Устройство для испарения летучей текучей среды - RU2632976C2
Код документа: RU2632976C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к устройству для испарения летучей текучей среды, например, душистого вещества, пестицида или лекарственного препарата.
Известны устройства дли выделения летучих жидкостей в атмосферу. В одном известном устройстве, описанном в патентной публикации США № 2002/0146243, устройство, имеющее корпус, снабжено контейнером для летучей жидкости, фитилем, простирающимся от контейнера, и кольцевым электрическим нагревателем, расположенным вблизи дистального конца фитиля для ускорения испарения летучей жидкости из фитиля. Контейнер и фитиль традиционно предусмотрены в виде съемного сменного баллона, и в устройстве в качестве электрического нагревателя используется термистор с положительным температурным коэффициентом (РТС). Устройство также имеет электрическую вилку, посредством которой оно подключается к стенной розетке.
Однако нагреватель должен запускаться при высокой температуре для обеспечения достаточного нагрева летучей жидкости в фитиле. Дополнительно, положение нагревателя внутри корпуса означает, что нагреватель нагревает фитиль, а также окружающий корпус устройства, что создает два четко выраженных недостатка. Во-первых, требуются высокие уровни энергопотребления для доведения электрического нагревателя до рабочей температуры, достаточной для нагрева фитиля до температуры, при которой летучая жидкость может выделяться. Во-вторых, масса подобного электрического нагревателя и окружающего корпуса устройства, как правило, удерживает остаточное тепло в течение продолжительного периода после прекращения подачи питания к нагревателю; в связи с этим, если имеется инстинктивная потребность в изменении работы устройства, в частности, для решения проблем устранения привыкания, связанных с выделяемой летучей жидкостью, такие известные устройства по своей природе имеют медленную реакцию, поскольку прекращение подачи питания к нагревателю неощутимо замедляет интенсивность выделения вследствие остаточного тепла.
Другое известное устройство можно найти в Международной публикации № WO 2005/112510, в которой описано индукционное нагревательное устройство для рассеяния летучих жидкостей. Устройство имеет основной модуль и отдельный резервуар, содержащий летучую жидкость. Основной модуль имеет выступающую вверх цилиндрическую часть, внутри которой имеется первичная индукционная катушка. Основание резервуара имеет углубление, которое насажено на цилиндрическую часть основного модуля, вокруг которой имеется вторичная индукционная катушка, составленная из короткозамкнутой проволочной катушки. При пропускании тока через первичную катушку вторичная катушка нагревается и, таким образом, нагревает жидкость для увеличения интенсивности испарения. Однако данное устройство нагревает всю летучую жидкость в резервуаре, имея в результате устройство, которое медленно достигает идеальной рабочей температуры и работает при высоких уровнях энергопотребления. Дополнительно, устройство будет продолжать испускать пар после выключения, поскольку жидкость в резервуаре будет сохранять значительное остаточное тепло и потребуется довольно значительное время для ее охлаждения. Кроме того, если летучая жидкость представляет собой душистое вещество, нагрев всего резервуара может привести к снижению качества душистого вещества в течение срока службы сменного баллона.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечен узел для испарения летучей текучей среды, при этом узел содержит устройство и сменный баллон, которые отсоединяемы друг от друга,
при этом устройство содержит индукционную катушку;
и при этом сменный баллон содержит резервуар для летучей текучей среды, средство переноса летучей текучей среды для втягивания текучей среды из резервуара, и при этом средство переноса летучей текучей среды имеет по меньшей мере один токоприемник (индукционных токов), выполненный с возможностью нагрева средства переноса летучей текучей среды при пропускании переменного тока через индукционную катушку.
В контексте настоящего изобретения термин «средство переноса летучей текучей среды» используется в данном документе для обозначения любого трубопровода для переноса физической текучей среды, который позволяет текучей среде вытекать из резервуара к токоприемнику(ам) без содействия силы тяжести или средств с приводом, другими словами, на основе капиллярного эффекта, осмотического переноса, эффекта впитывания или тому подобного для переноса текучей среды. Следовательно, средство переноса летучей текучей среды в настоящем изобретении может представлять собой волокнистое вещество, такое как целлюлозный фитиль или тому подобное, или средство переноса летучей текучей среды может представлять собой пористое вещество, такое как керамический фитиль или тому подобное. В альтернативном варианте средство переноса летучей текучей среды может представлять собой гель-матрицу или тому подобное, и в данной конфигурации резервуар и средство переноса летучей текучей среды могут быть выполнены из одинакового материала и/или могут составлять практически одно целое друг с другом.
Средство переноса летучей текучей среды предпочтительно выступает через колпачок в сменном баллоне так, чтобы простираться в среду, окружающую сменный баллон на удалении от резервуара. По меньшей мере, один из упомянутых магнитных токоприемников может быть предусмотрен в контакте со средством переноса летучей текучей среды на его дистальном участке между колпачком и дистальным концом упомянутого средства.
В данной конструкции токоприемник(и) необязательно должен быть присоединен к какой-либо части устройства, а должен быть присоединен только к средству переноса летучей текучей среды в сменном баллоне. Это означает, что не требуется, чтобы какие-либо электрические соединители проходили через резервуар к токоприемнику(ам), что устраняет возможность возникновения пути утечки полученной в результате текучей среды.
Поскольку подвод энергии к узлу может быть эффективно целенаправленным для нагрева токоприемника(ов) в индуцированном магнитном поле, нагреваются только токоприемник(и) и окружающая текучая среда в средстве переноса летучей текучей среды вместо потерь энергии в виде тепла где-либо еще в сменном баллоне и/или в устройстве, как в узлах по предшествующему уровню техники. Дополнительно, поскольку токоприемник(и) представляет собой простой недорогой компонент, он может быть экономично выполнен в виде части сменного баллона.
В предпочтительной конструкции каждый сменный баллон может быть снабжен по меньшей мере одним токоприемником, имеющим характеристики нагрева, которые оптимизированы для определенной текучей среды, содержащейся в сменном баллоне, при этом отсутствует необходимость во вмешательстве пользователя или сложном управлении. Например, может быть предпочтительным выполнение устройства как можно менее дорогостоящим, следовательно, одна опция, которая облегчает недорогое изготовление, - это выполнение устройства без каких-либо органов управления, приводимых в действие пользователем, которые обеспечивают возможность изменения рабочих параметров устройства, так что устройство будет функционировать в соответствии с единственным набором рабочих параметров. В данной конструкции длину и/или массу, и/или состав токоприемника(ов) в сменном баллоне можно изменять для «настройки» нагрева, обеспечиваемого при размещении токоприемника(ов) в индуцированном магнитном поле во время использования, в соответствии с температурой испарения летучей текучей среды. В качестве примера в том случае, когда летучая текучая среда представляет собой парфюмерную композицию, духи обычно состоят из комбинации верхних нот, срединных нот и базовых нот. Верхние ноты представляют собой наиболее летучую часть парфюмерной композиции, данные ноты обычно первыми воспринимаются носом человека и включают в себя «легкие» или «свежие» ольфакторные ноты композиции. Срединные ноты, как правило, представляют собой «сердце» смеси, поскольку они часто обеспечивают преобладание душистого вещества. Базовые ноты, как правило, представляют собой наименее летучую часть смеси и включают в себя наиболее тяжелые молекулы, такие как ноты, которые обеспечивают «богатые» или «нижние» ольфакторные ноты композиции. Вследствие их массы и размера базовые ноты обычно остаются в течение наиболее продолжительного периода. Душистая смесь, как правило, выполнена из 10% верхних нот, 60% срединных нот и 30% базовых нот. Однако в том случае, если желательно продать душистое вещество, выполненное преимущественно из верхних нот, можно было бы задействовать сменный баллон, содержащий токоприемник, который нагревается до сравнительно низкой температуры, чтобы гарантировать отсутствие испарения высоколетучих верхних нот для придания сменному баллону желательного для пользователя срока службы. Напротив, если желательно продать душистое вещество, выполненное преимущественно из базовых нот, можно было бы задействовать сменный баллон, содержащий токоприемник(и), который нагревается до сравнительно высокой температуры для гарантирования испарения менее летучих базовых нот с интенсивностью, достаточной для того, чтобы они были заметными для пользователя, а также для придания сменному баллону желательного для пользователя срока службы, т.е. сменного баллона, который не будет использоваться слишком долго и для которого будет отсутствовать риск забивания или блокировки средства переноса летучей текучей среды.
Более того, данная предпочтительная конструкция сделает допустимой поставку на рынок сменных баллонов, содержащих заметно различающиеся рецептуры, для использования с одним и тем же устройством. Например, при испарении душистых рецептур предпочтительная рабочая температура может составлять порядка 55-85°С в зависимости от соотношения их верхних, срединных и базовых нот, в то время как для рецептуры для борьбы с вредителями обычно требуются значительно более высокие рабочие температуры, как правило, порядка 120-140°С. Соответственно, узел согласно настоящему изобретению может обеспечить пользователя значительно более простым и недорогим решением для выделения летучих текучих сред; проще, поскольку устройство может быть оставлено на месте и желательный сменный баллон может быть заменен пользователем при отсутствии необходимости для пользователя «сообщать» устройству, что сменный баллон содержит другую рецептуру; недорогим, поскольку пользователю необходимо приобрести только одно устройство для выделения широкого разнообразия различных рецептур, содержащихся в сменных баллонах, и при этом устройство не должно иметь ни дорогих, ни сложных компонентов для распознавания сменных баллонов для определения рабочих параметров устройства.
Несмотря на то, что одна опция, способствующая недорогому изготовлению устройства, состоит в обеспечении устройства без каких-либо органов управления, приводимых в действие пользователем, которые позволяют изменения его рабочих параметров, может быть предпочтительно обеспечить устройство базовыми органами управления, приводимыми в действие пользователем, которые позволяют ограниченные изменения рабочих параметров, скажем от 2 до 4 заданных рабочих параметров, поскольку некоторые пользователи могут захотеть изменить интенсивность испарения летучей текучей среды в зависимости от типа летучей текучей среды, размера пространства, в которое выделяется текучая среда, и т.д.
В альтернативном варианте, когда имеет место меньшая заинтересованность в как можно менее дорогостоящем изготовлении устройства, устройство может быть обеспечено одним или более управляемыми пользователем устройствами ввода для создания для пользователя возможности изменить один или более рабочих параметров устройства, чтобы обеспечить пользователю множество возможностей придать желательные для него характеристики выделения летучей текучей среды.
Дополнительное преимущество узла в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что масса нагреваемых компонентов меньше, чем в узлах, доступных до настоящего времени, так что в упомянутых нагретых компонентах будет оставаться меньшее количество остаточного тепла во время использования и как только подвод энергии к узлу прекращается. Это особенно предпочтительно по ряду причин; во-первых, это улучшает безопасность узла во время эксплуатации, поскольку только небольшая часть устройства и/или сменного баллона будет нагреваться, таким образом, делая узел холодным на ощупь во время использования. Во-вторых, если существует необходимость изменить интенсивность выделения летучей текучей среды, можно быстро прекратить подачу летучей текучей среды посредством снятия мощности на входе индукционной катушки и/или изменения рабочего цикла для придания токоприемнику быстрого охлаждения. Например, при заинтересованности решением проблемы отсутствия привыкания во время выделения душистого вещества необходимо обеспечить возможность того, чтобы обонятельные рецепторы пользователя оказались не насыщенными определенной молекулой(ами) душистого вещества, и это может быть достигнуто только путем прекращения подачи данной молекулы (молекул) душистого вещества и/или выделения другого душистого вещества. Способность устройства по настоящему изобретению достигать быстрое охлаждение облегчает более быстрое «разрежение» насыщенных обонятельных рецепторов.
Токоприемник(и) предпочтительно является магнитным, это позволяет нагрев токоприемника в значительной степени (преимущественно) за счет магнитного гистерезиса, хотя может иметь место некоторый дополнительный нагрев за счет вихревых токов.
Для обеспечения устройства со стабильной максимальной рабочей температурой токоприемник(и), если он магнитный, может содержать материал со стабильной температурой Кюри, например, 150°С. Когда магнитный токоприемник(и) нагревается до температуры, превышающей данную температуру, токоприемник(и) становится парамагнитным и больше не будет подвержен гистерезисному нагреву до тех пор, пока он не будет охлажден обратно ниже температуры Кюри. За счет выбора магнитного токоприемника(ов) с низкой и стабильной температурой Кюри можно предотвратить ситуацию, когда температура летучей жидкости в средстве переноса летучей текучей среды превышает заданный уровень, даже если по какой-либо причине избыточная мощность подана к индукционной катушке.
Токоприемник(и) предпочтительно предусмотрен в непосредственном контакте со средством переноса летучей текучей среды. В некоторых вариантах осуществления токоприемник(и) может быть по меньшей мере частично встроен в средство переноса летучей текучей среды. В альтернативном варианте или в качестве дополнения токоприемник(и) может окружать участок средства переноса летучей текучей среды. Однако, наиболее предпочтительно, если токоприемник(и) полностью встроен в средство переноса летучей текучей среды.
Одно преимущество заключения/встраивания токоприемника(ов) полностью в средство переноса летучей текучей среды состоит в том, что тепло, выделяющееся из токоприемника(ов), более эффективно передается соседней текучей среде в средстве переноса летучей текучей среды, а не всему средству переноса летучей текучей среды в некоторой части резервуара для текучей среды или во всем резервуаре. Это предпочтительно, поскольку в том случае, когда летучая текучая среда представляет собой душистое вещество, лекарственный препарат, вещество для борьбы с вредителями или активный фармацевтический ингредиент, нагрев всего резервуара может привести к ухудшению качества текучей среды в течение срока службы сменного баллона, что явно нежелательно.
Заключение токоприемника(ов) полностью в средстве переноса летучей текучей среды также минимизирует вероятность травмы, поскольку токоприемник менее доступен, и, следовательно, вероятность случайного касания его во время использования будет меньше.
Для обеспечения как можно более эффективного тепловыделения в токоприемнике(ах), токоприемник(и) может быть по меньшей мере частично расположен внутри индукционной катушки во время работы узла.
В предпочтительном варианте осуществления сменный баллон снабжен одним токоприемником.
В альтернативном варианте сменный баллон может быть снабжен более чем одним токоприемником. В данной конструкции за счет увеличения числа токоприемников можно увеличить количество тепла, выделяемого при тех же рабочих параметрах устройства, по сравнению со случаем, когда имеется только один токоприемник. Например, когда при фиксированных рабочих параметрах устройства один магнитный токоприемник нагревается до 80°С, к удивлению обнаружено, что если два идентичных токоприемника находятся в индуцированном поле, вместо того, чтобы оба нагревались до 80°С, они оба будут нагреваться до 90°С. Кроме того, к удивлению обнаружено, что если три идентичных токоприемника находятся в индуцированном поле, вместо того, чтобы оба нагревались до 80°С или 90°С, они оба будут нагреваться до 105°С. Не желая быть ограниченным нижеприведенной предложенной гипотезой, автор настоящего изобретения предполагает, что наличие многочисленных токоприемников в индуцированном поле сосредотачивает поле внутри катушки, что уменьшает область, над которой распространяется поле, в результате чего увеличивается магнитная фокусировка и ее эффективность.
В некоторых вариантах осуществления устройство может дополнительно содержать блок управления для управления работой индукционной катушки. В таком варианте осуществления устройство может дополнительно содержать катушку обратной связи, выполненную с возможностью взаимодействия с магнитным полем, генерируемым индукционной катушкой. В данной конструкции блок управления может быть выполнен с возможностью обработки выходного сигнала от катушки обратной связи и изменения одного или более рабочих параметров индукционной катушки, исходя из данного выходного сигнала. Катушка обратной связи предпочтительно выполнена с возможностью изменения ее выходного сигнала при эксплуатации, когда токоприемник(и) находится в пределах магнитного поля индукционной катушки.
Катушка обратной связи предпочтительно может быть выполнена с возможностью изменения ее выходного сигнала при эксплуатации, когда одна характеристика токоприемника изменяется от сменного баллона к сменному баллону, например, если форма или масса, или материал, или площадь поверхности токоприемника изменяется. Блок управления может быть выполнен с возможностью интерпретации изменения в выходном сигнале от катушки обратной связи для определения того, какой тип сменного баллона находится в пределах магнитного поля индукционной катушки, и, исходя из этого, автоматического изменения характеристики индукционной катушки для применения соответствующего режима нагрева для каждого конкретного сменного баллона.
Для обеспечения как можно более простого и, следовательно, как можно менее дорогого блока управления, узел предпочтительно выполнен так, что катушка обратной связи должна изменить свой выходной сигнал только в ответ на изменение одной характеристики токоприемника от сменного баллона к сменному баллону, следовательно, предпочтительно, чтобы сменные баллоны, выполненные с возможностью их использования с таким устройством, имели три фиксированные характеристики из следующих характеристик токоприемника и одну переменную характеристику из следующих характеристик токоприемника для обнаружения данного изменения посредством катушки обратной связи, при этом упомянутыми характеристиками токоприемника являются: форма; масса; материал и площадь поверхности.
Обеспечение катушки обратной связи также может быть использовано для предотвращения ситуации, когда токоприемник(и) становится слишком горячим во время использования. Когда токоприемник(и) становится горячим, выходной сигнал от катушки обратной связи изменяется. Блок управления может быть выполнен с возможностью интерпретации высокой температуры токоприемника(ов) на основе данного выходного сигнала и, исходя из этого, автоматического изменения характеристики индукционной катушки для охлаждения токоприемника.
Дополнительное использование катушки обратной связи в устройстве может заключаться в гарантировании как можно более эффективной работы устройства. В данной предпочтительной конструкции блок управления осуществляет мониторинг выходного сигнала катушки обратной связи для изменения рабочего цикла, как требуется для гарантирования оптимизации тока, подаваемого через индукционную катушку, для определенного токоприемника(ов), находящегося вблизи индукционной катушки.
Примерами рабочих параметров устройства, которые могут быть изменены блоком управления, могут быть максимальная амплитуда, частота или рабочий цикл пропускаемого через индукционную катушку тока.
В альтернативном варианте или в качестве дополнения устройство может быть снабжено механическими или электромеханическими средствами, которые выполнены с возможностью физически перемещать с помощью блока управления сменный баллон так, чтобы токоприемник переместился относительно индуцированного магнитного поля индукционной катушки. В альтернативном варианте или в качестве дополнения устройство может быть снабжено механическими или электромеханическими средствами, которые выполнены с возможностью физически перемещать с помощью блока управления индукционную катушку внутри корпуса устройства так, чтобы индуцируемое магнитное поле сместилось относительно токоприемника в сменном баллоне.
Переменный ток, пропускаемый через индукционную катушку, предпочтительно может быть установлен на частоту более 20 кГц. Частоты, превышающие данное пороговое значение, являются особенно эффективными, когда токоприемник является магнитным с тем, чтобы обеспечить возможность индукционной катушке более эффективно нагревать токоприемник посредством гистерезиса. Более предпочтительно, если переменный ток, пропускаемый через индукционную катушку, может быть установлен на частоту более 100 кГц. Еще более предпочтительно, если переменный ток, пропускаемый через индукционную катушку, может быть установлен на частоту более 150 кГц.
В некоторых вариантах осуществления устройство может дополнительно содержать многочисленные резервуары, каждый из которых имеет свои собственные средства переноса летучей текучей среды и токоприемник.
Наличие многочисленных резервуаров обеспечивает возможность одновременного распределения более одного типа летучей текучей среды посредством устройства с единственной индукционной катушкой.
В альтернативном варианте устройство может быть снабжено более чем одной индукционной катушкой, при этом каждая индукционная катушка связана с отдельным сменным баллоном, в результате чего при эксплуатации индуцированное магнитное поле от одной индукционной катушки окружает токоприемник(и) только в одном сменном баллоне, что может создать возможность чередования выделения летучей текучей среды из каждого соответствующего сменного баллона, и это может быть особенно предпочтительным, когда летучие текучие среды представляют собой душистые вещества.
В других вариантах осуществления устройство может дополнительно содержать дополнительный токоприемник, выполненный с возможностью нагрева области вокруг индукционной катушки. Назначение данного дополнительного токоприемника заключается в гарантии надлежащего нагрева компонентов вокруг индукционной катушки, например, сердечника индукционной катушки или элементов, которые поддерживают индукционную катушку так, чтобы избежать конденсацию какой-либо летучей текучей среды, которая испаряется из данных одного или более средств переноса летучей текучей среды, на данных компонентах.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечен сменный баллон для крепления к устройству для испарения летучей текучей среды, при этом сменный баллон содержит резервуар для летучей текучей среды и средство переноса летучей текучей среды для втягивания текучей среды из резервуара, при этом средство переноса летучей текучей среды также имеет по меньшей мере один токоприемник, выполненный с возможностью нагрева средства переноса летучей текучей среды, когда сменный баллон подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля.
Следовательно, в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения обеспечено устройство для испарения летучей текучей среды из отсоединяемого сменного баллона с летучей текучей средой, содержащего резервуар для летучей текучей среды и средство переноса летучей текучей среды для втягивания текучей среды из резервуара, при этом средство переноса летучей текучей среды также имеет по меньшей мере один токоприемник; при этом устройство содержит магнитную индукционную катушку, выполненную с возможностью индуцирования магнитного поля.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения обеспечен способ испарения летучей текучей среды, содержащий этапы размещения сменного баллона, содержащего резервуар для летучей текучей среды, средство переноса летучей текучей среды для втягивания текучей среды из резервуара по направлению к по меньшей мере одному токоприемнику, в устройстве, содержащем магнитную индукционную катушку, предназначенную для работы при пропускаемом через нее переменном токе для индуцирования магнитного поля;
генерирования магнитного поля посредством упомянутой индукционной катушки путем пропускания переменного тока через нее, при этом упомянутое размещение сменного баллона в устройстве таково, что данный по меньшей мере один токоприемник находится по меньшей мере частично в пределах сгенерированного магнитного поля;
и испарения летучей текучей среды посредством упомянутого по меньшей мере одного токоприемника, нагретого индуцированным изменяющимся магнитным полем от индукционной катушки для испарения летучей текучей среды из средства переноса летучей текучей среды.
Устройство может дополнительно содержать блок управления и/или катушку обратной связи, а способ может содержать управление работой индукционной катушки посредством блока управления. Способ может дополнительно содержать обработку блоком управления выходного сигнала от катушки обратной связи и изменение одного или более рабочих параметров индукционной катушки, исходя из данного выходного сигнала.
Катушка обратной связи может быть выполнена с возможностью изменения ее выходного сигнала при эксплуатации при изменении одной характеристики токоприемника от сменного баллона к сменному баллону, например, если изменяется форма или масса, или материал, или площадь поверхности токоприемника. Способ может дополнительно содержать блок управления, выполненный с возможностью интерпретации изменения в выходном сигнале от катушки обратной связи для определения того, какой тип сменного баллона находится в пределах магнитного поля индукционной катушки, и, исходя из этого, автоматического изменения характеристики индукционной катушки для применения соответствующего режима нагрева для каждого конкретного сменного баллона.
Поскольку токоприемник(и) становится горячим, выходной сигнал от катушки обратной связи изменяется. Способ может дополнительно содержать интерпретацию блоком управления выходного сигнала катушки обратной связи для определения высокой температуры токоприемника(ов) и автоматическое изменение характеристики индукционной катушки для охлаждения токоприемника.
Дополнительное использование катушки обратной связи в устройстве может заключаться в гарантировании как можно более эффективного функционирования устройства. Способ может дополнительно содержать мониторинг блоком управления выходного сигнала катушки обратной связи для изменения рабочего цикла так, как требуется для гарантирования оптимизации тока, подаваемого через индукционную катушку, конкретного токоприемника(ов), находящегося вблизи индукционной катушки.
Способ может содержать этапы изменения блоком управления одного или более рабочих параметров индукционной катушки посредством изменения одной или более из: максимальной амплитуды; частоты; рабочего цикла.
Способ предпочтительно включает в себя этап осуществления пропускания устройством переменного тока через индукционную катушку с частотой более 20 кГц для более эффективного нагрева токоприемника за счет магнитного гистерезиса и предпочтительно с частотой более 100 кГц, и более предпочтительно с частотой более 150 кГц.
Практически все вещество в резервуаре предпочтительно выполнено с возможностью его испарения в течение 5 часов непрерывного действия индукционной катушки.
Более предпочтительно, если практически все вещество в резервуаре выполнено с возможностью его испарения в течение 3 часов непрерывного действия индукционной катушки.
Теперь изобретение будет описано только в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 показывает блок-схему одного варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 показывает более подробно один пример электронных схем, используемых в варианте осуществления, показанном на фиг. 1.
Фиг. 3 показывает более подробно дополнительный пример электронных схем, используемых в варианте осуществления, показанном на фиг. 1.
Фиг. 4А и 4В показывают схему размещения примера изобретения при осуществлении в виде устройства и сменного баллона.
Фиг. 5А–5С показывают другую схему размещения примера изобретения, которая использует систему подачи типа карандаш-гель.
Фиг. 6А–6С показывают дополнительную схему размещения примера по изобретению, которая использует систему подачи капсульного типа.
Фиг. 7 показывает гистерезисные петли для двух различных материалов токоприемников.
Фиг. 1 показывает устройство 1 и сменный баллон 2. Устройство 1 содержит источник 101 питания, соединенный с электронными схемами 102. Индукционная катушка 103 и необязательная катушка 104 обратной связи образуют часть данных электронных схем.
Сменный баллон 2 представляет собой отдельный от устройства 1 компонент. Сменный баллон 2 содержит резервуар 201, в котором удерживается летучая текучая среда 202. Сменный баллон 2 также содержит средство 203 переноса текучей среды, проиллюстрированное здесь в виде фитиля, который содержит токоприемник 204. Токоприемник предпочтительно находится в фитиле или по меньшей мере частично находится в фитиле. Фитиль 203 должен простираться за пределы резервуара 201 так, чтобы текучая среда 205, которая испаряется из фитиля 203, могла проходить в пространство, наружное по отношению как к устройству 1, так и к сменному баллону 2.
Источник 101 питания устройства 1 может представлять собой, например, соединение со входом сети, соединение с док-станцией USB или аккумуляторную батарею.
Принципиальные схемы, показанные на фиг. 2 и 3, представляют собой примеры схем преобразователя с переключением при нулевом напряжении (и собственным резонансом/автоколебанием). Подобные схемы хорошо известны в данной области техники.
Показанные схемы с переключением при нулевом напряжении выполнены с возможностью обеспечения высокочастотного магнитного поля по всей индукционной катушке L2 (с частотой приблизительно 200 кГц). На фиг. 2 схема расположена между линией LS питания и заземлением LG. С линией LS питания соединен источник 101 питания, который обеспечивает линию LS питания переменным током. На линии LS питания имеется диод D1. Схема также содержит катушку 104 обратной связи, индукционную катушку 103, три конденсатора С2, С3, С4, два резистора R1, R3 и два транзистора Q2, Q3.
Схема размещения компонентов на фиг. 3 аналогична схеме расположения компонентов на фиг. 2 за исключением добавления системного микроконтроллерного блока (MCU) или блока управления с его собственным источником питания, который заряжается от линии LS питания и который выполнен с возможностью энергоснабжения от линии LS питания посредством традиционных электронных схем пошагового изменения питания, которые не показаны, дополнительного резистора R1, дополнительного конденсатора С1 и первого и второго дополнительных диодов D2 и D3. Дополнительный конденсатор С1 предпочтительно является поляризованным, и второй дополнительный диод D3 предпочтительно представляет собой диод Шоттки. Назначение микроконтроллерного блока на фиг. 3 состоит в управлении рабочим циклом преобразователя с переключением при нулевом напряжении и, следовательно, подачей питания через индукционную катушку 103.
На каждой из фиг. 2 и 3 конденсатор С4 представляет собой резонансный конденсатор схемы с переключением при нулевом напряжении. Высокочастотное напряжение, присутствующее на коллекторе Q3, связывается посредством конденсатора С4 со схемой выпрямления и регулирования, содержащей диоды D3 и D2 и конденсатор С1. В случае фиг. 3 сглаженное и отрегулированное напряжение, присутствующее на конденсаторе С1, используется для питания низковольтных частей схемы, включая микроконтроллерный блок.
Теперь будет описано функционирование изобретения, показанного на фиг. 1-3.
Перед использованием источник 101 питания устройства 1 должен быть полностью заряжен или подсоединен. Как только устройство 1 будет включено, электронные схемы 102 устройства 1 обеспечат пропускание переменного тока через индукционную катушку 103. Схемы 102 могут быть выполнены с возможностью непрерывного пропускания переменного тока через индукционную катушку 103 или в альтернативном варианте могут быть выполнены с возможностью пропускания переменного тока через индукционную катушку 103 только тогда, когда сменный баллон 2, содержащий токоприемник 204, расположен рядом с индукционной катушкой 103, как будет обсуждено.
Сменный баллон 2, показанный на фиг. 1, соединяют с устройством 1 или стыкуют с устройством 1. Для удерживания сменного баллона 2 в положении на устройстве 1 могут быть предусмотрены средство крепления, зажим или гнездо на устройстве 1, как показано, например, на фиг. 4А–6С. Однако при соединении сменного баллона 2 с устройством 1 основное требование заключается в том, что токоприемник 204, находящийся внутри сменного баллона 2, должен находиться достаточно близко, чтобы быть нагретым посредством индукционной катушки 103 и для взаимодействия с необязательной катушкой 104 обратной связи, расположенной в устройстве 1, как будет обсуждено.
Как только сменный баллон 2 сцепляется с устройством 1, токоприемник 204 сменного баллона 2, который размещается в пределах магнитного поля индукционной катушки 103, начнет нагреваться, если он магнитный, преимущественно за счет нагрева за счет магнитного гистерезиса и, возможно, в незначительной степени также за счет нагрева вихревыми токами. Если токоприемник не является магнитным, тогда токоприемник 204 будет нагреваться только за счет вихревых токов, и не будет происходить никакого нагрева за счет магнитного гистерезиса. Поскольку токоприемник 204 нагревается, вследствие его близости к фитилю 203 летучая текучая среда 202 внутри фитиля 203 также начинает нагреваться и испаряться для рассеивания в наружном пространстве сменного баллона 2. Токоприемник 204 предпочтительно должен находиться в фитиле 203 или должен по меньшей мере частично находиться в фитиле 203. Таким образом, фитиль 203 термически изолирует токоприемник 204 от остальной текучей среды в резервуаре 201, что означает, что тепло, выделяющееся из токоприемника 204, в значительной степени содержится в фитиле 203 и не передается резервуару 201 для текучей среды, окружающему фитиль 203.
Для управления тем, сколько летучей текучей среды 202 рассеивается в любой заданный момент времени, электронные схемы 102 из устройства 1, в частности, микроконтроллерный блок, могут управлять количеством тока, протекающего через индукционную катушку 103, и, следовательно, управлять степенью нагрева, возникающего на токоприемнике 204. Ток, протекающий через индукционную катушку 103, может быть изменен, например, посредством увеличения цикла работы схемы или посредством увеличения максимального тока, протекающего через индукционную катушку 103. Такое управление может осуществляться или посредством внешнего входного сигнала, подаваемого человеком, например, конечным пользователем посредством переключателя или цифрового диска, или предпочтительно посредством микроконтроллерного блока в ответ на выходной сигнал от катушки 104 обратной связи, предусмотренной в электронных схемах 102, как описано ниже.
Если предусмотрена катушка 104 обратной связи, при протекании тока через индукционную катушку 103 катушка 104 обратной связи будет воспринимать магнитное поле, испускаемое индукционной катушкой 103. Когда токоприемник 204, содержащийся в сменном баллоне 2, вводится в данное магнитное поле, магнитное поле становится искаженным в зависимости от физических свойств токоприемника, и, следовательно, сигнал, воспринимаемый от катушки 104 обратной связи, будет изменяться. При электрическом соединении микроконтроллерного блока с катушкой 104 обратной связи микроконтроллерный блок может осуществлять интерпретацию сигнала, принимаемого от катушки 104 обратной связи, и определения из этой интерпретации того, какой тип токоприемника 204 расположен рядом с устройством 1 или какова его форма, если таковой имеется.
Катушка 104 обратной связи также может быть использована в качестве средства управления питанием для предотвращения ситуации, когда токоприемник 204 становится слишком горячим. Поскольку токоприемник нагревается во время работы, его влияние на магнитное поле, генерируемое индукционной катушкой 103, изменяется. При электрическом соединении микроконтроллерного блока с катушкой 104 обратной связи микроконтроллерный блок может осуществлять интерпретацию сигнала, принятого от катушки 104 обратной связи, и определять из этой интерпретации температуру токоприемника 204. Затем микроконтроллерный блок может управлять количеством пропускаемого через индукционную катушку 103 тока.
Другим использованием выходного сигнала от катушки 104 обратной связи микроконтроллерным блоком является мониторинг вида питания, подаваемого посредством электронных схем. При дискретизации выходного сигнала от катушки 104 обратной связи микроконтроллерный блок может осуществлять изменения характеристик электронных схем для гарантирования того, что переменный ток, пропускаемый через индукционную катушку 103, соответствует конкретному токоприемнику 204 вблизи индукционной катушки 103.
Если в электронных схемах устройства для испарения не присутствует ни микроконтроллерный блок, ни катушка 104 обратной связи, устройство работает при заданном уровне мощности и работает в состоянии или «включено», или «выключено».
Пример конструкции как устройства 1, так и сменного баллона 2 показан на фиг. 4А и 4В. Конфигурация как устройства 1, так и сменного баллона 2 в значительной степени зависит от способности индукционной катушки 103 эффективно нагревать токоприемник 204, а если присутствует катушка 104 обратной связи, - от обеспечения возможности взаимодействия данной катушки с магнитными полями, генерируемыми индукционной катушкой 103. В случае по фиг. 4А и 4В индукционная катушка 103 имеет трубчатую форму и расположена так, что как только сменный баллон 2 соединяется с устройством 1, токоприемник 204 плотно прилегает внутри индукционной катушки 103. Хотя это не показано на фиг. 4А и 4В, в том случае, если также присутствует катушка 104 обратной связи, данная катушка может быть размещена в конструкции концентрического типа внутри или вокруг индукционной катушки 103.
Несмотря на то, что только один токоприемник 204 показан на фиг. 4А и 4В, не исключено использование более одного токоприемника 204 в фитиле 203.
Конструкция, альтернативная устройству для испарения по фиг. 4А и 4В, показана на фиг. 5А–5С. Данные фигуры показывают конструкцию, которая использует гель-матрицу, при этом резервуар 201’ и средство 203’ переноса текучей среды составляют одно целое друг с другом, и при этом гель может поддерживаться решетчатым материалом (не показан) для придания ему механической прочности. Поскольку текучая среда в гель-матрице испаряется рядом с токоприемником 204, остальная часть текучей среды в резервуаре 201’ перемещается по направлению к токоприемнику 204.
Фиг. 6А–6С показывают дополнительный пример устройства для испарения. В данном варианте осуществления сменный баллон 2 содержит фитиль 203, который покрывает изнутри внутреннюю сторону сменного баллона 2, имеющего форму капсулы. Фитиль насыщается летучей текучей средой 202, и летучая текучая среда 202 испаряется за счет локализованного нагрева от токоприемника 204, также расположенного в фитиле 203 с одной стороны капсулы. Сменный баллон 2 также содержит закрывающий элемент 206, который может быть перфорирован.
Устройство 1 по примеру, показанному на фиг. 6А–6С, содержит перфорирующие элементы 105 в виде трубок, которые выполнены с возможностью прокалывания закрывающего элемента 206 сменного баллона 2 во время работы устройства для испарения. Индукционная катушка 103 на элементе 1 основания расположена так, чтобы соответствовать наружной форме сменного баллона 2.
Для приведения в действие варианта осуществления, показанного на фиг. 6А–6С, пользователь помещает сменный баллон 2 в устройство 1 так, чтобы токоприемник 204 в сменном баллоне 2 мог взаимодействовать с индукционной катушкой 103 устройства 1. Для облегчения установки сменного баллона 2 в правильной ориентации, на сменном баллоне 2 может быть предусмотрен элемент для выравнивания (не показан), который совмещается с соответствующим элементом на устройстве 1.
Затем пользователь закрывает крышку устройства 1, чтобы заставить перфорирующий элемент 105 проколоть закрывающий элемент 206. После этого индукционная катушка 103 нагревает токоприемник 204 сменного баллона 2, как описано ранее, вызывая испарение летучей текучей среды 202 в фитиле 203 рядом с токоприемником 204 и ее вытекание наружу через перфорирующие элементы 105. Поскольку летучая текучая среда 202, которая находится рядом с токоприемником 204, испаряется, летучая текучая среда 202, которая находится дальше от токоприемника 204, втягивается по направлению к нему за счет капиллярного эффекта, как описано ранее.
Если летучая текучая среда 202 в варианте осуществления по фиг. 6А-6С имеет вид геля, то фитиль 203 может быть выполнен в виде решетки, как описано выше в связи с фиг. 5А–5С, или может быть выполнен в любой другой форме, которая будет поддерживать гель.
В качестве необязательной предохранительной меры в конструкции, показанной на фиг. 6А–6С, перфорирующие элементы 105 могут быть осуществлены недоступными, когда устройство не используется.
Следует принять во внимание, что конструкции, показанные на фиг. 4А–6С, могут быть выполнены с возможностью обеспечения размещения более одного сменного баллона 2. Например, на устройстве 1 могут быть предусмотрены дополнительные гнезда для обеспечения возможности присоединения дополнительных сменных баллонов 2. Каждое гнездо на устройстве 1 может быть снабжено своей собственной индукционной катушкой 103 с тем, чтобы можно было обеспечить нагрев текучей среды 202, содержащейся в каждом сменном баллоне 2, независимо от текучей среды, содержащейся в других сменных баллонах 2. В альтернативном варианте все сменные баллоны 2 могут быть избирательно нагреты посредством единственной индукционной катушки 103, расположенной в устройстве 1, с использованием традиционных схем с реле времени. Независимо от числа используемых индукционных катушек 103 или числа используемых сменных баллонов 2 принцип работы был бы таким же, как описанный выше.
В идеальном случае выбранный материал должен быть магнитным и должен иметь большие гистерезисные потери с тем, чтобы при его неоднократном намагничивании и размагничивании под действием внешнего магнитного поля сравнительно большая часть энергии внешнего поля превращалась в тепло. Магнитные свойства, проявляемые таким магнитным материалом, могут быть представлены графиком зависимости плотности (В) потока от напряженности (Н) магнитного поля, который показан на фиг. 7. Материалы, имеющие сравнительно низкие гистерезисные потери, обычно характеризуются посредством сплошной петли гистерезиса, которая имеет небольшую площадь, в то время как материалы, имеющие сравнительное высокие гистерезисные потери, обычно характеризуются посредством пунктирной петли гистерезиса, которая имеет большую площадь. Доля энергии внешнего магнитного поля, которая преобразуется в тепло токоприемником для каждого магнитного цикла, пропорциональна площади петли гистерезиса, соответствующей конкретному магнитному материалу. Соответственно, магнитные материалы, имеющие петлю гистерезиса небольшой площади, выделяют меньше тепла, когда подвергаются воздействию заданного переменного магнитного поля, и плохо функционируют в качестве материалов токоприемников. Напротив, магнитные материалы, имеющие петли гистерезиса большой площади, выделяют больше тепла, когда подвергаются воздействию такого же переменного магнитного поля, и хорошо функционируют в качестве материалов токоприемников. Площадь петли гистерезиса магнитного материала пропорциональна его коэрцитивности, так что материал, имеющий высокую коэрцитивность, может быть особенно подходящим для использования в качестве токоприемника. Подобный материал предпочтительно должен иметь коэрцитивность более 50 Ампер на метр и более предпочтительно коэрцитивность в диапазоне 150—1500 Ампер на метр.
При применении важно, чтобы выбранный материал не имел чрезмерно высокой коэрцитивности, чтобы внешние переменные магнитные поля могли легко вызывать необходимые изменения знака магнитного потока в материале. Такие материалы известны как магнитно-мягкие материалы и, таким образом, отличаются от магнитно-твердых материалов с очень высокой коэрцитивностью, которые, как правило, используются при применениях постоянных магнитов.
Реферат
Группа изобретений относится к области устройств для распространения рабочих веществ в окружающую среду. Узел для испарения летучей текучей среды содержит испарительное устройство и сменный баллон. Испарительное устройство и сменный баллон отсоединяемы друг от друга. Испарительное устройство содержит магнитную индукционную катушку. Сменный баллон содержит резервуар для летучей текучей среды, средство переноса летучей текучей среды для втягивания текучей среды из резервуара и по меньшей мере один токоприемник. Токоприемник выполнен с возможностью нагрева средства переноса летучей текучей среды при пропускании переменного тока через индукционную катушку. Обеспечивается безопасность использования и возможность оперативного регулирования интенсивности распространения рабочего вещества. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.
