УСТРОЙСТВО С ОГРАНИЧЕНИЕМ ПОТОКА ЖИДКОСТИ Российский патент 2020 года по МПК A24F47/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройствам управления подачей электропитания в ответ на измерение давления воздуха, например, для применения в системах подачи аэрозоля.

Уровень техники

Системы подачи аэрозоля, такие как электронные сигареты, в целом содержат резервуар с исходной жидкостью, содержащий состав, обычно включающий в себя никотин, из которого получают аэрозоль, например, путем испарения, или используя другие средства. Такой источник аэрозоля для системы подачи аэрозоля может содержать нагревательный элемент, соединенный с частью исходной жидкости из резервуара. Когда пользователь осуществляет вдох, активируют нагревательный элемент, чтобы испарить небольшое количество исходной жидкости, которую, таким образом, преобразуют в аэрозоль для вдыхания пользователем. Более конкретно, такие устройства обычно оснащены одним или несколькими впускными отверстиями для воздуха, расположенными на расстоянии от мундштука системы. Когда пользователь всасывает через мундштук, воздух втягивается через впускные отверстия и проходит через источник аэрозоля. Имеется канал протекания воздуха, соединяющий впускные отверстия с источником аэрозоля и с отверстием в мундштуке, так что воздух, протягиваемый через источник аэрозоля, проходит вдоль канала потока до отверстия мундштука, перенося с собой некоторое количество аэрозоля от источника аэрозоля. Воздух, переносящий аэрозоль, выходит из системы подачи аэрозоля через отверстие мундштука для вдыхания пользователем.

Чтобы обеспечить подачу аэрозоля "по требованию", в некоторых системах канал прохождения потока воздуха также сообщается с датчиком давления воздуха. Вдох через канал прохождения потока воздуха, осуществляемый пользователем, приводит к падению давления. Это падение детектирует датчик, и выходной сигнал от датчика используют для генерации управляющего сигнала для активации батареи, расположенной в системе подачи аэрозоля, чтобы подать электроэнергию на нагревательный элемент. Следовательно, аэрозоль образуется путем испарения исходной жидкости в ответ на осуществление пользователем вдоха через устройство. В конце затяжки давление воздуха снова меняется, что детектирует датчик, так что получают управляющий сигнал для прекращения подачи электропитания. Таким образом, аэрозоль генерируют только, если это требуется пользователю.

В такой конфигурации канал прохождения потока воздуха сообщается как с датчиком давления, так и с нагревательным элементом, который сам сообщается с резервуаром с исходной жидкостью. Следовательно, имеется вероятность того, что исходная жидкость может попасть на датчик давления, например, если электронную сигарету уронят, повредят или будут обращаться с ней ненадлежащим образом. Попадание жидкости на датчик давления может привести к тому, что он перестанет должным образом работать либо на время, либо навсегда.

Соответственно, представляют интерес подходы, позволяющие устранить эту проблему.

Раскрытие изобретения

В соответствии с первым аспектом описанных в этом документе некоторых вариантов осуществления предложено устройство для управления подачей электропитания в ответ на измерение давления, причем устройство содержит канал прохождения потока воздуха; камеру, имеющую отверстие; ограничитель потока жидкости, предназначенный для сдерживания поступления жидкости в камеру через отверстие; датчик давления, расположенный в камере и способный в присутствии ограничителя потока жидкости детектировать изменения давления воздуха, вызванные потоком воздуха в канале прохождения потока воздуха; и схему преобразования изменений давления воздуха, обнаруженных датчиком давления, в управляющие сигналы для управления выходной мощностью, подаваемой батареей.

Датчик давления при наличии ограничителя потока жидкости может детектировать изменение давления воздуха в диапазоне от 155 Па в потоке, проходящем по каналу прохождения потока воздуха, равном 5 мл в секунду, до 1400 Па в потоке, проходящем по каналу прохождения потока воздуха, равном 40 мл в секунду.

Канал прохождения потока воздуха может лежать за пределами камеры и может сообщаться с отверстием. За исключением отверстия камера может быть воздухонепроницаемой.

Как вариант, отверстие представляет собой выпуск воздуха из камеры, при этом камера дополнительно содержит впуск воздуха, а канал прохождения потока воздуха проходит через камеру и включает в себя отверстие и впуск воздуха.

Ограничитель потока жидкости может быть расположен в отверстии или поперек него, или в канале прохождения потока воздуха или поперек него, либо может представлять собой само отверстие, если имеет соответствующий размер.

Ограничитель потока жидкости может содержать сетку, например, сетку, имеющую поверхностный слой из гидрофобного материала, или выполненную из гидрофобного материала, и/или сетку, имеющую размер поры 100 мкм или менее и калибр 200 или выше.

В других вариантах осуществления ограничитель потока жидкости может содержать сопло с каналом. Сопло может быть выполнено из гидрофобного материала или может иметь покрытие из гидрофобного материала. Например, сопло может быть выполнено из полиэфирэфиркетона. Как вариант, сопло может быть гидрофильным. Например, сопло может быть выполнено их металла, такого как нержавеющая сталь. Канал сопла может иметь диаметр 0,5 мм или менее, например, 0,3 мм.

В других вариантах осуществления ограничитель потока жидкости может содержать одноходовой клапан, выполненный с возможностью открываться под давлением потока воздуха в канале прохождения потока воздуха в первом направлении и закрываться от потока жидкости в противоположном направлении.

Устройство также может содержать батарею, реагирующую на управляющие сигналы от схемы. Устройство может представлять собой компонент системы подачи аэрозоля.

В соответствии со вторым аспектом предложенных в этом документе некоторых вариантов осуществления предложена система подачи аэрозоля, содержащая устройство для управления подачей электропитания в ответ на измерение давления, в соответствии с первым аспектом.

В соответствии с третьим аспектом предложенных в этом документе некоторых вариантов осуществления предложено устройство для управления подачей электропитания в ответ на измерение давления, причем устройство содержит канал прохождения потока воздуха; камеру; отверстие, открывающееся от канала прохождения потока воздуха в камеру; ограничитель потока жидкости, расположенный в отверстии или поперек него и выполненный с возможностью сдерживать поступление жидкости в камеру через отверстие, причем ограничитель потока жидкости содержит сетку или сопло с каналом; датчик давления, расположенный в камере и способный в присутствии ограничителя потока жидкости детектировать изменения давления воздуха, вызванные потоком воздуха в канале прохождения потока воздуха; и схему преобразования изменений давления воздуха, обнаруженных датчиком давления, в управляющие сигналы для управления выходной мощностью, подаваемой батареей.

В соответствии с четвертым аспектом предложенных в этом документе некоторых вариантов осуществления предложено устройство для управления подачей электропитания в ответ на измерение давления, причем устройство содержит канал прохождения потока воздуха; камеру; отверстие, открывающееся от канала прохождения потока воздуха в камеру; ограничитель потока жидкости, расположенный в отверстии или поперек него и выполненный так, что он является воздухопроницаемым, но непроницаемым для жидкости, чтобы сдерживать поступление жидкости в камеру; датчик давления, расположенный в камере и способный в присутствии ограничителя потока жидкости детектировать изменения давления воздуха, вызванные потоком воздуха в канале прохождения потока воздуха; и схему преобразования изменений давления воздуха, обнаруженных датчиком давления, в управляющие сигналы для управления выходной мощностью, подаваемой батареей.

Эти и другие аспекты некоторых вариантов осуществления изложены в независимых и зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения. Понятно, что признаки зависимых пунктов формулы изобретения можно комбинировать друг с другом и признаками независимых пунктов формулы изобретения в сочетаниях, отличных от явно изложенных в формуле изобретения. Более того, подход, описанный в этом документе, не ограничен специфическими вариантами осуществления, например, изложенными ниже, но включает в себя и предполагает любые подходящие сочетания представленных здесь признаков. Например, в соответствии с подходами, описанными в этом документе, может быть выполнено устройство, которое включает в себя любой один или несколько соответствующих признаков, описанных ниже.

Краткое описание чертежей

Теперь подробно на примере будут описаны различные варианты осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

на фиг. 1 показано схематичное представление системы подачи аэрозоля, в которой можно использовать варианты осуществления изобретения;

на фиг. 2 на виде в поперечном сечении показано схематичное представление части системы подачи аэрозоля, в которой можно использовать варианты осуществления изобретения;

на фиг. 3 показан первый пример конфигурации устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 4 показан второй пример конфигурации устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 5 показан третий пример конфигурации устройства в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

на фиг. 6 показаны графики измерений давления, записанных при использовании ограничителя потока жидкости, выполненного в виде сетки, в конфигурации сквозного потока;

на фиг. 7 показаны графики измерений давления, записанных с использованием ограничителя потока жидкости, выполненного в виде сетки, в конфигурации обходного потока;

на фиг. 8 показан вид в поперечном сечении в перспективе примера устройства с ограничителем потока жидкости, выполненным в виде сетки;

на фиг. 9 показан график измерений давления, записанных от устройства, показанного на фиг. 8, до и после проверки на протечку;

на фиг. 10 показаны графики измерений давления, записанных при использовании ограничителя потока жидкости, выполненного в виде сопла, в конфигурации обходного потока;

на фиг. 11 показан вид в сечении в перспективе примера устройства с ограничителем потока жидкости, выполненным в виде сопла;

на фиг. 12 показаны графики измерений давления, записанных от устройства, показанного на фиг. 8, с различными соплами;

на фиг. 13 показан график измерений давления, записанных от устройства, показанного на фиг. 11, до и после проверки на протечку; и

на фиг. 14 показано схематичное представление в поперечном сечении примера устройства с ограничителем потока жидкости, выполненным в виде клапана.

Осуществление изобретения

В этом документе обсуждаются/описаны аспекты и признаки некоторых примеров и вариантов осуществления. Некоторые аспекты и признаки некоторых примеров и вариантов осуществления могут быть реализованы обычным способом, и для краткости они подробно не обсуждаются/не описаны. Таким образом, понятно, что аспекты и признаки обсуждаемых здесь устройства и способов, которые подробно не описаны, могут быть реализованы в соответствии с любыми обычными технологиями, предназначенными для реализации таких аспектов и признаков.

Как описано выше, настоящее изобретение относится (но, не ограничиваясь) к системам подачи аэрозолей, таким как электронные сигареты. В последующем описании иногда может применяться термин "электронная сигарета"; однако понятно, что этот термин можно взаимозаменяемо использовать для системы подачи аэрозоля (пара).

На фиг. 1 приведена очень схематичная диаграмма (не в масштабе) системы подачи аэрозоля/пара, такой как электронная сигарета 10, к которой применимы некоторые варианты осуществления. Электронная сигарета имеет, в целом, цилиндрическую форму, проходящую вдоль продольной оси, обозначенной пунктирной линией, и содержит два основных компонента, а именно, корпус 20 и картридж 30 в сборе.

Картридж 30 в сборе включает в себя резервуар 38, содержащий исходную жидкость, содержащую жидкий состав, из которого получают аэрозоль, например, содержащую никотин, и нагревательный элемент или нагреватель 40, предназначенный для нагревания исходной жидкости, чтобы получать аэрозоль. Исходная жидкость и нагревательный элемент 40 можно назвать в целом источником аэрозоля. Картридж 30 в сборе также включает в себя мундштук 35, имеющий отверстие, через которое пользователь может вдыхать аэрозоль, полученный с помощью нагревательного элемента 40. Исходная жидкость может содержать от 1 до 3% никотина и 50% глицерина, а оставшуюся часть примерно поровну составляют вода и пропиленгликоль, и также возможно наличие других компонентов, например, ароматизаторов. Корпус 20 включает в себя аккумулятор или батарею 54 (называемую в дальнейшем батареей) для подачи питания на электронную сигарету 10, и печатную плату (ПП) 28 и/или другие электронные компоненты для осуществления общего управления электронной сигаретой. При использовании нагревательный элемент 40 получает питание от батареи 54 в соответствии с командой от печатной платы 28 в ответ на изменения давления, обнаруженные датчиком давления воздуха (не показан), нагревательный элемент 40 испаряет исходную жидкость в месте нагрева, чтобы получить аэрозоль, и затем его вдыхает пользователь через отверстие в мундштуке 35. Когда пользователь осуществляет вдох через мундштук, аэрозоль переносят от источника аэрозоля к мундштуку 35 вдоль воздушного канала (не показан), который соединяет источник аэрозоля с отверстием мундштука.

В этом конкретном примере корпус 20 и картридж 30 в сборе можно отсоединить друг от друга, отделяя в направлении параллельном продольной оси, как показано на фиг. 1, но при использовании устройства 10 они соединены друг с другом с помощью взаимодействующих зацепляющихся элементов 21, 31 (например, винта или байонетного соединения), чтобы обеспечить механическую и электрическую связность между корпусом 20 и картриджем 30 в сборе. Интерфейс электрического разъема на корпусе 20, используемый для соединения с картриджем 30 в сборе, также может служить в качестве интерфейса для подключения к корпусу 20 зарядного устройства (не показано), когда корпус 20 отсоединен от картриджа 30 в сборе. Другой конец зарядного устройства может быть вставлен во внешний источник энергии, например, в USB-разъем, для зарядки или перезарядки батареи 54 в корпусе 20 электронной сигареты. В других реализациях может быть предусмотрен отдельный интерфейс для зарядки, например, так можно заряжать батарею 54, все еще подключенную к картриджу 30 в сборе.

Электронная сигарета 10 содержит одно или несколько отверстий (не показаны на фиг. 1) для впуска воздуха. Эти отверстия, которые выполнены во внешней стенке корпуса 20, соединены с каналом прохождения потока воздуха через электронную сигарету 10 до мундштука 35. Канал прохождения потока воздуха включает в себя область измерения давления (не показана на фиг. 1) в корпусе 20, а затем проходит от корпуса 20 в картридж 30 в сборе до области вокруг нагревательного элемента 40, так что, когда пользователь осуществляет вдох через мундштук 35, воздух втягивается в канал прохождения потока воздуха через одно или несколько отверстий для впуска воздуха. Этот поток воздуха (или результирующее изменение давления) детектируют с помощью датчика давления (не показан на фиг. 1), сообщающегося с каналом прохождения потока воздуха, который, в свою очередь, активирует нагревательный элемент (задействуя печатную плату 28), чтобы испарить часть исходной жидкости для подачи аэрозоля. Поток воздуха проходит по каналу прохождения потока воздуха и объединяется с паром в области вокруг нагревательного элемента 40, и результирующий аэрозоль (объединение потока воздуха и конденсированного пара) проходит вдоль канала прохождения потока воздуха от области нагревательного элемента 40 до мундштука 35, чтобы его вдохнул пользователь.

В некоторых примерах съемный картридж 30 в сборе может быть выброшен, когда заканчивается исходная жидкость, и при необходимости заменен другим картриджем в сборе. Однако может предполагаться, что корпус является многоразовым, например, чтобы обеспечить работу в течение года или более путем присоединения к ряду одноразовых съемных картриджей в сборе. Поэтому, представляет интерес сохранение функциональности компонентов в корпусе 20.

На фиг. 2 показан схематичный продольный вид в разрезе через среднюю часть примера электронной сигареты, аналогичной показанной на фиг. 1, в которой картридж 30 в сборе и корпус 20 соединены. На этой иллюстрации картридж 30 в сборе показан прикрепленным к корпусу 20; боковые стенки 32, 22 этих компонентов имеют такую форму, чтобы допускать плотную посадку (также можно применять защелки, байонетные или винтовые соединения). Боковая стенка 22 корпуса 24 имеет пару отверстий 24 (может использоваться большее или меньшее число отверстий), которые позволяют впускать воздух, показанный стрелками А. Отверстия сообщаются с первой частью центрального канала или прохода 66 прохождения потока воздуха, расположенного в корпусе 20, которая соединена со второй частью канала 66 прохождения потока воздуха, расположенной в картридже 30 в сборе, если картридж 30 в сборе и корпус 20 соединены, чтобы образовать непрерывный канал 66 прохождения потока воздуха. Нагревательный элемент 40 расположен в канале 66 прохождения потока воздуха, так что через него можно втягивать воздух, чтобы собирать испарившуюся исходную жидкость, когда пользователь осуществляет вдох через мундштук, чтобы втянуть воздух через отверстия 24.

Корпус 20 также включает в себя датчик 62 давления, который может детектировать изменения давления воздуха в канале 66 прохождения потока воздуха. Датчик 62 находится в камере 60, которая сообщается с первой частью канала 66 прохождения потока воздуха через отверстие 64. Изменения давления воздуха в канале 66 передаются в камеру 60 через отверстие 64 для детектирования датчиком 62. В альтернативных компоновках датчик 62 может быть расположен в канале прохождения потока воздуха (дополнительно обсуждается ниже). Печатная плата 28 или другие электронные компоненты, упомянутые ранее, в этом примере также расположена в камере 60 (она может быть расположена в другом месте в электронной сигарете), и она принимает выходные сигналы от датчика 62, когда он реагирует на изменение давления воздуха. Если обнаружено падение давления, превосходящее предварительно заданный порог, то это указывает на то, что пользователь осуществляет вдох через канал прохождения потока воздуха, и печатная плата генерирует управляющий сигнал для батареи 54, чтобы он подавала электрический ток для нагревания нагревательного элемента. Эти различные компоненты можно рассматривать в качестве устройства управления подачей электропитания в ответ на измерение давления воздуха.

Нагревательный элемент 40 принимает исходную жидкость из резервуара электронной сигареты (не показан на фиг. 2), например, с помощью фитиля (в зависимости от структуры материала нагревательного элемента). Как видно на фиг. 2, из-за этого исходная жидкость оказывается вблизи от датчика давления. При нормальных условиях работы это не является проблемой; нагревательный элемент способен удерживать исходную жидкость, и исходную жидкость регулярно отводят от этой области по мере ее испарения. Однако утечка, поломка или иная неисправность резервуара, сотрясение электронной сигареты или подобный инцидент может заставить или позволить исходной жидкости перетечь по каналу 66 прохождения потока воздуха мимо нагревательного элемента 40 в направлении противоположном направлению потока вдыхаемого воздуха, как указано стрелкой L. Тогда жидкость может попасть в камеру 60 и нарушить функционирование датчика 62 давления.

Варианты осуществления изобретения относятся к устройствам, предназначенным для предотвращения попадания исходной жидкости на датчик давления, допуская при этом приемлемое функционирование датчика давления. Рассматривается несколько конфигураций.

Геометрии устройства

На фиг. 3 показано очень схематичное представление (не в масштабе) первого примера устройства определения давления воздуха в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Устройство аналогично показанному на фиг. 2. Ориентация элементов, показанных различным образом, значения не придают. В примере на фиг. 3 датчик 62 давления расположен в камере 60 вблизи от части канала или прохода 66 прохождения потока воздуха, ограниченной боковыми стенками, выполненными в конструкции электронной сигареты, и сообщающейся с отверстиями для впуска воздуха, описанными ранее. Канал, проходящий мимо камеры, может быть прямым или непрямым. При осуществлении пользователем вдоха воздух проходит вдоль канала, как показано стрелкой А. Камера 60 имеет отверстие 64 в одной стенке, которое выходит в канал 66 прохождения потока воздуха, при этом канал прохождения потока воздуха находится снаружи от камеры и не проходит через нее. Изменения давления воздуха, возникающие в канале прохождения потока воздуха, передаются внутрь камеры 60 через отверстие 64, так что датчик 62 давления может обнаружить эти изменения и отправить соответствующий выходной сигнал на управляющие электронные компоненты или печатную плату (не показана). В соответствии с вариантами осуществления изобретения устройство также включает в себя ограничитель 70 потока жидкости (также называемый ограничителем), расположенный в, над или поперек отверстия 64, который предотвращает, сокращает или подавляет попадание в камеру 60 какой-либо жидкости L, которая может находиться в канале 66 прохождения потока воздуха и угрожать датчику 62. Рассматриваются различные конфигурации ограничителя 70 потока жидкости; они дополнительно описаны ниже. Однако общие свойства конфигураций заключаются в том, что каждое устройство является проницаемым для потока воздуха до такой степени, что изменения давления в канале 66 прохождения потока воздуха полностью или в значительной степени передаются в камеру 60 для успешного обнаружения датчиком 66, и в то же время также полностью или в значительной степени непроницаемым для потока жидкости, так что предотвращают или блокируют проникновение жидкости в камеру 60 и окрестность датчика 66. Для этого в этом примере ограничитель 70 потока жидкости обычно имеет такой размер и форму, чтобы заполнять отверстие 64 либо при вставке его в отверстие, либо когда его прикрепляют поверх отверстия 64. В конкретной компоновке примера на фиг. 3 работа ограничителя 70 потока жидкости упрощается, если камера выполнена по существу воздухонепроницаемой, за исключением отверстия. Это создает противодавление из камеры 60 по сравнению с давлением в канале потока воздуха во время вдыхания, которое противодействует потоку любой жидкости на ограничителе 70 или около него в камеру 60. Кроме того, устройство, показанное на фиг. 3, поддерживает канал потока воздуха в чистом и неограниченном состоянии, так что пользовательский опыт вдыхания через электронную сигарету остается неизменным. Поток А воздуха обходит ограничитель 70. Кроме того, конфигурация примера на фиг. 3 предлагает альтернативный и более простой канал потока любой жидкости, которая протекает вдоль канала прохождения потока воздуха до отверстия. Жидкости проще пройти вдоль канала прохождения потока воздуха мимо отверстия, чем проникать в ограничитель и протекать в камеру, так что это более вероятный результат, и с помощью этого механизма жидкость также удерживают вне камеры.

На фиг. 4 показано очень схематичное представление (не в масштабе) второго примера устройства определения давления воздуха в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Камера 60, датчик 62, отверстие 64 и канал 66 прохождения потока воздуха расположены, как в примере на фиг. 3, так, что канал 66 прохождения потока воздуха находится вне камеры 60. Однако в этом примере ограничитель 70 потока жидкости расположен внутри и проходит поперек канала 66 прохождения потока воздуха, а не в отверстии 64. Он расположен после отверстия относительно направления потока A вдыхаемого воздуха, но до отверстия относительно направления возможного потока L жидкости. Таким образом, давление воздуха в канале 66 прохождения потока воздуха передается непосредственно в камеру 60 и к датчику 62 через отверстие без каких-либо препятствий, в то время как, благодаря наличию ограничителя 70, не позволяют или препятствуют жидкости достичь отверстия. Как и прежде, ограничитель 70 проницаем для потока воздуха, так что воздух может свободно проходить вдоль канала 66 прохождения потока воздуха. Тем не менее, отметим, что в этом примере ограничитель 70 находится непосредственно в канале 66 прохождения потока воздуха A; он расположен в конфигурации сквозного потока, в отличие от конфигурации обходного потока, показанной на фиг. 3. Следовательно, присутствие ограничителя может быть очевидным для пользователя, который вдыхает через электронную сигарету, например, давление при вдыхании, необходимое для активации устройства, может увеличиться. Ограничитель может быть спроектирован так, чтобы решить эту проблему, как будет обсуждаться ниже.

На фиг. 5 показано очень схематичное представление (не в масштабе) третьего примера устройства определения давления воздуха в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Этот пример похож на пример на фиг. 4 тем, что он представляет собой устройство сквозного потока, в котором поток A воздуха проходит через ограничитель 70. Однако в отличие от примеров, представленных на фиг. 3 и 4, канал 66 прохождения потока воздуха выполнен так, что он проходит через камеру 60. Камера 60 имеет отверстие 64, как и раньше, но в этом примере отверстие 64 является выходным отверстием или отверстием из камеры 60 для канала 66 прохождения потока воздуха. Камера 60 имеет дополнительное отверстие 68, являющееся входом в камеру 60 для канала 66 прохождения потока воздуха. Когда пользователь осуществляет вдох, поток A воздуха входит в камеру 60 через впускное отверстие 68 и выходит через выпускное отверстие 64. Датчик 62 давления расположен в камере 60, как и раньше, но в конфигурации, показанной на фиг. 5, датчик 62 подвергают более непосредственному воздействию воздушного потока и результирующих изменений давления. Камера 60 показана в виде отсека, который является значительно более широким, чем входная и выходная части канала прохождения потока воздуха; это не обязательно. Вместо этого можно использовать расширение канала, достаточное только для размещения объема датчика, или датчик может быть расположен непосредственно в канале прохождения потока воздуха, так что канал выступает в качестве камеры. Камера может иметь форму, облегчающую прохождение через нее воздушного потока. В этом примере ограничитель 70 потока жидкости расположен в отверстии 64 или поперек него на выходе из камеры. Это местоположение находится после датчика 62 относительно направления возможного потока L жидкости, так что датчик 62 защищен от воздействия жидкости, благодаря свойству ограничителя 70, заключающемуся в препятствовании потоку жидкости. Ограничитель 70 предпочтительно выполнен так, чтобы минимально воздействовать на проходящий через него воздушный поток, так что его присутствие не очень заметно при вдыхании пользователем.

Хотя примеры на фиг. 3, 4 и 5 отличаются друг от друга относительным расположением компонентов и признаков, следует понимать, что в каждом случае ограничитель выполнен с возможностью удерживать жидкость от попадания на датчик путем предотвращения проникновения жидкости в камеру через отверстие в камере, не мешая при этом функционированию датчика.

Теперь будут описаны три конструкции ограничителя потока жидкости. Соответственно, это сетчатый ограничитель, ограничитель в виде сопла и ограничитель в виде клапана.

Сетчатый ограничитель

В качестве ограничителя потока жидкости в настоящем контексте может использоваться сетчатый лист. Отверстия или поры между основой и утком сетки позволяют воздуху протекать через нее, но если отверстия достаточно малы, то прохождение жидкости может быть существенно затруднено из-за поверхностного натяжения в жидкости. Жидкость не сможет сформироваться в достаточно маленькие капли, чтобы пройти через отверстия. Сетку можно рассматривать в качестве мембраны, которая является проницаемой для газа (включая воздух), но непроницаемой для жидкости. Непроницаемость для жидкости можно увеличить, если сетку снабдить поверхностным слоем из гидрофобного материала или изготовить ее из гидрофобного материала. Лист подходящей по размеру и/или обработанной сетки может быть прикреплен на месте, чтобы он полностью или по существу покрывал отверстие 64 камеры (примеры на фиг. 3 и 5), или чтобы он мог полностью или по существу перекрывать отверстие канала 66 прохождения потока воздуха (пример на фиг. 4, или пример на фиг. 5, где он расположен выше по потоку, чем показано).

Возможные сетчатые материалы включают в себя нержавеющую сталь и полимер (например, нейлон). Было проведено тестирование нескольких мелких сеток. В каждом случае сетка была сформирована из равномерного массива волокон или проволок, сплетенных в квадратную сетку. Были испытаны различные толщины проволок и разные калибры (дающие разные размеры пор), в том числе сетка из нержавеющей стали калибра 80 (размер пор около 280 мкм, толщина проволоки около 150 мкм); сетка из нержавеющей стали калибра 200 (размер пор около 64 мкм, толщина проволоки около 30 мкм); сетка из нержавеющей стали калибра 400 (размер пор около 37 мкм, толщина проволоки около 27 мкм); сетка из нержавеющей стали калибра 500 (размер пор около 22 мкм, толщина проволоки около 28 мкм); и тонкая нейлоновая сетка (размер пор около 162 мкм, толщина проволоки около 53 мкм). Образцы сетки каждого типа обрабатывали посредством распыления гидрофобного материала, коммерчески доступным примером продукта является NeverWet (RTM) от Rust-Oleum (RTM), который отталкивает поверхностную жидкость. Метод нанесения гидрофобного покрытия – осаждение паров. Кроме того, выбор подходящего гидрофобного материала должен быть сделан с учетом предполагаемого назначения устройства. Включение в систему подачи аэрозоля, предназначенную для перорального применения людьми, потребовало бы, чтобы гидрофобный материал был испытан или сертифицирован для использования в пищевой и/или медицинской промышленности.

Сетки были испытаны на испытательных стендах с конфигурациями как сквозного, так и обходного потока, при этом геометрия камеры и канала прохождения воздушного потока сопоставима с геометрией, применяемой в реальных электронных сигаретах. Для создания потока воздуха через испытательный стенд, который контролировали с помощью расходомера и манометра, использовали вакуумный насос. Чтобы имитировать условия потока в реальной электронной сигарете, создавали поток воздуха, равный 50 мл/с при общем падении давления приблизительно 1,3 кПа. Воздушный поток длился около 3 секунд.

Испытательный стенд включал в себя два датчика давления – по одному с каждой стороны сетки – для измерения перепада давления в сетке. Измерения можно оценить, чтобы определить, оказывает ли присутствие сетки неблагоприятное влияние на изменение давления в камере таким образом, что измерение, выполненное в камере, не будет должным образом отражать поток воздуха во время вдоха, и будет ли присутствие сетки слишком сильно мешать потоку воздуха проходить через устройство.

На фиг. 6 в виде графиков измеренного перепада давления показаны результаты эксперимента, проведенного на испытательном стенде для конфигурации сквозного потока. Линии A получены от датчика на входной стороне сетки, а линии B – от датчика на выходной стороне сетки. Данные нормированы относительно значения атмосферного давления, так что показан только перепад давления относительно атмосферы. На фиг. 6(а) показаны измерения из контрольного испытания с открытым отверстием диаметром 2 мм и без сетки. Этот результат указывает на падение давления через отверстие, равное около 0,1 кПа, при скорости потока 50 мл/с. На фиг. 6(b) показаны результаты измерений при испытании отверстия диаметром 5 мм, покрытого стальной сеткой 80-го калибра с гидрофобным покрытием. Наблюдается аналогичное падение давления около 0,1 кПа, что указывает на то, что наличие сетки не влияет на характеристики воздушного потока и давления. В отличие от этого, для сеток меньшего калибра перепад давления, необходимый для поддержания скорости потока 50 мл/с, становится намного больше. На фиг. 6(c) показаны измерения для стальной сетки 200-го калибра с гидрофобным покрытием (диаметр 5 мм), указывающие на падение давления примерно на 0,7 кПа, а на фиг. 6(d) показаны измерения для стальной сетки 400-го калибра с гидрофобным покрытием (5 мм), и они указывают на падение давления около 6 кПа. Таким образом, более мелкие сетки обеспечивают высокое сопротивление воздушному потоку, которое, вероятно, будет слишком большим сопротивлением в реальной системе подачи аэрозоля.

Возможно, что высокое сопротивление более мелких сеток было отчасти вызвано забиванием пор нанесенным гидрофобным напылением. Для некоторых приложений это может не составлять проблемы. В противном случае можно применять процесс нанесения покрытия, при котором наносится более тонкий слой гидрофобного материала, или исключить гидрофобный материал, или увеличить диаметр отверстия и покрывающей его сетки (варианты этого будут зависеть от желаемой геометрии устройства), или использовать сетку с более крупными порами, если она все еще может обеспечить подходящее ограничение потока жидкости.

На фиг. 7 показаны результаты эксперимента, проведенного на испытательном стенде, для конфигурации обходного потока с сетчатым ограничителем. В этой схеме первый датчик был расположен в закрытой камере за отверстием, покрытым сеткой, а второй датчик был расположен в основном канале прохождения воздушного потока. Таким образом, первый датчик измеряет падение давления в канале через сетку. На фиг. 7(а) показаны измерения из контрольного испытания с открытым отверстием 10 мм и без сетки. Измерения от обоих датчиков нанесены на график, но по существу перекрываются, что указывает на одинаковое давление как внутри, так и снаружи камеры с небольшим или нулевым уменьшением величины или временной задержкой. Аналогичные результаты наблюдаются для стальной сетки диаметром 10 мм 500-го калибра (без гидрофобного покрытия) и для полимерной сетки диаметром 10 мм (без гидрофобного покрытия), показанные на фиг. 7(b) и 7(с) соответственно. Эти результаты показывают, что датчик давления в отдельной камере, сообщающейся через отверстие с каналом прохождения воздушного потока, и защищенный сеткой на отверстии, способен точно детектировать изменения давления в канале прохождения потока воздуха, и сетка не мешает прохождению потока воздуха по каналу. Преимущество этой геометрии (соответствующей примеру на фиг. 3) состоит в том, что, поскольку ограничительное устройство в форме сетки не размещено в канале прохождения воздушного потока, можно использовать гораздо более тонкую сетку без какого-либо увеличения сопротивления тяге, по сравнению с геометрией сквозного потока. Более мелкая сетка, вероятно, будет более эффективной в сопротивлении потоку жидкости и, следовательно, в предотвращении проникновения жидкости в камеру, и может обеспечить адекватную защиту без гидрофобного покрытия.

Различные сетки с гидрофобным покрытием и без него были дополнительно испытаны для оценки их способности противостоять просачиванию через них жидкости. С использованием трубок, закрытых на нижнем конце диском с сеткой каждого типа, были проведены различные испытания на просачивание с повышенной точностью. Используемая жидкость представляла собой раствор никотина, предназначенный для использования в электронных сигаретах. Необработанная полимерная сетка и необработанная стальная сетка 80 калибра выдержали без просачивания добавление одной капли жидкости плюс небольшое встряхивание. Добавление дополнительных капель вызвало просачивание. При обработке гидрофобным покрытием эти сетки первоначально могли выдерживать еще пять капель, но допустили просачивание после 10-минутной задержки. Это также относится ко всем тонкостенным стальным сеткам, если отсутствует гидрофобная обработка. При нанесении гидрофобного покрытия через стальные сетки с калибра 200, 400 и 500 не было просачивания после 10-минутной задержки, но они позволяли жидкости проходить при воздействии положительного давления 1,3 кПа, которое могло проталкивать жидкость через поры сетки. Это приложенное давление соответствует тому, что пользователь активно дует в электронную сигарету (в отличие от обычного всасывания, вдыхания), что может быть сделано в попытке устранить кажущийся засорение. Такое засорение может быть утечкой исходной жидкости из резервуара, так что если дуть в электронную сигарету, то это может проталкивать жидкость через любой сетчатый барьер, расположенный в канале воздушного потока. Поэтому, в этом контексте может быть предпочтительной геометрия обходного потока, такая как в примере на фиг. 3. Результаты дальнейших испытаний соответствуют этому.

На фиг. 8 показан вид в перспективе в поперечном разрезе еще одного испытательного стенда 80, предназначенного для более точного моделирования частей электронной сигареты, в которой используют сетчатый ограничитель в конфигурации обходного потока, что видно по сравнению с фиг. 2. На верхней внутренней поверхности камеры 60 находится датчик 62 давления. Верхняя стенка камеры 60 показана с отверстием; его использовали в испытаниях, относящихся к утечкам воздуха и воздухопроницаемости, но оно было закрыто для данного примера для получения воздухонепроницаемой камеры. Камера 60 в одной своей стенке имеет отверстие диаметром 4 мм, которое закрыто сетчатым ограничителем 70а. Сетка в этом примере представляла собой наклеенный на отверстие диск диаметром 5 мм из нержавеющей стали калибра 500 с гидрофобным поверхностным покрытием. Канал 66 прохождения воздушного потока проходит через отверстие, так что внутренняя часть камеры сообщается с каналом 66 прохождения воздушного потока через сетку 70а. Канал сформирован из первой трубки 66a, расположенной вертикально, чтобы с помощью отверстия 24 в корпусе электронной сигареты имитировать впуск воздуха, и второй трубки 66b, расположенной горизонтально, чтобы имитировать канал прохождения воздушного потока, ведущий к нагревательному элементу в картридже в сборе электронной сигареты, но заканчивающейся выходом 25 на испытательном стенде 80. Две трубки соединены под прямым углом вблизи сетки 70а и отверстия.

Чтобы смоделировать утечку и попытку удаления засорения пользователем, испытательный стенд 80 был повернут так, чтобы вертикально разместить трубку 66b, и эта трубка 66b была залита раствором никотина (той же самой жидкостью, которая использовалась в испытаниях на просачивание). Это равносильно экстремальной утечке, вызванной неисправностью картриджа в сборе. К выпускному отверстию 25 было приложено положительное давление, чтобы сымитировать пользователя, дующего в засорившуюся электронную сигарету; в результате раствор никотина продвигался вдоль трубки 66а и через впуск 24 воздуха. Затем регистрировали измерения давления во время 3-секундного потока воздуха со скоростью 50 мл/с (как и раньше) и сравнивали с измерениями в тех же условиях, которые были выполнены до моделирования утечки.

На фиг. 9 показан график этих измерений, нормализованный относительно атмосферного давления, как и раньше. Линия A и линия B отображают записанный сигнал давления до и после моделирования утечки соответственно. Как можно увидеть, два записанных профиля давления очень похожи, что указывает на то, что сетка успешно защитила датчик от жидкости в этом устройстве с обходным потоком (которое обеспечивает альтернативный канал для жидкости вместо ее проталкивания через сетку), а также на то, что любая остаточная жидкость внутри и вокруг сетки не оказывает негативного влияния на давление, передаваемое в камеру и детектируемое датчиком.

Для конкретного применения системы подачи аэрозоля, такой как электронная сигарета, результаты показывают, что эффективной будет сетка с размером пор около 25 мкм или менее калибра 500. Более крупные поры и калибры также можно считать подходящими для этого применения, например, размер пор менее 100 мкм, менее 75 мкм или менее 50 мкм, при калибре 200 или 400. Для других применений предпочтительными могут быть сетки других размеров.

Ограничитель в виде сопла

Второй пример ограничителя потока жидкости, который можно использовать, представляет собой сопло или трубку, под которыми подразумевают элемент, имеющий проходящий через него узкий канал, возможно, цилиндрический. Канал может быть прямым, что уменьшает влияние наличия сопла на передачу изменения давления воздуха через ограничитель на датчик. Кроме того, канал может иметь постоянный или по существу постоянный диаметр, ширину и/или площадь поперечного сечения. При размещении в отверстии или в канале прохождения воздушного потока, как в конфигурациях на фиг. 3, 4 и 5, сопло уменьшает или сужает ширину или диаметр отверстия или канала вплоть до ширины узкого канала. Как вариант, отверстие или канал могут быть сформированы с узким диаметром (узкий канал) в соответствующей точке, чтобы устранить необходимость в отдельном компоненте. Воздух все еще может проходить через канал, но проход жидкости будет сильно ограничен; поверхностное натяжение предотвратит образование капель жидкости, достаточно малых для прохождения через канал. Любое положительное давление на дальней стороне сопла, например, изнутри герметичной камеры, также будет противостоять потоку жидкости. Следовательно, образуется барьер, который является проницаемым для воздуха, но непроницаемым или почти непроницаемым для жидкости, который можно разместить для защиты датчика от воздействия жидкости. В контексте геометрии сквозного потока (например, на фиг. 4 и 5) сопло может слишком сильно ограничивать поток воздуха для конкретного применения, хотя иногда это может быть полезно. В таком случае сопло может быть с большей пользой использовано в геометрии обходного потока, такой как конфигурация на фиг. 3.

Различные сопла были протестированы на испытательном стенде с конфигурацией обходного потока, подобном тому, который использовался для испытания сетки, при этом первый датчик был расположен внутри камеры, имеющей узкий канал в качестве отверстия, а второй датчик был расположен в канале прохождения воздушного потока снаружи камеры. Как и прежде, к стенду применяли вакуумный насос в течение примерно трех секунд, обеспечивая скорость потока около 50 мл/с.

На фиг. 10 показаны результаты этих испытаний в виде графиков измерений, зарегистрированных двумя датчиками, как и раньше, нормализованных относительно атмосферного давления. Линии A построены по показаниям датчика в камере и, следовательно, за соплом, а линии B - от датчика в канале прохождения воздушного потока. На фиг. 8(a) показаны измерения для отверстия или канала с внутренним диаметром 1,2 мм, на фиг. 8(b) показаны измерения для отверстия или канала с внутренним диаметром 0,51 мм, на фиг. 8(c) показаны измерения для отверстия или канала с внутренним диаметром 0,26 мм, а на фиг. 8(d) показаны измерения для отверстия или канала с внутренним диаметром 0,21 мм. Оценка этих результатов показывает, какая часть внешнего давления (воздушного потока в канале прохождения воздушного потока) передается через канал сопла и детектируется датчиком в камере (линии A). Для самого большого сопла размером 1,2 мм детектируют примерно 90% внешнего сигнала. Доля сигнала, детектируемого внутри камеры, уменьшается с уменьшением диаметра сопла до тех пор, пока при наличии сопла диаметром 0,21 мм не будет детектировано только около 10% от давления внешнего воздушного потока. Это не совсем то, что ожидалось; снижение сигнала больше ожидаемого. Вероятное объяснение состоит в том, что имели место недостатки при изготовлении и сборке испытательного стенда, так что камера, содержащая датчик, не была полностью изолирована от внешней атмосферы. По мере уменьшения размера сопла влияние каких-либо утечек будет пропорционально увеличиваться и приводить к выравниванию давления в камере с атмосферным давлением; это замаскирует сигнал низкого давления, создаваемый потоком воздуха с другой стороны сопла (в канале прохождения потока воздуха). Обеспечение хорошей герметичности от атмосферного давления для камеры, содержащей датчик и закрытой соплом с узким каналом, позволит преодолеть это. Это также верно для вариантов осуществления, использующих сеточный ограничитель вместо ограничителя в виде сопла. Высокое качество изготовления и проведения испытаний для создания герметичной камеры может обеспечить большие измеренные сигналы внутри камеры и, следовательно, более надежную работу устройства. Дальнейшие испытания подтвердили это.

На фиг. 11 показан вид в перспективе в разрезе еще одного испытательного стенда, созданного для проверки ограничителей в виде сопла. Установка 82 имеет такую же конструкцию, что и установка 80 для испытания сетки, показанная на фиг. 8, за исключением того, что сетчатый ограничитель 70а заменен ограничителем 70b в виде сопла. Были испытаны различные сопла, каждое из которых заполняло отверстие в камере 60. Сопла имели внутренние диаметры отверстий равные 0,5 мм, 0,25 мм и 0,125 мм. Можно использовать другие внутренние диаметры канала, такие как 0,4 мм, 0,3 мм, 0,2 мм и 0,1 мм. Сопла были изготовлены из полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), который по своей природе является гидрофобным материалом. Для изготовления сопел для применения в качестве ограничителя также можно применять другие гидрофобные материалы. Для изготовления сопла также можно использовать металлы, например, нержавеющую сталь. Кроме того, камера может быть выполнена со встроенным соплом. Например, камера может быть выполнена с отверстием, которое имеет подходящий размер для того, чтобы выполнять функцию ограничителя в виде сопла. Камера была герметично закрыта, чтобы обеспечить воздухонепроницаемость канала сопла. Во время испытания воздух пропускали через канал 66 прохождения воздушного потока со скоростью 50 мл/с в течение примерно 3 секунд с использованием вакуумного насоса.

На фиг. 12 показаны результаты этих испытаний в виде графиков давления, зарегистрированного датчиком, нормализованного относительно атмосферного давления. На фиг. 12(а) показано измерение из контрольного испытания, в котором не использовалось сопло 70b, при этом открытое отверстие в камере 62 имело диаметр 2 мм. На фиг. 12(b), 12(c) и 12(d) показаны результаты для каналов сопел, диаметром 0,25 мм, 0,5 мм и 0,125 мм соответственно. Эти результаты показывают, что для камеры, герметизированной от утечек воздуха, сопла не ослабляют сигнал давления, регистрируемый датчиком в камере, даже для канала сопла наименьшего диаметра, который обеспечит максимальную защиту от проникновения жидкости. Датчиком в камере может быть выполнено точное измерение давления в канале прохождения воздушного потока.

Напротив, дальнейшие испытания, проведенные с утечками воздуха, преднамеренно введенными в камеру, показали намного более низкий сигнал давления по сравнению с сигналом для герметичной камеры. Для большей утечки эффект больше по сравнению с размером канала сопла; например, утечка из отверстия диаметром 0,25 мм уменьшила величину сигнала, зарегистрированного с соплом диаметром 0,125 мм, примерно на 95%, а величину сигнала, зарегистрированного с соплом диаметром 0,5 мм, уменьшила примерно на 20%. Утечка, сравнимая или превышающая входное отверстие в камеру, способна выровнять или почти уравновесить давление в камере с атмосферным давлением, так что в камере можно обнаружить небольшую часть давления воздушного потока. Меньшая утечка дает только частичное выравнивание, поэтому в камере можно измерить более высокую долю давления воздушного потока. Таким образом, должным образом загерметизированна камера гарантирует, что в ней можно детектировать максимальное количество сигнала давления.

Была также проверена способность ограничителей в виде сопла препятствовать просачиванию жидкости. В листе Perspex (RTM) были просверлены отверстия диаметром от 0,5 мм до 2,0 мм. Первое множество отверстий были замкнутыми на конце, т.е. не проходили через лист. Второе множество отверстий также были замкнутыми, а окружающий материал был обработан распылением гидрофобного материала (NeverWet (RTM)). Третье и четвертое множество отверстий были незамкнутыми на конце, т.е. проходили прямо через лист, и были обработанными и необработанными соответственно. Жидкость в виде раствора никотина для электронных сигарет была нанесена на каждое отверстие, после чего наблюдали за степенью ее проникновения в отверстие.

В замкнутые отверстия с гидрофобной обработкой проникновение было небольшим, при этом оно увеличивалось при увеличении диаметра отверстий. Для незамкнутых отверстий без гидрофобной обработки проникновение наблюдалось во все отверстия. Обработка поверхности существенно повышала характеристики отверстий. Для незамкнутых отверстий наблюдалось проникновение в отверстия большого диаметра, но гидрофобный материал мог противодействовать проникновению в более узкие отверстия. Для замкнутых отверстий проникновение жидкости наблюдалось только в самые большие, и то оно было лишь частичным.

Гидрофобный материал заставлял жидкость сливаться в шарики или капли, поверхностное натяжение которых не давало им протекать в отверстие. Чтобы преодолеть это и заставить жидкость проникнуть в отверстие, потребовалось бы больше энергии, так что баланс энергии смещен против проникновения жидкости. Эффект будет усилен, если внутренняя поверхность отверстия также будет гидрофобной. В то время как для достижения этого может использоваться более сложное поверхностное покрытие, альтернатива состоит в том, чтобы изготовить ограничитель в виде сопла из по существу гидрофобного материала, например, сопла из PEEK, обсуждавшегося выше.

Кроме того, замкнутые отверстия были намного более эффективными для предотвращения проникновения жидкости, чем незамкнутые сквозные отверстия. Это происходит потому, что жидкость герметизирует объем воздуха в нижней части отверстия, и когда жидкость пытается проникнуть дальше в отверстие, этот воздух сжимается и создает противодавление, сопротивляющееся жидкости, уравновешивая вес жидкости и предотвращая дальнейшее проникновение. Этот эффект отсутствует в незамкнутом отверстии, в котором воздух не может быть захвачен. В контексте защиты датчика внутри камеры замкнутые и незамкнутые отверстия аналогичны герметичной камере и негерметичной камере. Однако объем камеры будет больше, чем объем испытательных отверстий, поэтому будет создаваться меньшее противодавление и защитный эффект может быть уменьшен. Тем не менее, он все же будет обеспечивать некоторый эффект, так что будет выгодно попробовать герметичное уплотнение камеры, используемой с ограничителем в виде сопла.

Дальнейшее испытание на просачивание проводили с использованием стенда 82 для испытания сопел, показанного на фиг. 11. Диаметр канала сопла составлял 0,25 мм, и сопло было изготовлено из ПЭЭК. Был применен протокол испытания на симуляцию утечки, аналогичный описанному касательно фиг. 8 и 9.

На фиг. 13 показаны результаты этого испытания. Линии A и B соответственно показывают давление, зарегистрированное в камере до и после моделирования утечки. Зарегистрированное давление в каждом испытании очень похоже, что указывает на отсутствие повреждения датчика от попадания жидкости, и на работу датчика не влияет остаточная жидкость, остающаяся на, вокруг или внутри сопла после утечки.

Для конкретного применения системы подачи аэрозоля, такой как электронная сигарета, результаты показывают, что эффективным будет сопло с каналом диаметром около 0,5 мм или менее, включая 0,3 мм или менее, 0,25 мм или менее и 0,125 мм или менее. Для других применений могут быть предпочтительными сопла других размеров.

Ограничитель в виде клапана

Как вариант, в качестве ограничителя потока жидкости может использоваться клапан. Одноходовой клапан, выполненный с возможностью открывать и пропускать поток (газа или жидкости) в одном направлении, но оставаться закрытым, чтобы блокировать поток в противоположном направлении, может быть расположен в канале прохождения воздушного потока, чтобы позволить воздуху проходить в направлении вдыхания (от впускных отверстий 24 до мундштука 35 на фиг. 1), но блокировать поток жидкости в противоположном направлении (от резервуара 38 и нагревательного элемента 40 к камере 60 и воздухозаборникам 24 на фиг. 1). Если он расположен после датчика относительно направления воздушного потока и до датчика относительно направления потока жидкости, то он будет препятствовать любой протекающей жидкости достигать датчика, в то же время, позволяя датчику ощущать воздушный поток в канале прохождения воздушного потока и детектировать соответствующие изменения давления.

В такой конструкции можно учитывать "давление открытия", которое представляет собой величину давления от падающего воздушного потока, необходимую для открытия клапана. Устройство, в котором должен использоваться ограничитель потока жидкости, может иметь определенное рабочее давление, соответствующее воздушному потоку во время нормальной работы устройства, и если давление открытия превышает это рабочее давление, то устройство может стать неработоспособным или более сложным или более неудобным для использования. Например, в электронной сигарете поток воздуха, создаваемый пользователем при вдыхании, создает рабочее давление. Обычно оно имеет значение от 155 Па до 1400 Па при скорости воздушного потока от 5 до 40 мл/с. Если в канале прохождения воздушного потока установлен клапан, имеющий давление открытия, превышающее это значение, то пользователю придется более интенсивно вдыхать, чтобы вызвать открытие клапана, что может быть сочтено нежелательным. Клапан также будет занимать пространство в канале прохождения воздушного потока, обеспечивая сопротивление воздушному потоку, так что когда он открыт, может потребоваться большее давление для создания желаемой скорости потока, чем в случае, когда клапан отсутствует. Кроме того, если рабочие характеристики клапана меняются явно ступенчато, так что он закрывается при давлении ниже давления открытия и почти или полностью открывается сразу же, как только давление открытия превышено, то может возникнуть нежелательный эффект, заметный пользователю. Предпочтительным может быть клапан, который открывается более плавно при увеличении давления, чтобы избежать заметного давления открытия.

В контексте вариантов осуществления изобретения в качестве ограничителя потока жидкости может использоваться одноходовой клапан любого типа, обладающий подходящим размером и рабочими характеристиками для конкретного устройства и его предполагаемого использования. Например, можно использовать пружинный клапан или клапан в виде утиного носа.

На фиг. 14 приведено схематическое изображение поперечного сечения части электронной сигареты, аналогичной устройству, показанному на фиг. 2, оснащенной клапаном, таким как клапан в виде утиного носа. Воздух поступает через одно или несколько отверстий 24 в боковой части устройства и проходит по каналу 66 прохождения потока воздуха к нагревательному элементу 40. В камере 60 размещен датчик 62 для детектирования изменений давления в канале 66 прохождения потока воздуха через отверстие 64. После отверстия относительно направления A воздушного потока в канале 66 прохождения потока воздуха перед нагревательным элементом 40 установлен одноходовой клапан 70c. Под действием достаточного давления поступающего воздуха клапан 70с открывается, чтобы пропустить воздух к нагревательному элементу 40. При отсутствии воздушного потока клапан 70с остается закрытым и предотвращает или препятствует потоку жидкости L от нагревательного элемента 40 в направлении камеры 60.

Каждый из различных вариантов осуществления ограничителя потока жидкости может использоваться в примерах конфигураций, показанных на фиг. 3, 4 и 5, или в аналогичных конфигурациях камеры, датчика, канала прохождения потока воздуха и ограничителя, выполненных с возможностью выполнения такой же или аналогичной функции. Кроме того, для усиления эффекта защиты датчика от воздействия жидкости можно использовать два или более ограничителей вместе. Например, одно устройство может включать в себя как сетку, так и сопло. Два ограничителя могут быть расположены в одном месте, соответствующем траектории воздушного потока, например, оба могут находиться в отверстии устройства, показанного на фиг. 3, чтобы получить комбинированную конфигурацию обходного потока, или оба могут находиться в канале прохождения потока воздуха в устройстве, показанном на фиг. 4, чтобы получить конфигурацию сквозного потока. В качестве альтернативы они могут быть расположены на расстоянии друг от друга, при этом один находится в положении обходного потока, а другой – в положении сквозного потока.

Различные варианты осуществления, описанные в этом документе, представлены только для того, чтобы способствовать пониманию и передать идеи заявленных признаков. Эти варианты осуществления приведены только в качестве типовых вариантов осуществления и не являются исчерпывающими и/или исключительными. Понятно, что описанные в этом документе преимущества, варианты осуществления, примеры, функции, признаки, конструкции и/или другие аспекты не следует рассматривать как ограничения объема изобретения, заданного формулой изобретения или ограничениями на эквиваленты формулы изобретения, и что, не отклоняясь от объема заявленного изобретения, можно применять другие варианты осуществления и выполнять модификации. Различные варианты осуществления изобретения могут должным образом содержать, состоять из или по существу состоять из подходящих сочетаний описанных элементов, компонентов, признаков, частей, этапов, средств и т.д., отличных от описанных в этом документе. Кроме того, изобретение может включать в себя другие изобретения, не заявленные явно, но которые могут быть заявлены в будущем.

Изобретение относится к устройствам управления подачей электропитания в ответ на измерение давления воздуха, например, для применения в системах подачи аэрозоля. Устройство для управления подачей электропитания в ответ на измерение давления воздуха включает в себя канал прохождения потока воздуха, камеру с отверстием, ограничитель потока жидкости, выполненный с возможностью сдерживать поступление жидкости в камеру через отверстие, датчик давления, расположенный в камере и предназначенный для детектирования в присутствии ограничителя потока жидкости изменений давления воздуха, вызванных потоком воздуха в канале прохождения потока воздуха, и схему преобразования изменений давления воздуха, обнаруженных датчиком давления, в управляющие сигналы для управления подачей питания от батареи. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство для управления подачей электропитания в ответ на измерение давления воздуха, содержащее:

канал прохождения потока воздуха;

камеру, имеющую отверстие;

ограничитель потока жидкости, предназначенный для сдерживания поступления жидкости в камеру через отверстие;

датчик давления, расположенный в камере и способный в присутствии ограничителя потока жидкости детектировать изменения давления воздуха, вызванные потоком воздуха в канале прохождения потока воздуха; и

схему преобразования изменений давления воздуха, обнаруженных датчиком давления, в управляющие сигналы для управления выходной мощностью, подаваемой батареей, расположенной за пределами камеры.

2. Устройство по п. 1, в котором датчик давления при наличии ограничителя потока жидкости приспособлен детектировать изменения давления воздуха в диапазоне от 155 Па в потоке, проходящем по каналу прохождения потока воздуха, равном 5 мл в секунду, до 1400 Па в потоке, проходящем по каналу прохождения потока воздуха, равном 40 мл в секунду.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором канал прохождения потока воздуха лежит за пределами камеры и сообщается с отверстием.

4. Устройство по п. 3, в котором камера является герметичной за исключением отверстия.

5. Устройство по п. 1 или 2, в котором отверстие представляет собой выпуск воздуха из камеры, при этом камера дополнительно содержит впуск воздуха, а канал прохождения потока воздуха проходит через камеру и включает в себя отверстие и впуск воздуха.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором ограничитель потока жидкости расположен в отверстии или поперек него.

7. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором ограничитель потока жидкости расположен в канале прохождения потока воздуха или поперек него.

8. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором ограничитель потока жидкости содержит сетку.

9. Устройство по п. 8, в котором сетка имеет поверхностный слой из гидрофобного материала или выполнена из гидрофобного материала.

10. Устройство по п. 8 или 9, в котором сетка имеет размер пор 100 мкм или менее и калибр 200 или выше.

11. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором ограничитель потока жидкости содержит сопло с каналом.

12. Устройство по п. 11, в котором сопло выполнено из гидрофобного материала или имеет поверхностное покрытие из гидрофобного материала.

13. Устройство по п. 12, в котором сопло выполнено из полиэфирэфиркетона.

14. Устройство по любому из пп. 11-13, в котором канал сопла имеет диаметр 0,5 мм или меньше.

15. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором ограничитель потока жидкости содержит одноходовой клапан, выполненный с возможностью открываться под давлением потока воздуха в канале прохождения потока воздуха в первом направлении и закрываться от потока жидкости в противоположном направлении.

16. Устройство по любому из пп. 1-15, дополнительно содержащее батарею, реагирующую на управляющие сигналы от схемы.

17. Устройство по любому из пп. 1-16, которое представляет собой компонент системы подачи аэрозоля.

18. Система подачи аэрозоля, содержащая устройство управления подачей электропитания в ответ на измерение давления воздуха по любому из пп. 1-17.

19. Устройство для управления подачей электропитания в ответ на измерение давления воздуха, содержащее:

канал прохождения потока воздуха;

камеру;

отверстие, открывающееся от канала прохождения потока воздуха в камеру;

ограничитель потока жидкости, расположенный в отверстии или поперек него и выполненный с возможностью сдерживать поступление жидкости в камеру через отверстие, причем ограничитель потока жидкости содержит сетку или сопло с каналом;

датчик давления, расположенный в камере и способный в присутствии ограничителя потока жидкости детектировать изменения давления воздуха, вызванные потоком воздуха в канале прохождения потока воздуха; и

схему преобразования изменений давления воздуха, обнаруженных датчиком давления, в управляющие сигналы для управления выходной мощностью, подаваемой батареей.

20. Устройство для управления подачей электропитания в ответ на измерение давления воздуха, содержащее:

канал прохождения потока воздуха;

камеру;

отверстие, открывающееся от канала прохождения потока воздуха в камеру;

ограничитель потока жидкости, расположенный в отверстии или поперек него и выполненный так, что он является воздухопроницаемым, но непроницаемым для жидкости, чтобы сдерживать поступление жидкости в камеру;

датчик давления, расположенный в камере и способный в присутствии ограничителя потока жидкости детектировать изменения давления воздуха, вызванные потоком воздуха в канале прохождения потока воздуха; и

схему преобразования изменений давления воздуха, обнаруженных датчиком давления, в управляющие сигналы для управления выходной мощностью, подаваемой батареей.