной связи фактического значения температуры на центральную управляющую микросхему.
[0026] При необходимости детекторный модуль и (или) модуль отклонения значений температуры может быть независим от центральной управляющей микросхемы, либо может быть частично или полностью интегрирован в центральную управляющую микросхему.
0
0
[0027] При необходимости таблица соответствий между значением напряжения U, соответствующим току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства, и фактическим значением температуры нагревательного устройства или формула функции соответствия между значением напряжения U, соответствующим току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства и фактическим значением температуры нагревательного устройства, хранится в модуле отклонения значений температуры.
0
0
0
0
0
0
[0028] Предпочтительно, чтобы формула функционального отношения между фактической температурой нагревательного устройства и значением напряжения U, соответствующего току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства, имела вид T=a*U+b, где Т - температура нагревательного устройства, U - напряжение, соответствующее источнику питания постоянной силы тока, и а, b - константы, относящиеся к конкретному нагревательному устройству. Далее, параметр а обозначен как 1/(с*I), и параметр b обозначен как R/c, где параметр с - температурный коэффициент сопротивления конкретного нагревательного устройства и R - начальное сопротивление конкретного нагревательного устройства.
[0029] Центральная управляющая микросхема в соответствии с настоящим изобретением предназначена для: управления источником питания постоянной силы тока с целью подачи тока постоянной силы на нагревательное устройство и обнаружения и управления сигналом, поданным по каналу обратной связи на источник питания постоянной силы тока, в реальном режиме времени; приема фактического значения температуры нагревательного устройства от модуля отклонения значений температуры и сравнения фактического значения температуры нагревательного устройства с предварительно установленным значением температуры; и управления контроллером мощности. При необходимости центральная управляющая микросхема может быть выполнена в любой приемлемой форме, широко используемой в данной области техники.
[0030] Значение предварительно установленной температуры хранится в центральной управляющей микросхеме. При необходимости значение предварительно установленной температуры может быть установлено постоянным или изменяющимся во времени, и предпочтительно, чтобы значение предварительно установленной температуры было установлено с возможностью изменения во времени и имело кривую изменения температуры во времени. Далее, длительность и соответствующие значения температуры каждого этапа на кривой изменения температуры хранятся в центральной управляющей микросхеме.
[0031] Предпочтительно, чтобы кривая изменения температуры включала три этапа: первый этап представляет собой этап, на котором температура нагревательного устройства повышается от исходной температуры до максимальной температуры; второй этап представляет собой этап, на котором температура нагревательного устройства понижается от максимальной температуры до рабочей температуры; и третий этап представляет собой этап, на котором температура нагревательного устройства поддерживается на уровне рабочей температуры.
[0032] Предпочтительно, чтобы максимальная температура находилась в диапазоне от 350°С до 450°С, рабочая температура находилась в диапазоне от 280°С до 380°С, длительность первого этапа составляла 1-25 секунд, длительность второго этапа -1-25 секунд и длительность третьего этапа - 120-600 секунд.
[0033] Предпочтительно, чтобы несколько предварительно установленных значений температуры хранились в центральной управляющей микросхеме, что упростило бы их выбор пользователем.
[0034] Котроллер мощности в соответствии с настоящим изобретением предназначен для регулирования электрической мощности, подаваемой на нагревательное устройство, с целью поддержания фактического значения температуры нагревательного устройства на уровне предварительно установленной температуры.
[0035] В соответствии с первым аспектом и вторым аспектом настоящего изобретения нагревательное устройство может включать любой приемлемый резистивный материал. Приемлемый резистивный материал включает, в частности: керметные нагревательные элементы, токопроводящую керамику, никельсодержащие сплавы, кобальтсодержащие сплавы, хромсодержащие сплавы, алюминийсодержащие сплавы, титансодержащие сплавы, цирконийсодержащие сплавы, гафнийсодержащие сплавы, колумбийсодержашие сплавы, молибденсодержащие сплавы, танталсодержащие сплавы, вольфрамсодержащие сплавы, оловосодержащие сплавы, галийсодержащие сплавы, марганецсодержащие сплавы и железосодержащие сплавы. Предпочтительно, чтобы резистивный материал, содержащийся в нагревательном устройстве, включал вольфрам, марганец и добавку, при этом добавку выбирают из группы, содержащей, по меньшей мере, молибден, рутений, теллур, германий и ванадий.
[0036] Наконец, в настоящем изобретении источник питания постоянной силы тока присоединяют к схеме управления, и источник питания постоянной силы тока обеспечивает подачу тока постоянной силы на нагревательное устройство. Однозначно определенное значение фактической рабочей температуры получают на основе соответствия между фактической рабочей температурой конкретного нагревательного устройства и напряжением путем определения напряжения, соответствующего току постоянной силы на двух концах нагревательного устройства таким образом, чтобы обеспечивалось регулирование электрической мощности, подаваемой источником электропитания с учетом результатов сравнения со значением предварительно установленной температуры, тем самым обеспечивая контроль и поддержание фактической рабочей температуры нагревательного устройства на уровне предварительно установленной температуры. При применении настоящего изобретения в области инновационных технологий табакокурения обеспечивается точный контроль температуры нагревательного устройства в соответствии с предварительно установленной температурой, при этом точность контроля может быть существенно повышена таким образом, чтобы обеспечивался контроль за образованием аэрозоля вредных веществ, содержащихся в табаке и пользователь электронагреваемой курительной системы мог получить стабильный вкус и приятное ощущение при всасывании, тем самым увеличивая срок службы электронагреваемой курительной системы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0037] Прилагаемые чертежи приведены для более полного понимания настоящего изобретения и составляют часть описания в сочетании с нижеприведенными конкретными вариантами осуществления с целью пояснения настоящего изобретения, при этом они не ограничивают настоящее изобретение.
На прилагаемых чертежах:
[0038] Фиг. 1 - блок-схема, иллюстрирующая способ контроля температуры нагревательного устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
[0039] Фиг. 2 - кривая изменения температуры, иллюстрирующая значения предварительно установленной температуры, хранящиеся в центральной управляющей микросхеме, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
[0040] На Фиг. 1 проиллюстрированы блок-схема способа контроля температуры нагревательного устройства и электронагреваемая курительная система в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В варианте осуществления электронагреваемая курительная система включает: центральную управляющую микросхему, источник питания постоянной силы тока, нагревательное устройство, детекторный модуль, модуль отклонения значений температуры и котроллер мощности. При этом центральная управляющая микросхема управляет источником питания постоянной силы тока для подачи тока постоянной силы I на нагревательное устройство и для обнаружения и управления в реальном режиме времени сигналом, поданным по каналу обратной связи источником питания постоянной силы тока, тем самым управляя источником питания постоянной силы тока для обеспечения его стабильной работы. Детекторный модуль определяет напряжение U, соответствующее вышеуказанному току постоянной силы I на двух концах нагревательного устройства в реальном режиме времени на основе U=I*R, в соответствии с входным током постоянной силы и направляет значение напряжения U по каналу обратной связи на модуль отклонения значений температуры. Модуль отклонения значений температуры рассчитывает фактическую температуру нагревательного устройства в данный момент в соответствии с формулой функционального отношения T=a*U+b, где R - сопротивление в реальном времени нагревательного устройства, Т - температура нагревательного устройства, U - напряжение, соответствующее току постоянной силы I, и a, b - константы, относящиеся к конкретному нагревательному устройству. Далее, параметр а обозначен как I/(с*I) и параметр b обозначен как R/c, где параметр с - температурный коэффициент сопротивления конкретного нагревательного устройства, R - начальное сопротивление конкретного нагревательного устройства. В одном варианте осуществления ток постоянной силы I установлен на уровне 10 мА, температурный коэффициент сопротивления конкретного нагревательного устройства составляет 4000 ррm/°С и начальное сопротивление составляет 1 Ом.
[0041] Модуль отклонения значений температуры направляет значение фактической температуры нагревательного устройства по каналу обратной связи на центральную управляющую микросхему в реальном режиме времени, и центральная управляющая микросхема проводит сравнение значения фактической температуры нагревательного устройства в данный момент со значением предварительно установленной температуры, хранящимся в центральной управляющей микросхеме, и в том случае, если первое значение, превышает последнее, центральная управляющая микросхема снижает выходную электрическую мощность источника электропитания путем управления котроллером мощности с целью снижения температуры нагревательного устройства; и в том случае, если первое значение меньше последнего, центральная управляющая микросхема повышает выходную электрическую мощность источника электропитания путем управления контроллером мощности с целью повышения температуры нагревательного устройства. Путем повторного выполнения вышеуказанного способа контроля и этапов обеспечивается контроль и поддержание фактической рабочей температуры нагревательного устройства на уровне предварительно установленной температуры.
1
1
1
1
0
2
2
0
1
0
3
3
[0042] На Фиг. 2 проиллюстрирована кривая изменения температуры предварительно установленных значений температуры, хранящихся в центральной управляющей микросхеме, в соответствии с вариантом осуществления. На первом этапе температура нагревательного устройства повышается за время t от исходной температуры до максимальной температуры Т, где t находится в диапазоне 1-25 секунд, и максимальная температура Tнаходится в диапазоне 350°С-450°С. На втором этапе температура нагревательного устройства понижается от максимальной температуры до рабочей температуры Т за время t, при этом t находится в диапазоне 1-25 секунд, рабочая температура Т находится в диапазоне 280°С-380°С и ниже максимальной температуры T. На третьем этапе температура нагревательного устройства поддерживается на уровне рабочей температуры Т за время t до завершения подачи мощности, и t находится в диапазоне 120-600 секунд.
1
1
2
0
3
[0043] В одном варианте осуществления t установлено на уровне 17 сек, максимальная температура T установлена на уровне 390°С, t установлено на уровне 3 сек, рабочая температура Т установлена на уровне 360°С и tустановлено на уровне 250 секунд.
[0044] Выше приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, тем не менее, настоящее изобретение не ограничено конкретными деталями в указанных вариантах осуществления, и в пределах технического решения настоящего изобретения могут быть внесены многочисленные несложные изменения, не выходящие за пределы объема технической идеи настоящего изобретения, и при этом все указанные несложные изменения находятся в пределах объема правовой охраны настоящего изобретения.
[0045] Кроме того, следует отметить, что при отсутствии конфликтов каждый конкретный технический признак, описание которого приведено в вышеуказанных конкретных вариантах осуществления, может быть скомбинирован любым соответствующим образом, и во избежание излишних повторов различные возможные комбинации не проиллюстрированы в настоящем изобретении.