Устройство для испарения летучей текучей субстанции - RU2632933C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Настоящее изобретение относится к устройству для испарения летучей текучей субстанции, например духов, ядохимикатов или лекарства.

Известны устройства для испускания летучих жидкостей в атмосферу. В одном известном устройстве, описанном в патентной публикации США №2002/0146243, устройство, имеющее корпус, оснащено контейнером для летучей жидкости, выходящим из контейнера фитилем и кольцевым электрическим нагревателем, расположенным вблизи удаленного конца фитиля, чтобы ускорить испарение летучей жидкости с фитиля. Этот контейнер и фитиль обычно придаются как сменные пополняемые элементы, а устройство в качестве нагревателя использует термистор с положительным температурным коэффициентом (РТС-термистор). Кроме того, устройство имеет электрическую вилку, посредством которой его вставляют в стенную розетку.

Однако для того, чтобы достаточно сильно нагревать летучую жидкость внутри фитиля, нагреватель должен работать при высокой температуре. Кроме того, расположение нагревателя внутри корпуса означает, что нагреватель нагревает также и окружающий устройство корпус, что порождает два определенных недостатка. Во-первых, для того чтобы довести электрический нагреватель до удовлетворительной рабочей температуры, чтобы нагреть фитиль до такой температуры, при которой летучая жидкость может испаряться, требуются высокие уровни потребления электроэнергии. Во-вторых, масса такого электрического нагревателя и окружающего устройство корпуса обычно удерживает остаточное тепло в течение длительного времени, после того как подача электроэнергии к нагревателю уже прекратилась, и, таким образом, в случае желания изменить работу устройства, в частности, чтобы исключить дискомфорт неприятия, связанный с испарением летучей жидкости, такие известные устройства по своей природе реагируют слишком медленно, поскольку отключение энергии от нагревателя не замедляет заметно интенсивности выделений вследствие остаточного тепла.

Другое известное устройство может быть найдено в международной публикации WO 2005/112510, которая описывает аппаратуру индукционного нагрева для распространения летучих жидкостей. Устройство имеет основной модуль и отдельный резервуар, содержащий летучую жидкость. Основной модуль имеет выступающую вертикально вверх цилиндрическую часть, внутри которой расположена первичная катушка индуктивности. Основание резервуара имеет выемку, которая насажена на цилиндрическую часть основания, вокруг которой расположена вторичная катушка индуктивности, составленная из короткозамкнутой проволочной катушки. Когда через первичную катушку проходит ток, вторичная катушка нагревается и таким образом нагревает жидкость, увеличивая скорость испарения. Однако это устройство нагревает всю летучую жидкость в резервуаре, что приводит к тому, что устройство очень медленно достигает идеальной рабочей температуры и работает с высокими уровнями потребления энергии. Кроме того, устройство будет продолжать испускать пар, после того как оно будет выключено, поскольку жидкость в резервуаре будет сохранять значительное остаточное тепло, и ему обязательно будет нужно какое-то время, чтобы охладиться. Более того, если летучая жидкость представляет собой духи, то нагрев всего резервуара может ухудшить качество аромата за время жизни сменного элемента.

В соответствии с первым объектом настоящего изобретения предложено сборное устройство для испарения летучей текучей субстанции, при этом сборное устройство содержит устройство и сменный элемент, которые является разделяемыми друг от друга,

- в котором устройство содержит магнитную катушку индуктивности, сконфигурированную для работы с пропущенным через нее переменным током на частоте от, по существу, 20 кГц и до, по существу, 500 кГц,

- и в котором сменный элемент содержит резервуар для летучей текучей субстанции, средство переноса летучей текучей субстанции для втягивания этой текучей субстанции из резервуара и по меньшей мере один магнитный приемник тока, предназначенный для нагрева средства переноса летучей текучей субстанции, преимущественно обусловленного магнитным гистерезисом, когда упомянутый переменный ток пропущен через катушку индуктивности, при этом магнитный приемник тока имеет коэрцитивную силу Н_с от, по существу, 50 А/м до, по существу, 1500 А/м.

В контексте настоящего изобретения термин "средство переноса летучей текучей субстанции" использован здесь, имея в виду любой физический проводник текучей субстанции, который позволяет этой текучей субстанции вытекать из резервуара в направлении приемника тока или приемников тока без содействия со стороны гравитации или средства с силовым приводом, другими словами, - на основе капиллярного эффекта, осмотического переноса, эффекта фитиля или чего-либо подобного для переноса текучей субстанции. Поэтому средством переноса летучей текучей субстанции в настоящем изобретении может быть волокнистое вещество, такое как целлюлозный фитиль или что-либо подобное, или же средством переноса летучей текучей субстанции могло бы быть пористое вещество, такое как керамический фитиль или что-либо подобное. Альтернативно, средством переноса летучей текучей субстанции может быть гелевая матрица или что-либо подобное, и в этом исполнении резервуар и средство переноса летучей текучей субстанции могут быть выполнены из одного и того же материала и (или) могут быть, по существу, интегральны друг с другом.

Средство переноса летучей текучей субстанции, предпочтительно, выступает из емкости в сменном элементе и продолжается в среду, окружающую сменный элемент на удалении от резервуара. По меньшей мере один из упомянутых магнитных приемников тока может быть обеспечен в контакте со средством переноса летучей текучей субстанции в его дальнем участке между емкостью и дальним концом упомянутого средства.

При такой конфигурации нет необходимости в том, чтобы приемник(и) тока был(и) соединен(ы) с какой-либо частью устройства, - только со средством переноса летучей текучей субстанции в сменном элементе. Это значит, что нет необходимости ни в каком электрическом соединении, проходящем через резервуар к приемнику или к приемникам тока, что исключает возможность образования в результате этого канала протечки текучей субстанции.

Поскольку приемник (приемники) тока является магнитным приемником (приемниками) тока, то этот приемник (приемники) тока нагревается, преимущественно в результате магнитного гистерезиса, и хотя может иметь место некоторый вторичный нагрев вихревыми токами, какой-либо нагрев вихревыми токами составляет менее 50% от созданного тепла в магнитном приемнике (в приемниках) тока, предпочтительно, - менее 40% от созданного тепла в магнитном приемнике (в приемниках) тока обусловлено вторичными вихревыми токами, более предпочтительно, - менее 35% от созданного тепла в магнитном приемнике (в приемниках) тока обусловлено вторичными вихревыми токами, и наиболее предпочтительно, - менее 30% от созданного тепла в магнитном приемнике (в приемниках) тока обусловлено вторичными вихревыми токами.

До настоящего изобретения применение магнитного гистерезиса в качестве преобладающего механизма нагрева не использовалось, использовавшийся механизм "индукционного нагрева" представляет собой нагрев вихревыми токами. В системе нагрева вихревыми токами параметром, ответственным за рассеяние энергии в виде тепла, в конечном счете, является сопротивление «цели» (то есть, приемника тока). Электрическое сопротивление «цели», предпочтительно, мало, внешнее индукционное поле индуцирует в «цели» множество мельчайших электрических напряжений. Поскольку сопротивление мало, то циркулирующий в материале «цели» ток является огромным, в результате генерируется тепло. Однако индуцированный вихревой ток вместо того, чтобы просто производить тепло, может быть использован и для выполнения работы другого вида, такой, например, как зарядка батареек.

Фундаментальным фактором для многих приложений индукции является эффективный перенос электрического тока через воздушный зазор или другую термоизолирующую среду. Индуцированный ток может быть использован для получения резистивного нагрева вихревыми токами «цели» на противоположной стороне термоизолирующего материала (например, воздуха). Хотя приложения индукционного нагрева хорошо известны, они в значительной степени относились к большим белым изделиям (например, индукционные конфорки для приготовления пищи) или к промышленным процессам (например, к печам). В этих применениях, несмотря на требуемые относительно высокие уровни энергии и частоты, использование индукции связано с экономическими преимуществами и с преимуществами по производительности по сравнению с более обычными способами (например, с резистивным или Джоулевым нагревом), обусловленными присущей ей способностью эффективно преодолевать изолирующие слои. Однако связанные с этим затраты и сложность были бы экономически не выгодными в таких случаях, когда требуются меньшие количества тепла или там, где такие условия отсутствуют.

Один из нежелательных побочных эффектов в таких индукционных процессах с вихревыми токами заключается в том, что при этом возникают некоторые вторичные магнитные гистерезисы, которые привносят относительно небольшие количества созданного тепла. Тепло, созданное магнитным гистерезисом, очень нежелательно в трансформаторах, источниках питания и т.п. Проводились многочисленные исследовательские и конструкторские работы, как таковые, сконцентрированные вокруг того, как предотвратить этот вторичный эффект, который дает тепло.

При нагреве посредством магнитного гистерезиса сопротивление «цели» (то есть, приемника тока) несущественно, и любые циркулирующие вихревые токи, которые могли возникнуть, не вносят существенного вклада в нагрев «цели», поскольку механизм принципиально отличен. В процессе нагрева посредством магнитного гистерезиса магнитные домены внутри «цели» упорядочивают себя в соответствии с внешним полем. Когда полярность внешнего поля меняется на обратную, магнитные домены изменяют направление на обратное и переустанавливаются в соответствии с новым направлением поля, и именно это непрерывное движение магнитных доменов создает тепло. При низкой мощности и на низких частотах выбором соответствующей «цели» этот механизм может быть сделан преобладающим.

В случае рассеивателя летучей текучей субстанции масса или объем летучей жидкости, необходимой для того, чтобы заполнить комнату, относительно малы. В результате, количество тепловой энергии также относительно мало, особенно, если эффект нагрева используется эффективно. Точным направлением эффекта нагрева посредством магнитного гистерезиса имеющегося количества тепла вполне достаточно для конкретных приложений, но его было бы недостаточно для многих других применений. Используя похожие рабочие условия (например, менее 1 Вт и 150 кГц), но ориентируясь на резистивный нагрев посредством вихревых токов, вместо гистерезисного, маловероятно, что можно будет создать количество тепла, хоть сколько-нибудь приближающееся к достаточному.

Использованием принципов магнитного гистерезиса в токовых приложениях мы в состоянии уменьшить величину требуемой мощности по меньшей мере на 50%, а во многих случаях - даже на 75% по сравнению с токовыми рассеивателями. Все имеющиеся на рынке современные устройства с токовыми рассеивателями используют лучистую энергию, созданную резистивный нагревом, и для того чтобы испарить достаточно летучей жидкости, потребляют между 1,8 и 2,4 Вт. Используя в средстве переноса летучей текучей субстанции прямой нагрев, мы можем достичь аналогичной производительности, потребляя всего от 0,4 до 1,2 Вт.

Например, медь является немагнитным материалом, и если в сменном элементе в качестве немагнитного приемника тока вместо магнитного приемника тока используется медь, что было бы уместно в настоящем изобретении, то когда пропущенный в устройстве через катушку индуктивности переменный ток имеет частоту 150 кГц, медный приемник тока просто нагревается примерно на 4°С, что обусловлено нагревом только вихревыми токами. В отличие от этого, когда приемник тока является магнитным и имеет коэрцитивную силу Н_с между, по существу, 50-1500 А/м, то при тех же самых условиях для катушки индуктивности магнитный приемник тока нагревается, по меньшей мере, в до 10 раз сильнее, чем немагнитный медный приемник тока.

Магнитный приемник (или приемники) тока, предпочтительно, выполнен из, по меньшей мере, одного из следующих материалов: чугун (отожженный), никель, никелированная сталь, кобальт, углеродистая сталь (отожженная) с 1% углерода, конструкционная сталь, в частности, (0,3% С, 1% Ni) и (или) (0,4% С, 3% Ni, 1,5% Cr); железокобальтовый сплав (предпочтительно, пермендур-24 (24% Со) или пермендур-49 (49% Со)), сплав Хеслера (61% Cu, 26% Mn, 13% Al), инструментальная сталь, порошковое железо (предпочтительно, "схваченное" в смоляной основе или в чем-либо подобном, чтобы допускалась удобная формовка), железистые наполнители (предпочтительно, "схваченные" в смоляной основе или чем-либо подобном, чтобы допускалась удобная формовка). Поскольку энергетический ввод в устройство может быть эффективно целенаправленным, чтобы нагреть приемник(и) тока в индуцированном магнитном поле, то при этом нагреваются только приемник(и) тока и окружающая текучая субстанция в средстве переноса летучей текучей субстанции, а не то чтобы энергия растрачивалась в виде тепла еще где-нибудь в сменном элементе и (или) в устройстве, как в сборных устройствах предшествующего уровня техники. Кроме того, поскольку приемник тока представляет собой простой дешевый компонент, он может быть экономически эффективно обеспечен в виде части сменного элемента.

В предпочтительной конфигурации каждый сменный элемент может быть обеспечен по меньшей мере одним приемником тока, имеющим характеристики нагрева, которые оптимизированы под конкретную содержащуюся в сменном элементе текучую субстанцию, без необходимости вмешательства пользователя или сложного управления. Например, может быть предпочтительным сделать устройство как можно более недорогим, поэтому одной возможностью облегчить недорогое производство было бы обеспечить устройство без каких-либо пользовательских органов управления, которые разрешают изменение его рабочих параметров, так чтобы устройство работало в соответствии с одним набором рабочих параметров. В этой конфигурации длина, и (или) масса, и (или) состав приемника (приемников) тока в сменном элементе могут быть изменены, чтобы отрегулировать производимое тепло, когда приемник(и) расположен(ы) внутри индуцированного магнитного поля во время работы, для достижения температуры испарения летучей текучей субстанции. В качестве примера, если летучая текучая субстанция является композицией духов, то духи обычно образованы комбинацией головных нот, срединных нот и базисных нот. Головные ноты представляют наиболее летучую часть композиции духов, эти ноты обычно воспринимаются носом человека в первую очередь и включают в себя "легкие" или "свежие" обонятельные ноты композиции. Срединные ноты обычно представляют "сердце" смеси, поскольку часто они составляют бóльшую часть духов. Базисные ноты обычно являются наименее летучей частью смеси и включают в себя самые тяжелые молекулы, которые обеспечивают "богатые" или "глубокие" обонятельные ноты композиции. Вследствие их веса и размера базисные ноты обычно сохраняются в течение более длительного времени. Смесь духов обычно составлена на до 10% - из головных нот, на 60% - из срединных нот и на 30% - из базисных нот. Однако если желательно продавать духи, составленные преимущественно из головных нот, то можно было бы установить сменный элемент, содержащий приемник тока, который нагревается до относительно низкой температуры, чтобы обеспечить, что высоколетучие головные ноты не исчезнут быстро, чтобы наделить сменный элемент желательным для пользователя сроком службы. И наоборот, если желательно продавать духи, составленные преимущественно из базисных нот, можно было бы установить сменный элемент, содержащий приемник тока, который нагревается до относительно высокой температуры, чтобы обеспечить, чтобы менее летучие головные ноты испарялись с удовлетворительной скоростью, будучи заметными для пользователя, а также наделяя сменный элемент желательным для пользователя сроком службы, то есть, сменный элемент, который не будет работать слишком долго с риском засорения или блокировки средства переноса летучей текучей субстанции.

Далее, эта предпочтительная конфигурация могла бы сделать возможной торговлю сменными элементами, содержащими совершенно различные рекомендации для использования в одном и том же устройстве. Например, при испарении духов рекомендации по предпочтительной рабочей температуре могли бы указывать диапазон порядка 55-85°С в зависимости от соотношения между головными, срединными и базисными нотами, в то время как для борьбы с насекомыми обычно требуется рекомендация по установке гораздо более высокой рабочей температуры, обычно, порядка 120-140°С. Соответственно, сборное устройство в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить пользователя значительно более простым и недорогим решением для "возгонки" летучих текучих субстанций, - более простым, поскольку устройство может быть оставлено на месте, а нужный сменный элемент может быть заменен пользователем без необходимости для пользователя "сообщать" устройству, что сменный элемент содержит другую рекомендацию; недорогим, поскольку пользователю нужно купить только одно устройство, для того чтобы "возгонять" большое разнообразие сменных элементов, содержащих различные рекомендации, а устройству нет необходимости иметь ни дорогие, ни сложные компоненты распознавания сменного элемента, для того чтобы определить рабочие параметры устройства.

Хотя одной возможностью облегчить недорогое производство устройства было бы - обеспечить устройство без каких-либо пользовательских органов управления, которые разрешают изменение его рабочих параметров, при этом может быть предпочтительным обеспечить устройство с основными пользовательскими органами управления, которые разрешают ограниченное изменение рабочих параметров, скажем, между 2-4 предопределенными рабочими параметрами, поскольку некоторые пользователи могут пожелать изменить интенсивность испаряемой летучей текучей субстанции в зависимости от типа летучей текучей субстанции, размера пространства, в котором эта текучая субстанция распространяется, и т.д.

Альтернативно, если производство как можно более недорогого устройства является меньшей заботой, то может быть обеспечено устройство с одним или более входами с пользовательским управлением, чтобы разрешить пользователю изменять один или более рабочих параметров устройства, чтобы обеспечить пользователей множеством вариантов для наделения летучей текучей субстанции такими характеристиками распространения, которые они пожелают.

Следующим преимуществом сборного устройства в соответствии с настоящим изобретением является то, что масса нагреваемых компонентов меньше, чем в имеющихся до сих пор сборных устройствах, так что когда подача энергии в сборное устройство при его использовании прекращается, в упомянутых нагретых компонентах будет находиться меньшее количество остаточного тепла. Это имеет особенное преимущество по следующим причинам: во-первых, это увеличивает безопасность сборного устройства во время работы, поскольку при этом нагретой будет лишь небольшая часть устройства и (или) сменного элемента, оставляя, таким образом, сборное устройство на ощупь холодным. Во-вторых, если возникнет необходимость изменить скорость испарения летучей текучей субстанций, то можно быстро остановить испарение летучей текучей субстанций, отключением входной энергии к катушке индуктивности и (или) изменив коэффициент заполнения, чтобы обусловить быстрое охлаждение приемника тока. Например, при принятии мер во избежание невосприятия духов во время их распространения, необходимо сделать так, чтобы обонятельные рецепторы пользователя не насыщались молекулами конкретного запаха, и это может быть достигнуто только прекращением испарения тех самых молекул и (или) распространением других духов. Возможность устройства по настоящему изобретению достичь быстрого охлаждения облегчает более быстрое успокоение насыщенных обонятельных рецепторов.

Чтобы обеспечить устройство с постоянной максимальной рабочей температурой, приемник тока может содержать материал с постоянной температурой Кюри, предпочтительно, менее чем 150°С. Когда магнитный приемник тока нагрет выше этой температуры, этот приемник тока становится парамагнитным и более не может быть восприимчивым к гистерезисному нагреву до тех пор, пока через какое-то время он снова не охладится до состояния ниже температуры Кюри. Выбором магнитного приемника тока с низкой и постоянной температурой Кюри можно предотвратить превышение температурой летучей жидкости в средстве переноса летучего материала предопределенного уровня, даже если по каким-либо причинам в катушку индуктивности подается избыточная энергия.

Приемник тока, предпочтительно, обеспечен в прямом контакте со средством переноса летучей текучей субстанции. В некоторых вариантах исполнения приемник тока может быть по меньшей мере частично встроен в средство переноса летучей текучей субстанции. Альтернативно или дополнительно приемник тока может окружать участок средства переноса летучей текучей субстанции. Однако более предпочтительно, что приемник тока полностью встроен внутрь средства переноса летучей текучей субстанции.

Одно из преимуществ окружения приемника тока или встраивания его внутрь средства переноса летучей текучей субстанции заключается в том, что при этом исходящее из приемника тока тепло более эффективно переносится в смежную текучую субстанцию в средстве переноса летучей текучей субстанции, а не во всю полноту средства переноса летучей текучей субстанции, а тем самым - в часть резервуара или в весь резервуар текучей субстанции. Это является преимуществом, поскольку, если летучая текучая субстанция представляет собой духи, лекарство, вещество для воздействия на паразитов или активный фармацевтический ингредиент, то нагрев целого резервуара может ухудшить качество этой текучей субстанции во время срока службы сменного элемента, что определенно нежелательно.

Встраивание приемника (приемников) тока полностью внутрь средства переноса летучей текучей субстанции, кроме того, минимизирует возможность травмирования, поскольку приемник тока при этом является менее доступным и поэтому с меньшей вероятностью подвержен случайному касанию во время его использования.

Для обеспечения того, что генерация тепла внутри приемника (приемников) тока является максимально возможно эффективной, приемник(и) тока во время работы сборного устройства по меньшей мере частично расположен(ы) внутри катушки индуктивности.

В предпочтительном варианте исполнения сменный элемент обеспечен одним магнитным приемником тока.

Альтернативно, сменный элемент может быть обеспечен более чем одним магнитным приемником тока. В этой конфигурации увеличением количества приемников тока можно увеличить количество генерируемого тепла при одних и тех же рабочих параметрах устройства по отношению к случаю, когда присутствует только один приемник тока. Например, если при фиксированных параметрах устройства один магнитный приемник тока нагревается до 80°С, то с удивлением было обнаружено, что если в индуцированном магнитном поле находятся два одинаковых приемника тока, то вместо того, чтобы обоим нагреваться до 80°С, они оба нагреваются до 90°С. Более того, было с удивлением обнаружено, что если в индуцированном магнитном поле находятся три одинаковых приемника тока, то вместо того, чтобы всем нагреваться до 80°С или до 90°С, все они будут нагреваться до 105°С. Хотя и не желая быть связанным предложенной ниже гипотезой, автор настоящего изобретения подозревает, что присутствие внутри индуцированного поля множественных приемников тока фокусирует поле вовнутрь катушки, что уменьшает область, над которой это поле распространено, увеличивая таким образом "магнитный фокус" и его эффективность.

В некоторых вариантах исполнения устройство дополнительно может содержать блок управления для управления работой катушки индуктивности. В таком варианте исполнения устройство может дополнительно содержать катушку обратной связи, сконфигурированную для взаимодействия с магнитным полем, созданным катушкой индуктивности. В этом варианте исполнения блок управления может быть сконфигурирован для обработки выходного сигнала с катушки обратной связи и на основе этого выходного сигнала - изменения одного или более параметров катушки индуктивности. Катушка обратной связи, предпочтительно, сконфигурирована таким образом, чтобы во время работы, когда приемник(и) тока находи(я)тся внутри магнитного поля катушки индуктивности, могла изменять свой выходной сигнал.

Катушка обратной связи, предпочтительно, может быть сконфигурирована для изменения во время работы своего выходного сигнала, когда одна характеристика приемника тока изменяется от одного сменного элемента к другому сменному элементу, например, если изменяется форма, или масса, или материал, или площадь поверхности приемника тока. В этом случае блок управления может быть сконфигурирован для интерпретации изменения в выходном сигнале с катушки обратной связи, чтобы определять, какой тип сменного элемента находится внутри магнитного поля катушки индуктивности, и исходя из этого - автоматически изменять характеристику катушки индуктивности, чтобы каждому конкретному сменному элементу устанавливать соответствующий режим нагрева.

Чтобы обеспечить, что блок управления является как можно более простым, а значит, и как можно более дешевым, сборное устройство, предпочтительно, сконфигурировано таким образом, что катушка обратной связи должна изменять свой выходной сигнал только в ответ на изменение одной характеристики приемника тока от одного сменного элемента к другому сменному элементу, в соответствии с чем предпочтительно, чтобы сменные элементы были сконфигурированы для использования с таким устройством, которое имеет три из нижеследующих характеристики приемника тока неизменяемые и одну из нижеследующих характеристик приемника тока - изменяемую, для обнаружения этого изменения катушкой обратной связи, при этом упомянутыми характеристиками приемника тока являются форма, масса, материал и площадь поверхности.

Наличие катушки обратной связи, кроме того, могло бы быть использовано для предотвращения слишком сильного нагрева приемника (приемников) тока. Когда приемник(и) тока станови(я)тся горячим(и), выходной сигнал с катушки обратной связи изменяется. Блок управления мог бы быть сконфигурирован таким образом, чтобы на основе этого выходного сигнала распознавать высокую температуру приемника (приемников) тока и, исходя из этого, - автоматически изменять характеристику катушки индуктивности, чтобы охладить приемник тока.

Дальнейшее использование катушки обратной связи в устройстве могло бы состоять в том, чтобы обеспечить, чтобы устройство работало максимально эффективно. В этой предпочтительной конфигурации блок управления отслеживает выходной сигнал с катушки обратной связи, чтобы в соответствии с необходимостью изменять коэффициент заполнения, чтобы обеспечить ток, поданный в катушку индуктивности, оптимизированным по отношению к конкретному приемнику (приемникам) тока вблизи катушки индуктивности.

Примерами рабочих параметров устройства, которые могут быть изменены блоком управления, могут быть максимальная амплитуда, частота или коэффициент заполнения тока, пропускаемого через катушку индуктивности.

Альтернативно или дополнительно устройство может быть оснащено механическими или электромеханическими средствами, которые являются управляемыми блоком управления с возможностью физического перемещения сменного элемента таким образом, чтобы приемник тока перемещался относительно индуцированного магнитного поля катушки индуктивности. Альтернативно или дополнительно устройство может быть оснащено механическими или электромеханическими средствами, которые являются управляемыми блоком управления с возможностью физического перемещения катушки индуктивности внутри корпуса устройства таким образом, чтобы индуцированное магнитное поле перемещалось относительно приемника тока в сменном элементе.

Конфигурированием сборного устройства таким образом, чтобы пропущенный через катушку индуктивности переменный ток имел частоту, большую чем 20 кГц, катушка индуктивности может нагревать приемник тока магнитным гистерезисом более эффективно. Предпочтительно, переменному току, пропущенному через катушку индуктивности, может быть задана частота, большая чем 100 кГц, а более предпочтительно, - задана частота в 150 кГц.

В некоторых вариантах исполнения устройство может содержать более одного сменного элемента, обеспечивая таким образом сборное устройство с множественными резервуарами, каждый из которых имеет свое собственное средство переноса летучей текучей субстанции и приемник тока.

Присутствие множественных резервуаров позволяет распространять устройством посредством одной катушки индуктивности одновременно летучую текучую субстанцию более чем одного типа.

Альтернативно, устройство может быть оснащено более чем одной катушкой индуктивности, причем каждая катушка индуктивности связана с отдельным сменным элементом, тем самым во время работы индуцированное магнитное поле от одной катушки индуктивности окружает приемник(и) тока только в одном сменном элементе; это может позволить осуществлять попеременную "возгонку" летучей текучей субстанции из каждого соответствующего сменного элемента; это может быть особенно предпочтительным, когда летучие текучие субстанции являются духами.

В других вариантах исполнения устройство может, далее, содержать дополнительный магнитный приемник тока, сконфигурированный, чтобы нагревать область вокруг катушки индуктивности. Положительный эффект от этого дополнительного приемника тока состоит в том, чтобы обеспечить, чтобы компоненты вокруг катушки индуктивности были нагреты должным образом, например, сердечник катушки индуктивности или элементы, которые поддерживают катушку индуктивности, так, чтобы предотвратить какую бы то ни было конденсацию летучей текучей субстанции, которая испаряется из одного или более средств переноса летучей текучей субстанции, на этих компонентах.

В соответствии со вторым объектом настоящего изобретения предложен сменный элемент для крепления к устройству для испарения летучей текучей субстанции, при этом сменный элемент содержит резервуар для летучей текучей субстанции и средство переноса летучей текучей субстанции, чтобы втягивать текучую субстанцию из резервуара, в котором средство переноса летучей текучей субстанции имеет также по меньшей мере один магнитный приемник тока, имеющий коэрцитивную силу Н_с от, по существу, 50 А/м до, по существу, 1500 А/м. Магнитный приемник тока во время работы сконфигурирован в соответствии с третьим объектом настоящего изобретения, - для нагрева в ответ на индуцированное магнитное поле устройства средство переноса летучей текучей субстанции, преимущественно магнитным гистерезисом, когда этот магнитный приемник тока подвергнут воздействию переменного магнитного поля.

В соответствии с третьим объектом настоящего изобретения предложено устройство для испарения летучей текучей субстанции из съемного сменного элемента летучей текучей субстанции, содержащего резервуар для летучей текучей субстанции и средство переноса летучей текучей субстанции, чтобы втягивать эту текучую субстанцию из резервуара, в котором средство переноса летучей текучей субстанции имеет также по меньшей мере один магнитный приемник тока, имеющий коэрцитивную силу Н_с от, по существу, 50 А/м до, по существу, 1500 А/м, при этом устройство содержит магнитную катушку индуктивности, сконфигурированную для работы с пропущенным через нее переменным током на частоте от, по существу, 20 кГц и до, по существу, 500 кГц, чтобы индуцировать магнитное поле.

В соответствии с четвертым объектом настоящего изобретения предложен способ испарения летучей текучей субстанции, включающий в себя этапы генерации магнитного поля пропусканием переменного тока на частоте от, по существу, 20 кГц и до, по существу, 500 кГц через катушку индуктивности, установки сменного элемента, содержащего резервуар для летучей текучей субстанции, средство переноса летучей текучей субстанции, чтобы втягивать эту текучую субстанцию из резервуара в направлении по меньшей мере одного магнитного приемника тока, имеющего коэрцитивную силу Н_с от, по существу, 50 А/м до, по существу, 1500 А/м, так чтобы по меньшей мере один магнитный приемник тока по крайней мере частично находился внутри созданного магнитного поля, и испарения летучей текучей субстанции посредством того, что упомянутый по меньшей мере один магнитный приемник тока нагревается преимущественно магнитным гистерезисом, созданным изменением магнитного поля катушки индуктивности, чтобы испарять летучую текучую субстанцию из средства летучей переноса текучей субстанции.

Устройство дополнительно может содержать блок управления и (или) катушку обратной связи, а способ может включать в себя управление блоком управления работой катушки индуктивности. Способ может дополнительно включать в себя обработку блоком управления выходного сигнала с катушки обратной связи и на основе этого выходного сигнала - изменение одного или более рабочих параметров катушки индуктивности.

Катушка обратной связи может быть сконфигурирована для изменения во время работы своего выходного сигнала, когда одна характеристика приемник тока изменяется от одного сменного элемента к другому сменному элементу, например, если изменяется форма, или масса, или материал, или площадь поверхности приемника тока. Способ дополнительно может включать в себя конфигурирование блока управления для интерпретации изменения в выходном сигнале с катушки обратной связи, чтобы определять, какой тип сменного элемента находится внутри магнитного поля катушки индуктивности, и исходя из этого - автоматически изменять характеристику катушки индуктивности, чтобы каждому конкретному сменному элементу устанавливать соответствующий режим нагрева.

По мере того как приемник(и) тока станови(я)тся горячим(и), выходной сигнал с катушки обратной связи изменяется. Способ может дополнительно включать в себя интерпретирование блоком управления выходного сигнала с катушки обратной связи, чтобы определять высокую температуру приемника (приемников) тока и автоматически изменять характеристику катушки индуктивности, чтобы охлаждать приемник тока.

Дальнейшее использование катушки обратной связи в устройстве могло бы состоять в том, чтобы обеспечить, чтобы устройство работало максимально эффективно. Способ может дополнительно включать в себя отслеживание блоком управления выходного сигнала с катушки обратной связи, чтобы изменять коэффициент заполнения, в соответствии с необходимостью обеспечить, чтобы ток, поданный в катушку индуктивности, был оптимизирован по отношению к конкретному приемнику (приемникам) тока вблизи катушки индуктивности.

Способ может включать в себя этапы изменения блоком управления одного или более рабочих параметров катушки индуктивности изменением одного или более из максимальной амплитуды, частоты, коэффициента заполнения.

Способ, предпочтительно, включает в себя этап управления устройством на пропускание через катушку индуктивности переменного тока с частотой, более высокой чем 20 кГц, чтобы более эффективно нагревать приемник тока магнитным гистерезисом, и, предпочтительно, - более высокой чем 100 кГц, а более предпочтительно, - с частотой в 150 кГц.

Теперь изобретение будет описано только в качестве примера, со ссылками на сопроводительные чертежи, в которых:

фиг. 1 показывает блок-схему варианта исполнения настоящего изобретения;

фиг. 2 показывает более подробно один пример электронной схемы, использованной в варианте исполнения, показанном на фиг. 1;

фиг. 3 показывает более подробно другой пример электронной схемы, использованной в варианте исполнения, показанном на фиг. 1;

фиг. 4А и 4В показывают примерную конструкцию изобретения, сконфигурированного в виде устройства и сменного элемента;

фиг. 5А-5С показывают другую примерную конструкцию изобретения, которая использует систему подачи типа гелевого стержня;

фиг. 6А-6С показывают еще одну примерную конструкцию изобретения, которая использует систему подачи типа корзинки; и

фиг. 7 показывает петли гистерезиса для двух различных материалов приемника тока.

Фиг. 1 показывает устройство 1 и сменный элемент 2. Устройство 1 содержит источник 101 питания, соединенный с электронной схемой 102. Часть этой электронной схемы составляют катушка 103 индуктивности и возможная катушка 104 обратной связи.

Сменный элемент 2 представляет собой отдельный компонент устройства 1. Сменный элемент 2 содержит резервуар 201, который содержит летучую текучую субстанцию 202. Сменный элемент 2, кроме того, содержит средство 203 переноса текучей субстанции, показанное здесь как фитиль, который содержит приемник 204 тока. Приемник тока, предпочтительно, находится внутри или по меньшей мере частично внутри фитиля 203. Фитиль 203 должен продолжаться, выходя за резервуар 201, так чтобы текучая субстанция 205, которая испаряется с этого фитиля 203, могла выходить наружу, и устройства 1, и сменного элемента 2.

Источник 101 питания устройства 1 может, например, представлять собой разъем для сети питания, разъем для USB-станции загрузки или электрическую батарейку.

Показанные на фиг. 2 и 3 электрические схемы являются примерами авторезонансного или автоколебательного преобразователя с переключением при нулевом значении напряжения (ZVS-преобразователь). Такие схемы в технике хорошо известны.

Показанные ZVS-схемы сконфигурированы для обеспечения в индукционной катушке L2 высокочастотного (приблизительно 200 кГц) магнитного поля. На фиг. 2 эта схема расположена между линией L_S питания и линией L_G заземления. К линии L_S питания подсоединен источник 101 питания, который и обеспечивает линию L_S питания переменного тока. В линии L_S питания установлен диод D1. Кроме того, схема содержит катушку 104 обратной связи, катушку 103 индуктивности, три конденсатора С2, С3, С4, два резистора R1, R3 и два транзистора Q2, Q3.

Схема расположения компонентов на фиг. 3 подобна схеме по фиг. 2, за исключением добавления системного блока микроконтроллера (MCU) или блока управления со своим собственным источником питания, который питается от линии L_S питания, и адаптирован к линии L_S питания обычной электронной схемой ступенчатого понижения напряжения, которая не показана, дополнительного резистора R1, дополнительного конденсатора С1 и первого и второго дополнительных диодов D2, D3. Дополнительный конденсатор С1, предпочтительно, является поляризованным, а второй дополнительный диод D3, предпочтительно, является диодом Шоттки. Назначением блока микроконтроллера на фиг. 3 является управление коэффициентом заполнения ZVS-преобразователя и, следовательно, мощностью, передаваемой через катушку 103 индуктивности.

На каждой из фиг. 2 и 3 конденсатор С4 является резонансным конденсатором ZVS-схемы. Напряжение высокой частоты, присутствующее на коллекторе транзистора Q3, передается через конденсатор С4 на выпрямляющую и регулирующую цепочку, содержащую диоды D3 и D2 и конденсатор С1. Что касается фиг. 3, то присутствующее на конденсаторе С1 сглаженное и отрегулированное напряжение используется для подачи питания на низковольтные части схемы, включая блок микроконтроллера.

Теперь будет описана работа изобретения, как оно показано на фиг. 1-3.

Прежде чем использовать, источник 101 питания устройства 1 должен быть полностью заряжен или подсоединен к сети. После того как устройство 1 включено, электронная схема 102 устройства 1 конфигурируется на пропускание через катушку 103 индуктивности переменного тока. Схема 102 может быть сконфигурирована на постоянное пропускание через катушку 103 индуктивности переменного тока или, альтернативно, может быть сконфигурирована на пропускание через катушку 103 индуктивности переменного тока только тогда, когда сменный элемент 2, содержащий приемник 204 тока, расположен около катушки 103 индуктивности, как будет описано далее.

Как показано на фиг. 1, сменный элемент 2 подсоединен к устройству 1 или состыкован с ним. Чтобы удерживать сменный элемент 2 на месте в устройстве 1, на устройстве 1 может быть предусмотрено средство крепления, зажим или опора, как это, например, показано на фиг. 4А-6С. Однако когда сменный элемент 2 подсоединен к устройству 1, главным требованием является, чтобы приемник 204 тока внутри сменного элемента 2 был бы достаточно близок, чтобы он нагревался катушкой 103 индуктивности и взаимодействовал с возможной катушкой 104 обратной связи, как будет описано далее.

Когда сменный элемент 2 вставлен в устройство 1, приемник 204 тока сменного элемента 2, который расположен внутри магнитного поля катушки 103 индуктивности, начнет нагреваться преимущественно нагревом, обусловленным магнитным гистерезисом, и, возможно, в незначительной степени, нагревом от вихревых токов. По мере того как приемник 204 тока нагревается, вследствие ее близости к фитилю 203, летучая текучая субстанция 202 внутри фитиля 203 тоже начинает нагреваться и испаряться с выделением наружу из сменного элемента 2. Приемник 204 тока, предпочтительно, должен быть внутри или, по меньшей мере, частично внутри фитиля 203. Таким образом, фитиль 203 термически изолирует приемник 204 тока от остальной жидкости в резервуаре 201, имея в виду, что тепло, исходящее из приемника 204 тока, в значительной степени содержится внутри фитиля 203 и не передается в окружающий фитиль 203 резервуар 201 жидкости.

Чтобы управлять тем, как много летучей текучей субстанции 202 распространилось в любой данный момент времени, электронная схема 102 устройства 1, в частности, блок микроконтроллера, может управлять величиной тока, протекающего через катушку 103 индуктивности и, следовательно, управлять количеством тепла, образованного в приемнике 204 тока. Ток, протекающий через катушку 103 индуктивности, может быть изменен, например, увеличением коэффициента заполнения схемы или увеличением максимального тока, протекающего через катушку 103 индуктивности. Такое управление может осуществляться либо внешним воздействием человека, например, конечным пользователем через выключатель или наборный диск, либо, предпочтительно, блоком микроконтроллера в ответ на созданный в электронной схеме 102 выходной сигнал с катушки 104 обратной связи, как будет описано далее.

Если катушка 104 обратной связи присутствует, то когда через катушку 103 индуктивности течет ток, эта катушка 104 обратной связи будет улавливать созданное катушкой 103 индуктивности магнитное поле. Когда в это магнитное поле введен содержащийся в сменном элементе 2 приемник 204 тока, магнитное поле в зависимости от физических свойств приемника тока исказится, и, таким образом, сигнал, полученный от катушки 104 обратной связи, изменится. При электрическом подсоединении блока микроконтроллера к катушке 104 обратной связи блок микроконтроллера можно сконфигурировать так, чтобы он интерпретировал сигнал, полученный от катушки 104 обратной связи, и в результате - распознавал, приемник 204 тока какого типа или формы расположен около устройства 1, если там есть какой-нибудь.

Катушка 104 обратной связи может быть также использована как средство управления мощностью с тем, чтобы предотвращать приемник 204 тока от слишком сильного нагрева. По мере того как во время работы приемник тока нагревается, его воздействие на магнитное поле, порожденное катушкой 103 индуктивности, изменяется. При электрическом подсоединении блока микроконтроллера к катушке 104 обратной связи блок микроконтроллера может быть сконфигурирован так, чтобы он интерпретировал сигнал, полученный от катушки 104 обратной связи, и в результате - распознавал температуру приемника 204 тока. Таким образом, блок микроконтроллера может управлять величиной тока, проходящего через катушку 103 индуктивности.

Другое использование выходного сигнала с катушки 104 обратной связи посредством блока микроконтроллера состоит в контроле формы мощности, подаваемой электронной схемой. Посредством стробирования выходного сигнала с катушки 104 обратной связи, блок микроконтроллера может быть сконфигурирован на изменение свойств электронной схемы, чтобы обеспечить, чтобы пропускаемый через катушку 103 индуктивности переменный ток соответствовал конкретному приемнику 204 тока, находящемуся вблизи этой катушки 103 индуктивности.

Если в электронной схеме испарительного устройства блока микроконтроллера или катушки 104 обратной связи нет, то устройство работает с предопределенным уровнем мощности и работает в одном из состояний "включено" или "выключено".

Примерная конструкция и устройства 1, и сменного элемента 2 показана на фиг. 4А и 4В. Конфигурация и устройства 1, и сменного элемента 2 в значительной степени зависит от способности катушки 103 индуктивности эффективно нагревать приемник 204 тока, а также от присутствия катушки 104 обратной связи, что позволяет этой катушке взаимодействовать с магнитным полем, созданным катушкой 103 индуктивности. В случае, показанном на фиг. 4А и 4В, катушка 103 индуктивности является трубчатой по форме и расположена таким образом, что как только сменный элемент 2 соединится с устройством 1, приемник 204 тока заходит внутрь катушки 103 индуктивности. Хотя на фиг. 4А и 4В не показано, в случае присутствия также и катушки 104 обратной связи, ее можно было бы разместить в конфигурации концентрического типа в катушке 103 индуктивности или вокруг нее.

Хотя на фиг. 4А и 4В показан только один приемник 204 тока, возможно, чтобы в фитиле 203 использовалось более одного приемника 204 тока.

Альтернативная конструкция испарительному устройству по фиг. 4А и 4В показана на фиг. 5А-5С. Эти иллюстрации показывают конструкцию, которая использует гелевую матрицу, при этом резервуар 201' и средство 203' переноса текучей субстанции выполнены интегрально друг с другом, и при этом гель может удерживаться решетчатым материалом (не показан), чтобы наделить его механической прочностью. По мере того как текучая субстанция в гелевой матрице испаряется в области, смежной с магнитным приемником 204 тока, оставшаяся в резервуаре 201' жидкость перемещается в направлении приемника 204 тока.

Фиг. 6А-6С показывают следующий пример испарительного устройства. В этом варианте исполнения сменный элемент 2 содержит фитиль 203, который выстилает внутреннюю часть выполненного в виде корзинки сменного элемента 2. Фитиль с одной стороны "корзинки" насыщен летучей текучей субстанцией 202. Сменный элемент 2 содержит также крышку 208, которая может быть перфорирована.

В примере, показанном на 6А-6С, устройство 1 содержит трубчатые перфорирующие элементы 105, которые сконфигурированы с возможностью прокалывания во время работы испарительного устройства крышки 206 сменного элемента 2. На элементе 1 основания катушка 103 индуктивности расположена таким образом, чтобы соответствовать внешней форме сменного элемента 2.

Для работы с вариантом исполнения, показанным на 6А-6С, пользователь помещает сменный элемент 2 в устройство 1 таким образом, чтобы приемник 204 тока в нем мог взаимодействовать с катушкой 103 индуктивности устройства 1. Чтобы помочь установке сменного элемента 2 в правильной ориентации, на этом сменном элементе 2 может быть предусмотрен направляющий элемент (не показан), который совмещают с соответствующим элементом на устройстве 1.

После этого пользователь закрывает крышку устройства 1, чтобы заставить перфорирующие элементы 105 проколоть крышку 206 и войти в нее. Затем катушка 103 индуктивности нагревает приемник 204 тока сменного элемента 2, как было описано ранее, вызывая испарение летучей текучей субстанции 202 в фитиле 203 около приемника 204 тока и ее "вытекание" наружу через перфорирующие элементы 105. По мере того как летучая текучая субстанция 202, которая находится вблизи приемника 204 тока, испаряется, летучая текучая субстанция 202, которая находится дальше от приемника 204 тока, притягивается к нему капиллярным воздействием, как описано ранее.

Если в варианте исполнения по фиг. 6А-6С летучая текучая субстанция 202 находится в форме геля, тогда фитиль 203 может быть выполнен в виде решетки, как описано выше применительно к фиг. 5А-5С, или может быть выполнен в любой другой форме, которая будет удерживать гель.

В качестве возможного признака безопасности конструкции, показанной на фиг. 6А-6С, перфорирующие элементы 105 могут быть сконфигурированы, чтобы быть недоступными, когда устройство не используется.

Следует понимать, что конструкции, показанные на фиг. 4А-6С, могли бы быть выполнены с возможностью размещения более чем одного сменного элемента 2. Например, на устройстве 1 можно было быть устроены дополнительные гнезда, чтобы разрешить подсоединение дополнительных сменных элементов 2. Каждое гнездо на устройстве 1 могло бы быть обеспечено своей собственной катушкой 103 индуктивности, так чтобы текучая субстанция 202, содержащаяся в каждом сменном элементе 2, могла бы нагреваться независимо от текучей субстанции, содержащейся в других сменных элементах 2. Альтернативно, все сменные элементы 2 могли бы выборочно нагреваться расположенной в устройстве 1 одной катушкой 103 индуктивности, используя обычную схему реле времени. Независимо от количества используемых катушек 103 индуктивности или количества сменных элементов 2, принцип работы был бы таким же, что и описанный ранее.

В идеальном случае магнитный материал для магнитного приемника 204 тока должен иметь высокие гистерезисные потери, так чтобы когда внешним магнитным полем он многократно намагничивается и размагничивается, в тепло переходила бы относительно большая часть энергии внешнего поля. Магнитные свойства, демонстрируемые таким магнитным материалом, могут быть представлены графиком плотности магнитного потока В в зависимости от напряженности магнитного поля Н, как показано на фиг. 7. Материалы, имеющие относительно низкие гистерезисные потери, типизируются замкнутой петлей гистерезиса, которая имеет небольшую площадь, в то время как относительно большие гистерезисные потери типично представлены изображенной пунктирной линией петлей гистерезиса, которая имеет большую площадь. Часть энергии внешнего магнитного поля, которая в каждом магнитном цикле преобразуется приемником тока в тепло, пропорциональна площади петли гистерезиса, соответствующей конкретному магнитному материалу. Соответственно, магнитные материалы, имеющие петли гистерезиса с небольшой площадью, будучи подвергнуты воздействию данного переменного магнитного поля, производят меньше тепла и плохо работают в качестве материалов приемника тока. И наоборот, магнитные материалы, имеющие петли гистерезиса с большой площадью, генерируют больше тепла, будучи подвергнуты воздействию того же самого переменного магнитного поля, и хорошо работают в качестве материалов приемника тока. Площадь петли гистерезиса магнитного материала пропорциональна его коэрцитивной силе, так что материалы, имеющие высокую коэрцитивность, могут быть особенно пригодными для использования в качестве приемника тока. Такие материалы должны иметь коэрцитивную силу Н_с в диапазоне 50-1500 А/м.

Существует верхний предел коэрцитивности для защиты от чрезмерно высокой коэрцитивности, с тем чтобы внешние переменные магнитные поля не могли слишком быстро приводить к перемагничиванию необходимого магнитного потока в материалах, не допуская, таким образом, тонкого управления характеристиками нагрева посредством магнитного гистерезиса. Такие материалы известны как магнитомягкие материалы, и тем самым они отличны от магнитотвердых материалов с очень высокой коэрцитивностью, которые обычно используются в приложениях, связанных с постоянными магнитами.

Реферат

Группа изобретений относится к области устройств для распространения рабочих веществ в окружающую среду. Устройство для испарения летучей текучей субстанции содержит испаряющее устройство и сменный элемент. Испаряющее устройство и сменный элемент являются разделяемыми друг от друга. Испаряющее устройство содержит магнитную катушку индуктивности для работы с пропущенным через нее переменным током. Сменный элемент содержит резервуар для летучей текучей субстанции, средство переноса летучей текучей субстанции для втягивания субстанции из резервуара и магнитный приемник тока. Магнитный приемник тока обеспечивает нагрев фитиля преимущественно магнитным гистерезисом. Нагрев осуществляется при пропускании переменного тока через катушку индуктивности. Обеспечивается возможность испарения рабочих веществ с помощью нагрева магнитным гистерезисом. 4 н. и 61 з.п. ф-лы, 12 ил.

Формула