Настоящее изобретение относится к управлению нагревателем. Конкретные описанные примеры относятся к управлению нагревателем в электрически нагреваемой системе, генерирующей аэрозоль. Аспекты настоящего изобретения направлены на электрически нагреваемую систему, генерирующую аэрозоль, и способ эксплуатации электрически нагреваемой системы, генерирующей аэрозоль. Некоторые описанные примеры относятся к системе, которая может обнаруживать аномальные изменения электрического сопротивления нагревательного элемента, что может указывать на неблагоприятные условия на нагревательном элементе. Неблагоприятные условия могут, например, указывать на исчерпание уровня субстрата, образующего аэрозоль, в системе. В некоторых описанных примерах система может быть эффективной с нагревательными элементами с разным электрическим сопротивлением. В других примерах обнаруженные признаки электрического сопротивления могут использоваться для определения или выбора того, как система может функционировать. Некоторые аспекты и признаки настоящего изобретения особенно применимы к электрически нагреваемым курительным системам.
В документе WO 2012/085203 описана электрически нагреваемая курительная система, содержащая часть для хранения жидкости для хранения жидкого субстрата, образующего аэрозоль; электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева жидкого субстрата, образующего аэрозоль; и электрическую схему, выполненную с возможностью определения исчерпания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на основании соотношения между мощностью, подаваемой на нагревательный элемент, и результирующим изменением температуры нагревательного элемента. В частности, электрическая схема выполнена с возможностью расчета скорости повышения температуры нагревательного элемента, причем высокая скорость повышения температуры свидетельствует о высыхании фитиля, который передает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в нагреватель. Система сравнивает скорость повышения температуры с пороговым значением, сохраняемым в запоминающем устройстве во время изготовления. Если скорость повышения температуры превышает пороговое значение, система может прекратить подачу питания на нагреватель.
В системе из документа WO 2012/085203 может использоваться электрическое сопротивление нагревательного элемента для расчета температуры нагревательного элемента, что является преимуществом, так как не требует специального датчика температуры. Однако система по-прежнему требует хранения порогового значения, которое зависит от сопротивления нагревательного элемента, и поэтому оптимизирована для нагревательных элементов, имеющих определенное электрическое сопротивление или диапазон сопротивления.
Однако может быть желательно, чтобы система работала с разными нагревателями. Обычно в системе типа, описанного в документе WO 2012/085203, в одноразовом картридже вместе с подачей жидкого субстрата, образующего аэрозоль, предусматривается нагреватель. Нагревательные элементы в разных картриджах могут иметь разные электрические сопротивления. Это может быть результатом производственных допусков в картриджах того же типа, или потому что для использования в системе доступны разные конструкции картриджей для обеспечения разных ощущений пользователя. Система из документа WO 2012/085203 оптимизирована для нагревателя, имеющего известное конкретное электрическое сопротивление, используемое в системе, которое определяется во время изготовления системы.
Было бы желательно иметь альтернативную систему для определения высыхания нагревателя или других неблагоприятных условий на нагревателе в электрической курительной системе и, в частности, в системе, которая может работать с разными нагревателями.
В электрически нагреваемых системах, генерирующих аэрозоль, имеющих постоянную часть устройства и расходную часть, которая содержит субстрат, образующий аэрозоль, также было бы желательно иметь возможность легко определить, является ли расходная часть «подлинной» или является расходной частью, которая считается изготовителем устройства совместимой с устройством. Это справедливо как в системах, в которых нагреватель является частью расходной части, так и в системах, в которых нагреватель является частью постоянного устройства.
В первом аспекте предоставлена электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, содержащая:
электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль;
блок питания; и
электрическую схему, соединенную с электрическим нагревателем и блоком питания и содержащую запоминающее устройство, при этом электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и с возможностью управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия неблагоприятного условия или с возможностью предоставления индикации на основании наличия неблагоприятного условия.
Должно быть ясно, что фраза «когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени» охватывает как ситуацию, когда соотношение достигает порогового значения раньше ожидаемого интервала времени, так и ситуацию, когда соотношение достигает порогового значения позже ожидаемого интервала времени или вообще не достигает порогового значения.
Одним из неблагоприятных условий в системе, генерирующей аэрозоль, или устройстве, генерирующем аэрозоль, является недостаточный или исчерпанный субстрат, образующий аэрозоль, на нагревателе. В общем, чем меньше субстрата, образующего аэрозоль, доставляется в нагреватель для испарения, тем выше будет температура нагревательного элемента для данной подаваемой мощности. Для данной мощности процесс изменения температуры нагревательного элемента в течение цикла нагрева или развитие этого процесса изменения в течение нескольких циклов нагрева могут быть использованы для определения того, произошло ли исчерпание количества субстрата, образующего аэрозоль, на нагревателе и, в частности, недостаточно ли нагревателе субстрата, образующего аэрозоль.
Другим неблагоприятным условием является наличие поддельного или несовместимого нагревателя или поврежденного нагревателя в системе, которая имеет воспроизводимый или одноразовый нагреватель. Если сопротивление нагревательного элемента возрастает быстрее или медленнее, чем ожидалось для данной подаваемой мощности, возможно, это связано с тем, что нагреватель является поддельным и имеет электрические свойства, отличные от подлинного нагревателя, или это может быть связано с тем, что нагреватель каким-то образом поврежден. В любом случае электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагреватель.
Другим неблагоприятным условием является наличие в системе поддельного, несовместимого, или старого, или поврежденного субстрата, образующего аэрозоль. Если сопротивление нагревательного элемента возрастает быстрее или медленнее, чем ожидалось для данной подаваемой мощности, это может быть связано с тем, что субстрат, образующий аэрозоль, является поддельным или старым и поэтому имеет более высокое или низкое содержание влаги, чем ожидалось. Например, если используется твердый субстрат, образующий аэрозоль, если он очень старый или неправильно хранился, он может стать сухим. Если субстрат суше, чем ожидалось, на испарение будет использоваться меньше энергии, чем ожидалось, и температура нагревателя будет повышаться быстрее. Это приведет к неожидаемому изменению электрического сопротивления нагревательного элемента.
Путем использования соотношения начального сопротивления и последующего сопротивления, системе не нужно определять фактическую температуру нагревательного элемента или иметь какие-либо предварительно сохраненные знания о сопротивлении нагревательного элемента при данной температуре. Это позволяет использовать разные разрешенные нагреватели в системе и допускает отклонения абсолютного сопротивления нагревателя того же типа из-за производственных допусков, не вызывая неблагоприятного условия. Это также позволяет обнаруживать несовместимый нагреватель.
Использование измерения начального сопротивления и последующего изменения сопротивления также позволяет устанавливать более точные пороговые значения для определения конкретных неблагоприятных условий. Отношение изменения сопротивления к начальному сопротивлению не зависит от отклонений размера или формы нагревателя, обусловленных производственными допусками, или от отклонения паразитных контактных сопротивлений в системе, а только от свойств материала нагревателя и субстрата, образующего аэрозоль.
Электрическая схема может фактически не вычислять соотношение или изменение электрического сопротивления и сравнивать соотношение с пороговым значением, а может производить эквивалентное сравнение измеренного значения сопротивления с пороговым значением, полученным из одного или нескольких сохраненных значений, и одного или нескольких измеренных значений сопротивления. Например, электрическая схема может сравнивать измеренное электрическое сопротивление нагревательного элемента в момент после первоначальной подачи питания на электрический нагреватель от блока питания со значением, вычисленным из начального электрического сопротивления, и пороговым значением, сохраненным в запоминающем устройстве.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального электрического сопротивления нагревательного элемента и электрического сопротивления нагревательного элемента в момент времени после первоначальной подачи питания на электрический нагреватель от блока питания. Если время между измерениями электрического сопротивления известно или определено, то может быть рассчитана скорость изменения сопротивления, которая при заданном коэффициенте сопротивления нагревательного элемента соответствует скорости изменения температуры. Система может быть выполнена с возможностью подачи всегда одинаковой мощности на нагреватель, или пороговое значение или пороговые значения могут зависеть от мощности, подаваемой на нагреватель.
Начальное электрическое сопротивление можно измерить перед первым использованием нагревателя. Если начальное сопротивление измеряется перед первым использованием нагревателя, можно предположить, что нагревательный элемент находится при приблизительно комнатной температуре. Поскольку ожидаемое изменение сопротивления со временем может зависеть от начальной температуры нагревательного элемента, измерение начального сопротивления при комнатной температуре или близкой к комнатной позволяет установить более узкие диапазоны ожидаемого поведения.
Начальное сопротивление может быть рассчитано как начальное измеренное сопротивление минус предполагаемое паразитное сопротивление, возникающее вследствие наличия других электрических компонентов и электрических контактов внутри системы.
Система может содержать устройство и картридж, соединенный с возможностью съема с устройством, причем блок питания и электрическая схема находятся в устройстве, а электрический нагреватель и субстрат, образующий аэрозоль, находятся в картридже с возможностью съема. В данном контексте картридж, «соединенный с возможностью съема» с устройством, означает, что картридж и устройство могут быть соединены и отсоединены друг от друга без значительного повреждения как устройства, так и картриджа.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью обнаружения вставки и удаления картриджа из устройства. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального электрического сопротивления нагревателя при первоначальной вставке картриджа в устройство, но до того, как произошел значительный нагрев. Электрическая схема может сравнивать измеренное начальное сопротивление с диапазоном допустимого электрического сопротивления, хранящимся в запоминающем устройстве. Если начальное сопротивление выходит за пределы допустимого сопротивления, его можно считать поддельным, несовместимым или поврежденным. В этом случае электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания до тех пор, пока картридж не будет удален и заменен другим картриджем.
С устройством можно использовать картриджи, имеющие разные свойства. Например, с устройством можно использовать два разных картриджа, имеющих нагреватели разного размера. Более большой нагреватель может использоваться для доставки большего количества аэрозоля пользователям, имеющим такое личное предпочтение.
Картридж может быть заправляемым или может быть выполнен с возможностью удаления при исчерпании субстрата, образующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата при нагревании. Субстрат, образующий аэрозоль, в качестве альтернативы может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которое при использовании способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля и при рабочей температуре системы по существу устойчиво к термической деградации. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, помимо всего прочего: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.
Картридж может содержать жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Для жидкого субстрата, образующего аэрозоль, определенные физические свойства, например давление пара или вязкость субстрата, выбираются таким образом, чтобы быть пригодными для использования в системе, генерирующей аэрозоль. Жидкость предпочтительно содержит табакосодержащий материал, содержащий летучие вкусоароматические соединения табака, которые высвобождаются из жидкости при нагревании. Альтернативно или дополнительно жидкость может содержать нетабачный материал. Жидкость может содержать воду, этанол или другие растворители, растительные экстракты, растворы никотина и натуральные или искусственные ароматизаторы. Предпочтительно жидкость дополнительно содержит вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Преимущество предоставления части для хранения жидкости заключается в том, что жидкость в части для хранения жидкости защищается от окружающего воздуха. В некоторых вариантах осуществления окружающее освещение также не может проникать в часть для хранения жидкости, чтобы исключить риск ухудшения свойств жидкости, вызванного светом. Более того, может поддерживаться высокий уровень гигиены.
Предпочтительно часть для хранения жидкости выполнена с возможностью вмещать жидкость для заданного количества затяжек. Если часть для хранения жидкости является незаправляемой, и жидкость в части для хранения жидкости была израсходована, часть для хранения жидкости должна быть заменена пользователем. Во время такой замены необходимо предотвратить загрязнение пользователя жидкостью. В качестве альтернативы часть для хранения жидкости может быть заправляемой. В этом случае система, генерирующая аэрозоль, может быть заменена после определенного количества заправок части для хранения жидкости.
В качестве альтернативы субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым субстратом. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматные соединения табака, которые высвобождаются из субстрата при нагревании. В качестве альтернативы субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Если субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой твердый субстрат, образующий аэрозоль, то твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, одно или несколько из следующего: порошок, гранулы, шарики, крупицы, тонкие трубки, полоски или листы, содержащие одно или несколько из следующего: травяные листья, табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак, формованный листовой табак и взорванный табак. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может иметь рассыпную форму или может быть предоставлен в подходящей таре или картридже. При необходимости твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматные соединения, предназначенные для высвобождения при нагревании субстрата. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать капсулы, которые содержат, например, дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматные соединения, и такие капсулы могут плавиться во время нагревания твердого субстрата, образующего аэрозоль.
В контексте данного документа термин «гомогенизированный табак» относится к материалу, образованному путем агломерации сыпучего табака. Гомогенизированный табак может иметь форму листа. Содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять более 5% по сухому весу. В качестве альтернативы содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять от 5% до 30% по сухому весу. Листы гомогенизированного табачного материала можно формировать путем агломерирования сыпучего табака, полученного размалыванием или иным измельчением слоев табачного листа или жилок табачного листа, или того и другого. В качестве альтернативы или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или несколько из табачной пыли, табачной мелочи и других сыпучих табачных побочных продуктов, образующихся, например, при обработке, обращении и доставке табака. Листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или несколько собственных связующих, т. е. табачных эндогенных связующих, одно или несколько внешних связующих, т. е. табачных экзогенных связующих, или их сочетание, что способствует агломерированию сыпучего табака; в качестве альтернативы или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать другие добавки, включая, но без ограничения, табачные и нетабачные волокна, вещества для образования аэрозоля, увлажнители, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, водные и неводные растворители и их сочетания.
При необходимости твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен на термостабильном носителе или встроен в него. Носитель может иметь форму порошка, гранул, шариков, крупиц, тонких трубочек, полосок или листов. В качестве альтернативы носитель может представлять собой трубчатый носитель, содержащий тонкий слой твердого субстрата, нанесенный на его внутреннюю поверхность или на его наружную поверхность, или как на его внутреннюю, так и на наружную поверхности. Такой трубчатый носитель может быть выполнен, например, из бумаги или подобного бумаге материала, нетканого мата из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками, или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостабильной полимерной матрицы.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на поверхность носителя в форме, например, листа, пеноматериала, геля или суспензии. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на всю поверхность носителя или, в качестве альтернативы, может быть нанесен узором с целью обеспечения неоднородной доставки ароматного вещества во время использования.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен в качестве курительного изделия, такого как сигарета, для использования с устройством, содержащим нагреватель, блок питания и электрическую схему.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью обнаружения вставки и удаления субстрата, образующего аэрозоль, из устройства. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального электрического сопротивления нагревателя при первоначальной вставке субстрата, образующего аэрозоль, в устройство, но до того, как произошел значительный нагрев. Электрическая схема может сравнивать измеренное начальное сопротивление с диапазоном допустимого электрического сопротивления, хранящимся в запоминающем устройстве. Если начальное сопротивление выходит за пределы допустимого сопротивления, субстрат, образующий аэрозоль, может считаться поддельным, несовместимым или поврежденным. В этом случае электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания до тех пор, пока субстрат, образующий аэрозоль, не будет удален и заменен.
Электрический нагреватель может содержать один нагревательный элемент. В качестве альтернативы электрический нагреватель может содержать более одного нагревательного элемента, например два, или три, или четыре, или пять, или шесть, или больше нагревательных элементов. Нагревательный элемент или нагревательные элементы могут быть расположены соответствующим образом, чтобы наиболее эффективно нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль.
По меньшей мере один электрический нагревательный элемент предпочтительно содержит электрически резистивный материал. Подходящие электрически резистивные материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящая» керамика (как, например, дисилицид молибдена); углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композиционные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композиционные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы. Примеры подходящих металлических сплавов включают нержавеющую сталь, константан, сплавы, содержащие никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы, и суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal®, сплавы на основе железа и алюминия, и сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal® представляет собой зарегистрированную торговую марку компании Titanium Metals Corporation. В композиционных материалах электрически резистивный материал может быть при необходимости встроен в изолирующий материал, инкапсулирован в него или покрыт им, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых внешних физико-химических свойств. Нагревательный элемент может содержать металлическую травленую фольгу, изолированную между двумя слоями инертного материала. В этом случае инертный материал может содержать Kapton®, полностью полиимид или фольгу из слюды. Kapton® представляет собой зарегистрированную торговую марку компании E.I. du Pont de Nemours and Company.
По меньшей мере один электрический нагревательный элемент может иметь любую подходящую форму. Например, по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может иметь форму нагревательной пластины. В качестве альтернативы по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может иметь форму чехла или субстрата, имеющего разные электропроводящие части, или форму электрически резистивной металлической трубки. Часть для хранения жидкости может содержать одноразовый нагревательный элемент. В качестве альтернативы могут также подойти одна или несколько нагревательных игл или стержней, которые проходят через жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В качестве альтернативы по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может содержать гибкий лист материала. Другие альтернативы включают нагревательную проволоку или нить, например Ni-Cr (хромоникелевую), платиновую, вольфрамовую или проволоку из сплавов или нагревательную пластину. Необязательно нагревательный элемент может быть нанесен внутри или снаружи на жесткий материал носителя.
В одном варианте осуществления нагревательный элемент содержит сетку, матрицу или материал из электрически проводящих нитей. Электрически проводящие нити могут образовывать промежутки между нитями, и промежутки могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм.
Электрически проводящие нити могут образовывать сетку размером от 160 до 600 меш по стандарту США (+/- 10%) (т. е. от 160 до 600 нитей на дюйм (+/- 10%)). Ширина промежутков предпочтительно составляет от 75 мкм до 25 мкм. Процентное соотношение открытой площади сетки, которое является отношением площади пустот к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25 до 56%. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы электрически проводящие нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу.
Электрически проводящие нити могут иметь диаметр от 10 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 50 мкм и более предпочтительно от 8 мкм до 39 мкм. Нити могут иметь круглое поперечное сечение или могут иметь сплющенное поперечное сечение.
Площадь сетки, матрицы или материала из электрически проводящих нитей может быть небольшой, предпочтительно менее или равной 25 мм2, позволяя встраивать его в удерживаемую рукой систему. Сетка, матрица или тканый материал из электрически проводящих нитей могут иметь, например, прямоугольную форму и размеры 5 мм на 2 мм. Предпочтительно сетка или матрица электрически проводящих нитей занимает площадь от 10% до 50% площади нагревателя в сборе. Более предпочтительно, сетка или матрица электрически проводящих нитей занимает площадь от 15 до 25% площади нагревателя в сборе.
Нити могут быть образованы путем травления листового материала, такого как фольга. Это может быть особенно преимущественным в том случае, если нагреватель в сборе содержит матрицу из параллельных нитей. Если нагревательный элемент содержит сетку или материал из нитей, нити могут быть получены по отдельности и связаны вместе.
Предпочтительными материалами для электропроводящих нитей являются нержавеющая сталь марок 304, 316, 304L и 316L.
По меньшей мере один нагревательный элемент может нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, за счет проводимости. Нагревательный элемент может по меньшей мере частично находиться в контакте с субстратом. В качестве альтернативы тепло от нагревательного элемента может быть проведено к субстрату посредством теплопроводного элемента.
Предпочтительно при использовании субстрат, образующий аэрозоль, находится в контакте с нагревательным элементом.
Предпочтительно электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, дополнительно содержит капиллярный материал для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения жидкости в электрический нагревательный элемент.
Предпочтительно капиллярный материал расположен для вхождения в контакт с жидкостью в части для хранения жидкости. Предпочтительно капиллярный фитиль проходит в часть для хранения жидкости. В этом случае при использовании в капиллярном фитиле жидкость перемещается за счет капиллярного действия из части для хранения жидкости в электрический нагреватель. В одном варианте осуществления капиллярный фитиль имеет первый конец и второй конец, причем первый конец проходит в часть для хранения жидкости для контакта с жидкостью в ней, и во втором конце расположен электрический нагреватель с возможностью нагревания жидкости. При активации нагревателя жидкость во втором конце капиллярного фитиля испаряется под действием по меньшей мере одного нагревательного элемента нагревателя с образованием перенасыщенного пара. Перенасыщенный пар смешивается с потоком воздуха и перемещается в нем. Во время прохождения потока пар конденсируется с образованием аэрозоля, и аэрозоль перемещается по направлению ко рту пользователя. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, обладает физическими свойствами, включая вязкость и поверхностное натяжение, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярный фитиль за счет капиллярного действия.
Капиллярный фитиль может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный фитиль предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный фитиль может содержать несколько волокон или нитей или другие тонкие трубки. Волокна или нити могут быть, как правило, выровнены в продольном направлении системы, генерирующей аэрозоль. Альтернативно капиллярный фитиль может содержать губкообразный или пенообразный материал, который выполнен в форме стержня. Стержень может проходить вдоль продольного направления системы, генерирующей аэрозоль. Структура фитиля образует несколько небольших каналов или трубок, через которые может транспортироваться жидкость за счет капиллярного действия. Капиллярный фитиль может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов представляют собой капиллярные материалы, например, губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков, вспененный металлический или пластиковый материал, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетатцеллюлозные, полиэфирные, или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный фитиль может иметь любые подходящие капиллярность и пористость с тем, чтобы использовать его с жидкостями с разными физическими свойствами. Жидкость имеет физические свойства, включая, помимо всего прочего, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярное устройство за счет капиллярного действия.
Нагревательный элемент может быть выполнен в виде нагревательной проволоки или нити, охватывающей и, необязательно, поддерживающей капиллярный фитиль. Капиллярные свойства фитиля в сочетании со свойствами жидкости во время нормального использования при наличии большого количества субстрата, образующего аэрозоль, обеспечивают всегда влажное состояние фитиля в зоне нагрева.
В качестве альтернативы, как описано, нагревательный элемент может содержать сетку, образованную из нескольких электропроводящих нитей. Капиллярный материал может проходить внутри промежутков между нитями. Нагреватель в сборе может втягивать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, внутрь промежутков за счет капиллярного действия.
Корпус может содержать два или более различных капиллярных материалов, при этом первый капиллярный материал, находящийся в контакте с нагревательным элементом, имеет более высокую температуру термического разложения, а второй капиллярный материал, находящийся в контакте с первым капиллярным материалом, но не находящийся в контакте с нагревательным элементом, имеет более низкую температуру термического разложения. Первый капиллярный материал эффективно действует как разделитель, отделяющий нагревательный элемент от второго капиллярного материала, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих его температуру термического разложения. В данном контексте «температура термического разложения» означает температуру, при которой материал начинает разлагаться и терять массу в результате образования газообразных продуктов. Второй капиллярный материал может преимущественно занимать больший объем, чем первый капиллярный материал, и может удерживать большее количество субстрата, образующего аэрозоль, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может иметь лучшие капиллярные свойства, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может являться менее дорогостоящим или иметь более высокую заполняемость, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может представлять собой полипропилен.
Источником питания может быть любой подходящий источник питания, например источник напряжения постоянного тока. В одном варианте осуществления источник питания представляет собой литий-ионную батарею. В качестве альтернативы источник питания может представлять собой никель-металлогидридную батарею, никель-кадмиевую батарею или батарею на основе лития, например литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею. В качестве альтернативы источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может требовать перезарядки и может обладать емкостью, которая позволяет накапливать достаточно энергии для одного или нескольких сеансов курения; например, источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение приблизительно шести минут, что соответствует обычному времени, затрачиваемому на выкуривание обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревателя.
Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, содержит корпус. Предпочтительно корпус является удлиненным. Корпус может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композиционные материалы, содержащие один или несколько из таких материалов, или термопластмассы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно указанный материал является легким и нехрупким.
Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, является портативной. Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой электрически нагреваемую курительную систему и может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой курительную систему. Курительная система может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Курительная система может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Электрическая схема предпочтительно содержит микропроцессор и более предпочтительно программируемый микропроцессор. Система может содержать порт ввода данных или беспроводной приемник, позволяющий загружать программное обеспечение в микропроцессор. Электрическая схема может содержать дополнительные электрические компоненты. Система может содержать датчик температуры.
Если обнаружено неблагоприятное условие, система может предоставить пользователю не более, чем индикацию, что обнаружено неблагоприятное условие. Это может быть сделано путем визуального, звукового или тактильного предупреждения. В качестве альтернативы или в дополнение электрическая схема может автоматически ограничивать или иным образом управлять питанием, подаваемым на нагреватель, когда обнаружено неблагоприятное условие.
Существует несколько способов, с помощью которых в электрической схеме можно выполнять управление питанием, подаваемым на электрический нагреватель, если обнаружено неблагоприятное условие. Если к нагревательному элементу доставляется недостаточно субстрата, образующего аэрозоль, или твердый субстрат, образующий аэрозоль, становится сухим, тогда может быть желательным уменьшение или прекращение подачи питания на нагреватель. Это может иметь целью как обеспечить предоставление пользователю стабильного и приятного опыта, так и снизить риски перегрева и образования нежелательных соединений в аэрозоле. Подача питания на нагреватель может быть прекращена или ограничена в течение короткого времени или до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
Система может содержать детектор затяжки для обнаружения, когда пользователь затягивается в системе, причем детектор затяжки соединен с электрической схемой, и при этом электрическая схема выполнена с возможностью подачи питания от блока питания к нагревательному элементу при обнаружении затяжки детектором затяжки, и при этом электрическая схема выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия во время каждой затяжки.
Детектор затяжки может быть специальным детектором затяжки, который непосредственно измеряет поток воздуха через устройство, например, детектором затяжки на основе микрофона, или может обнаруживать затяжки косвенно, например, на основании изменений температуры в устройстве или изменений электрического сопротивления нагревательного элемента.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью подачи заданной мощности на нагревательный элемент в течение интервала времени t1 после первоначального обнаружения затяжки или первоначальной подачи питания на нагреватель, и электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения изменения электрического сопротивления нагревательного элемента на основании измерения электрического сопротивления нагревательного элемента в момент времени t1 во время каждой затяжки. Интервал времени t1 может быть выбран сразу после первоначального обнаружения затяжки или вскоре после первой подачи питания на нагреватель. Это особенно преимущественно при первом использовании после замены расходной части, если схема обнаруживает несовместимый или поддельный нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль. Например, обычная затяжка может иметь длительность 3 с, а время отклика детектора затяжки может составлять приблизительно 100 мс. Тогда t1 может быть выбрано в диапазоне от 100 мс до 500 мс в течение интервала затяжки до того, как температура нагревателя стабилизируется. В качестве альтернативы интервал времени t1 может быть выбран, когда ожидается, что температура нагревательного элемента будет стабилизирована.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагревательный элемент от блока питания, если существует неблагоприятное условие для заданного количества последовательных затяжек пользователя.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия, предотвращения или уменьшения подачи питания на нагреватель при наличии неблагоприятного условия и продолжения предотвращения или уменьшения подачи питания на нагревательный элемент до исчезновения неблагоприятного условия.
В системе с жидкостью и фитилем чрезмерное затягивание может привести к высыханию фитиля, поскольку жидкость не может быть быстро возмещена вблизи нагревателя. В этих обстоятельствах желательно ограничить подачу питания на нагреватель, чтобы нагреватель не становился слишком горячим и не производил нежелательные аэрозольные составляющие. Как только обнаружено неблагоприятное условие, питание нагревателя может быть прекращено до последующей затяжки пользователя.
Аналогичным образом чрезмерное затягивание может не позволить нагревателю охлаждаться, как ожидалось, между затяжками, что приводит к постепенному нежелательному повышению температуры нагревателя от затяжки к затяжке. Это справедливо для систем на основе жидких или твердых субстратов, образующих аэрозоль. Чтобы отслеживать охлаждение между затяжками, электрическая схема может быть выполнена с возможностью отслеживания соотношения во времени, и если разность между максимальным значением соотношения и последующим минимальным значением соотношения не превышает порогового значения разности, хранящегося в запоминающем устройстве, то система может ограничивать питание, подаваемое на нагреватель, или предоставлять индикацию.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагревательный элемент в течение заданного интервала времени остановки при наличии неблагоприятного условия.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагреватель до тех пор, пока не будет заменена расходная часть, содержащая субстрат, образующий аэрозоль, или нагреватель.
В качестве альтернативы или в дополнение электрическая схема может быть выполнена с возможностью вычисления, достигло ли отношение порогового значения, и сравнения времени, затраченного на то, чтобы отношение достигло порогового значения, с сохраненным значением времени, и если время, затраченное на достижение порогового значения меньше, чем значение сохраненного времени, или если отношение не достигает порогового значения на ожидаемом интервале времени, то с возможностью определения наличия неблагоприятного условия и предотвращения или уменьшения подачи питания на нагреватель. Если пороговое значение достигнуто быстрее, чем ожидалось, это может указывать на сухой нагревательный элемент или сухой субстрат или может указывать на несовместимый, поддельный или поврежденный нагреватель. Аналогично, если пороговое значение не достигается в течение ожидаемого интервала времени, это может указывать на поддельный или поврежденный нагреватель или субстрат. Это может обеспечить возможность быстрого определения поддельного, поврежденного или несовместимого нагревателя или субстрата.
Как описано, помимо индикации сухих состояний на нагревательном элементе, обнаружение неблагоприятного условия может являться признаком нагревателя, обладающего электрическими свойствами за пределами диапазона ожидаемых свойств. Это может быть связано с тем, что нагреватель неисправен из-за накопления материала на нагревателе в течение его срока службы или из-за того, что он является неразрешенным или поддельным нагревателем. Например, если изготовитель использовал нагревательные элементы из нержавеющей стали, можно ожидать, что эти нагревательные элементы будут обладать первоначальным электрическим сопротивлением при комнатной температуре в определенном диапазоне электрического сопротивления. Кроме того, можно ожидать, что соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления будет иметь конкретное значение, поскольку оно связано с материалом нагревательного элемента. Если, например, использовался нагревательный элемент, выполненный из Ni-Cr, это соотношение было бы ниже, чем ожидалось, поскольку Ni-Cr имеет гораздо более низкий температурный коэффициент сопротивления, чем нержавеющая сталь. Соответственно, электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления меньше минимального порогового значения, и с возможностью ограничения подачи питания на нагреватель на основании результата. Это предотвратит использование некоторых неразрешенных нагревателей. Электрическая схема может предотвращать подачу питания на нагреватель, если это соотношение ниже минимального порогового значения.
Для создания разных стратегий управления для разных условий могут использоваться несколько разных пороговых значений. Например, для установки границ, для которых требуется замена нагревателя субстрата до подачи дальнейшего питания, могут использоваться наибольшее пороговое значение и наименьшее пороговое значение. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагреватель до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль, если соотношение превышает наибольшее пороговое значение или меньше наименьшего порогового значения. Один или несколько промежуточных пороговых значений могут использоваться для обнаружения поведения чрезмерного затягивания, приводящего к сухим состояниям на нагревателе. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагреватель в течение определенного интервала времени или до последующей затяжки пользователя, если превышено промежуточное пороговое значение, но не превышено наибольшее пороговое значение. Одно или несколько промежуточных пороговых значений могут также использоваться для инициирования индикации пользователю того, что субстрат, образующий аэрозоль, почти исчерпан и будет нуждаться в замене в ближайшее время. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предоставления индикации, которая может быть видимой, слышимой или тактильной, если превышено промежуточное пороговое значение, но не превышено наибольшее пороговое значение.
Одним способом обнаружения поддельного, поврежденного или несовместимого нагревателя является проверка сопротивления нагревателя или скорости изменения сопротивления нагревателя при первом использовании или вставке нагревателя в устройство или систему. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального сопротивления нагревательного элемента в течение заданного интервала времени после подачи питания на нагреватель. Заданный интервал времени может быть коротким интервалом времени и может составлять от 50 мс до 200 мс. Для нагревателя, содержащего сетчатый нагревательный элемент, заданный интервал времени может составлять приблизительно 100 мс. Предпочтительно заданный интервал времени составляет от 50 мс до 150 мс. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения начальной скорости изменения сопротивления в течение заданного интервала времени. Это может быть выполнено путем проведения нескольких измерений сопротивления в разное время в течение заданного интервала времени и вычисления скорости изменения сопротивления на основании нескольких измерений сопротивления. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального сопротивления нагревателя или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя в качестве отдельной процедуры для подачи питания на нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, с использованием значительно меньшей мощности, или может измерять начальное сопротивление нагревателя в течение первых нескольких моментов, когда нагреватель активирован, до того, как произошел значительный нагрев. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью сравнения начального сопротивления нагревателя или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя с диапазоном допустимых значений, и если начальное сопротивление или начальная скорость изменения сопротивления выходит за пределы диапазона допустимых значений, может препятствовать подаче питания на электрический нагреватель или предоставлять индикацию до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
Если начальное сопротивление или начальная скорость изменения сопротивления находится в пределах диапазона допустимых значений, то электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения наличия приемлемого нагревателя, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления меньше максимального порогового значения или больше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, и с возможностью управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия приемлемого нагревателя, или с возможностью индикации при отсутствии приемлемого нагревателя.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения наличия приемлемого нагревателя в течение одной секунды с момента первоначальной подачи питания на нагреватель.
Во втором аспекте предоставлен нагреватель в сборе, содержащий:
электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент; и
электрическую схему, соединенную с электрическим нагревателем и содержащую запоминающее устройство, при этом электрическая схема выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и с возможностью управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия неблагоприятного условия, или с возможностью предоставления индикации на основании наличия неблагоприятного условия.
Нагреватель в сборе может быть выполнен с возможностью использования в системе, генерирующей аэрозоль, и может быть выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, при использовании.
В третьем аспекте предоставлено электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее:
блок питания; и
электрическую схему, соединенную с блоком питания и содержащую запоминающее устройство, при этом электрическая схема выполнена с возможностью соединения с используемым электрическим нагревателем и определения неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и с возможностью управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия неблагоприятного условия, или с возможностью предоставления индикации на основании наличия неблагоприятного условия.
В четвертом аспекте настоящего изобретения предоставлена электрическая схема для использования в электрически управляемом устройстве, генерирующем аэрозоль, при этом при использовании электрическая схема соединена с электрическим нагревателем и блоком питания, причем электрическая схема содержит запоминающее устройство и выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и с возможностью управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия неблагоприятного условия, или с возможностью предоставления индикации на основании наличия неблагоприятного условия.
В пятом аспекте настоящего изобретения предоставлена электрическая схема для использования в электрически управляемом устройстве, генерирующем аэрозоль, при это при использовании электрическая схема соединена с электрическим нагревателем для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блоком питания, причем электрическая схема содержит запоминающее устройство и выполнена с возможностью измерения начального сопротивления нагревателя или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя в течение заданного интервала времени после подачи питания на нагреватель, сравнения начального сопротивления нагревателя или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя с диапазоном допустимых значений, и если начальное сопротивление или начальная скорость изменения сопротивления выходит за пределы диапазона допустимых значений, то с возможностью предотвращения подачи питания на электрический нагреватель или с возможностью предоставления индикации до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
Заданный интервал времени может быть коротким интервалом времени и может составлять от 50 мс до 200 мс. Для нагревателя, содержащего сетчатый нагревательный элемент, заданный интервал времени может составлять приблизительно 100 мс. Предпочтительно заданный интервал времени составляет от 50 мс до 150 мс. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения начальной скорости изменения сопротивления в течение заданного интервала времени. Это может быть выполнено путем проведения нескольких измерений сопротивления в разное время в течение заданного интервала времени и вычисления скорости изменения сопротивления на основании нескольких измерений сопротивления.
Если начальное сопротивление находится в пределах диапазона допустимых значений сопротивления, то электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения соотношения начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления и сравнения соотношения с максимальным или минимальным пороговым значением, хранящимся в запоминающем устройстве, и если соотношение меньше максимального порогового значения или больше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, то с возможностью определения наличия приемлемого нагревателя и управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия приемлемого нагревателя или с возможностью предоставления индикации на основании наличия приемлемого нагревателя.
В шестом аспекте предоставлен способ управления подачей питания на нагреватель в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, при этом способ включает:
определение неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и управление питанием, подаваемым на электрический нагреватель, или предоставление индикации пользователю в зависимости от наличия неблагоприятного условия.
Способ может включать измерение начального электрического сопротивления нагревательного элемента и измерение электрического сопротивления нагревательного элемента в момент времени после первоначальной подачи питания на электрический нагреватель из блока питания.
Способ может включать подачу постоянной мощности на нагреватель при подаче питания. В качестве альтернативы может подаваться переменная мощность в зависимости от других рабочих параметров. В этом случае пороговое значение может зависеть от мощности, подаваемой на нагреватель.
Способ может включать определение начального электрического сопротивления перед первым использованием нагревателя. Если начальное сопротивление определяется перед первым использованием нагревателя, можно предположить, что нагревательный элемент находится при приблизительно комнатной температуре. Поскольку ожидаемое изменение сопротивления со временем может зависеть от начальной температуры нагревательного элемента, измерение начального сопротивления при комнатной температуре или близкой к комнатной позволяет установить более узкие диапазоны ожидаемого поведения.
Способ может включать расчет начального сопротивления как измеренного начального сопротивления минус предполагаемое паразитное сопротивление, возникающее вследствие наличия других электрических компонентов и электрических контактов внутри системы.
Электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, может содержать детектор затяжки для обнаружения, когда пользователь затягивается в системе, и способ может включать подачу питания из блока питания на нагревательный элемент при обнаружении затяжки детектором затяжки, определение наличия неблагоприятного условия во время каждой затяжки и предотвращение подачи питания на нагревательный элемент от блока питания при наличии неблагоприятного условия для заданного количества последовательных затяжек пользователя.
Способ может включать предотвращение подачи питания на нагревательный элемент из блока питания при наличии неблагоприятного условия.
Способ может включать постоянное определение наличия неблагоприятного условия, предотвращение подачи питания на нагреватель при наличии неблагоприятного условия и продолжение предотвращения подачи питания на нагревательный элемент до исчезновения неблагоприятного условия.
Способ может включать предотвращение подачи питания на нагревательный элемент в течение заданного интервала времени остановки при наличии неблагоприятного условия.
В качестве альтернативы или в дополнение способ может включать непрерывное вычисление того, превысило ли соотношение пороговое значение, и сравнение времени, необходимого для достижения порогового значения, с сохраненным значением времени, и если время, необходимое для достижения порогового значения, меньше, чем сохраненное значение времени, определение неблагоприятного условия и управление подачей питания на нагреватель.
В седьмом аспекте предоставлен способ обнаружения несовместимого или поврежденного нагревателя в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагревания субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, при этом способ включает:
определение несовместимого или поврежденного нагревателя, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени.
Способ может включать предотвращение подачи питания на электрический нагреватель или предоставления индикации до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль, если определено, что нагреватель является несовместимым нагревателем.
Способ может дополнительно включать измерение начального сопротивления нагревателя или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя в течение заданного интервала времени после подачи питания на нагреватель, сравнение начального сопротивления нагревателя или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя с диапазоном допустимых значений, и если начальное сопротивление или начальная скорость изменения сопротивления выходит за пределы диапазона допустимых значений, то предотвращение подачи питания на электрический нагреватель или предоставление индикации до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
Заданный интервал времени может быть коротким интервалом времени и может составлять от 50 мс до 200 мс. Для нагревателя, содержащего сетчатый нагревательный элемент, заданный интервал времени может составлять приблизительно 100 мс. Предпочтительно заданный интервал времени составляет от 50 мс до 150 мс.
Определение начальной скорости изменения сопротивления в течение заданного интервала времени может быть достигнуто путем проведения нескольких измерений сопротивления в разное время в течение заданного интервала времени и вычисления скорости изменения сопротивления на основании нескольких измерений сопротивления.
Способ может дополнительно включать обнаружение, когда нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль вставлены в систему. Способ может быть выполнен сразу после того, как обнаружен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль, который был вставлен в систему.
В восьмом аспекте настоящего изобретения предоставлен способ обнаружения несовместимого или поврежденного нагревателя в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, при этом способ включает:
измерение начального сопротивления нагревателя или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя в течение заданного интервала времени после подачи питания на нагреватель, сравнения начального сопротивление или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя с диапазоном допустимых значений, и если начальное сопротивление или начальная скорость изменения сопротивления нагревателя выходит за пределы диапазона допустимых значений, то предотвращение подачи питания на электрический нагреватель или предоставление индикации до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
Заданный интервал времени может быть коротким интервалом времени и может составлять от 50 мс до 200 мс. Для нагревателя, содержащего сетчатый нагревательный элемент, заданный интервал времени может составлять приблизительно 100 мс. Предпочтительно заданный интервал времени составляет от 50 мс до 150 мс.
Определение начальной скорости изменения сопротивления в течение заданного интервала времени может быть достигнуто путем проведения нескольких измерений сопротивления в разное время в течение заданного интервала времени и вычисления скорости изменения сопротивления на основании нескольких измерений сопротивления.
Способ может дополнительно включать обнаружение, когда нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль вставлены в систему. Способ может быть выполнен сразу после того, как обнаружен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль, который был вставлен в систему.
В девятом аспекте предоставлен компьютерный программный продукт, непосредственно загружаемый во внутреннюю память микропроцессора, содержащего части кода программного обеспечения для выполнения этапов шестого, седьмого или восьмого аспекта, когда указанный продукт запускается на микропроцессоре вэлектрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, причем микропроцессор соединен с электрическим нагревателем и блоком питания.
Компьютерный программный продукт может быть предоставлен в виде загружаемого фрагмента программного обеспечения или записан на машиночитаемый носитель данных.
В соответствии с десятым аспектом предоставлен машиночитаемый носитель данных, на котором хранится компьютерная программа в соответствии с девятым аспектом.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта изобретения, могут быть применены к другим аспектам настоящего изобретения. В частности, признаки, описанные в отношении первого аспекта, могут быть применены ко второму, третьему, четвертому и пятому аспектам настоящего изобретения. Признаки, описанные в отношении первого, второго, третьего четвертого и пятого аспектов изобретения, также могут быть применены к шестому, седьмому и восьмому аспектам настоящего изобретения.
Далее настоящее изобретение будет описано лишь на примере, со ссылками на сопроводительные графические материалы, где:
на фиг. 1a—1d показаны схематические иллюстрации системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа для использования в системе, показанной на фиг. 1a—1d;
на фиг. 3 показан подробный вид нитей нагревателя, на котором показан мениск жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями;
на фиг. 4 показана схематическая иллюстрация изменения сопротивления нагревателя во время затяжки пользователя;
на фиг. 5 показана электрическая принципиальная схема, на которой показано, как можно измерить сопротивление нагревательного элемента;
на фиг. 6a, 6b и 6c показаны способы управления после обнаружения неблагоприятного условия;
на фиг. 7 показана схематическая иллюстрация первой альтернативной системы, генерирующей аэрозоль;
на фиг. 8 показана схематическая иллюстрация второй альтернативной системы, генерирующей аэрозоль; и
на фиг. 9 показана блок-схема, иллюстрирующая способ обнаружения неразрешенного, поврежденного или несовместимого нагревателя.
На фиг. 1a—1d показаны схематические иллюстрации системы, генерирующей аэрозоль, включающей картридж, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1a показан схематический вид устройства 10, генерирующего аэрозоль, и отдельного картриджа 20, которые вместе образуют систему, генерирующую аэрозоль. В данном примере система, генерирующая аэрозоль, является электрически управляемой курительной системой.
Картридж 20 содержит субстрат, образующий аэрозоль, и выполнен с возможностью помещения в полость 18 внутри устройства. Картридж 20 должен быть выполнен с возможностью замены пользователем, если субстрат, образующий аэрозоль, предоставленный в картридже, исчерпан. На фиг. 1a показан картридж 20 сразу перед вставкой в устройство, при этом стрелка 1, показанная на фиг. 1a, указывает на направление вставки картриджа.
Устройство 10, генерирующее аэрозоль, является портативным и имеет размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Устройство 10 содержит главную часть 11 и мундштучную часть 12. Главная часть 11 содержит батарею 14, такую как литий-железо-фосфатная батарея, электрическую схему 16 и полость 18. Электрическая схема 16 содержит программируемый микропроцессор. Мундштучная часть 12 соединена с главной частью 11 посредством шарнирного соединения 21 и может перемещаться между открытым положением, как показано на фиг. 1, и закрытым положением, как показано на фиг. 1d. Мундштучная часть 12 расположена в открытом положении, чтобы обеспечить установку и удаление картриджей 20 и помещается в закрытое положение, когда система должна использоваться для генерации аэрозоля. Мундштучная часть содержит множество впускных отверстий 13 для воздуха и выпускное отверстие 15. При использовании пользователь делает затяжку со стороны выпускного отверстия для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 13 для воздуха через мундштучную часть в выпускное отверстие 15 и впоследствии в рот или легкие пользователя. Внутренние перегородки 17 предоставлены для того, чтобы вынуждать воздух протекать через мундштучную часть 12 мимо картриджа.
Полость 18имеет круглое поперечное сечение и такой размер, чтобы вмещать корпус 24 картриджа 20. Электрические соединители 19 предоставлены по сторонам полости 18 для предоставления электрического соединения между управляющей электроникой 16 и батареей 14 и соответствующими электрическими контактами на картридже 20.
На фиг. 1b показана система, показанная на фиг. 1a, со вставленным в полость 18 картриджем и удаленным покрытием 26. В этом положении электрические соединители прижимаются к электрическим контактам на картридже.
На фиг. 1c показана система, показанная на фиг. 1b, с полностью удаленным покрытием 26 и перемещенной в закрытое положение мундштучной частью 12.
На фиг. 1d показана система, показанная на фиг. 1c, с находящейся в закрытом положении мундштучной частью 12. Мундштучная часть 12 удерживается в закрытом положении механизмом фиксации. Мундштучная часть 12 в закрытом положении удерживает картридж в электрическом контакте с электрическими соединителями 19, так что при использовании поддерживается хорошее электрическое соединение независимо от ориентации системы.
На фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа 20. Картридж 20 содержит, в целом, круглый цилиндрический корпус 24, который имеет размер и форму, выбранные для помещения в полость 18. Корпус содержит капиллярный материал 27, 28, который пропитан жидким субстратом, образующим аэрозоль. В данном примере субстрат, образующий аэрозоль, содержит 39% по весу глицерина, 39% по весу пропиленгликоля, 20% по весу воды и ароматизаторов и 2% по весу никотина. Капиллярный материал является материалом, который активно передает жидкость от одного конца к другому, и может быть изготовлен из любого подходящего материала. В данном примере капиллярный материал образован из полиэфира.
Корпус имеет открытый конец, к которому прикреплен нагреватель в сборе 30. Нагреватель в сборе 30 содержит субстрат 34, имеющий отверстие 35, образованное в нем, пару электрических контактов 32, прикрепленных к субстрату и отделенных друг от друга зазором 33, и множество электрически проводящих нитей 36 нагревателя, заполняющих отверстие и прикрепленных к электрическим контактам на противоположных сторонах отверстия 35.
Нагреватель в сборе 30 покрыт съемным покрытием 26. Покрытие содержит непроницаемый для жидкости лист пластмассы, который приклеен к нагревателю в сборе, но который может быть легко снят. Выступ предоставлен на стороне покрытия для обеспечения пользователю возможности взяться за покрытие при его снятии. Теперь специалисту в данной области техники будет очевидно, что несмотря на то, что приклеивание описано в качестве способа крепления непроницаемого листа пластмассы к нагревателю в сборе, могут быть использованы другие способы, известные специалистам в данной области техники, включая тепловую склейку или ультразвуковую сварку, при условии, что покрытие может быть легко удалено потребителем.
Картридж по фиг. 2 содержит два отдельных капиллярных материала 27, 28. Диск первого капиллярного материала 27 предоставлен для контакта с нагревательным элементом 36, 32 при использовании. Большая часть второго капиллярного материала 28 предоставлена на противоположной стороне первого капиллярного материала 27 относительно нагревателя в сборе. Как первый капиллярный материал, так и второй капиллярный материал удерживают жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Первый капиллярный материал 27, который находится в контакте с элементом нагревателя, имеет более высокую температуру термического разложения (по меньшей мере 160 oC или выше, такую как приблизительно 250 oC), чем второй капиллярный материал 28. Первый капиллярный материал 27 эффективно действует как разделитель, отделяющий нагревательный элемент 36, 32 от второго капиллярного материала 28, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих его температуру термического разложения. Перепад температур в первом капиллярном материале таков, что второй капиллярный материал подвергается воздействию температур ниже его температуры теплового разложения. Второй капиллярный материал 28 может быть выбран таким образом, чтобы обладать лучшими капиллярными свойствами, чем первый капиллярный материал 27, обладать способностью удерживать больше жидкости на единицу объема, чем первый капиллярный материал, и быть дешевле первого капиллярного материала. В данном примере первый капиллярный материал представляет собой теплостойкий материал, такой как стекловолокно или материал, содержащий стекловолокно, и второй капиллярный материал представляет собой полимер, такой как подходящий капиллярный материал. Приведенные в качестве примера подходящие капиллярные материалы включают капиллярные материалы, рассмотренные в данном документе, и в альтернативных вариантах осуществления могут включать полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полиэтилентерефталат (PET).
Капиллярный материал 27, 28 преимущественно ориентирован в корпусе 24 таким образом, чтобы передавать жидкость в нагреватель в сборе 30. Когда картридж собран, нити 36, 37, 38 нагревателя могут находиться в контакте с капиллярным материалом 27, и поэтому субстрат, образующий аэрозоль, может быть непосредственно передан в сетчатый нагреватель. На фиг. 3 показан подробный вид нитей 36 нагревателя в сборе, на котором показан мениск 40 жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями 36 нагревателя. Как показано, субстрат, образующий аэрозоль, находится в контакте с большей частью поверхности каждой нити, так что большая часть тепла, сгенерированного нагревателем в сборе, проходит непосредственно в субстрат, образующий аэрозоль.
Таким образом, при нормальной работе жидкий субстрат, образующий аэрозоль, контактирует с большой частью поверхности нитей 36 нагревателя. Однако, когда большая часть жидкого субстрата в картридже была использована, в нити нагревателя будет доставляться меньше жидкого субстрата, образующего аэрозоль. При меньшем количестве жидкости для испарения энтальпией испарения поглощается меньше энергии, и больше энергии, подаваемой на нити нагревателя, направляется на повышение температуры нагревательных нитей. Так как нагревательный элемент высыхает, скорость повышения температуры нагревательного элемента при заданной подаваемой мощности будет возрастать. Нагревательный элемент может высыхать, потому что субстрат, образующий аэрозоль, в картридже почти израсходован, или потому что пользователь выполняет очень продолжительные или очень частые затяжки, и жидкость не может доставляться к нитям нагревателя так же быстро, как испаряется.
При использовании нагреватель в сборе работает за счет резистивного нагрева. Ток проходит через нити 36 под управлением управляющей электроники 16 для нагрева нитей до требуемого температурного диапазона. Сетка или матрица нитей имеет значительно более высокое электрическое сопротивление, чем электрические контакты 32 и электрические соединители 19, так что высокие температуры локализуются на нитях. В этом примере система выполнена с возможностью генерирования тепла за счет подачи электрического тока в нагреватель в сборе в ответ на затяжку пользователя. В другом варианте осуществления система может быть выполнена с возможностью непрерывного генерирования тепла, когда устройство находится в состоянии «включено». Различные материалы для нитей могут подходить для различных систем. Например, в системе с непрерывным нагревом подходящими являются нити из Ni-Cr, поскольку они имеют относительно низкую удельную теплоемкость и совместимы с нагревом с использованием низкого тока. В системе, активируемой при затяжке, в которой тепло генерируется кратковременными вспышками с использованием импульсов высокого тока, нити из нержавеющей стали, имеющие высокую удельную теплоемкость, могут являться более подходящими.
Система содержит датчик затяжки, выполненный с возможностью обнаружения того, что пользователь втягивает воздух через мундштучную часть. Датчик затяжки (не проиллюстрированный) соединен с управляющей электроникой 16 и управляющая электроника 16 выполнена с возможностью подачи тока на нагреватель в сборе 30 только при определении того, что пользователь осуществляет затяжку из устройства. Любой подходящий датчик потока воздуха может использоваться как датчик затяжки, например, микрофон или датчик давления.
Чтобы обнаружить это увеличение скорости изменения температуры, электрическая схема 16 выполнена с возможностью измерения электрического сопротивления нитей нагревателя. Нити нагревателя в этом примере выполнены из нержавеющей стали и имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Это означает, что при повышении температуры нитей нагревателя возрастает их электрическое сопротивление.
На фиг. 4 показана схематическая иллюстрация изменения сопротивления нагревателя во время затяжки пользователя. Ось x представляет собой время после первоначального обнаружения затяжки пользователя и результирующей подачи питания на нагреватель. Ось y представляет собой электрическое сопротивление нагревателя в сборе. Можно видеть, что нагреватель в сборе обладает начальным сопротивлением R1 до того, как происходит любой нагрев. R1 состоит из паразитного сопротивления RP, обусловленного электрическими контактами 32 и электрическими соединителями 19 и контактом между ними, и сопротивления нитей нагревателя R0. При подаче питания на нагреватель во время затяжки пользователя, температура нагревательных нитей повышается, и поэтому электрическое сопротивление нагревательных нитей увеличивается. Как показано, в момент времени t1 сопротивление нагревателя в сборе составляет R2. Таким образом, изменение электрического сопротивления нагревателя в сборе от начального сопротивления до сопротивления в момент времени t1 составляет ΔR=R2-R1.
В этом примере предполагается, что паразитное сопротивление RP не изменяется, когда нити нагревателя нагреваются. Это связано с тем, что RP обусловлено ненагретыми компонентами, такими как электрические контакты 32 и электрические соединители 19. Значение RP считается одинаковым для всех картриджей, и значение сохраняется в запоминающем устройстве электрической схемы.
Соотношение между сопротивлением нитей нагревателя и их температурой определяется следующим уравнением:
R2 = R0 * (1 + ⍺ * ∆T) + RP (1)
где α — температурный коэффициент электрического сопротивления нитей нагревателя и ΔT — изменение температуры от начальной температуры до подачи питания на нагреватель до температуры в момент времени t1.
Пороговое значение K сохраняется в электрической схеме, где K равно ⍺ * ∆Tmax. Если температура возрастает более, чем на ΔTmax за время t1, тогда считается, что присутствует неблагоприятное условие, такое как сухие состояния на нагревателе.
Из уравнения 1:
K=⍺ * ∆Tmax = ΔR/R0 (2)
Поэтому для того, чтобы обнаружить быстрое увеличение температуры, указывающее на сухие состояния на нитях нагревателя, значение отношения ΔR/R0 можно сравнить с сохраненным значением K. Если ΔR/R0>K, то на нагревателе существуют сухие состояния.
Это сравнение может выполняться электрической схемой, но неравенство может быть перестроено в соответствии с операцией электронной обработки, в частности, чтобы избежать необходимости выполнять какое-либо деление. В этом примере программное обеспечение, запущенное на микропроцессоре в электрической цепи, выполняет следующее сравнение, полученное из уравнения 1:
Если R2>(R1*(K+1) - K*RP), то на нагревателе существуют сухие состояния (3)
R2 и R1 — измеренные значения, а K и RP хранятся в запоминающем устройстве. В идеале значение R1 измеряется до того, как произойдет нагрев, другими словами, перед первой активацией нагревателя, и это измеренное значение используется для всех последующих затяжек. Это позволяет избежать любой ошибки, возникающей в результате остаточного тепла от предыдущих затяжек. R1 может измеряться только один раз для каждого картриджа, и для определения того, когда вставлен новый картридж, используется система обнаружения, или R1 может измеряться каждый раз при включении системы.
Таким образом могут быть обнаружены другие неблагоприятные условия, кроме состояний сухого нагревателя. Если в системе используется картридж, содержащий нагреватель, выполненный из материала, имеющего другой температурный коэффициент сопротивления, электрическая схема может обнаружить это и может быть выполнена с возможностью не подавать питание на него. В настоящем примере нити нагревателя выполнены из нержавеющей стали. Картридж, содержащий нагреватель, выполненный из Ni-Cr, будет иметь более низкий температурный коэффициент сопротивления, что означает, что его сопротивление будет расти медленнее при повышении температуры. Поэтому, если значение K2, равное ⍺ * ∆Tmin, сохраняется в запоминающем устройстве, что соответствует наименьшему повышению температуры за время t1, ожидаемому для нагревательного элемента из нержавеющей стали, тогда, если R2<(R1*(K2+1) - K*RP), схема определяет неблагоприятное условие, соответствующее неразрешенному картриджу, присутствующему в системе. На фиг. 9 проиллюстрирован способ обнаружения несовместимого нагревателя.
Таким образом, система может быть выполнена с возможностью сравнения R2 или ΔR/R0 или даже ΔR/R1 с сохраненным высоким пороговым значением и сохраненным низким пороговым значением для определения неблагоприятного условия. R1 также можно сравнить с пороговым значением или пороговыми значениями, чтобы проверить, что оно находится в ожидаемом диапазоне. Может быть даже более одного высокого сохраненного порогового значения, и при этом выполняются разные действия в зависимости от того, какое высокое пороговое значение превышено. Например, если превышено наибольшее пороговое значение, схема может предотвратить дальнейшую подачу питания до замены нагревателя и/или субстрата. Это может указывать на полное исчерпание субстрата, или на повреждение, или несовместимый нагреватель. Нижнее пороговое значение может использоваться для определения того, когда субстрат почти исчерпан. Если это нижнее пороговое значение превышено, но более высокое пороговое значение не превышено, тогда схема может просто предоставить индикацию, например, светящийся светодиод, показывающий, что в скором времени потребуется замена субстрата.
Отношение ΔR/R0 может постоянно отслеживаться, чтобы определить, достаточно ли охлаждение нагревателя между затяжками. Если отношение не опускается ниже порогового значения охлаждения между затяжками, так как пользователь затягивается очень часто, электрическая схема может предотвратить или ограничить подачу питания на нагреватель до тех пор, пока отношение не опустится ниже порогового значения охлаждения. В качестве альтернативы может быть проведено сравнение между максимальным значением отношения во время затяжки и минимальным значением для отношения после затяжки, чтобы определить, происходит ли достаточное охлаждение.
Также, отношение ΔR/R0 может постоянно отслеживаться и момент времени, в котором оно достигает порогового значения сравнивается с временным пороговым значением. Если ΔR/R0 достигает порогового значения намного быстрее или медленнее, чем ожидалось, то это может указывать на неблагоприятное условие, такое как несовместимый нагреватель. Скорость изменения ΔR также может быть определена и сравнена с пороговым значением. Если ΔR возрастает очень быстро или очень медленно, это может указывать на неблагоприятное условие. Эти методики могут обеспечить возможность очень быстрого обнаружения несовместимых нагревателей.
На фиг. 5 показана принципиальная электрическая схема, на которой показано, как можно измерить сопротивление нагревательного элемента. На фиг. 5 нагреватель 501 соединен с батареей 503, которая предоставляет напряжение V2. Rheater — сопротивление нагревателя, которое должно быть измерено в определенное время. Последовательно с нагревателем 501 в промежутке между землей и напряжением V2 вставлен добавочный резистор 505 с известным сопротивлением r, соединенный с напряжением V1. Для того чтобы микропроцессор 507 мог измерить сопротивление Rheater нагревателя 501, могут быть определены как ток через нагреватель 501, так и напряжение на нагревателе 501 . Тогда для определения сопротивления можно использовать следующую хорошо известную формулу:
На фиг. 5 напряжение на нагревателе составляет V2-V1, а ток через нагреватель равен I. Таким образом:
Добавочный резистор 505, чье сопротивление r известно, используется для определения тока I, снова используя уравнение (1), приведенное выше. Ток через резистор 505 равен I, а напряжение на резисторе 505 равно V1. Таким образом:
Итак, объединение (5) и (6) дает:
Таким образом, микропроцессор 507 может измерять V2 и V1, по мере того, как используется система, генерирующая аэрозоль, и, зная значение r, может определять сопротивление нагревателя Rheater в разные моменты времени.
Электрическая схема может управлять подачей питания на нагреватель несколькими разными способами после обнаружения неблагоприятного условия. В качестве альтернативы или в дополнение электрическая схема может просто предоставить индикацию пользователю, что было обнаружено неблагоприятное условие. Система может содержать светодиод или дисплей или может содержать микрофон, и эти компоненты могут использоваться для выдачи пользователю предупреждения о неблагоприятном условии.
На фиг. 6a проиллюстрирован первый способ управления для системы, активируемой затяжкой. В схеме, проиллюстрированной на фиг. 6a, если ΔR/R0 превышает высокое пороговое значение для одной затяжки, электрическая схема продолжает подавать питание на нагреватель. На фиг. 6a показаны три последовательные затяжки, во время которых превышено высокое пороговое значение. Только если ΔR/R0 превышает высокое пороговое значение для определенного количества последовательных затяжек, например 3, 4 или 5 затяжек, питание нагревателя прекращается. Одиночный случай превышения порогового значения может быть результатом очень продолжительной затяжки пользователя, но несколько последовательных затяжек, во время которых превышается высокое пороговое значение, более вероятно будут результатом того, что картридж становится пустым. В этот момент картридж может быть отключен, например, путем перегорания плавкого предохранителя внутри картриджа, или электрическая схема может блокировать подачу дальнейшего питания до тех пор, пока картридж не будет заменен или заправлен.
На фиг. 6b описан другой способ управления, который может быть использован в качестве альтернативы или в дополнение к способу, описанному со ссылкой на фиг. 6b. В способе управления на фиг. 6b электрическая схема прекращает подачу питания на нагреватель, как только будет определено, что высокое пороговое значение превышено, до тех пор, пока пользователь не закончит затяжку. Когда обнаруживается новая затяжка пользователя, питание снова подается на нагреватель. Это может быть полезным для предотвращения слишком высокой температуры нагревателя, даже если пользователь слишком сильно затягивается. Помимо прекращения питания, может быть предоставлена индикация того, что достигнуто пороговое значение.
На фиг. 6c проиллюстрирован альтернативный способ управления, при котором электрическая схема прекращает подачу питания на нагреватель, как только определено, что превышено высокое пороговое значение. Подача питания также предотвращается для последующих затяжек пользователя. Чтобы снова подать питание на нагреватель, пользователю может потребоваться замена картриджа или выполнение операции сброса. Этот способ управления может использоваться в сочетании с способами, описанными со ссылкой на фиг. 6a и 6b, но на основе более высокого порогового значения, чем используется в способах, описанных со ссылкой на фиг. 6a и 6b. Более высокое пороговое значение может указывать на полное исчерпание субстрата, образующего аэрозоль, или неисправный или несовместимый нагреватель.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на систему на основе картриджа с сетчатым нагревателем, такие же способы обнаружения неблагоприятных условий можно использовать в других системах, генерирующих аэрозоль.
На фиг. 7 проиллюстрирована альтернативная система, которая также использует жидкий субстрат и капиллярный материал в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 7 система представляет собой курительную систему. Курительная система 100 на фиг. 7 содержит корпус 101, имеющий конец 103 мундштука и конец 105 главной части. На конце главной части предоставлен электрический источник питания в виде батареи 107 и электрической схемы 109. Совместно с электрической схемой 109 также предоставлена система 111 обнаружения затяжки. На конце мундштука предоставлена часть для хранения жидкости в виде картриджа 113, содержащего жидкость 115, капиллярный фитиль 117 и нагреватель 119. Следует обратить внимание, что на фиг. 7 нагреватель показан только схематически. Один конец капиллярного фитиля 117 проходит в картридж 113, а другой конец капиллярного фитиля 117 окружен нагревателем 119. Нагреватель соединен с электрической схемой посредством соединений 121, которые могут проходить вдоль наружной стороны картриджа 113 (не показано на фиг. 7). Корпус 101 также содержит впускное отверстие 123 для воздуха, выпускное отверстие 125 для воздуха на конце мундштука и камеру 127 для образования аэрозоля.
При использовании работа происходит следующим образом. Жидкость 115 передается за счет капиллярного действия из картриджа 113 с конца фитиля 117, который проходит в картридж, на другой конец фитиля, который окружен нагревателем 119. Когда пользователь затягивается через систему, генерирующую аэрозоль, на выпускном отверстии 125 для воздуха, окружающий воздух втягивается через впускное отверстие 123 для воздуха. При компоновке, показанной на фиг. 7, система 111 обнаружения затяжки обнаруживает затяжку и активирует нагреватель 119. Батарея 107 подает электрическую энергию на нагреватель 119 для нагрева конца фитиля 117, окруженного нагревателем. Жидкость на этом конце фитиля 117 испаряется нагревателем 119 для создания перенасыщенного пара. В то же время испаряемая жидкость заменяется другой жидкостью, движущейся по фитилю 117 за счет капиллярного действия. Полученный перенасыщенный пар смешивается с потоком воздуха и перемещается в нем из впускного отверстия 123 для воздуха. В камере 127 для образования аэрозоля пар конденсируется с образованием вдыхаемого аэрозоля, который переносится к выпускному отверстию 125 и в рот пользователя.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 7, электрическая схема 109 и система 111 обнаружения затяжки являются программируемыми, как в варианте осуществления, показанном на фиг. 1a—1d.
Капиллярный фитиль может быть выполнен из разных пористых или капиллярных материалов и предпочтительно имеет известную заданную капиллярность. Примеры включают материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков. Для соответствия разным физическим свойствам жидкости, таким как плотность, вязкость, поверхностное натяжение и давление пара, могут использоваться фитили разной пористости. Фитиль должен быть подходящим, чтобы необходимое количество жидкости могло быть доставлено в нагреватель, когда часть для хранения жидкости содержит достаточно жидкости.
Нагреватель содержит по меньшей мере один нагревательную проволоку или нить, проходящую вокруг капиллярного фитиля.
Как и в системе, описанной со ссылкой на фиг. 1—3, капиллярный материал, образующий фитиль, может высыхать вблизи нагревательной проволоки, если жидкость в картридже израсходована или если пользователь выполняет очень продолжительные глубокие затяжки. Таким же образом, как описано со ссылкой на систему на фиг. 1—3, изменение сопротивления нагревательной проволоки во время первой части каждой затяжки может быть использовано для определения наличия неблагоприятного условия, такого как сухой фитиль.
Система типа, проиллюстрированного на фиг. 7, может иметь значительные различия в сопротивлении нагревателя, даже между картриджами того же типа, из-за различий длины нагревательной проволоки, обернутой вокруг фитиля. Настоящее изобретение является особенно преимущественным, так как не требует, чтобы электрические схемы сохраняли максимальное значение сопротивления нагревателя в качестве порогового значения; вместо этого используется увеличение сопротивления относительно начального измеренного сопротивления.
На фиг. 8 проиллюстрирована еще одна система, генерирующая аэрозоль, которая может осуществлять настоящее изобретение. Вариант осуществления на фиг. 8 представляет собой электрически нагреваемое табачное устройство, в котором нагревается, но не сжигается, твердый субстрат на основе табака для получения аэрозоля для вдыхания. На фиг. 8 компоненты устройства 700, генерирующего аэрозоль, показаны упрощенным образом и вычерчены не в масштабе. Элементы, которые не являются существенными для понимания данного варианта осуществления, для упрощения фиг. 8 были опущены.
Электрически нагреваемое устройство 200, генерирующее аэрозоль, содержит корпус 203 и субстрат 210, образующий аэрозоль, например сигарету. Субстрат 210, образующий аэрозоль, проталкивают внутрь полости 205, образованной корпусом 203, чтобы войти в тепловую близость с нагревателем 201. Субстрат 210, образующий аэрозоль, высвобождает ряд летучих соединений при разных температурах. Управляя рабочей температурой электрически нагреваемого устройства 200, генерирующего аэрозоль, так, чтобы она была ниже температуры высвобождения некоторых из летучих соединений, можно избежать высвобождения или образования этих составляющих дыма.
Внутри корпуса 203 имеется электрический источник 207 питания, например перезаряжаемая литий-ионная батарея. Электрическая схема 209 соединена с нагревателем 201 и электрическим источником 207 питания. Электрическая схема 209 управляет питанием, подаваемым на нагреватель 201, для регулирования его температуры. Детектор 213 образования аэрозоля может обнаруживать присутствие и идентичность субстрата 210, образующего аэрозоль, в тепловой близости с нагревателем 201 и сигнализирует о наличии субстрата 210, образующего аэрозоль, в электрическую схему 209. Предоставление детектора субстрата является необязательным. Датчик 211 воздушного потока предоставлен внутри корпуса и соединен с электрической схемой 209 для определения скорости воздушного потока через устройство.
В описанном варианте осуществления нагреватель 201 представляет собой электрически резистивную дорожку или дорожки, нанесенные на керамическую подложку. Керамическая подложка имеет форму пластинки, и при использовании его вставляют в субстрат 210, образующий аэрозоль. Нагреватель является частью устройства и может использоваться для нагрева многих разных субстратов. Однако нагреватель может быть заменяемым компонентом, а сменные нагреватели могут иметь разное электрическое сопротивление.
Система типа, описанного на фиг. 8, может быть системой с непрерывным нагревом, в которой температура нагревателя поддерживается на целевой температуре, пока система находится во включенном состоянии, или она может быть системой, активируемой затяжкой, с температурой нагревателя повышающейся за счет подачи большей мощности в интервалы, когда обнаруживается затяжка.
В случае системы, активируемой затяжкой, ее работа очень похожа на описанную со ссылкой на предыдущие варианты осуществления. Если субстрат является сухим в непосредственной близости от нагревателя, сопротивление нагревателя будет повышаться более быстро для данной подаваемой мощности, чем если бы субстрат все еще содержал вещества для образования аэрозоля, которые могут испаряться при относительно низкой температуре.
В случае системы с непрерывным нагревом сначала происходит падение температуры нагревателя при затяжке пользователя в системе из-за охлаждающего действия воздушного потока через нагреватель. Сопротивление нагревателя можно быть измерено, когда впервые обнаруживается затяжка, и записано как R1, а последующее сопротивление R2, когда система возвращает нагреватель обратно к заданной температуре, может быть измерено в момент времени t1 после обнаружения затяжки, как описано выше. Затем могут быть рассчитаны ΔR и R0, как описано выше, и затем можно сравнить отношение ΔR/R0 с сохраненным пороговым значением, как описано выше, чтобы определить, является ли субстрат сухим вблизи нагревателя. Субстрат может быть сухим, потому что он был исчерпан при использовании, или потому что он старый или неправильно хранился, или потому что он является поддельным и имеет влажность, отличающуюся от подлинного субстрата, образующего аэрозоль.
Система на фиг. 8 содержит в электрической схеме 209 предупреждающий светодиод 215, который загорается при обнаружении неблагоприятного условия.
На фиг. 9 показана блок-схема, иллюстрирующая способ обнаружения неразрешенного, поврежденного или несовместимого нагревателя. На первом этапе 300 обнаруживают введение в устройство картриджа, содержащего нагреватель. Затем на этапе 300 измеряют электрическое сопротивление нагревателя R1. Это происходит в заданный интервал времени после подачи питания на нагреватель, например 100 мс. На этапе 320 измеренное сопротивление R1 сравнивают с диапазоном ожидаемых или допустимых сопротивлений. Диапазон допустимых сопротивлений учитывает производственные допуски и различия между подлинными нагревательными элементами и субстратами. Если R1 находится за пределами ожидаемого диапазона, то способ переходит к этапу 330, на котором предоставляют индикацию, такую как звуковой сигнал, и предотвращают подачу питания на нагреватель, поскольку он считается несовместимым с устройством. Затем способ возвращается к этапу 300, ожидая обнаружение вставки нового картриджа.
В качестве альтернативы или в дополнение, для измерения начального сопротивления R1 на этапе 300 начальная скорость изменения сопротивления может быть измерена в течение заданного интервала времени, например 100 мс, после подачи питания на нагреватель. Это может быть сделано путем проведения нескольких измерений сопротивления в разное время в течение заданного интервала времени, а затем вычисления начальной скорости изменения сопротивления из нескольких измерений сопротивления и моментов времени, в которые эти измерения были сделаны. Точно так же, как конкретная конструкция нагревателя будет иметь начальное сопротивление в диапазоне допустимых значений, можно ожидать, что конкретная конструкция нагревателя будет иметь начальную скорость изменения сопротивления для данной подаваемой мощности в пределах допустимого диапазона скорости изменения значений сопротивления. Вычисленная начальная скорость изменения сопротивления может быть сравнена с допустимым диапазоном скорости изменения значений сопротивления, и если вычисленная скорость изменения сопротивления находится за пределами допустимого диапазона, то способ переходит к этапу 330.
Если на этапе 320 определяют, что R1 находится в диапазоне ожидаемого сопротивления, то способ переходит к этапу 340. На этапе 340 на нагреватель подают питание в течение интервала времени t1, после чего вычисляют отношение ΔR/R0. Преимущественно t1 выбирают как короткий интервал времени, до значительного генерирования аэрозоля. На этапе 350 значение отношения ΔR/R0 сравнивают с диапазоном ожидаемых или допустимых значений. Диапазон ожидаемых значений опять учитывает отклонения при изготовлении нагревателя и субстрата в сборе. Если значение ΔR/R0 выходит за пределы ожидаемого диапазона, нагреватель считается несовместимым, и способ переходит на этап 330, как описано выше, и затем возвращается к этапу 300. Если значение ΔR/R0 находится в ожидаемом диапазоне, то способ переходит к этапу 360, на котором на нагреватель подают питание, чтобы обеспечить возможность генерации аэрозоля по требованию пользователя.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на три разных типа электрических курительных систем, должно быть ясно, что оно применимо к другим системам, генерирующим аэрозоль.
Также должно быть ясно, что настоящее изобретение может быть осуществлено как компьютерный программный продукт для выполнения на программируемых контроллерах в существующих системах, генерирующих аэрозоль. Компьютерный программный продукт может быть предоставлен в виде загружаемого фрагмента программного обеспечения или на машиночитаемом носителе данных, например компакт-диске.
Вышеописанные приведенные в качестве примера варианты осуществления являются иллюстративными, а не ограничительными. Учитывая рассмотренные выше приведенные в качестве примера варианты осуществления, специалисту в данной области техники будут понятны другие варианты осуществления, соответствующие вышеописанным приведенным в качестве примера вариантам осуществления.
Электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, содержащая средства для обнаружения неблагоприятных условий, таких как сухой нагреватель или неразрешенный тип нагревателя. Система содержит электрический нагреватель (30), содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, блок (14) питания и электрическую схему (16), соединенную с электрическим нагревателем и блоком питания и содержащую запоминающее устройство, при этом электрическая схема (16) выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления (R1) нагревателя (30) и изменения электрического сопротивления (R2-R1) от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, и с возможностью ограничения питания, подаваемого на электрический нагреватель (30), или с возможностью предоставления индикации пользователю при наличии неблагоприятного условия. Система имеет преимущество, заключающееся в том, что не требуется предварительно сохраненное максимальное значение сопротивления, и поэтому в системе можно использовать разные нагреватели и учитывать отклонения в сопротивлении, обусловленные производственными допусками. 7 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.
1. Электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, содержащая:
электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль;
блок питания; и
электрическую схему, соединенную с электрическим нагревателем и блоком питания и содержащую запоминающее устройство, при этом электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и с возможностью ограничения питания, подаваемого на электрический нагреватель, или с возможностью обеспечения индикации при наличии неблагоприятного условия.
2. Электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, по п. 1, при этом система содержит устройство и съемный картридж, причем блок питания и электрическая схема находятся в устройстве, а электрический нагреватель находится в съемном картридже, и при этом картридж содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль.
3. Электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, по п. 1 или 2, в которой, при использовании, субстрат, образующий аэрозоль, находится в контакте с нагревательным элементом.
4. Электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, по любому из пп. 1-3, содержащая детектор затяжки для обнаружения, когда пользователь затягивается в системе, причем детектор затяжки соединен с электрической схемой, и при этом электрическая схема выполнена с возможностью подачи питания из блока питания на нагревательный элемент, когда затяжка обнаруживается детектором затяжки, и при этом электрическая схема выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия во время каждой затяжки.
5. Электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, по любому из пп. 1-4, при этом система представляет собой электрически нагреваемую курительную систему.
6. Нагреватель в сборе, содержащий:
электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент; и
электрическую схему, соединенную с электрическим нагревателем и содержащую запоминающее устройство, при этом электрическая схема выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и с возможностью управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия неблагоприятного условия, или с возможностью предоставления индикации при наличии неблагоприятного условия.
7. Электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее:
блок питания; и
электрическую схему, соединенную с блоком питания и содержащую запоминающее устройство, при этом электрическая схема выполнена с возможностью соединения с используемым электрическим нагревателем и определения неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и с возможностью управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия неблагоприятного условия, или с возможностью предоставления индикации при наличии неблагоприятного условия.
8. Электрическая схема для использования в электрически управляемом устройстве, генерирующем аэрозоль, при этом, при использовании, электрическая схема соединяется с электрическим нагревателем и блоком питания, причем электрическая схема содержит запоминающее устройство и выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и с возможностью управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия неблагоприятного условия, или с возможностью предоставления индикации при наличии неблагоприятного условия.
9. Способ управления подачей питания на нагреватель в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, при этом способ содержит:
определение неблагоприятного условия, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени, и ограничение питания, подаваемого на электрический нагреватель, или предоставление индикации пользователю в зависимости от обнаружения неблагоприятного условия.
10. Способ по п. 9, содержащий также измерение начального сопротивления или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя в течение заданного интервала времени после подачи питания на нагреватель, сравнение начального сопротивления или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя с диапазоном допустимых значений, и если начальное сопротивление или начальная скорость изменения сопротивления выходит за пределы диапазона допустимых значений, то предотвращение подачи питания на электрический нагреватель или предоставление индикации до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
11. Способ по п. 9 или п. 10, содержащий также обнаружение, когда нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль, вставлены в систему.
12. Способ обнаружения несовместимого или поврежденного нагревателя в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, при этом способ содержит:
определение несовместимого или поврежденного нагревателя, когда соотношение начального электрического сопротивления нагревателя и изменения электрического сопротивления от начального сопротивления больше максимального порогового значения или меньше минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве, или когда соотношение достигает порогового значения, хранящегося в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени.
13. Машиночитаемый носитель, имеющий компьютерную программу, хранящуюся на нем, которая при исполнении микропроцессором в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, причем микропроцессор соединен с электрическим нагревателем и блоком питания, побуждает микропроцессор выполнять способ по любому из пп. 9-11.
| US 2014014126 A1, 16.01.2014 | |||
| WO 2012085203 A1, 28.06.2012 | |||
| СТВОЛ ПИРОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ | 1995 |
|
RU2110033C1 |
