УСТРОЙСТВО ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ Российский патент 2021 года по МПК H05B1/02 A24F47/00 

Область техники

Изобретение относится к устройству генерирования аэрозоля для выработки вдыхаемой среды.

Уровень техники

В курительных изделиях, таких как сигареты, сигары и т.п., сжигается табак для создания табачного дыма.

Предпринимались попытки создания альтернативных средств, в которых генерирование вдыхаемой среды осуществляется без использования процесса сжигания.

Примерами таких продуктов являются так называемые электронные сигареты. Эти устройства содержат аэрозольобразующее вещество, как правило, жидкость, которое нагревается с целью испарения и генерирования вдыхаемого пара или аэрозоля. Жидкость может содержать никотин, и/или ароматизирующие вещества, и/или генерирующие аэрозоль вещества, такие как глицерин. В известных электронных сигаретах, как правило, не содержится и не используется табак.

Раскрытие изобретения

Первым объектом изобретения является устройство генерирования аэрозоля, содержащее источник питания, по меньшей мере один нагревательный элемент для генерирования аэрозоля и средство контроля температуры нагревательного элемента; при этом устройство выполнено, когда оно находится в рабочем режиме, с возможностью регулирования подачи питания на нагревательный элемент таким образом, что питание подается на нагревательный элемент для начального повышения его температуры до первого порогового значения; подача питания на нагревательный элемент отключается, когда средство контроля температуры обнаружит, что температура нагревательного элемента равна первому пороговому значению, вызывая тем самым снижение температуры нагревательного элемента до второго порогового значения; включения подачи питания на нагревательный элемент, когда средство контроля температуры обнаружит, что температура нагревательного элемента понизилась до второго порогового значения, вызывая тем самым повышение температуры нагревательного элемента до первого порогового значения.

Нагревательный элемент может быть выполнен в виде спирали. Устройство генерирования аэрозоля может дополнительно содержать датчик затяжки, при этом устройство может переходить между рабочим и нерабочим режимами в зависимости от сигнала, поступающего от датчика затяжки.

Устройство может быть выполнено с возможностью повторения одного или нескольких указанных выше этапов таким образом, чтобы как только температура нагревательного элемента достигнет первого порогового значения, она оставалась выше или равной второму пороговому значению и ниже или равной первому пороговому значению.

Вторым объектом изобретения является способ подачи питания на нагревательный элемент устройства генерирования аэрозоля, включающий в себя этапы, на которых контролируют температуру нагревательного элемента; осуществляют начальную подачу питания на нагревательный элемент для повышения его температуры до первого порогового значения; отключают подачу питания на нагревательный элемент, когда его температура достигнет первого порогового значения, чтобы температура нагревательного элемента понизилась до второго порогового значения; увеличивают подачу питания на нагревательный элемент, когда его температура достигнет второго порогового значения, чтобы температура нагревательного элемента повысилась до первого порогового значения.

Начальную подачу питания на нагреватель могут осуществлять, когда датчик затяжки обнаружит затяжку пользователя.

Способ может дополнительно включать в себя повторение одного или нескольких операций второго объекта изобретения таким образом, чтобы как только температура нагревательного элемента достигнет первого порогового значения, она оставалась выше или равной второму пороговому значению и ниже или равной первому пороговому значению.

Изобретение поясняется чертежами.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показано устройство генерирования аэрозоля, вид в продольном разрезе;

на фиг. 2 – график зависимости температуры спирали и заряда аккумулятора от времени для известного устройства генерирования аэрозоля;

на фиг. 3 – график зависимости температуры спирали и заряда аккумулятора от времени для устройства генерирования аэрозоля согласно изобретению;

на фиг. 4 – блок-схема способа управления устройством генерирования аэрозоля согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показано известное устройство 100 генерирования аэрозоля. Устройство 100 генерирования аэрозоля – это ингаляционное устройство (т.е. пользователь использует его для вдыхания аэрозоля, генерируемого устройством), выполненное в виде портативного прибора. Устройство 100 является электронным.

В общих чертах, устройство 100 испаряет аэрозольобразующий материал 20 для формирования пара или аэрозоля для вдыхания его пользователем. В рассматриваемом примере аэрозольобразующий материал 20 представляет собой жидкость, например, жидкость для электронных сигарет, однако, в других вариантах исполнения может использоваться аэрозольобразующий материал другого типа, например, гель.

Устройство может быть гибридным, в котором генерируемый аэрозоль проходит сквозь дополнительное вещество, прежде чем пользователь вдохнет его. Дополнительное вещество может содержать ароматизирующий элемент. Дополнительное вещество может придавать дополнительные свойства или модифицировать имеющиеся свойства аэрозоля, проходящего сквозь это вещество. Дополнительное вещество может, например, состоять из табака или содержать табак. Если дополнительное вещество содержит табак, аэрозоль может захватывать органические и/или другие компоненты или составляющие из этого вещества для приобретения аромата или иного изменения свойств аэрозоля.

При работе устройства формируется пар, который затем, до выхода из устройства 100, по меньшей мере частично конденсируется, образуя аэрозоль.

Следует отметить, что в общем пар представляет собой вещество в газовой фазе при температуре ниже критической, что означает, например, что пар может конденсироваться и превращаться в жидкость при повышении давления без понижения температуры. С другой стороны, аэрозоль, в целом, представляет собой коллоидную систему, содержащую мелкодисперсные твердые частицы или капли жидкости, взвешенные в воздухе или каком-либо ином газе. «Коллоидная система» – это вещество, в котором микроскопически диспергированные нерастворимые частицы находятся во взвешенном состоянии в объеме другого вещества.

Используемый в дальнейшем термин «аэрозоль» обозначает аэрозоль, пар или их комбинацию.

Как показано на фиг. 1, устройство 100 содержит основную часть 300, картридж 200 и мундштук 50. В некоторых случаях картридж 200 может отсоединяться от основной части 300, а в других случаях картридж 200 неотделим от устройства 100, или устройство 100 может не содержать картриджа 200, а содержать секцию с аэрозольобразующим веществом в другой части устройства, например, в основной части 300.

Картридж 200 предназначен для содержания аэрозольобразующего материала 20, который в данном случае является жидкостью 20, но может быть аэрозольобразующим веществом и другого типа, а основная часть 300 предназначена для питания и управления устройством 100. Устройство 100 содержит также нагревательное средство 240 для нагрева аэрозольобразующего материала (в примере по фиг. 1– жидкость 20) с целью формирования потока аэрозоля 30 для вдыхания его пользователем.

Картридж 200 содержит емкость 220 для хранения жидкости 20. Емкость 220 может быть выполнена в виде кольцевой камеры, окружающей центральный проход 290, по которому генерируемый аэрозоль поступает в мундштук 50 для вдыхания его пользователем. Нагревательное средство 240 для испарения жидкости 20 расположено в картридже 200, хотя в некоторых других вариантах выполнения нагревательное средство 240 может быть выполнено отдельно от картриджа 200. В некоторых случаях нагревательное средство 240 может быть расположено в основной части 300 устройства 100. В некоторых вариантах выполнения нагревательное средство 240 может извлекаться из устройства 100, например, для удаления или замены, когда нагревательное средство 240 необходимо заменить. В рассматриваемом примере нагревательное средство 240 содержит по меньшей мере один нагревательный элемент 250 и по меньшей мере один капиллярный элемент (не показан) для подвода жидкости 20 к по меньшей мере одному нагревательному элементу 250 из емкости 220.

В некоторых случаях нагревательное средство 240 называется «атомайзером», а картридж с жидкостью, такой как картридж 200, в котором расположен атомайзер, может называться «картомайзером».

Основная часть 300 устройства 100 содержит источник питания 320, электрически соединенный с различными компонентами устройства 100, включая нагревательное средство 240, для снабжения электроэнергией данных компонентов. В качестве источника питания 320 может использоваться перезаряжаемый аккумулятор или одноразовая батарейка.

В основной части 300 также расположен контроллер 330, который может содержать микрочип и соответствующую схему, для управления работой различных компонентов устройства 100, в том числе, подачей питания в нагревательное средство 240, как будет более подробно описано ниже. На внешней поверхности корпуса 310 основной части может располагаться средство 340 управления для пользователя, например, одна или несколько кнопок управления, чтобы пользователь мог управлять контроллером 330.

В качестве жидкости 20 предпочтительно использовать жидкость, испаряющуюся при сравнительно невысоких температурах, предпочтительно, в диапазоне от 100 до 300°C, в частности, приблизительно от 150 до 250°C, поскольку это помогает снизить потребление энергии устройством 100. Подходящими материалами являются материалы, используемые обычно при производстве электронных сигарет, например, пропиленгликоль и глицероль (известный также как глицерин). В некоторых вариантах выполнения аэрозольобразующий материал содержит никотин, а в других вариантах аэрозольобразующий материал не содержит никотина. В некоторых случаях аэрозольобразующий материал может содержать ароматизатор.

Во время работы пользователь производит затяжку через мундштук 50, и воздух поступает в устройство через вход 111. Устройство 100, содержащее нагревательное средство 240, может быть приведено в рабочий режим пользователем, нажавшим кнопку 340 управления. Как известно, в некоторых вариантах выполнения для определения того, находится ли устройство 100 в рабочем режиме, может использоваться входной сигнал от датчика затяжки (не показан). При работе жидкость 20 вытягивается из емкости 220 через по меньшей мере один капиллярный элемент, и испаряется нагревательным средством 240 с целью генерирования аэрозоля. Генерируемый аэрозоль смешивается с воздушным потоком из входа 111, образуя поток аэрозоля 30.

Нагревательный элемент 250 может быть резистивным, например, линейным или в виде спирали. В рассматриваемых здесь предпочтительных вариантах выполнения по меньшей мере один нагревательный элемент 250 представляет собой нагревательную спираль 250. В некоторых случаях нагревательное средство 240 может содержать более одного нагревательного элемента, и каждый нагревательный элемент может представлять собой нагревательную спираль. Устройство 100 содержит средство контроля температуры 260 нагревательного элемента 250. Средство контроля температуры 260 может содержать любое подходящее средство измерения температуры, например, электрический термометр, или средство для измерения электрического сопротивления нагревательного элемента 250.

Контроллер 330 контролирует температуру нагревательного элемента 250 с помощью средства 260 контроля температуры и контролирует средство 340 управления и/или детектор затяжки, чтобы определить, следует ли переводить устройство 100 в рабочий режим. В предпочтительных вариантах реализации контроллер 330 получает входной сигнал от средства 340 управления или от датчика затяжки, который указывает, что пользователь активировал устройство 100. Затем контроллер 330 подает питание на нагревательный элемент 250 с целью повышения его температуры до температуры генерирования аэрозоля, измеряемой средством 260 контроля температуры.

На фиг. 2 показан график изменения температуры нагревательного элемента (нагревательной спирали) в зависимости от времени для известного устройства. В таких устройствах, когда обнаруживается, что оно активировано (например, датчиком затяжки, или при воздействии пользователя на средства 340 управления) (в момент времени 0), устройство 100 включает подачу питания на нагревательную спираль 250 для повышения её температуры от начальной до рабочей температуры 510. Рабочая температура 510 может быть температурой, при которой спираль 250 в состоянии генерировать аэрозоль Известное устройство 100 непрерывно осуществляет подачу питания на спираль 250, так что после достижения рабочего значения температура спирали 250 продолжает возрастать и может продолжать повышаться, пока устройство 100 остается в рабочем режиме, например, пока датчик затяжки продолжает обнаруживать, что пользователь производит затяжку через устройство 100. Из графика на фиг. 2 следует, что в известном устройстве энергия непрерывно подается на нагревательную спираль 250, следовательно, энергия, поступающая от источника питания 320, продолжает увеличиваться на всем протяжении времени, пока устройство 100 остается в рабочем режиме. На этом графике показан также уровень заряда аккумулятора 320, который непрерывно разряжается во время работы устройства 100.

На фиг. 3 показан график изменения по времени температуры нагревательной спирали 250 устройства согласно изобретению. Контроллер 330 выполнен с возможностью подачи питания на нагревательное средство 250, в данном случае на нагревательную спираль 250, для повышения ее температуры от начальной температуры (в момент времени 0) до первого порогового значения 610. Контроллер 330 выполнен с возможностью обнаружения активации устройства 100 пользователем, предпочтительно, с помощью средства 340 управления пользователем, или с помощью датчика затяжки.

При обнаружении активации устройства 100 (в момент времени 0) контроллер 330 включает подачу питания на нагревательную спираль 250 для повышения температуры спирали 250 с целью испарения жидкости 20. Контроллер 330 выполнен с возможностью подачи питания для повышения температуры нагревательной спирали 250 до первого порогового значения 610.

Контроллер 330 выполнен с возможностью контролирования температуры спирали 250 с помощью средства 260 контроля температуры, и когда контроллер обнаруживает, что температура спирали 250 достигла первого порогового значения 610 (в точке 700 на фиг. 3), он отключает подачу питания на спираль 250. Отключение подачи питания, когда температура спирали 250 достигает первого порогового значения 610, приводит к снижению температуры спирали до второго порогового значения 620.

Следует отметить, что в некоторых вариантах выполнения устройство 100 может начать генерировать аэрозоль в точке 700, когда спираль достигает своего первого порогового значения 610. Однако устройство 100 может начинать генерирование аэрозоля и до того, как температура спирали достигнет своего первого порогового значения 610. В некоторых вариантах выполнения вторым пороговым значением 620 может быть минимальная температура, при которой спираль 250 способна производить аэрозоль, а в других вариантах выполнения второе пороговое значение 620 может отличаться от этой минимальной температуры. Например, второе пороговое значение 620 может быть выше, чем минимальная температура, при которой возможно генерирование аэрозоля.

В рассматриваемом примере между точками 700 и 720 устройство 100 остается в рабочем состоянии, и температура спирали 250 может понижаться (благодаря отключению подачи питания на спираль 250), но при этом спираль 250 продолжает генерировать аэрозоль из жидкости 20. Когда измеряемая температура спирали достигает своего второго порогового значения 620 (в момент времени 720), контроллер 330 возобновляет подачу питания на спираль 250. Возобновление подачи питания приводит к повышению температуры спирали 250 от второго порогового значения 620 до первого порогового значения 610.

Когда температура спирали 250 повторно достигает первого порогового значения 610 (в момент времени 720), подача питания на спираль 250 снова выключается, и ее температура снова понижается до второго порогового значения 620. Цикл включения и выключения подачи питания на спираль можно повторять, чтобы температура спирали изменялась в диапазоне от первого порогового значения 610 до второго порогового значения 620, когда устройство 100 остается в рабочем состоянии, например, пока детектор затяжки обнаруживает, что пользователь выполняет затяжку, или, для других вариантов выполнения, пока пользователь продолжает активировать устройство 100 с помощью средства 340 управления. Поскольку в примере, показанном на фиг. 3, питание подается не постоянно, энергия от источника питания 320 может использоваться с меньшей скоростью в течение сеанса пользования, и разрядка аккумулятора происходит с меньшей скоростью, чем в других вариантах, например, показанном на фиг. 2, в которых подача питания на нагревательную спираль 250 производится непрерывно.

На фиг. 4 приведена блок-схема возможного варианта реализации способа эксплуатации устройства 100. На этапе 1001 устройство 100 активируется (в момент времени 0, показанный на фиг. 3), и на этапе 1002 подается питание на спираль 250 для повышения ее температуры. На этапе 1003 устройство 100 контролирует датчик затяжки и удерживает устройство 100 в рабочем режиме, если затяжка обнаруживается. Если на этапе 1003 затяжка не обнаруживается, устройство 100 выключается. На этапе 1004 контроллер 330 проверяет, достигла ли температура спирали 250 своего первого порогового значения 610. Если на этапе 1004 контроллер 330 обнаруживает, что первое пороговое значение 610 температуры спирали 250 достигнуто, он отключает подачу питания на спираль 250 (на этапе 1005), и температура спирали начинает снижаться от первого порогового значения 610 ко второму пороговому значению 620 (при этом генерирование аэрозоля продолжается). На этапе 1006 контроллер 330 снова проверяет датчик затяжки и продолжает работу, если затяжка обнаружена. Если на этапе 1006 затяжка не обнаруживается, устройство 100 выключается. На этапе 1007 контроллер 330 проверяет, достигла ли температура спирали 250 своего второго порогового значения 620, и если обнаруживает, что второе пороговое значение 620 достигнуто, снова включает подачу питания на спираль 250; затем происходит возврат на этап 1002.

Следует отметить, что в некоторых вариантах выполнения проверка того, находится ли устройство 100 в активированном состоянии, может производиться менее часто, чем указано в пояснении к фиг. 4, например, только на этапе 1003 или только на этапе 1006. Как указано выше, в некоторых вариантах выполнения устройство 100 может не содержать датчика затяжки, и вместо него для определения состояния активации устройства 100 может использоваться средство 340 управления пользователем.

В описанных вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг. 3 и 4, спираль 250 периодически не получает питание от аккумулятора 320. Таким образом, средний уровень питания, подаваемого на спираль 250, когда устройство 100 работает, ниже, чем средний уровень питания, подаваемого на спираль в известном устройстве, показанном на фиг. 2. Таким образом, разрядка аккумулятора происходит медленнее, и его ресурс может быть увеличен благодаря использованию описанных механизмов. Кроме того, температура нагревательной спирали 250 удерживается в заданном диапазоне (между вторым и первым пороговыми значениями 620 и 610), что может, например, обеспечить более подходящую температуру для испарения жидкости 20 и/или обеспечить повышенную безопасность устройства 100. Можно сказать, что подача питания на нагревательный элемент 250 во время работы устройства 100 согласно настоящему изобретению является «импульсной».

Следует отметить, что в периоды подачи питания на нагревательный элемент 250 в рассмотренных здесь вариантах выполнения, т.е. в интервалах 700-720 и 720-710, подаваемое питание может не быть постоянным. Например, в некоторых вариантах выполнения может быть использован защитный модуль, и подача питания на нагревательный элемент 250 в интервалах 700-720 и 720-710 может быть импульсной.

Устройство генерирования аэрозоля содержит источник питания, по меньшей мере один нагревательный элемент для генерирования аэрозоля и средство контроля температуры нагревательного элемента. Устройство выполнено с возможностью, когда оно находится в рабочем режиме, регулирования подачи питания на нагревательный элемент таким образом, что питание подается на нагревательный элемент для начального повышения его температуры до первого порогового значения; подача питания на нагревательный элемент отключается, когда средство контроля температуры обнаружит, что температура нагревательного элемента равна первому пороговому значению, вызывая тем самым снижение температуры нагревательного элемента до второго порогового значения; включения подачи питания на нагревательный элемент, когда средство контроля температуры обнаружит, что температура нагревательного элемента понизилась до второго порогового значения, вызывая тем самым повышение температуры нагревательного элемента до первого порогового значения. Поскольку питание подается не постоянно, энергия от источника питания может использоваться с меньшей скоростью в течение сеанса пользования, и разрядка аккумулятора происходит с меньшей скоростью. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство генерирования аэрозоля, содержащее источник питания, по меньшей мере один нагревательный элемент для генерирования аэрозоля и средство контроля температуры нагревательного элемента; при этом устройство выполнено, когда оно находится в рабочем режиме, с возможностью регулирования подачи питания на нагревательный элемент таким образом, что

питание подается на нагревательный элемент для начального повышения его температуры до первого порогового значения;

подача питания на нагревательный элемент отключается, когда средство контроля температуры обнаружит, что температура нагревательного элемента равна первому пороговому значению, вызывая тем самым снижение температуры нагревательного элемента до второго порогового значения;

включения подачи питания на нагревательный элемент, когда средство контроля температуры обнаружит, что температура нагревательного элемента понизилась до второго порогового значения, вызывая тем самым повышение температуры нагревательного элемента до первого порогового значения.

2. Устройство по п. 1, в котором нагревательный элемент представляет собой спираль.

3. Устройство по любому из пп. 1 или 2, дополнительно содержащее датчик затяжки, при этом устройство выполнено с возможностью перехода между рабочим и нерабочим режимами в зависимости от сигнала, поступающего от датчика затяжки.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, выполненное с возможностью повторения одного или нескольких этапов п. 1 таким образом, чтобы, как только температура нагревательного элемента достигнет первого порогового значения, она оставалась выше или равной второму пороговому значению и ниже или равной первому пороговому значению.

5. Способ подачи питания на нагревательный элемент устройства генерирования аэрозоля, включающий в себя этапы, на которых

контролируют температуру нагревательного элемента;

осуществляют начальную подачу питания на нагревательный элемент для повышения его температуры до первого порогового значения;

отключают подачу питания на нагревательный элемент, когда его температура достигнет первого порогового значения, чтобы температура нагревательного элемента понизилась до второго порогового значения;

увеличивают подачу питания на нагревательный элемент, когда его температура достигнет второго порогового значения, чтобы температура нагревательного элемента повысилась до первого порогового значения.

6. Способ по п. 5, в котором начальную подачу питания на нагреватель осуществляют, когда датчик затяжки обнаружит затяжку пользователя.

7. Способ по любому из пп. 5 или 6, дополнительно включающий в себя повторение одного или нескольких этапов п. 5 таким образом, чтобы, как только температура нагревательного элемента достигнет первого порогового значения, она оставалась выше или равной второму пороговому значению и ниже или равной первому пороговому значению.