Настоящее изобретение относится к генерирующим аэрозоль системам с питанием от батареи и, в частности, к удерживаемым в руке генерирующим аэрозоль системам с питанием от батареи, от которых может потребоваться, чтобы они работали в самых разных окружающих условиях.
Батареи для удерживаемых в руке генерирующих аэрозоль устройств, таких как курительные устройства с электрическим нагревом или электронные сигареты, должны быть малогабаритными, но в то же время они должны быть способны подавать значительную величину мощности в течение периода, составляющего несколько минут, обычно приблизительно 7 минут, на один сеанс курения. Желательно также, чтобы батареи были перезаряжаемыми, и их можно было бы в достаточной степени перезарядить за считаные минуты, предпочтительно менее чем за 6 минут, для обеспечения возможности нового полного сеанса курения.
Поскольку батареи для удерживаемых в руке генерирующих аэрозоль устройств являются малогабаритными с целью сохранения общего малого размера устройства, они обычно нуждаются в частой перезарядке. В случае курительной системы с электрическим нагревом батарея может иметь емкость, достаточную лишь для одного сеанса курения, и поэтому она нуждается в перезарядке после каждого сеанса курения. По этой причине, вместе с некоторыми устройствами предлагаются портативные зарядные устройства. Указанные портативные зарядные устройства сами получают питание от батареи. Батарея, используемая в портативном зарядном устройстве, тоже должна иметь сравнительно малый размер и высокую емкость.
Литий-ионные батареи способны удовлетворять требованиям, предъявляемым как к генерирующим аэрозоль устройствам, так и к портативным зарядным устройствам. Однако характеристики литий-ионных батарей сильно зависят от температуры. Разные батареи функционируют различным образом, однако в целом при температурах ниже 10 градусов по Цельсию рабочие характеристики батарей, таких как литий-ионные батареи, а также рабочие характеристики литиевых конденсаторов значительно снижаются. В частности, при температуре, ниже указанной, происходит резкое падение доступной разрядной емкости батареи. Это является серьезной проблемой, поскольку от генерирующих аэрозоль устройств часто требуется, чтобы они работали в холодном климате или в холодных окружающих условиях. Кроме того, от генерирующих аэрозоль устройств может потребоваться, чтобы в данный момент они стабильно работали в холодных окружающих условиях, например на открытом воздухе на горнолыжном курорте, а в следующий раз - в теплых окружающих условиях внутри помещения. Разность окружающих температур при очередном и последующем использовании может достигать до 40 градусов по Цельсию. Более того, с производственной точки зрения, от генерирующих аэрозоль устройств и портативных зарядных устройств требуется, чтобы они стабильно работали в диапазоне до 60 градусов по Цельсию.
Было бы желательно создать генерирующие аэрозоль устройство и систему, а также способ, которые обеспечивали бы приемлемый уровень рабочих характеристик даже при очень низких окружающих температурах без ущерба с точки зрения размеров или удобства в использовании устройства и системы.
В первом аспекте предложена генерирующая аэрозоль система, содержащая:
электроуправляемый генерирующий аэрозоль элемент;
первое электрохимическое устройство накопления энергии (electrochemical energy storage device, EESD), выполненное с возможностью подачи электрической мощности на указанный генерирующий аэрозоль элемент; и
систему регулирования температуры EESD, содержащую по меньшей мере один датчик температуры, размещенный с возможностью измерения температуры первого EESD, и электрический нагреватель, выполненный с возможностью нагрева первого EESD, причем система регулирования температуры управляет EESD электрическим нагревателем в зависимости от выходного сигнала указанного по меньшей мере одного датчика температуры.
Система может содержать удерживаемое в руке генерирующее аэрозоль устройство, которое может содержать генерирующий аэрозоль элемент, первое EESD и систему регулирования температуры EESD.
Первое EESD может представлять собой батарею, или оно может представлять собой суперконденсатор или литиевый конденсатор (lithium capacitor, LIC). Первое EESD может содержать литий-ионную батарею. В одном варианте осуществления первое EESD содержит литий-ион-фосфатную батарею, однако могут использоваться и другие типы батарей.
Первое EESD предпочтительно выполнено по размерам с возможностью вставления в удерживаемое в руке устройство, и предпочтительно его объем составляет не более чем 100 см3. В одном варианте осуществления первое EESD является цилиндрическим. Первое EESD может иметь длину от 5 мм до 100 мм. В одном варианте осуществления первое EESD имеет длину 37 мм и диаметр 10 мм.
Электрический нагреватель предпочтительно также имеет малый объем. Электрический нагреватель выполнен с возможностью эффективного нагрева первого EESD таким образом, чтобы минимизировать потребляемую мощность электрического нагревателя. Электрический нагреватель может быть размещен в непосредственном контакте с первым EESD и имеет возможность нагрева первого EESD за счет проводимости. Электрический нагреватель может содержать нагревательную фольгу или нагревательную катушку, которая намотана вокруг первого EESD. Электрический нагреватель может представлять собой электрорезистивный нагреватель, который генерирует тепло в результате джоулева нагрева при протекании через него тока. Электрический нагреватель может содержать гибкую подложку, которая является стабильной при высокой температуре. Например, электрический нагреватель может содержать полиимидную подложку. Электрический нагреватель может содержать одну или более резистивных нагревательных дорожек на указанной подложке. Резистивные нагревательные дорожки могут быть выполнены из меди. Нагреватель может иметь толщину от 0,05 мм до 0,3 мм и такие длину и ширину, чтобы полностью покрывать первое EESD.
Cистема регулирования температуры EESD может быть соединена или составлять единое целое с регулятором мощности, выполненным с возможностью управления подачей электрической мощности от первого EESD на генерирующий аэрозоль элемент. Регулятор мощности может быть выполнен с возможностью предотвращения подачи мощности от первого EESD на генерирующий аэрозоль элемент в зависимости от выходного сигнала указанного по меньшей мере одного датчика температуры. Таким образом обеспечивается возможность предотвращения работы устройства в случае, если EESD не находится при температуре, при которой оно способно обеспечивать удовлетворительные рабочие характеристики.
Система регулирования температуры EESD может содержать микроконтроллер. Микроконтроллер может представлять собой низкотемпературный микроконтроллер. Имеются в наличии микроконтроллеры с разными диапазонами рабочей температуры. Микроконтроллер предпочтительно представляет собой микроконтроллер промышленного или военного класса, выполненный с возможностью работы при температурах ниже 0 градусов по Цельсию. Микроконтроллер может представлять собой программируемый микропроцессор. Регулятор мощности может содержать микроконтроллер, который может представлять собой программируемый микроконтроллер. Система регулирования температуры EESD и регулятор мощности могут быть выполнены с использованием единственного микроконтроллера. Система регулирования температуры EESD может быть выполнена с возможностью отслеживания электрического сопротивления электрического нагревателя и с возможностью регулирования мощности, подаваемой на электрический нагреватель, на основе указанного электрического сопротивления.
Система регулирования температуры EESD может содержать ПИД-регулятор для регулирования мощности, подаваемой на электрический нагреватель. Контроллер может быть выполнен с возможностью подачи мощности на нагреватель в виде импульсов электрической мощности. Контроллер может быть выполнен с возможностью изменения подачи питания на нагреватель путем изменения скважности указанных импульсов мощности.
Первое EESD может иметь электрические клеммы, и система регулирования температуры EESD может быть соединена с клеммами EESD таким образом, чтобы обеспечивалась возможность питания электрического нагревателя с помощью первого EESD. Даже при низких температурах первое EESD способно обеспечивать возможность подачи достаточной мощности для работы электрического нагревателя. В качестве альтернативы или дополнительно, питание электрического нагревателя может осуществляться от вспомогательного EESD, расположенного внутри устройства, или от EESD, которое является внешним по отношению к устройству.
Генерирующее аэрозоль устройство может представлять собой удерживаемую в руке курительную систему.
Генерирующее аэрозоль устройство может быть выполнено с возможностью генерирования аэрозоля из образующего аэрозоль субстрата. Образующий аэрозоль субстрат может быть размещен в устройстве. Образующий аэрозоль субстрат представляет собой субстрат, способный выделять летучие соединения, которые способны образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут выделяться в результате нагрева или сгорания образующего аэрозоль субстрата. В качестве альтернативы нагреву или сгоранию, в некоторых случаях летучие соединения могут выделяться в результате химической реакции или в результате механического воздействия, такого как вибрация. Образующий аэрозоль субстрат может быть загружен на носитель или опору путем адсорбции, нанесения покрытия, пропитки или иным способом.
Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно содержать теплоизоляцию, окружающую первое EESD. Примеры подходящей теплоизоляции включают в себя ткани на основе волокон, такие как стекловата и керамическая бумага, материалы на основе керамического порошка, такие как перлит и вермикулит, керамику на основе оксида алюминия и диоксида кремния, полимеры, такие как резина, расширенный или экструдированный полистирол, полиуретановая пена, полиизоциануратная пена, фенольная пена и полиимидная пена, и аэрогели. Толщина теплоизоляции зависит от материала и того, наносится она в виде покрытия на первое EESD или в виде отдельного слоя. В целом, чем толще теплоизоляция, тем выше теплоизолирующая способность. Предпочтительно, толщина теплоизоляции составляет по меньшей мере 1 мм.
Теплоизоляция может содержать слой, отражающий инфракрасные лучи. Слой, отражающий инфракрасные лучи, может представлять собой алюминиевую фольгу или тонкую полимерную пленку с алюминиевым покрытием. Толщина указанной пленки составляет приблизительно 0,02 мм. Слой, отражающий инфракрасные лучи, может быть выполнен в виде покрытия на теплоизоляции или EESD. Указанное покрытие может содержать металл, такой как алюминий, серебро и золото, оксиды металла, такие как оксид алюминия, диоксид титана, оксид цинка и диоксид церия, или оксид металла, смешанный с легирующими примесями, такими как фтор, бор, алюминий, галлий, таллий, медь и железо.
Теплоизоляция может содержать материал с фазовым переходом, выполненный с возможностью выделения скрытого тепла на EESD, если температура указанного материала с фазовым переходом упала ниже порогового уровня.
В одном варианте осуществления электрический нагреватель может активироваться в случае, если выходной сигнал указанного по меньшей мере одного датчика температуры показывает, что первое EESD имеет температуру менее чем 10 градусов по Цельсию. Тем не менее, может быть выбрана любая пороговая температура, в зависимости от характеристик первого EESD и потребляемой мощности генерирующего аэрозоль устройства. Кроме того, пороговая температура может быть изменена в зависимости от одного или более других измеряемых параметров.
Указанный по меньшей мере один датчик температуры может включать в себя первый датчик температуры, размещенный между первым EESD и теплоизоляцией, и второй датчик температуры, размещенный с внешней стороны теплоизоляции. Иначе говоря, теплоизоляция может быть размещена между первым датчиком температуры и вторым датчиком температуры. Электрический нагреватель может активироваться в зависимости от выходного сигнала первого датчика температуры и выходного сигнала второго датчика температуры.
Электрический нагреватель может активироваться в случае, если выходной сигнал первого датчика температуры ниже первого порогового уровня и при этом выходной сигнал второго датчика температуры ниже второго порогового уровня. Первый пороговый уровень может быть равен второму пороговому уровню или он может отличаться от второго порогового уровня. В качестве альтернативы, электрический нагреватель может активироваться в случае, если выходной сигнал первого датчика температуры ниже первого порогового уровня, однако он может деактивироваться в зависимости от изменения выходного сигнала второго датчика температуры. В качестве альтернативы, электрический нагреватель может активироваться в случае, если выходной сигнал первого датчика температуры ниже первого порогового уровня, однако значение первого порогового уровня может определяться на основе выходного сигнала второго датчика температуры. Например, электрический нагреватель может активироваться в случае, если выходной сигнал первого датчика температуры показывает температуру ниже 10 градусов по Цельсию, однако выходной сигнал второго датчика температуры может устанавливать, что электрический нагреватель должен активироваться в случае, если выходной сигнал первого датчика температуры показывает температуру ниже порогового уровня, превышающего 10 градусов по Цельсию. В случае, если окружающая температура выше 10 градусов по Цельсию, нагрев EESD может осуществляться до тех пор, пока выходной сигнал первого датчика температуры не покажет 10 градусов по Цельсию. В случае, если окружающая температура ниже 10 градусов по Цельсию, например она составляет -5 градусов по Цельсию, нагрев EESD может осуществляться до тех пор, пока выходной сигнал первого датчика температуры не покажет более высокую температуру, например 25 градусов по Цельсию, для обеспечения сохранения полной функциональности EESD, несмотря на продолжающиеся потери тепла в окружающую среду. В качестве альтернативы, величина мощности, подаваемой на электрический нагреватель, и, следовательно, скорость нагрева могут зависеть от выходного сигнала второго датчика температуры.
Преимущество наличия датчика температуры с внешней стороны теплоизоляции, в дополнение к датчику температуры внутри теплоизоляции, состоит в том, что система регулирования температуры EESD имеет возможность более быстрого реагирования на изменения окружающей температуры на основе выходного сигнала второго датчика температуры, и таким образом снижается риск перегрева первого EESD.
Указанный по меньшей мере один датчик температуры может включать в себя одно или более из следующего: резистивный датчик температуры (resistance temperature detector, RTD), термистор, датчик температуры на интегральной схеме (integrated circuit, IC) на основе кремния и термопара.
Генерирующий аэрозоль элемент может представлять собой электрический нагреватель, выполненный с возможностью нагрева образующего аэрозоль субстрата для образования аэрозоля. Генерирующий аэрозоль элемент может содержать один или более нагревательных элементов. Указанные один или более нагревательных элементов могут включать в себя один или более резистивных нагревательных элементов. Указанные один или более нагревательных элементов могут включать в себя один или более индукционных нагревательных элементов. Указанные один или более нагревательных элементов могут включать в себя один или более резистивных нагревательных элементов и один или более индукционных нагревательных элементов. Указанные один или более электрических нагревательных элементов могут иметь температурный диапазон при нормальной работе, составляющий от приблизительно 250 градус по Цельсию до приблизительно 450 градусов по Цельсию.
Указанные один или более электрических нагревательных элементов могут содержать электрорезистивный материал. Подходящие электрорезистивные материалы включают в себя, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящую» керамику (например такую, как дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Указанные один или более электрических нагревательных элементов могут включать в себя инфракрасный нагревательный элемент, фотонный источник или индукционный нагревательный элемент.
Указанные один или более электрических нагревательных элементов могут иметь любую подходящую форму. Например, указанные один или более электрических нагревательных элементов могут иметь форму нагревательного лезвия. Указанные один или более электрических нагревательных элементов могут иметь форму оболочки или субстрата, имеющих разные электропроводные части, или форму электрорезистивной металлической трубки. Могут использоваться одна или более нагревательных игл или стержней, которые проходят через центр образующего аэрозоль субстрата. Указанные один или более электрических нагревательных элементов могут представлять собой дисковый (концевой) нагревательный элемент или комбинацию дискового нагревательного элемента с нагревательными иглами или стержнями. Указанные один или более электрических нагревательных элементов могут содержать гибкий лист материала, выполненный с возможностью окружения или частичного окружения образующего аэрозоль субстрата. Другие возможные варианты включают в себя нагревательную проволоку или нить, например проволоку из Ni-Cr, платины, вольфрама или сплава, или нагревательную пластину. При необходимости, указанные один или более нагревательных элементов могут быть размещены в или на жестком несущем материале.
Указанные один или более электрических нагревательных элементов могут содержать теплоотвод или тепловой резервуар, содержащий материал, способный поглощать и сохранять тепло и затем выделять тепло с течением времени. Теплоотвод может быть образован из любого подходящего материала, такого как подходящий металлический или керамический материал. Предпочтительно, этот материал имеет высокую теплоемкость (чувствительный теплоаккумулирующий материал) или представляет собой материал, способный поглощать и затем выделять тепло в результате обратимого процесса, такого как высокотемпературный фазовый переход. Подходящие теплоаккумулирующие материалы включают в себя силикагель, оксид алюминия, углерод, стеклянный мат, стекловолокно, минеральные вещества, металлы или сплавы металлов, таких как алюминий, серебро или свинец, и целлюлозный материал, такой как бумага. Другие материалы, которые выделяют тепло в результате обратимого фазового перехода, включают в себя парафин, ацетат натрия, нафталин, воск, оксид полиэтилена, металл, соль металла, эвтектическую смесь солей или сплав.
Указанные один или более нагревательных элементов могут включать в себя индукционный нагревательный элемент, так что в случае, если устройство образует часть генерирующей аэрозоль системы, состоящей из генерирующего аэрозоль устройства и съемного генерирующего аэрозоль изделия, электрические контакты между указанными изделием и устройством отсутствуют. Указанное устройство может содержать катушку индуктивности и источник питания, выполненный с возможностью подачи высокочастотного колебательного тока на катушку индуктивности. Указанное изделие может содержать сусцепторный элемент, расположенный с возможностью нагрева образующего аэрозоль субстрата. В контексте данного документа термин «высокочастотный колебательный ток» обозначает колебательный ток с частотой от 500 кГц до 10 МГц.
Предпочтительно, генерирующее аэрозоль устройство является портативным. Генерирующее аэрозоль устройство может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Генерирующее аэрозоль устройство может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Генерирующее аэрозоль устройство может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Генерирующее аэрозоль устройство может содержать корпус. Корпус может быть удлиненным. Корпус может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают в себя металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно, материал является легким и нехрупким.
Корпус может содержать мундштук. Мундштук может содержать по меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха и по меньшей мере одно выпускное отверстие для воздуха. Мундштук может содержать более чем одно впускное отверстие для воздуха. Одно или более впускных отверстий для воздуха обеспечивают возможность снижения температуры аэрозоля перед его доставкой пользователю и возможность снижения концентрации аэрозоля перед его доставкой пользователю. В контексте данного документа термин «мундштук» относится к той части генерирующего аэрозоль устройства, которая размещается во рту пользователя для непосредственного вдыхания аэрозоля, образуемого генерирующим аэрозоль устройством из генерирующего аэрозоль изделия, размещенного в полости указанного корпуса.
Генерирующее аэрозоль устройство может содержать интерфейс пользователя для активации системы, например кнопку для инициирования нагрева устройства или дисплей для отображения состояния устройства или образующего аэрозоль субстрата.
Устройство может содержать один или более индикаторов. По меньшей мере один индикатор может быть выполнен с возможностью отображения того факта, что выходной сигнал указанного по меньшей мере одного датчика температуры составляет выше рабочего порогового уровня или ниже рабочего порогового уровня. Указанные один или более индикаторов могут представлять собой визуальные индикаторы, и они могут содержать светодиоды (light emitting diodes, LED).
Образующий аэрозоль субстрат может быть размещен в генерирующем аэрозоль изделии. Генерирующее аэрозоль изделие представляет собой изделие, содержащее образующий аэрозоль субстрат, способный выделять летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Генерирующее аэрозоль изделие может представлять собой негорючее генерирующее аэрозоль изделие, или оно может представлять собой горючее генерирующее аэрозоль изделие. Генерирующее аэрозоль изделие может генерировать аэрозоль, который может непосредственно вдыхаться пользователем. Генерирующее аэрозоль изделие может представлять собой курительное изделие, которое генерирует аэрозоль, непосредственно вдыхаемый в легкие пользователя через рот пользователя. Генерирующее аэрозоль изделие может быть похоже на обычное курительное изделие, такое как сигарета.
Генерирующее аэрозоль изделие может иметь по существу цилиндрическую форму. Генерирующее аэрозоль изделие может быть по существу удлиненным. Генерирующее аэрозоль изделие может иметь направление длины и окружное направление, по существу перпендикулярное направлению длины. Образующий аэрозоль субстрат может иметь по существу цилиндрическую форму. Образующий аэрозоль субстрат может быть по существу удлиненным. Образующий аэрозоль субстрат также может иметь направление длины и окружное направление, по существу перпендикулярное направлению длины.
Генерирующее аэрозоль изделие может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 100 мм. В одном варианте осуществления генерирующее аэрозоль изделие имеет общую длину приблизительно 45 мм. Генерирующее аэрозоль изделие может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. В одном варианте осуществления генерирующее аэрозоль изделие может иметь внешний диаметр приблизительно 7,2 миллиметра.
Образующий аэрозоль субстрат может иметь длину от приблизительно 7 мм до приблизительно 15 мм. В одном варианте осуществления образующий аэрозоль субстрат может иметь длину приблизительно 10 мм. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может иметь длину приблизительно 12 мм.
Образующий аэрозоль субстрат предпочтительно имеет внешний диаметр, который приблизительно равен внешнему диаметру генерирующего аэрозоль изделия. Внешний диаметр образующего аэрозоль субстрата может составлять от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. В одном варианте осуществления образующий аэрозоль субстрат может иметь внешний диаметр приблизительно 7,2 миллиметра.
Генерирующее аэрозоль изделие может содержать фильтрующую заглушку. Фильтрующая заглушка может быть размещена на расположенном дальше по ходу потока конце генерирующего аэрозоль изделия. Фильтрующая заглушка может представлять собой ацетилцеллюлозную фильтрующую заглушку. Фильтрующая заглушка в одном варианте осуществления имеет длину приблизительно 7 мм, однако она может иметь длину от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм.
Генерирующее аэрозоль изделие может содержать внешнюю бумажную обертку. Кроме того, генерирующее аэрозоль изделие может содержать разделитель между образующим аэрозоль субстратом и фильтрующей заглушкой. Разделитель может иметь размер приблизительно 18 мм, однако он может иметь размер в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 25 мм.
Образующий аэрозоль субстрат, может представлять собой твердый образующий аэрозоль субстрат. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые выделяются из субстрата при нагреве. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может содержать нетабачный материал. Образующий аэрозоль субстрат может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля, которое способствует образованию плотного и стабильного аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Генерирующая аэрозоль система может содержать:
генерирующее аэрозоль устройство; и
вспомогательное устройство, содержащее вспомогательное EESD, причем генерирующее аэрозоль устройство и вспомогательное устройство имеют возможность электрического соединения. Система может быть выполнена таким образом, чтобы обеспечивалась возможность подачи мощности от вспомогательного EESD на электрический нагреватель при электрическом соединении генерирующего аэрозоль устройства и вспомогательного устройства.
Система регулирования температуры EESD может быть по меньшей мере частично заключена внутри вспомогательного устройства. Например, во вспомогательном устройстве может быть размещен датчик температуры EESD, либо во вспомогательном устройстве может быть размещен весь электрический нагреватель или его часть
Вспомогательное устройство может содержать источник переменного тока и катушку индуктивности, выполненную с возможностью индукционного нагрева первого EESD. Генерирующее аэрозоль устройство может содержать сусцептор. Сусцептор может быть выполнен как единое целое с первым EESD или как его часть, или он может быть размещен по окружности или вблизи первого EESD. Катушка индуктивности и сусцептор вместе могут образовывать электрический нагреватель.
Вспомогательное устройство может представлять собой портативное зарядное устройство, и вспомогательное EESD может представлять собой зарядное EESD. Система может быть выполнена таким образом, чтобы обеспечивалась возможность зарядки первого EESD в генерирующем аэрозоль устройстве от зарядного EESD.
Вспомогательное устройство может содержать систему регулирования температуры вспомогательного EESD, содержащую по меньшей мере один вспомогательный датчик температуры, размещенный с возможностью измерения температуры вспомогательного EESD; и второй электрический нагреватель, выполненный с возможностью нагрева вспомогательного EESD, причем система регулирования температуры вспомогательного EESD управляет вторым электрическим нагревателем в зависимости от выходного сигнала указанного по меньшей мере одного вспомогательного датчика температуры.
Вспомогательное устройство может содержать нагреватель, выполненный с возможностью нагрева первого EESD в генерирующем аэрозоль устройстве на основе сигнала от датчика температуры в генерирующем аэрозоль устройстве.
В случае, если вспомогательное устройство представляет собой портативное зарядное устройство, система регулирования температуры вспомогательного EESD может быть соединена или выполнена как единое целое с регулятором зарядной мощности, выполненным с возможностью управления подачей электрической мощности от вспомогательного EESD на генерирующее аэрозоль устройство. Регулятор зарядной мощности может быть выполнен с возможностью предотвращения подачи мощности от вспомогательного EESD на генерирующее аэрозоль устройство в зависимости от выходного сигнала указанного по меньшей мере одного датчика температуры.
Вспомогательное EESD может иметь электрические клеммы, и система регулирования температуры вспомогательного EESD может иметь возможность соединения с клеммами вспомогательного EESD таким образом, чтобы обеспечивалась возможность подачи мощности на электрический нагреватель от вспомогательного EESD.
Вспомогательное EESD может представлять собой литий-ионную батарею. В одном варианте осуществления вспомогательное EESD представляет собой литий-кобальт-оксидную батарею. В случае портативного зарядного устройства вспомогательное EESD предпочтительно имеет емкость больше, чем первое EESD. Предпочтительно, вспомогательное EESD имеет емкость по меньшей мере в пять раз больше, чем емкость первого EESD. Это означает, что обеспечивается возможность использования вспомогательного EESD для осуществления нескольких перезарядок первого EESD. Кроме того, более высокая емкость вспомогательного EESD является предпочтительной для питания электрического нагревателя, предназначенного для первого EESD.
Генерирующая аэрозоль система может дополнительно содержать вторую теплоизоляцию, окружающую вспомогательное EESD. Вторая теплоизоляция может содержать слой, отражающий инфракрасное излучение.
Указанный по меньшей мере один вспомогательный датчик температуры может включать в себя первый вспомогательный датчик температуры, размещенный между вспомогательным EESD и второй теплоизоляцией, и второй вспомогательный датчик температуры, размещенный с внешней стороны второй теплоизоляции. Второй электрический нагреватель может активироваться в зависимости от выходного сигнала первого вспомогательного датчика температуры и выходного сигнала второго вспомогательного датчика температуры.
Вспомогательный электрический нагреватель может активироваться в случае, если выходной сигнал первого вспомогательного датчика температуры ниже первого порогового уровня и при этом выходной сигнал второго вспомогательного датчика температуры ниже второго порогового уровня. Первый пороговый уровень может быть равен второму пороговому уровню, или он может отличаться от второго порогового уровня. Первый пороговый уровень может зависеть от выходного сигнала второго вспомогательного датчика температуры. В качестве альтернативы, вспомогательный электрический нагреватель может активироваться в случае, если выходной сигнал первого вспомогательного датчика температуры ниже первого порогового уровня, однако он может деактивироваться в зависимости от изменения выходного сигнала второго вспомогательного датчика температуры. В качестве альтернативы, вспомогательный электрический нагреватель может активироваться в случае, если выходной сигнал первого вспомогательного датчика температуры ниже первого порогового уровня, однако мощность, подаваемая на вспомогательный электрический нагреватель, может зависеть от выходного сигнала второго вспомогательного датчика температуры.
Указанный по меньшей мере один датчик температуры может содержать одно или более из следующего: резистивный датчик температуры (resistance temperature detector, RTD), датчик температуры на интегральной схеме (integrated circuit, IC) на основе кремния и термопара.
Система регулирования температуры вспомогательного EESD может содержать микроконтроллер. Микроконтроллер может представлять собой низкотемпературный микроконтроллер. Микроконтроллер может представлять собой программируемый микропроцессор. Регулятор зарядной мощности может содержать микроконтроллер, который может представлять собой программируемый микропроцессор. Система регулирования температуры вспомогательного EESD и регулятор зарядной мощности могут быть выполнены с использованием единственного микроконтроллера.
Система регулирования температуры вспомогательного EESD может содержать ПИД-регулятор для регулирования мощности, подаваемой на вспомогательный электрический нагреватель или на электрический нагреватель. Регулятор может быть выполнен с возможностью подачи мощности на нагреватель в виде импульсов электрической мощности. Регулятор может быть выполнен с возможностью изменения подачи электрической мощности на нагреватель путем изменения скважности импульсов мощности.
Генерирующее аэрозоль устройство может содержать переключатель, который переключается для обеспечения возможности подачи мощности от вспомогательного EESD на электрический нагреватель при соединении генерирующего аэрозоль устройства со вспомогательным устройством.
Обеспечивается возможность передачи данных между генерирующим аэрозоль устройством и вспомогательным устройством, а также от вспомогательного устройства на компьютерный интерфейс, читаемый с помощью компьютера или другого электронного устройства, способного передавать данные на компьютер или в Интернет. Предпочтительно, передача данных осуществляется согласно стандарту интерфейса. Стандарт интерфейса представляет собой стандарт, который описывает одну или более функциональных характеристик, таких как преобразование кодов, назначение линий или совместимость с протоколом, или физических характеристик, таких как электрические, механические или оптические характеристики, необходимых для обеспечения возможности обмена информацией между двумя или более системами или частями оборудования. Примеры подходящих стандартов интерфейса для канала связи включают в себя, но без ограничения, семейство стандартов Recommended Standard 232 (RS-232); USB; Bluetooth; FireWire (товарный знак компании Apple, Inc. для ее интерфейса IEEE 1394); IrDA (Infrared Data Association ― стандарт связи для ближнего обмена данными с помощью инфракрасного света); Zigbee (спецификация на основе стандарта IEEE 802.15.4 для беспроводных персональных сетей); и другие стандарты Wi-Fi.
Вспомогательное устройство может дополнительно содержать индикатор для информирования пользователя. Индикатор предпочтительно включает в себя по меньшей мере одно из следующего: визуальный индикатор, такой как источник света или ряд источников света; звуковой индикатор, такой как источник звука или ряд источников звука; и тактильный индикатор. Тактильный индикатор может представлять собой источник вибраций или ряд источников вибраций. Индикатор может отображать факт активации электрического нагревателя. Визуальный индикатор может представлять собой электронный дисплей. В случае портативного зарядного устройства электронный дисплей может обеспечивать оценку времени, требующегося для полной зарядки первого EESD.
Вспомогательное устройство или портативное зарядное устройство может содержать дисплей или дополнительный дисплей (например, цифровой дисплей), отображающий информацию для пользователя. Например, дисплей может отображать потребление курительного изделия, расход энергии или другую информацию. Дисплей может дополнительно отображать тот факт, что первое EESD имеет достаточный заряд, чтобы использовать его для потребления курительного изделия. Дисплей может отображать тот факт, что осуществляется нагрев вспомогательного EESD или первого EESD перед использованием.
Предпочтительно, портативное зарядное устройство дополнительно содержит корпус. Корпус может образовывать полость, внутри которой размещается генерирующее аэрозоль устройство при необходимости его зарядки. Портативное зарядное устройство может представлять собой по существу прямоугольный параллелепипед, содержащий две более широкие стенки, отделенные друг от друга двумя более узкими боковыми стенками и верхней и нижней стенками. Портативное зарядное устройство может иметь размеры и форму, аналогичные пачке сигарет с сжигаемой курительной частью.
Вспомогательное устройство может представлять собой нагревательное устройство, выполненное с возможностью размещения в нем генерирующего аэрозоль устройства и содержащее нагревательного EESD. Генерирующее аэрозоль устройство и нагревательное устройство имеют возможность электрического соединения. Система может быть выполнена таким образом, чтобы обеспечивалась возможность подачи мощности от нагревательного EESD на электрический нагреватель при электрическом соединении генерирующего аэрозоль устройства и нагревательного устройства.
В случае, если вспомогательное устройство представляет собой портативное зарядное устройство, система может содержать второе вспомогательное устройство, которое может представлять собой нагревательное устройство, выполненное с возможностью размещения в нем портативного зарядного устройства и содержащее нагревательного EESD, причем генерирующее аэрозоль устройство или портативное зарядное устройство и нагревательное устройство имеют возможность электрического соединения, и система может быть выполнена таким образом, чтобы обеспечивалась возможность подачи мощности от нагревательного EESD на электрический нагреватель при электрическом соединении генерирующего аэрозоль устройства или портативного зарядного устройства и нагревательного устройства.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предложена генерирующая аэрозоль система, содержащая:
генерирующее аэрозоль устройство согласно первому аспекту настоящего изобретения; и
портативное зарядное устройство, содержащее зарядное электрохимическое устройство накопления энергии (EESD), причем генерирующее аэрозоль устройство и портативное зарядное устройство могут быть электрически соединены для обеспечения возможности зарядки первого EESD от зарядного EESD, и портативное зарядное устройство содержит систему регулирования температуры зарядного EESD, содержащую по меньшей мере один датчик температуры зарядного устройства, размещенный с возможностью измерения температуры зарядного EESD, и второй электрический нагреватель, выполненный с возможностью нагрева зарядного EESD, причем система регулирования температуры зарядного EESD управляет вторым электрическим нагревателем в зависимости от выходного сигнала указанного по меньшей мере одного датчика температуры зарядного устройства.
В четвертом аспекте настоящего изобретения предложен способ управления работой электрического генерирующего аэрозоль устройства, содержащего электроуправляемый генерирующий аэрозоль элемент; первое электрохимическое устройство накопления энергии (EESD), выполненное с возможностью подачи электрической мощности на генерирующий аэрозоль элемент; и систему регулирования температуры EESD, содержащую по меньшей мере один датчик температуры, размещенный с возможностью измерения температуры первого EESD, и электрический нагреватель, выполненный с возможностью нагрева первого EESD; причем способ включает в себя этапы, на которых:
отслеживают выходной сигнал указанного по меньшей мере одного датчика температуры и активируют электрический нагреватель в случае, если выходной сигнал указанного по меньшей мере одного датчика температуры ниже первого порогового уровня; и
предотвращают подачу мощности от первого EESD на электроуправляемый генерирующий аэрозоль элемент до тех пор, пока выходной сигнал указанного по меньшей мере одного датчика температуры не станет равен или выше второго порогового уровня.
Способ может включать в себя этап, на котором активируют электрический нагреватель лишь в том случае, если выходной сигнал первого датчика температуры ниже первого порогового уровня и при этом выходной сигнал второго датчика температуры ниже второго порогового уровня. Первый пороговый уровень может быть равен второму пороговому уровню, или он может отличаться от второго порогового уровня. Первый пороговый уровень может зависеть от выходного сигнала второго датчика температуры. В качестве альтернативы, способ может включать в себя этап, на котором активируют электрический нагреватель лишь в том случае, если выходной сигнал первого датчика температуры ниже первого порогового уровня, но деактивируют электрический нагреватель в зависимости от изменения выходного сигнала второго датчика температуры. В качестве альтернативы, способ может включать в себя этап, на котором активируют электрический нагреватель в случае, если выходной сигнал первого датчика температуры ниже первого порогового уровня, и регулируют мощность, подаваемую на электрический нагреватель, в зависимости от выходного сигнала второго датчика температуры.
В пятом аспекте настоящего изобретения предложена генерирующая аэрозоль система, содержащая:
генерирующее аэрозоль устройство; и
вспомогательное устройство, выполненное с возможностью размещения в нем генерирующего аэрозоль устройства при использовании и содержащее нагреватель, выполненный с возможностью нагрева EESD в генерирующем аэрозоль устройстве на основе измеряемой температуры. Вспомогательное устройство может содержать датчик температуры. В качестве альтернативы, вспомогательное устройство может быть электрически соединено с генерирующим аэрозоль устройством, и оно может быть выполнено с возможностью приема данных, показывающих измеренную температуру, от генерирующего аэрозоль устройства.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта настоящего изобретения, могут быть применены и к другим аспектам настоящего изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны подробно, лишь на примерах, со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показана схематичная иллюстрация генерирующего аэрозоль устройства и портативного зарядного устройства согласно одному варианту осуществления;
на фиг. 2а показано схематичное поперечное сечение батареи с нагревателем батареи и изоляционным узлом;
на фиг. 2b показан вид в разобранном состоянии нагревателя и изоляционного узла по фиг. 2а;
на фиг. 3 показан схематичный вид регулирующих элементов системы регулирования температуры EESD согласно настоящему изобретения;
на фиг. 4 показана блок-схема, иллюстрирующая пример способа регулирования, используемого в системе регулирования температуры EESD, согласно настоящему изобретению;
на фиг. 5 показана схематичная иллюстрация варианта осуществления системы регулирования температуры EESD, использующей индукционный нагреватель, в свою очередь использующий портативное зарядное устройство; и
на фиг. 6 показана схематичная иллюстрация варианта осуществления системы регулирования температуры EESD, использующей индукционный нагреватель, в свою очередь использующий специализированное вспомогательное устройство для нагрева батареи.
На фиг. 1 показаны портативное зарядное устройство 100 и генерирующее аэрозоль устройство 102. Генерирующее аэрозоль устройство 102 в данном примере представляет собой генерирующее аэрозоль устройство с электрическим нагревом, выполненное с возможностью размещения в нем курительного изделия 104, содержащего образующий аэрозоль субстрат. Генерирующее аэрозоль устройство содержит нагреватель 134 для нагрева образующего аэрозоль субстрата во время работы. Пользователь осуществляет затяжку на мундштучной части курительного изделия 104 для втягивания аэрозоля в рот пользователя. Генерирующее аэрозоль устройство 102 выполнено с возможностью его размещения внутри полости 112 портативного зарядного устройства 100 с целью перезарядки источника питания генерирующего аэрозоль устройства.
Портативное зарядное устройство 100 содержит зарядную батарею 106, электронную схему 108 управления зарядкой и электрические контакты 110, выполненные с возможностью подачи электрической мощности на первую батарею в генерирующем аэрозоль устройстве от зарядной батареи 106 при соединении генерирующего аэрозоль устройства с электрическими контактами 110. Электрические контакты 110 выполнены смежно с дном полости 112. Указанная полость выполнена с возможностью размещения в ней генерирующего аэрозоль устройства 102. Компоненты портативного зарядного устройства 100 расположены внутри корпуса 116.
Генерирующее аэрозоль устройство 102 содержит первую батарею 126, электронную схему 128 управления и электрические контакты 130. Как описано выше, первая батарея 126 генерирующего аэрозоль устройства 102 выполнена с возможностью приема мощности от зарядной батареи 106 при соединении электрических контактов 130 с электрическими контактами 110 портативного зарядного устройства 100. Генерирующее аэрозоль устройство 102 дополнительно содержит полость 132, выполненную с возможностью размещения в ней курительного изделия 104. На дне полости 132 выполнен нагреватель 134, например, в виде лезвия. При использовании пользователь активирует генерирующее аэрозоль устройство 102, и осуществляется подача мощности от первой батареи 126 через электронную схему 128 управления на нагреватель 134. Нагреватель нагревается до стандартной рабочей температуры, достаточной для генерирования аэрозоля из образующего аэрозоль субстрата в генерирующем аэрозоль изделии 104. Компоненты генерирующего аэрозоль устройства 102 расположены внутри корпуса 136. Генерирующее аэрозоль устройство этого типа описано более полно, например, в EP2110033.
Образующий аэрозоль субстрат предпочтительно содержит табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматические соединения табака, которые выделяются из субстрата при нагреве. В качестве альтернативы, образующий аэрозоль субстрат может содержать нетабачный материал. Предпочтительно, образующий аэрозоль субстрат дополнительно содержит вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Образующий аэрозоль субстрат может представлять собой твердый субстрат. Твердый субстрат может содержать, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, шарики, кусочки, тонкие трубочки, полоски или листья, содержащие одно или несколько из следующего: травяные листья, табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак и расширенный табак.
В данном примере генерирующее аэрозоль устройство 102 представляет собой курительное устройство с электрическим нагревом. Таким образом, генерирующее аэрозоль устройство 102 является малогабаритным (размер как у обычной сигареты), однако оно должно подавать высокую мощность в течение периода времени, равного всего лишь нескольким минутам, обычно примерно 7 минутам на один сеанс курения. Затем может потребоваться возврат второй батареи в портативное зарядное устройство 100 для перезарядки. Желательно, чтобы перезарядка по меньшей мере до уровня, достаточного для обеспечения возможности нового полного сеанса курения, происходила за считаные минуты, предпочтительно менее чем за 6 минут.
Зарядная батарея 106 в портативном зарядном устройстве выполнена с возможностью хранения заряда, достаточного для многократной перезарядки второй батареи 126 до тех пор, пока не потребуется перезарядка самой батареи 106. Таким образом пользователь обеспечивается портативной системой, которая обеспечивает возможность осуществления множества сеансов курения до тех пор, пока не потребуется перезарядка от сети питания.
Желательно также, чтобы зарядная батарея не нуждалась в частой замене. Предпочтительно, вторая батарея имеет срок службы приблизительно 1 год, что эквивалентно приблизительно 8000 циклам зарядки/разрядки в случае типового пользователя.
Для того, чтобы вторая батарея 126 удовлетворяла противоречивым требованиям в отношении малого размера, достаточной емкости и безопасной, но быстрой зарядки и разрядки, а также приемлемого срока службы, может использоваться литий-железо-фосфатная (LiFePO4) батарея, как в данном примере. Первая батарея 126 в данном примере имеет цилиндрическую форму с диаметром 10 мм и длиной 37 мм. Данная батарея способна выдерживать 8000 циклов зарядки/разрядки при более чем 900 Дж на цикл. Средняя скорость зарядки может составлять до 12C. Скорость зарядки 1C означает, что батарея полностью заряжается от нулевого заряда до полного заряда за один час, и скорость зарядки 2C означает, что батарея полностью заряжается от нулевого заряда до полного заряда за полчаса. Емкость батареи составляет порядка 125 мА·ч. Максимальный ток зарядки может находиться в диапазоне от 980 мА до 1,5 А. Разрядка осуществляется с использованием импульсов длительностью 1 миллисекунда и амплитудой до 4А. При типовой рабочей температуре скорость разрядки составляет приблизительно 13C. В альтернативном варианте, в качестве второй батареи может использоваться литий-титановая батарея.
Зарядная батарея 106 в портативном зарядном устройстве 100 представляет собой литий-кобальт-оксидную (LiCoO2) батарею призматического типа. Зарядная батарея имеет емкость приблизительно 2900 мА·ч, что более чем в десять раз больше емкости первой батареи. Первая батарея может заряжаться от зарядной батареи со скоростью от 2C до 16C. Разрядка зарядной батареи со скоростью 1C обеспечивает скорость зарядки первой батареи свыше 10C. Зарядка зарядной батареи может осуществляться от сети питания со скоростью от 0 до 1,5C, обычно со скоростью приблизительно 0,5C, чтобы максимально продлить срок службы батареи.
Литий-кобальт-оксидная батарея обеспечивает более высокое напряжение батареи, чем литий-железо-фосфатная батарея, что обеспечивает возможность зарядки литий-железо-фосфатной батареи от одной литий-кобальт-оксидной батареи.
Как первая батарея 126, так и зарядная батарея 106 имеют соответствующий узел нагрева батареи. Электрический нагреватель 140 окружает первую батарею 126 и управляется с помощью низкотемпературного микроконтроллера 142. Нагреватель 144 зарядной батареи окружает зарядную батарею 106 и управляется с помощью второго низкотемпературного микроконтроллера 146.
На фиг. 2а показано схематичное поперечное сечение узла нагрева батареи, окружающего первую батарею 126, показанную на фиг. 1. На фиг. 2b показан вид в разобранном состоянии нагревателя и изоляционных слоев в узле нагрева батареи по фиг. 2а. Узел нагрева батареи содержит первый нагреватель 140 батареи, который представляет собой фольгу, намотанную вокруг батареи 126. Как показано на фиг. 2b, электрические соединения 141, 143 обеспечивают подачу электрического тока на фольговый нагреватель 140. Подача мощности на нагреватель 140 будет более подробно описана ниже. Фольговый нагреватель 140 окружен слоем, который отражает инфракрасное излучение и может быть выполнен в виде фольги или покрытия. Вокруг указанного отражающего слоя выполнен изоляционный слой 160. Нагреватель 140, отражающий слой 150 и изоляционный слой 160 могут быть выполнены в виде совместно ламинированной структуры. Отражающий слой снижает радиационные потери тепла из батареи. Изоляционный слой снижает кондуктивные потери тепла из батареи.
В дополнение, узел нагрева батареи содержит два датчика температуры. Первый датчик 200 температуры размещен между батареей 126 и нагревателем 140 батареи. Второй датчик 210 температуры размещен с внешней стороны изоляционного слоя 160. Выходные сигналы двух указанных датчиков температуры используются при осуществлении микроконтроллером 142 регулирования мощности, подаваемой на нагреватель 140 батареи.
В данном примере изоляционный слой 160 образован из стекловаты и имеет толщину 3 мм. Отражающий слой 150 представляет собой алюминиевую фольгу, имеющую толщину 0,02 мм. Фольговый нагреватель 140 содержит полиимидную подложку, на которой выполнен резистивный медный слой. Датчики 200, 210 температуры представляют собой термисторы.
На фиг. 2а и 2b показан узел нагрева батареи, предназначенный для первой батареи 126. Идентичный узел нагрева батареи предусмотрен для зарядной батареи 106.
На фиг. 3 показаны регулировочные элементы системы регулирования температуры EESD, показанной на фиг. 1. Генерирующее аэрозоль устройство 102 содержит первую батарею 126, окруженную узлом нагрева батареи, описанным применительно к фиг. 2а, но не показанным на фиг. 3 для ясности. Микроконтроллер 142 представляет собой микроконтроллер промышленного класса, который работает при температурах до -40 градусов по Цельсию. Микроконтроллер 142 соединен с первым датчиком 200 температуры посредством соединений Т1 и Т2, и он также соединен со вторым датчиком температуры посредством соединений Т3 и Т4. Мощность подается на нагревательный узел от первой батареи 126 через соединения Н1 и Н2. Микроконтроллер 142 управляет подачей тока на нагревательный узел через соединение Н2 путем управления переключателем 147. На основе выходных сигналов датчиков 200, 210 температуры микроконтроллер замыкает или размыкает переключатель 147. Величина мощности, подаваемой на нагревательный узел, и, следовательно, температура первой батареи 126 регулируются путем изменения скважности работы переключателя 147. С использованием обратной связи от датчиков 200 и 210 температуры, обеспечивается возможность поддержания температуры батареи на уровне, равном или большем требуемой температуры. В данном примере требуемая температура составляет 10 градусов по Цельсию, и процесс регулирования описан более подробно применительно к фиг. 6.
Для портативного зарядного устройства 100 также предусмотрена система регулирования температуры EESD, которая работает идентичным образом. Зарядная батарея 106 оснащена узлом нагрева батареи, аналогичным тому, который описан применительно к фиг. 2а и 2b. Микроконтроллер 146 также представляет собой микроконтроллер промышленного класса, который работает при температурах до -40 градусов по Цельсию. Микроконтроллер 146 соединен с первым датчиком 200 температуры посредством соединений Т1 и Т2, и он соединен со вторым датчиком температуры посредством соединений Т3 и Т4. Мощность подается на нагревательный узел от зарядной батареи 106 через соединения Н1 и Н2. Микроконтроллер 146 управляет подачей тока на нагревательный узел через соединение Н2 путем управления переключателем 149. На основе выходных сигналов датчиков температуры микроконтроллер замыкает или размыкает переключатель 149. Величина мощности, подаваемой на нагревательный узел, и, следовательно, температура зарядной батареи 106 регулируются путем изменения скважности работы переключателя 149. С использованием обратной связи от датчиков 200 и 210 температуры, обеспечивается возможность поддержания температуры зарядной батареи на уровне, равном или большем требуемой температуры.
При соединении генерирующего аэрозоль устройства с портативным зарядным устройством, обеспечивается возможность подачи мощности на нагреватель батареи, предназначенный для первой батареи, от портативного зарядного устройства. Предусмотрен второй переключатель 170, который обеспечивает возможность выборочного соединения зарядной батареи с нагревателем батареи, предназначенным для первой батареи. Микроконтроллер 142 управляет подачей тока на нагревательный узел через соединение Н2 путем управления как переключателем 147, так и переключателем 170. В случае, если генерирующее аэрозоль устройство соединено с портативным зарядным устройством, микроконтроллер 142 обеспечивает возможность отсоединения первой батареи 126 от первого нагревателя батареи, однако он способен обеспечивать возможность соединения зарядной батареи с первым нагревателем батареи. Зарядная батарея имеет возможность нахождения при более высокой температуре, чем первая батарея, и таким образом она способна вырабатывать более высокую мощность. Кроме того, зарядная батарея обычно имеет более высокую емкость, чем первая батарея.
На фиг. 4 показан базовый способ регулирования с использованием двух датчиков температуры. На первом этапе с помощью микроконтроллера считывают выходной сигнал первого датчика температуры, обозначенный через T1, и выходной сигнал второго датчика 210 температуры, обозначенный через T2. На этапе 310 сравнивают значение T1 с первым пороговым значением Tа, в данном случае 10 градусов по Цельсию. Если T1 не меньше, чем Ta, то возвращаются к этапу 300 способа для осуществления нового цикла. Если T1 меньше, чем Ta, то переходят к этапу 320 способа. На этапе 320 сравнивают значение T2 с первым пороговым значением Tb, в данном случае 12 градусов по Цельсию. Если T2 не меньше, чем Tb, то возвращаются к этапу 300 способа для осуществления нового цикла. Если T2 меньше, чем Tb, то переходят к этапу 330 способа, на котором активируют нагреватель батареи путем подачи импульсов тока на указанный нагреватель батареи. Затем повторяют процесс путем возврата к этапу 300. Преимущество наличия второго датчика температуры, измеряющего окружающую температуру, состоит в том, что обеспечивается возможность более легкого предотвращения перегрева. При нормальной работе устройства будет генерироваться некоторое количество тепла. Если окружающая температура выше порогового уровня, то активный нагрев батареи может не потребоваться даже в том случае, если температура батареи первоначально ниже первого порогового уровня. Например, в случае, если устройство перенесено из холодных окружающих условий в теплые окружающие условия внутри помещения непосредственно перед использованием, температура батареи может составлять ниже оптимальной температуры, однако может быть достаточным пассивный нагрев батареи. Активный нагрев батареи может привести как к потерям энергии, так и к возможному перегреву.
На фиг. 5 показана альтернативная конфигурация системы регулирования температуры EESD для генерирующего аэрозоль устройства и портативного зарядного устройства. В варианте осуществления по фиг. 4 используется индукционный нагрев первой батареи внутри генерирующего аэрозоль устройства с помощью катушки, удерживаемой внутри зарядного устройства.
Генерирующее аэрозоль устройство 402, показанное схематично, содержит первую батарею 404 и генерирующий аэрозоль элемент 406. Портативное зарядное устройство 400 содержит зарядную батарею 408. Генерирующее аэрозоль устройство 402 удерживается в полости 410 портативного зарядного устройства. Катушка 412 в портативном зарядном устройстве окружает часть полости 412 таким образом, чтобы она окружала часть первой батареи 404, когда генерирующее аэрозоль устройство 402 удерживается в полости 410. Генерирующее аэрозоль устройство имеет сусцепторный элемент (не показан), который выполнен как единое целое с первой батареей или вплотную к ней. Катушка 412 соединена с источником 418 высокочастотного переменного тока, получающим питание от зарядной батареи 408. Портативное зарядное устройство содержит также термистор 416, расположенный смежно с полостью 410 для измерения температуры первой батареи или корпуса генерирующего аэрозоль устройства. Микроконтроллер 414 соединен с термистором 416, зарядной батареей 408 и источником 418 высокочастотного переменного тока. На основе выходного сигнала термистора 416 микроконтроллер 414 обеспечивает возможность подачи высокочастотного переменного тока на катушку 412. В случае, если температура, измеряемая датчиком температуры, упала ниже 10 градусов по Цельсию, микроконтроллер осуществляет включение источника переменного тока. В результате подачи высокочастотного переменного тока на указанную катушку происходит индукционный нагрев сусцептора и, как следствие, нагрев первой батареи. С использованием обратной связи от термистора 416 обеспечивается возможность поддержания температуры батареи на уровне, равном или большем требуемой температуры.
Портативное зарядное устройство имеет возможность непрерывного отслеживания температуры, измеряемой с помощью датчика температуры, и управляет указанной катушкой для предотвращения падения температуры ниже 10 градусов по Цельсию. Тот же самый процесс может быть осуществлен для зарядной батареи. В качестве альтернативы, зарядная батарея может быть выполнена с возможностью работы при низких температурах, и система нагрева батареи активируется лишь после поступления команды от пользователя.
В качестве альтернативы индукционному нагреву, катушка 412 может быть выполнена с возможностью функционирования в качестве резистивного нагревателя, который нагревает полость 410 и таким образом нагревает первую батарею 404 при ее нахождении в этой полости. На катушку 412 или резистивный нагреватель другого типа может подаваться постоянный ток для джоулева нагрева указанной полости.
На фиг. 6 показана еще одна альтернативная конфигурация, в которой отдельно от портативного зарядного устройства предусмотрено специализированное вспомогательное нагревательное устройство. Вспомогательное нагревательное устройство 500 представляет собой пакет, в котором вместе размещаются портативное зарядное устройство и генерирующее аэрозоль устройство, и который действует таким образом, чтобы осуществлять индукционный нагрев батареи в генерирующем аэрозоль устройстве.
Генерирующее аэрозоль устройство 402 по фиг. 6 идентично генерирующему аэрозоль устройству, показанному на фиг. 5, и содержит первую батарею 404 и генерирующий аэрозоль элемент 406. Генерирующее аэрозоль устройство имеет сусцепторный элемент (не показан), который выполнен как единое целое с первой батареей или вплотную к ней. Портативное зарядное устройство 440 содержит зарядную батарею 448. Генерирующее аэрозоль устройство 402 удерживается в полости 410 портативного зарядного устройства. Портативное зарядное устройство содержит также датчик 446 температуры, смежный с полостью 410 и предназначенный для измерения температуры первой батареи или корпуса генерирующего аэрозоль устройства. Микроконтроллер 444 соединен с датчиком 416 температуры, зарядной батареей 448 и интерфейсом 450 для сопряжения со вспомогательным нагревательным устройством 500.
Вспомогательное нагревательное устройство 500 содержит вспомогательное EESD 502, микроконтроллер 504, источник 506 высокочастотного переменного тока и катушку 508. Катушка размещается внутри вспомогательного нагревательного устройства смежно с первой батареей при размещении генерирующего аэрозоль устройства во вспомогательном нагревательном устройстве. В показанном примере катушка 508 представляет собой планарную катушку. Микроконтроллер 504 соединен со вспомогательным EESD 502 и с источником 506 высокочастотного переменного тока. Микроконтроллер 504 соединен также с интерфейсом 450 и принимает через интерфейс 450 сигналы, соответствующие выходным сигналам датчика 446 температуры в портативном зарядном устройстве. Интерфейс обеспечивает возможность обмена данными между вспомогательным нагревательным устройством и портативным зарядным устройством и может представлять собой, например, соединение Micro-USB. В качестве альтернативы интерфейсу 450, вспомогательное нагревательное устройство может осуществлять обмен информацией с портативным зарядным устройством через беспроводное соединение, такое как Bluetooth. В случае, если температура, измеряемая с помощью датчика 446 температуры, упала ниже пороговой температуры, например 10 градусов по Цельсию, микроконтроллер осуществляет включение источника переменного тока. В результате подачи высокочастотного переменного тока на указанную катушку происходит индукционный нагрев сусцептора и, как следствие, нагрев первой батареи. С использованием обратной связи от датчика 446, обеспечивается возможность поддержания температуры батареи на уровне, равном или большем требуемой температуры.
Такая же компоновка может использоваться для нагрева зарядной батареи в портативном зарядном устройстве.
Вспомогательное нагревательное устройство может содержать теплоизоляцию, которая снижает потери тепла как из вспомогательного EESD 502, так и из портативного зарядного устройства и генерирующего аэрозоль устройства.
Как и в предыдущих примерах, в качестве альтернативы индукционному нагреву вспомогательное нагревательное устройство может содержать резистивный нагреватель, выполненный с возможностью нагрева внутренней части вспомогательного устройства, а также любого зарядного устройства и генерирующего аэрозоль устройства, размещенного во вспомогательном устройстве. Управление резистивным нагревателем может осуществляться на основе обратной связи от датчика 446 температуры способом, описанным применительно к фиг. 6.
Системы согласно настоящему изобретению обеспечивают улучшенные и более стабильные ощущения у пользователя по сравнению с системами без регулирования температуры батареи. Хотя нагрев батареи может приводить к снижению энергии, доступной для генерирования аэрозоля или зарядки батареи, более важным является преимущество, состоящее в обеспечении удовлетворительной доставки аэрозоля пользователю независимо от окружающих условий.
Хотя варианты осуществления настоящего изобретения были описаны применительно к одному конкретному типу генерирующего аэрозоль устройства, следует понимать, что настоящее изобретение может быть применено к любым типам портативных генерирующих аэрозоль устройств с питанием от батареи.
Описана генерирующая аэрозоль система, содержащая электрический генерирующий аэрозоль элемент (102), первое электрохимическое устройство накопления энергии (EESD, зарядная батарея 106, первая батарея 126), выполненное с возможностью подачи электрической мощности на генерирующий аэрозоль элемент (102), и систему регулирования температуры EESD, содержащую по меньшей мере один датчик (200, 210) температуры, размещенный с возможностью измерения температуры первого EESD (106, 126), и электрический нагреватель (140, 144), выполненный с возможностью нагрева первого EESD (106, 126), причем система регулирования температуры EESD управляет электрическим нагревателем (140, 144), например, посредством микроконтроллеров (142, 146) в зависимости от выходного сигнала указанного по меньшей мере одного датчика (200, 210) температуры. Благодаря применению электрического нагревателя (140, 144) для первого EESD (106, 126), система имеет возможность обеспечения подачи требуемой величины электрической мощности на генерирующий аэрозоль элемент (102) в самых разных окружающих условиях. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.
1. Генерирующая аэрозоль система, содержащая:
электроуправляемый генерирующий аэрозоль элемент;
первое электрохимическое устройство накопления энергии (EESD), выполненное с возможностью подачи электрической мощности на генерирующий аэрозоль элемент; и
систему регулирования температуры EESD-, содержащую по меньшей мере один датчик температуры, размещенный с возможностью измерения температуры первого EESD, и электрический нагреватель, выполненный с возможностью нагрева первого EESD, причем система регулирования температуры EESD управляет электрическим нагревателем в зависимости от выходного сигнала по меньшей мере одного датчика температуры.
2. Генерирующая аэрозоль система по п. 1, содержащая удерживаемое в руке генерирующее аэрозоль устройство, содержащее генерирующий аэрозоль элемент, первое EESD и систему регулирования температуры EESD.
3. Генерирующая аэрозоль система по п. 2, в которой EESD-система регулирования температуры соединена или выполнена как единое целое с регулятором мощности, выполненным с возможностью управления подачей электрической мощности от первого EESD на генерирующий аэрозоль элемент, причем регулятор мощности выполнен с возможностью предотвращения подачи мощности от первого EESD на генерирующий аэрозоль элемент в зависимости от выходного сигнала по меньшей мере одного датчика температуры.
4. Генерирующая аэрозоль система по п. 2 или 3, в которой первое EESD имеет электрические клеммы, и система регулирования температуры EESD- соединена с клеммами первого EESD таким образом, что обеспечивается возможность подачи мощности от первого EESD на электрический нагреватель.
5. Генерирующая аэрозоль система по п. 1, содержащая:
генерирующее аэрозоль устройство и
вспомогательное устройство, содержащее вспомогательное EESD, причем генерирующее аэрозоль устройство и вспомогательное устройство имеют возможность электрического соединения, причем указанная система выполнена таким образом, чтобы обеспечивалась возможность подачи мощности от вспомогательного EESD на электрический нагреватель при электрическом соединении генерирующего аэрозоль устройства и вспомогательного устройства.
6. Генерирующая аэрозоль система по п. 5, в которой система регулирования температуры EESD по меньшей мере частично заключена внутри вспомогательного устройства.
7. Генерирующая аэрозоль система по п. 6, в которой вспомогательное устройство содержит источник переменного тока и катушку индуктивности, выполненную с возможностью индукционного нагрева первого EESD.
8. Генерирующая аэрозоль система по пп. 5, 6 или 7, в которой вспомогательное устройство представляет собой портативное нагревательное устройство.
9. Генерирующая аэрозоль система по пп. 5, 6 или 7, в которой вспомогательное устройство представляет собой портативное зарядное устройство, причем указанная система выполнена таким образом, что обеспечивается возможность зарядки первого EESD от вспомогательного EESD.
10. Генерирующая аэрозоль система по п. 9, дополнительно содержащая нагревательное устройство, выполненное с возможностью размещения в нем портативного зарядного устройства и генерирующего аэрозоль устройства, причем нагревательное устройство содержит нагревательное устройство для EESD, а генерирующее аэрозоль устройство или портативное зарядное устройство и нагревательное устройство имеют возможность электрического соединения, и указанная система выполнена таким образом, что обеспечивается возможность подачи мощности от нагревательного EESD на электрический нагреватель при электрическом соединении генерирующего аэрозоль устройства или портативного зарядного устройства и нагревательного устройства.
11. Генерирующая аэрозоль система по любому из пп. 5-10, в которой вспомогательное устройство содержит систему регулирования температуры вспомогательного EESD, содержащую по меньшей мере один вспомогательный датчик температуры, размещенный с возможностью измерения температуры вспомогательного EESD, и второй электрический нагреватель, выполненный с возможностью нагрева вспомогательного EESD, причем система регулирования температуры вспомогательного EESD управляет вторым электрическим нагревателем в зависимости от выходного сигнала по меньшей мере одного вспомогательного датчика температуры.
12. Генерирующая аэрозоль система по п. 11, зависимому от п. 9 или 10, в которой система регулирования температуры вспомогательного EESD соединена или выполнена как единое целое с регулятором мощности, выполненным с возможностью управления подачей электрической мощности от вспомогательного EESD на генерирующее аэрозоль устройство, причем регулятор мощности выполнен с возможностью предотвращения подачи мощности от вспомогательного EESD на генерирующее аэрозоль устройство в зависимости от выходного сигнала по меньшей мере одного вспомогательного датчика температуры.
13. Генерирующая аэрозоль система по п. 11 или 12, в которой вспомогательное EESD имеет электрические клеммы, причем система регулирования температуры вспомогательного EESD соединена с клеммами вспомогательного EESD таким образом, что обеспечивается возможность подачи мощности от вспомогательного EESD-устройства на второй электрический нагреватель.
14. Генерирующая аэрозоль система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая теплоизоляцию, окружающую первое EESD.
15. Генерирующая аэрозоль система по п. 14, в которой теплоизоляция содержит слой, отражающий инфракрасное излучение.
16. Генерирующая аэрозоль система по п. 14 или 15, в которой по меньшей мере один датчик температуры включает в себя первый датчик температуры, размещенный между первым EESD и теплоизоляцией, и второй датчик температуры, размещенный с внешней стороны теплоизоляции, причем электрический нагреватель активируется в зависимости от выходного сигнала первого датчика температуры и выходного сигнала второго датчика температуры.
17. Генерирующая аэрозоль система, содержащая:
генерирующее аэрозоль устройство по п. 2 и
портативное зарядное устройство, содержащее зарядное EESD-устройство, причем генерирующее аэрозоль устройство и портативное зарядное устройство имеют возможность электрического соединения для обеспечения возможности зарядки первого EESD от зарядного EESD, причем портативное зарядное устройство содержит систему регулирования температуры зарядного EESD, содержащую по меньшей мере один датчик температуры зарядного устройства, размещенный с возможностью измерения температуры зарядного EESD, и второй электрический нагреватель, выполненный с возможностью нагрева зарядного EESD, причем система регулирования температуры зарядного EESD управляет вторым электрическим нагревателем в зависимости от выходного сигнала указанного по меньшей мере одного датчика температуры зарядного устройства.
18. Способ управления работой электроуправляемого генерирующего аэрозоль устройства, содержащего электроуправляемый генерирующий аэрозоль элемент, первое EESD, выполненное с возможностью подачи электрической мощности на генерирующий аэрозоль элемент, и систему регулирования температуры EESD, содержащую по меньшей мере один датчик температуры, размещенный с возможностью измерения температуры первого EESD, и электрический нагреватель, выполненный с возможностью нагрева первого EESD, причем способ включает в себя этапы, на которых:
отслеживают выходной сигнал по меньшей мере одного датчика температуры и регулируют электрический нагреватель в случае, если выходной сигнал по меньшей мере одного датчика температуры ниже первого порогового уровня; и
предотвращают подачу мощности от первого EESD на электроуправляемый генерирующий аэрозоль элемент до тех пор, пока выходной сигнал указанного по меньшей мере одного датчика температуры не станет равен или выше второго порогового уровня.
| WO 2015165813 A1, 05.11.2015 | |||
| WO 2013098395 A1, 04.07.2013 | |||
| КУРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО | 2008 |
|
RU2400110C1 |
| US 2013319440 A1, 05.12.2013. | |||
