Устройство для испарения летучего вещества - RU2648837C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к устройству для испарения летучего вещества, например душистого вещества, пестицида или лекарственного препарата.

Известны устройства для 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 не ощутимо 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.

Настоящее изобретение имеет целью устранение вышеуказанных недостатков решений предшествующего уровня техники и обеспечивает упрощенную, более дешевую и безопасную конструкцию устройства для испарения летучего вещества. Это обеспечивается, например, за счет снижения массы нагреваемых компонентов, уменьшения инерционности нагрева, отсутствия электрических соединений для токоприемника и т.п.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечен узел для испарения летучего вещества, при этом узел содержит устройство и сменный баллон, которые отсоединяемы друг от друга; при этом устройство содержит индукционную катушку; и при этом сменный баллон включает в себя по меньшей мере один токоприемник (индукционных токов) и содержащий летучее вещество, практически не проницаемый для жидкостей, герметичный резервуар, при этом токоприемник(и) выполнен с возможностью нагрева данного вещества при эксплуатации, когда токоприемник(и) при эксплуатации по меньшей мере частично расположен в индуцированном магнитном поле, генерируемым при пропускании переменного тока через индукционную катушку.

Сменный баллон предпочтительно снабжен мембраной для практически герметичного закрытия резервуара с обеспечением непроницаемости для жидкостей. Мембрана может представлять собой газопроницаемую мембрану. В альтернативном варианте или в качестве дополнения мембрана может иметь один или более газопроницаемых участков, которые могут быть открыты пользователем узла перед вставкой сменного баллона в устройство.

Сменный баллон может быть снабжен прокалываемой пленкой для практически герметичного закрытия резервуара с обеспечением непроницаемости для жидкостей, а устройство может быть снабжено перфорирующим элементом, который выполнен с возможностью прокалывания пленки при присоединении сменного баллона к устройству. В альтернативном варианте или в качестве дополнения сменный баллон может дополнительно содержать крышку, чей перфорирующий элемент может быть выполнен с возможностью прокалывания при присоединении сменного баллона с устройством.

Устройство может быть снабжено более чем одним перфорирующим элементом для прокалывания сменного баллона в более чем одном месте на сменном баллоне.

Испарившееся вещество может выделяться через пространство, образованное между перфорирующим элементом и проколотым отверстием. Тем не менее, предпочтительно, если данный или каждый перфорирующий элемент является полым. Это обеспечивает один или более каналов для выделения испаряемого вещества наружу из сменного баллона. За счет выполнения сменного баллона с проницаемой для текучих сред мембраной и/или с прокалываемой пленкой, и/или с крышкой настоящее изобретение обеспечивает различным сменным баллонам возможность быть быстро и без проблем взаимозаменяемыми при эксплуатации. Поскольку сменные баллоны могут быть так легко взаимозаменяемы, настоящее изобретение особенно подходит для испарения малых количеств вещества. В данном случае проблемы, указанные ранее в связи с документом WO 2005/112510, возникают в меньшей степени, поскольку количество нагреваемого вещества мало. Кроме того, наличие проницаемой для текучих сред мембраны и/или прокалываемой пленки, и/или крышки улучшает безопасность работы узла, поскольку токоприемник(и) может удерживаться под таковыми для предотвращения легкости доступа пальца к токоприемнику, что предпочтительно, поскольку данный токоприемник(и) становится горячим после использования.

В некоторых вариантах осуществления магнитный токоприемник может быть встроен в резервуар. Заключение токоприемника внутри резервуара, а не присутствие его в открытом состоянии на крае сменного баллона, минимизирует вероятность травмы, поскольку токоприемник является менее доступным, и, следовательно, вероятность случайного касания его во время эксплуатации будет меньше. В альтернативном варианте или в качестве дополнения резервуар может быть полностью или частично покрыт внутри магнитным токоприемником. В качестве дополнительного альтернативного варианта или дополнительной конфигурации резервуар может полностью или частично состоять из магнитного токоприемника.

Магнитный токоприемник предпочтительно имеет форму не свернутой спирально полоски. Таким образом, токоприемник будет в меньшей степени подвержен нагреву вихревыми токами и вместо этого выполнен с возможностью его нагрева преимущественно за счет гистерезиса.

Предпочтительно, когда летучее вещество представляет собой летучую жидкость и/или летучий гель, сменный баллон может дополнительно содержать средство переноса летучего вещества для переноса и хранения некоторой части летучей жидкости и/или летучего геля.

Назначение средства переноса летучего вещества состоит в обеспечении возможности лучшего регулирования испарения летучей жидкости и/или летучего геля. Токоприемник(и) предпочтительно размещен в контакте со средством переноса летучего вещества, и особенно предпочтительно, если токоприемник(и) полностью или частично встроен в средство переноса летучей текучей среды, при этом подобная конструкция означает, что тепло, выделяющееся из токоприемника, в значительной степени удерживается внутри средства переноса летучего вещества и не будет передаваться жидкости и/или гелю, содержащимся в резервуаре.

В контексте настоящего изобретения термин «средство переноса летучего вещества» 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 летучего вещества в настоящем изобретении может представлять собой волокнистое вещество, такое как целлюлозный фитиль или тому подобное, или средство переноса летучего вещества может представлять собой пористое вещество, такое как керамический фитиль или тому подобное. В альтернативном варианте средство переноса летучего вещества может представлять собой гель-матрицу или тому подобное, и в данной конфигурации резервуар и средство переноса летучего вещества могут быть выполнены из одинакового материала и/или могут составлять практически одно целое друг с другом.

В случае использования средства переноса летучего вещества, это средство переноса летучего вещества может по меньшей мере частично покрывать резервуар.

Если средство переноса летучего вещества предусмотрено в сменном баллоне, то может быть предпочтительно, чтобы токоприемник(и) был предусмотрен в непосредственном контакте с ним. В некоторых вариантах осуществления токоприемник(и) может быть по меньшей мере частично встроен в средство переноса летучего вещества. В альтернативном варианте или дополнительно токоприемник(и) может окружать участок средства переноса летучего вещества.

Однако, наиболее предпочтительно, если токоприемник(и) полностью встроен в средство переноса летучего вещества.

Одно преимущество заключения/встраивания токоприемника(ов) полностью в средство переноса летучего вещества состоит в том, что тепло, выделяющееся из токоприемника(ов), более эффективно передается соседнему летучему веществу в средстве переноса летучего вещества, а не всему средству переноса летучего вещества в некоторой части резервуара или во всем резервуаре. Это предпочтительно, поскольку в том случае, когда летучее вещество представляет собой душистое вещество, лекарственный препарат, вещество для борьбы с вредителями или активный фармацевтический ингредиент, нагрев всего резервуара может привести к снижению качества вещества в течение срока службы сменного баллона, что очевидно нежелательно.

Заключение токоприемника(ов) полностью в средстве переноса летучего вещества также минимизирует вероятность травмы, поскольку токоприемник менее доступен, и, следовательно, вероятность случайного касания его во время использования будет меньше.

Поскольку в токоприемнике(ах) индуцируется тепло, не требуется, чтобы какие-либо электрические соединители проходили через резервуар к токоприемнику(ам), что устраняет возможность возникновения пути утечки полученной в результате текучей среды.

Токоприемник предпочтительно является магнитным. Это позволяет токоприемнику в значительной степени (преимущественно) нагрева за счет магнитного гистерезиса, хотя может появляться некоторый вторичный нагрев за счет вихревых токов.

Для обеспечения устройства со стабильной максимальной рабочей температурой токоприемник(и) может содержать в себе материал со стабильной температурой Кюри, предпочтительно менее 150°С. Когда магнитный(е) токоприемник нагревается за пределы этой температуры, токоприемник(и) становится парамагнитными и больше не будет подвержен гистерезисному нагреву до тех пор, пока он не будет охлажден обратно до температуры, которая ниже его температуры Кюри. За счет выбора магнитного(ых) токоприемника с низкой и стабильной температурой Кюри можно предотвратить ситуацию, когда температура летучей жидкости в средстве переноса летучего вещества превышает заданный уровень, даже если по какой-либо причине избыточная мощность подана к индукционной катушке.

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 летучего вещества.

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 скорость 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.

Для обеспечения как можно более эффективного тепловыделения в токоприемнике(ах), токоприемник(и) может быть практически полностью расположен в пределах индуцированного магнитного поля во время работы узла.

В предпочтительном варианте осуществления сменный баллон снабжен одним магнитным токоприемником.

В альтернативном варианте сменный баллон может быть снабжен более чем одним магнитным 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 единственный 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 её эффективность.

Летучее вещество может представлять собой одно или более из летучего твердого вещества, летучей жидкости, летучего геля, газа. При наличии летучего твердого вещества упомянутое твердое вещество должно иметь mp (температуру плавления)>25°С и bp (температуру кипения)<150°С, и предпочтительно mp>50°С и bp<120°С, при этом примеры включают кристаллы ментола или камфоры. Летучие твердые вещества могут быть образованы, чтобы находиться рядом с токоприемником, или встроены в мат или матрицу, которая должна быть размещена рядом с токоприемником. Летучее вещество предпочтительно представляет собой летучую жидкость и/или летучий гель.

В некоторых вариантах осуществления устройство может дополнительно содержать блок управления для управления работой индукционной катушки. В подобном 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 изменяется форма или масса, или материал, или площадь поверхности токоприемника. 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 автоматического изменения характеристики индукционной катушки, исходя из этого, для применения соответствующего режима нагрева для каждого конкретного сменного баллона.

Для обеспечения как можно более простого и, следовательно, как можно менее дорогостоящего блока управления узел предпочтительно выполнен таким образом, 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 из следующих характеристик токоприемника фиксированными, а одну из следующих характеристик токоприемника переменной для обнаружения данного изменения катушкой 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. Как только 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 гарантировать как можно более эффективную работу устройства, при этом в данной предпочтительной конструкции блок управления осуществляет мониторинг выходного сигнала катушки обратной связи для изменения рабочего цикла так, как требуется для обеспечения оптимизации тока, подаваемого через индукционную катушку, для конкретного токоприемника(ов) 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.

При конфигурировании узла так, что пропускаемый через индукционную катушку переменный ток имеет частоту более 20 кГц, индукционная катушка может более эффективно нагревать токоприемник за счет магнитного гистерезиса. Переменный ток, пропускаемый через индукционную катушку, предпочтительно может быть установлен на частоту более 100 кГц, и более предпочтительно установлен на частоту 150 кГц.

В некоторых вариантах осуществления в устройстве может быть размещено более одного сменного баллона, в результате чего обеспечивают узел с многочисленными резервуарами, каждый из которых имеет свой собственный токоприемник.

Наличие множества 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 некоторых вариантах осуществления устройство может содержать средство выравнивания, предусмотренное или на устройстве, или на сменном баллоне, которое выполнено с возможностью выравнивания сменного баллона с устройством.

Назначение данного средства выравнивания состоит в гарантировании надлежащего размещения токоприемника относительно индукционной катушки.

В других вариантах осуществления устройство может дополнительно содержать в себе дополнительный магнитный токоприемник, выполненный с возможностью нагрева области вокруг индукционной катушки.

Преимущество данного дополнительного токоприемника заключается в том, что он гарантирует надлежащий нагрев компонентов вокруг индукционной катушки, например, сердечника индукционной катушки или деталей, которые поддерживают индукционную катушку, так, чтобы избежать конденсации на данных компонентах какого-либо летучего вещества, которое испаряется.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения обеспечен сменный баллон для крепления к устройству для испарения летучего вещества, при этом сменный баллон содержит: по меньшей мере один токоприемник и содержащий летучее вещество, практически не проницаемый для жидкостей, герметичный резервуар. Токоприемник(и) при эксплуатации с устройством согласно третьему аспекту настоящего изобретения выполнен с возможностью нагрева под действием индуцированного магнитного поля от устройства для нагрева летучего вещества, когда сменный баллон подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля.

Следовательно, в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения обеспечено устройство для испарения летучего вещества из отсоединяемого сменного баллона с летучей текучей средой, содержащего резервуар для летучего вещества и по меньшей мере один токоприемник, при этом устройство содержит магнитную индукционную катушку, предназначенную для работы при пропускаемом через нее переменном токе, для индуцирования магнитного поля.

В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения обеспечен способ испарения летучего вещества, содержащий этапы размещения сменного баллона, содержащего резервуар для летучего вещества и по меньшей мере один токоприемник, в содержащем магнитную индукционную катушку устройстве, 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 летучего вещества посредством упомянутого по меньшей мере одного магнитного токоприемника, нагретого индуцированным изменяющимся магнитным полем от индукционной катушки для испарения летучего вещества.

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 150 кГц.

Практически все вещество в резервуаре предпочтительно выполнено с возможностью его испарения в течение 6 часов непрерывного действия индукционной катушки.

Более предпочтительно, если практически все вещество в резервуаре выполнено с возможностью его испарения в течение 4 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-4С показывают схему размещения примера изобретения.

Фиг.5А-5С показывают примерные конструкции внутренней части сменного баллона, показанного на фиг.4А-4С.

Фиг.6 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 компонент устройства 1. Сменный баллон 2 содержит резервуар 201, в котором удерживается летучее вещество 202. Сменный баллон 2 также содержит токоприемник 204 и необязательное средство 203 переноса летучего вещества, проиллюстрированное здесь в виде фитиля.

При наличии фитиля 203 токоприемник предпочтительно должен находиться в фитиле или по меньшей мере частично находиться в фитиле. Фитиль 203 должен простираться за пределы резервуара 201 так, чтобы вещество 205, которое испаряется из фитиля 203, могло 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-4С. Однако при соединении сменного баллона 2 с устройством 1 основное требование заключается в том, что токоприемник 204 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, за счет преимущественно гистерезисного нагрева, а также за счет нагрева вихревыми токами. Если токоприемник не является магнитным, то токоприемник 204 будет нагреваться только за счет вихревых токов, и не будет происходить никакого гистерезисного нагрева.

В настоящем изобретении узел/устройство для испарения летучего вещества выполнены таким образом, что любой нагрев вихревыми токами составляет <50% от тепла, выделяемого в магнитном токоприемнике(ах), и предпочтительно <40% от тепла, выделяемого в магнитном токоприемнике(ах), происходит от вторичных вихревых токов, и более предпочтительно <35% от тепла, выделяемого в магнитном токоприемнике(ах), происходит от вторичных вихревых токов, и наиболее предпочтительно менее 30% от тепла, выделяемого в магнитном токоприемнике(ах), происходит от вторичных вихревых токов. Остальной нагрев обеспечивается за счет гистерезиса.

Поскольку нагревается токоприемник 204, летучее вещество 202 вокруг токоприемника 204 также начинает нагреваться и испаряться для рассеивания в наружном пространстве сменного баллона 2.

Для управления тем, сколько летучего вещества 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 формы 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, чтобы переменный ток, пропускаемый через индукционную катушку 103, соответствовал 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-4С. 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-4С 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-4С, 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.

Сменный баллон 2 содержит резервуар 201, содержащий летучее вещество 202. Данное вещество испаряется под действием тепла от токоприемника 204. Сменный баллон 2 также содержит закрывающий элемент 206, который может быть перфорированным.

Устройство 1 по примеру, показанному на фиг.4А-4С, 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.4А-4С, 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 летучего вещества 202 и его вытекание наружу через перфорирующие элементы 105.

Существует возможность того, что летучее вещество 202 в варианте осуществления по фиг.4А-4С будет иметь форму геля.

В качестве необязательной предохранительной меры в конструкции, показанной на фиг.4А-4С, перфорирующий элемент 105 может быть осуществлен недоступным, когда устройство не используется.

Фиг.5А-5С показывают три примерных поперечных сечения внутренней части сменного баллона 2.

Фиг.5А показывает первую конструкцию, в которой не используется никакого фитиля 203. В данной конструкции токоприемник 204 непосредственный нагревает летучее вещество 202 в резервуаре 201. Токоприемник может быть расположен в или на резервуаре. Токоприемник 204 предпочтительно должен быть выполнен и расположен так, чтобы гарантировать, что практически все летучее вещество в сменном баллоне 2 может быть испарено.

Несмотря на то, что токоприемник 204, показанный на фиг.5А, показан как являющийся отдельным компонентом от резервуара 201 для вещества, это необязательно должно иметь место, поскольку вместо этого стенка резервуара 201 для вещества может функционировать в качестве токоприемника. В данной ситуации при пропускании переменного тока через индукционную катушку 103 весь резервуар 201 вокруг летучего вещества 202 будет нагреваться. В данной ситуации было бы необходимо гарантировать то, что пользователь не сможет коснуться резервуара 201 сменного баллона 2 во время испарения летучего вещества 202 для гарантирования, что он не травмируется.

На фиг.5В показана альтернативная конструкция сменного баллона 2, в которой используется фитиль 203. В этом случае фитиль выполнен с такой формой, чтобы сидеть в нижней части резервуара 201, и предварительно насыщен летучим веществом 202. Токоприемник 204 предпочтительно размещен внутри фитиля 203. При нагреве токоприемника 204 посредством индукционной катушки 103 летучее вещество 202 рядом с токоприемником начинает испаряться из фитиля 203. По мере испарения данного летучего вещества, летучее вещество 202, находящееся дальше от токоприемника 204, переносится к нему за счет капиллярного эффекта в фитиле 203.

На фиг.5С показана третья конструкция сменного баллона 2, которая представляет собой гибрид конструкций, показанных на фиг.5А и 5В. В данной конструкции по меньшей мере участок фитиля 203 простирается над летучим веществом 202 в резервуаре 201. По мере испарения вещества из фитиля 203 новое летучее вещество поступает в фитиль 203 из резервуара 201. Новое летучее вещество переносится к токоприемнику 204 за счет капиллярного эффекта в фитиле 203, как описано ранее.

Несмотря на то что на фиг.4А-5С показан только один токоприемник 204, может использоваться более одного токоприемника 204.

Примерными формами для каждого токоприемника 204 могут быть полоска, сбегающая вниз длины резервуара 201 и/или фитиля 203, или кольцо, проходящее вокруг него. Также могут быть использованы другие формы в зависимости от того, как подразумевается нагревать летучее вещество 202 в резервуаре 201, и в зависимости от того, где в устройстве 1 расположена индукционная катушка 103.

Следует принять во внимание, что конструкции, показанные на фиг.4А-5С, 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 вещества 202, содержащегося в каждом сменном баллоне 2, независимо от вещества, содержащегося 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.6. Материалы, имеющие сравнительно низкие гистерезисные потери, обычно характеризуются посредством сплошной петли гистерезиса, которая имеет небольшую площадь, в то время как материалы, имеющие сравнительно 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 150 Ампер на метр и более предпочтительно коэрцитивность в диапазоне 50-1500 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 устройствам и способам испарения летучих веществ. Узел для испарения летучего вещества, содержит устройство и сменный баллон, отсоединяемые друг от друга. Устройство содержит магнитную индукционную катушку, блок управления для управления работой индукционной катушки и катушку обратной связи, выполненную с возможностью взаимодействия с магнитным полем, генерируемым индукционной катушкой, при этом блок управления обрабатывает выходной сигнал от катушки обратной связи и изменяет один или более рабочих параметров индукционной катушки исходя из данного выходного сигнала. Сменный баллон содержит по меньшей мере один токоприемник и практически герметичный для жидкостей резервуар, содержащий летучее вещество; при этом токоприемник(и) выполнен с возможностью нагрева вещества, когда магнитный токоприемник(и) расположен в индуцированном магнитном поле. Также раскрывается устройство для испарения летучего вещества и способ испарения летучего вещества. Группа изобретений обеспечивает упрощение конструкции, уменьшение стоимости, а также увеличение безопасности устройства для испарения. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула