УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ С УПРАВЛЕНИЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПО ОБРАТНОЙ СВЯЗИ И СПОСОБ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ Российский патент 2025 года по МПК A24F40/05 

Настоящее изобретение относится к устройствам для генерирования аэрозоля, в которых используется жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В частности настоящее изобретение относится к устройствам для генерирования аэрозоля, в которых используется вибрационный преобразователь для перемещения или распыления жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

Одним примером устройства для генерирования аэрозоля является электронная сигарета. Обычно в электронной сигарете жидкий субстрат, образующий аэрозоль, нагревается с генерированием пара для генерирования аэрозоля. Однако были предложены альтернативные конструкции, в которых используется вибрационный преобразователь для генерирования капель из жидкого субстрата, генерирующего аэрозоль, причем капли образуют аэрозоль.

Вибрационные преобразователи также могут использоваться в качестве основы для маленьких жидкостных насосов. Маленькие жидкостные насосы могут использоваться в устройствах для генерирования аэрозоля, таких как электронные сигареты, для доставки жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из резервуара к распылительным элементам, таким как нагреватель или вибрационный преобразователь.

Было бы желательно оптимизировать, насколько возможно, эффективность любых вибрационных преобразователей, используемых в устройстве, генерирующем аэрозоль, либо для генерирования аэрозоля, либо для перемещения жидкости в устройстве. Это особенно важно в удерживаемых рукой устройствах для генерирования аэрозоля, таких как электронные сигареты, которые обычно питаются батареей и желательно являются настолько маленькими, насколько это возможно, но которые должны генерировать значительный объем аэрозоля по требованию пользователя.

Было бы желательно обеспечить возможность быстро и просто обнаруживать любые изменения условий работы, которые влияют на продуктивность и эффективность устройства для генерирования аэрозоля.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предложено устройство для генерирования аэрозоля. Устройство для генерирования аэрозоля может содержать преобразователь. Преобразователь может представлять собой пьезоэлектрический преобразователь. Устройство для генерирования аэрозоля может содержать приводную схему, соединенную с преобразователем и выполненную с возможностью подавать колебательный ток на преобразователь. Устройство для генерирования аэрозоля может содержать схему управления, соединенную с приводной схемой и выполненную с возможностью отслеживать резонансное состояние преобразователя, причем схема управления выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы на основании резонансного состояния преобразователя.

В настоящем документе «резонансное состояние» обозначает любой измеримый аспект отклика пьезоэлектрического преобразователя на колебательные входные сигналы. Например, резонансное состояние может представлять собой резонансную частоту или резонансные частоты, или изменения резонансной частоты или резонансных частот, максимальную амплитуду отклика или минимальную амплитуду отклика, максимальный или минимальный входной импеданс, фазовые характеристики отклика или изменение фазовых характеристик отклика.

Резонансное состояние преобразователя может быть представлено одним или более измеримыми параметрами, такими как входной импеданс или одна или более частот отклика с максимальной амплитудой.

Пьезоэлектрический преобразователь может представлять собой часть узла преобразования. Узел преобразования может быть выполнен с возможностью взаимодействовать с жидким субстратом, образующим аэрозоль, внутри устройства. Узел преобразования может быть выполнен с возможностью генерировать аэрозоль из жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Узел преобразования может быть выполнен с возможностью перемещать жидкий субстрат, образующий аэрозоль.

В некоторых вариантах реализации узел преобразования содержит перфорированную мембрану или сетку. Преобразователь может быть выполнен с возможностью заставлять перфорированную мембрану или сетку вибрировать на одной или более частотах. Вибрация перфорированной мембраны или сетки может продавливать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, через перфорированную мембрану или сетку, что может приводить к образованию аэрозоля, содержащего капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

В некоторых вариантах реализации узел преобразования содержит мембрану или поверхность, выполненную с возможностью контактировать с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Преобразователь может быть выполнен с возможностью заставлять мембрану или поверхность вибрировать на одной или более частотах. Вибрация мембраны или поверхности может продавливать жидкость через смежную сетку или перфорированную мембрану, что может приводить к образованию аэрозоля, содержащего капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

В некоторых вариантах реализации узел преобразования содержит распылительную поверхность, выполненную с возможностью контактировать с жидким субстратом, образующим аэрозоль, и электроды на преобразователе, выполненные с возможностью генерировать поверхностные акустические волны (SAW, ПАВ) на распылительной поверхности. ПАВ генерируют капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль, которые образуют аэрозоль.

В некоторых вариантах реализации узел преобразования образует часть жидкостного насоса. Преобразователь может содержать мембрану или поверхность, выполненную с возможностью контактировать с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Преобразователь может быть выполнен с возможностью заставлять мембрану или поверхность вибрировать на одной или более частотах. Вибрация мембраны или поверхности может продавливать жидкость через смежный жидкостный клапан.

Во всех этих вариантах реализации полезно обеспечить возможность управления рабочей частотой преобразователя или рабочей мощностью преобразователя (или как рабочей частотой, так и рабочей мощностью преобразователя) в ответ на изменение резонансного состояния преобразователя. Управление рабочей частотой, в частности, может быть полезно для улучшения эффективности системы. Управление рабочей частотой может дать возможность максимизации генерирования аэрозоля.

Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы в момент первой активации устройства. Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы периодически или с перерывами в процессе работы устройства.

Существует несколько причин, по которым резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя может изменяться в процессе работы устройства. Одним параметром, который может влиять на резонансное состояние преобразователя, является температура. Резонансная частота узла преобразования может меняться с температурой в результате расширения или сжатия материалов узла преобразования, что приводит к изменениям размера и изменениям остаточного напряжения в узле преобразования. Изменения температуры узла преобразования могут возникать из-за изменений температуры окружающей среды. Изменения температуры узла преобразования могут возникать из-за нагревания узла преобразования в результате рассеивания энергии в устройстве в процессе работы. Обычно узел преобразования нагревается в процессе работы устройства. Нагревание узла преобразования может приводить к падению резонансных частот преобразователя.

На резонансное состояние преобразователя могут влиять другие изменения внешних условий. Например, изменения атмосферного давления или влажности могут влиять на резонансное состояние преобразователя.

Изменения материала, контактирующего с узлом преобразования, могут изменять резонансное состояние преобразователя. В частности, изменения нагрузки на преобразователь могут изменять резонансное состояние преобразователя. Например, изменения объема жидкого субстрата, образующего аэрозоль, контактирующего с узлом преобразования, могут изменять нагрузку на преобразователь. Изменения состава жидкого субстрата, образующего аэрозоль, контактирующего с узлом преобразования, могут изменять нагрузку на преобразователь.

Резонансное состояние преобразователя может меняться в результате старения одного или более компонентов узла преобразования.

Таким образом, можно видеть, что изменения резонансного состояния узла преобразования могут быть быстрыми, или могут включать постепенное изменение в течение более длительного периода. Полезно, чтобы устройство обладало возможностью реагировать как на быстрые изменения, так и на постепенные изменения в течение более длительного периода.

Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы таким образом, что колебательный ток имеет частоту, равную резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя. Работа на резонансной частоте может позволить максимизировать количество энергии, переносимой на преобразователь. Работа на резонансной частоте может обеспечить максимальную амплитуду вибрации и максимальную скорость вибрации. Это может быть полезно для генерирования аэрозоля с желаемыми свойствами.

Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы таким образом, что колебательный ток имеет частоту, отличающуюся от резонансной частоты преобразователя. Это может быть полезно в определенных условиях. Например, если импеданс преобразователя на его резонансной частоте не совпадает с выходным импедансом приводной схемы, то небольшое смещение частоты полезно для того, чтобы система работала в точке совпадения импедансов, в которой на преобразователь подается самая высокая мощность. Эта частота может лежать где-то между резонансной и антирезонансной частотами. В этой области импеданс значительно меняется с частотой, что дает возможность точной настройки.

Схема управления может быть выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние преобразователя на множестве резонансных частот преобразователя, соответствующих различным режимам вибрации. Преобразователь может приводиться в действие на множестве различных частот для генерирования капель аэрозоля с разными свойствами.

Схема управления может быть выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя путем измерения мощности, подаваемой на преобразователь, или входного импеданса. На резонансной частоте подаваемая мощность максимальна, а входной импеданс минимален.

Схема управления может быть выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя путем определения точек пересечения нуля выходным сигналом от преобразователя или точек перегиба выходного сигнала от преобразователя. Точки пересечения нуля или точки перегиба можно использовать для определения частоты работы.

Схема управления может содержать петлю фазовой автоподстройки (PLL). Петля фазовой автоподстройки может содержать фазовый компаратор и может определять фазовый сдвиг в ответе от преобразователя. Использование петли фазовой автоподстройки может быть полезно, поскольку она не требует микропроцессора. Это может быть недорогим и высоконадежным решением.

В некоторых вариантах реализации приводная схема и схема управления выполнены с возможностью:

подавать ток, имеющий задающую частоту, на преобразователь;

через периодически разделенные временные интервалы, подавать ток, имеющий вторую частоту, которая выше или ниже задающей частоты;

определять, увеличивается ли мощность, подаваемая на преобразователь, при второй частоте по сравнению с первой частотой; и

если подаваемая мощность увеличивается при второй частоте, использовать вторую частоту в качестве задающей частоты, в противном случае сохранять существующую задающую частоту; и

повторять этапы a)-d).

Приводная схема может использовать вторую частоту, которая выше задающей частоты, в чередующихся временных интервалах и может использовать вторую частоту, которая ниже задающей частоты, в чередующихся временных интервалах.

В результате этого процесса получается устройство, которое автоматически отслеживает резонансную частоту преобразователя.

Вторая частота может быть выше или ниже задающей частоты на заданную величину.

Другие варианты обнаружения изменений резонансной частоты включают использование специального датчика МЭМС. Например, кантилевер МЭМС с малой инерцией может быть приведен в контакт с вибрационным элементом узла преобразования так, чтобы кантилевер синхронизировался с колебанием узла преобразования и выдавал соответствующий электрический сигнал. Другим вариантом является использование измерения импеданса в режиме реального времени путем отслеживания напряжения и тока в преобразователе. В этом случае последовательный и параллельный режимы преобразователя могут выполняться по отдельности. Работа преобразователя может быть описана с помощью электрической эквивалентной схемы, состоящей из последовательно соединенных емкости C1, индуктивности L1 и сопротивления R1 для механической части и еще одной емкости C0 и сопротивления R0 для параллельной электрической части преобразователя. В зависимости от частоты эта схема может работать в состоянии, когда последовательная ветвь (C1, L1, R1) резонирует сама с собой (режим последовательного резонанса) или когда эта последовательная ветвь LCR резонирует с параллельной ветвью C0 (режим параллельного резонанса). Частота последовательного резонанса близка к резонансной частоте преобразователя, а частота параллельного резонанса близка к антирезонансной частоте преобразователя. Резонанс последовательного режима обеспечивает низкий импеданс и приводит к более высокому току и более низкому напряжению при той же мощности. Механически это обеспечивает большие амплитуды смещения. Резонанс параллельного режима обеспечивает высокий импеданс и приводит к более низкому току и более высокому напряжению при той же мощности. Механически, потери уменьшаются. В этом случае может быть добавлена настройка последовательной индуктивности, и эффективность передачи электроакустической энергии может быть выше при антирезонансе.

Устройство может содержать средство для настройки резонансной частоты преобразователя. Например, у мембраны, соединенной с пьезоэлектрическим преобразователем, может быть создано предварительное напряжение за счет приложения постоянного напряжения смещения, что изменит ее резонансное состояние. По мере старения компонентов устройства может быть полезно подстраивать резонансный отклик устройства таким образом, чтобы он совпадал с конкретной желаемой частотой или частотами, связанными с субстратом, образующим аэрозоль.

Схема управления может содержать микропроцессор. Схема управления может содержать программируемую пользователем логическую матрицу (FPGA). Приводная схема и схема управления могут быть выполнены за одно целое в единой схеме.

Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять несущей частотой, режимом работы, мощностью, модулирующей частотой или амплитудой колебательного тока на выходе приводной схемы.

Как описано, на резонансное состояние преобразователя может влиять количество жидкости, контактирующей с частью узла преобразования. Схема управления может быть выполнена с возможностью обнаруживать уменьшение количества жидкости, контактирующей с преобразователем, на основании изменений резонансного состояния преобразователя. Это может быть основано на резких изменениях резонансной частоты, превышающих пороговую величину. Схема управления может быть выполнена с возможностью останавливать работу приводной схемы в ответ на обнаружение значительного уменьшения жидкости, доставляемой в узел преобразования. Схема управления может быть выполнена с возможностью останавливать или изменять работу приводной схемы на основании любого сбоя функционирования устройства, определенного на основании резонансного состояния преобразователя.

Пьезоэлектрический преобразователь может содержать монокристаллический материал. Пьезоэлектрический преобразователь может содержать кварц. Пьезоэлектрический преобразователь может содержать керамику. Керамика может содержать титанат бария (BaTiO3). Керамика может содержать цирконат-титанат свинца (PZT). Керамика может содержать легирующие материалы, такие как ионы Ni, Bi, La, Nd или Nb. Пьезоэлектрический преобразователь может быть поляризованным. Пьезоэлектрический преобразователь может быть неполяризованным. Пьезоэлектрический преобразователь может дополнительно содержать как поляризованные, так и неполяризованные пьезоэлектрические материалы.

Приводная схема может быть такой, чтобы обеспечивать подачу колебательного тока, имеющего частоту от приблизительно 20 кГц до приблизительно 1500 кГц, или от приблизительно 50 кГц до приблизительно 1000 кГц, или от приблизительно 100 кГц до приблизительно 500 кГц. Это может обеспечивать желаемую скорость производства аэрозоля и требуемый размер капель.

Устройство для генерирования аэрозоля, может быть выполнено с возможностью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем. Устройство для генерирования аэрозоля, может представлять собой электрическое курительное устройство.

Устройство для генерирования аэрозоля может содержать резервуар для жидкости, заключающий в себе жидкий субстрат, образующий аэрозоль. При использовании пьезоэлектрический преобразователь может контактировать с жидкостью из резервуара для жидкости.

Устройство для генерирования аэрозоля, может содержать часть для хранения жидкости, заключающую в себе резервуар для жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Часть для хранения жидкости может образовывать часть картриджа, который выполнен с возможностью отделения от остального устройства. Часть для хранения жидкости системы, генерирующей аэрозоль, может содержать корпус, который является по существу цилиндрическим, причем на одном конце цилиндра расположено отверстие. Корпус части для хранения жидкости может иметь по существу круглое поперечное сечение. Корпус может представлять собой жесткий корпус. В настоящем документе термин «жесткий корпус» означает корпус, который является самонесущим. Жесткий корпус части для хранения жидкости обеспечивает механическую поддержку нагревательного средства.

Часть для хранения жидкости может дополнительно содержать материал носителя, расположенный внутри корпуса и предназначенный для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может быть адсорбирован или иным образом нанесен на носитель или подложку. Материал носителя может быть изготовлен из любой подходящей поглощающей заглушки или корпуса, например, из вспененного металлического или пластмассового материала, полипропилена, терилена, нейлоновых волокон или керамики. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может удерживаться в материале носителя перед использованием системы, генерирующей аэрозоль. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может выделяться внутрь материала носителя во время использования. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может выделяться внутрь материала носителя непосредственно перед использованием.

В одном примере жидкий субстрат, образующий аэрозоль, удерживается в капиллярном материале. Капиллярный материал представляет собой материал, который активно перемещает жидкость от одного конца материала к другому. Капиллярный материал может быть ориентирован в корпусе таким образом, чтобы переносить жидкий субстрат, образующий аэрозоль, к узлу преобразования, что является преимуществом. Капиллярный материал может иметь волоконную структуру. Капиллярный материал может иметь губчатую структуру. Капиллярный материал может содержать пучок капилляров. Капиллярный материал может содержать множество волокон. Капиллярный материал может содержать множество нитей. Капиллярный материал может содержать трубки с тонким каналом. Капиллярный материал может содержать комбинацию из волокон, нитей и трубок с тонким каналом. Волокна, нити и трубки с узким каналом могут быть по существу выровнены для транспортировки жидкости к вибрационному элементу. Капиллярный материал может содержать губкообразный материал. Капиллярный материал может содержать пенообразный материал. Структура капиллярного материала может образовывать множество мелких каналов или трубок, через которые жидкость может транспортироваться за счет капиллярного эффекта.

Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами подходящих материалов являются губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененные металлические или пластмассовые материалы, волоконный материал, например изготовленный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость для его использования с жидкостями, имеющими разные физические свойства. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, имеет такие физические свойства, включая, но без ограничения перечисленным: вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярный материал за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может быть выполнен с возможностью переносить субстрат, образующий аэрозоль, к узлу преобразования.

Материал носителя может упираться в узел преобразования. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может транспортироваться за счет капиллярного действия из части для хранения жидкости к узлу преобразования.

В альтернативном варианте осуществления или дополнительно устройство может содержать насос. Субстрат, образующий аэрозоль, может доставляться в узел преобразования из резервуара насосом.

Устройство для генерирования аэрозоля может содержать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в корпусе части для хранения жидкости. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, является субстратом, способным высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут высвобождаться в результате перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через каналы вибрационного элемента.

Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержащий никотин, может представлять собой матрицу из никотиновой соли. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табака. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.

Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и стабильного аэрозоля и являются по существу устойчивыми к термическому разложению при рабочей температуре системы. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области техники и включают без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерина; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Вещества для образования аэрозоля представляют собой многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как вкусоароматические вещества.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой глицерин. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой пропиленгликоль. Вещество для образования аэрозоля может содержать как глицерин, так и пропиленгликоль. Концентрация никотина в субстрате, образующем аэрозоль, может составлять от приблизительно 2% до приблизительно 10%.

Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь динамическую вязкость (μ) при температуре 20°C, составляющую от приблизительно 0,4 мПа·с (0,4 мПл, 0,4 сП) до приблизительно 1000 мПа·с (1000 мПл, 1000 сП), или от приблизительно 1 мПа·с до приблизительно 100 мПа·с, или от приблизительно 1,5 мПа·с до приблизительно 10 мПа·с.

Устройство для генерирования аэрозоля, может содержать источник питания. Источник питания может представлять собой батарею. Батарея может представлять собой литиевую батарею, например, литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею. Батарея может представлять собой никель-металлогидридную батарею или никель-кадмиевую батарею. Источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может нуждаться в перезарядке, и он может быть выполнен для множества циклов зарядки и разрядки. Источник питания может иметь емкость, которая делает возможным накопление достаточного количества энергии для одного или более сеансов курения; например, источник питания может иметь достаточную емкость, чтобы сделать возможным непрерывное генерирование аэрозоля в течение периода, составляющего приблизительно шесть минут, что соответствует обычному времени, затрачиваемому на выкуривание обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может иметь достаточную емкость, чтобы делать возможным осуществление заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревательного средства и исполнительного элемента.

Устройство для генерирования аэрозоля, может быть портативным. Устройство для генерирования аэрозоля, может иметь размер, сопоставимый с традиционной сигарой или сигаретой. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Устройство для генерирования аэрозоля, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.

Устройство для генерирования аэрозоля, может содержать корпус. Корпус может быть продолговатым. Корпус может содержать любой подходящий материал или сочетание материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более из таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Материал может быть легким и нехрупким.

Корпус может содержать полость для размещения источника питания. 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 одного впускного отверстия для воздуха.

Воздействие узла преобразования на жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может нагревать субстрат, образующий аэрозоль. Это может быть желательно, когда желательно доставлять пользователю теплый аэрозоль. В альтернативном варианте осуществления или дополнительно устройство может содержать нагреватель. Нагреватель может нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, до того, как он достигнет узла преобразования, в узле преобразования или после того, как он образует аэрозоль.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ функционирования устройства для генерирования аэрозоля. Устройство может содержать пьезоэлектрический преобразователь. Устройство может содержать приводную схему, соединенную с пьезоэлектрическим преобразователем. Устройство может содержать схему управления, выполненную с возможностью отслеживать параметр пьезоэлектрического преобразователя и соединенную с приводной схемой. Способ может включать подачу колебательного тока на преобразователь с использованием приводной схемы. Способ может дополнительно включать отслеживание резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя с использованием схемы управления. Способ может дополнительно включать управление работой приводной схемы на основании отслеживаемого резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.

Пьезоэлектрический преобразователь может представлять собой часть узла преобразования. Узел преобразования может быть расположен в жидкостном насосе. Узел преобразования может содержать мембрану или поверхность, выполненную с возможностью контактировать с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Пьезоэлектрический преобразователь может быть выполнен с возможностью заставлять указанную мембрану или поверхность вибрировать. Вибрация мембраны или поверхности может продавливать жидкость через смежный жидкостный клапан в жидкостном насосе.

Способ может включать остановку работы приводной схемы на основании отслеживаемого резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя. Способ может включать управление несущей частотой, режимом работы, мощностью, модулирующей частотой или амплитудой колебательного тока от приводной схемы.

Этап отслеживания резонансного состояния может включать периодическую подачу колебательного тока с другой частотой и определение резонансного состояния преобразователя при этой другой частоте. Способ может включать подачу колебательного тока, включающего множество синусоидальных частот.

Настоящее изобретение может обеспечивать преимущество эффективной работы в течение всего времени работы вне зависимости от меняющихся нагрузок на преобразователь и меняющихся внешних условий или условий в устройстве. Настоящее изобретение также может обеспечивать средство обнаружения сбоев функционирования и ненормальных условий функционирования, таких как уменьшение подачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

Настоящее изобретение определено в формуле изобретения. Однако ниже представлен не являющийся исчерпывающим перечень неограничивающих примеров. Любой один или более из признаков этих примеров можно комбинировать с любым одним или более признаками другого примера, варианта осуществления или аспекта, описанного в данном документе.

Пример 1: Устройство для генерирования аэрозоля, содержащее пьезоэлектрический преобразователь; приводную схему, соединенную с пьезоэлектрическим преобразователем и выполненную с возможностью подавать колебательный ток на преобразователь; и схему управления, соединенную с приводной схемой и выполненную с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя, причем схема управления выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы на основании резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.

Пример 2: Устройство для генерирования аэрозоля, в соответствии с примером 1, в котором схема управления выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы таким образом, что колебательный ток имеет частоту, равную резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя.

Пример 3: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно примеру 1, в котором схема управления выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы таким образом, что колебательный ток имеет частоту, отличающуюся от резонансной частоты пьезоэлектрического преобразователя.

Пример 4: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором схема управления выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя на множестве резонансных частот пьезоэлектрического преобразователя, соответствующих различным режимам вибрации.

Пример 5: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором схема управления выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя путем измерения мощности, подаваемой на пьезоэлектрический преобразователь, или импеданса пьезоэлектрического преобразователя.

Пример 6: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором приводная схема и схема управления содержит петлю фазовой автоподстройки (PLL).

Пример 7: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором пьезоэлектрический преобразователь представляет собой элемент, генерирующий аэрозоль, выполненный с возможностью генерировать аэрозоль из жидкого субстрата, образующего аэрозоль.

Пример 8: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно примеру 7, в котором пьезоэлектрический преобразователь содержит перфорированную пластину.

Пример 9: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из примеров 1-6, в котором пьезоэлектрический преобразователь является частью жидкостного насоса.

Пример 10: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, содержащее резервуар для жидкости, заключающий в себе жидкий субстрат, образующий аэрозоль, причем при использовании пьезоэлектрический преобразователь контактирует с жидкостью из резервуара для жидкости.

Пример 11: Устройство для генерирования аэрозоля, в соответствии с примером 10, в котором жидкость содержит смесь различных соединений.

Пример 12: Устройство для генерирования аэрозоля, в соответствии с примером 10 или 11, в котором схема управления выполнена с возможностью обнаруживать уменьшение количества жидкости в контакте с пьезоэлектрическим преобразователем на основании изменений резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.

Пример 13: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором устройство для генерирования аэрозоля, представляет собой электронную сигарету.

Пример 14: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором колебательный ток содержит первую частоту, модулируемую по меньшей мере одной другой частотой.

Пример 15: Способ обеспечения работы устройства для генерирования аэрозоля, причем устройство содержит пьезоэлектрический преобразователь, приводную схему, соединенную с пьезоэлектрическим преобразователем, и схему управления, выполненную с возможностью отслеживать параметр пьезоэлектрического преобразователя и соединенную с приводной схемой, причем способ включает:

подачу колебательного тока на преобразователь с использованием приводной схемы; и

отслеживание резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя с использованием схемы управления и

управление работой приводной схемы на основании отслеживаемого резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.

Далее примеры будут дополнительно описаны со ссылкой на фигуры, на которых:

На Фиг. 1 показана система управления с обратной связью в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение устройства для генерирования аэрозоля, в соответствии с настоящим изобретением;

На Фиг. 3 показан узел преобразования для использования в системе, представленной на Фиг. 2;

Фиг. 4 представляет собой схематический график, на котором показано изменение отклика преобразователя во времени;

На Фиг. 5 показан пример приводной схемы и схемы управления, реализующих управление с обратной связью; и

Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение устройства для генерирования аэрозоля, содержащего пьезоэлектрический насос в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение петли обратной связи в соответствии с настоящим изобретением. Петля обратной связи содержит преобразователь 12, приводную схему 14 и схему 14 управления. В этом примере преобразователь представляет собой пьезоэлектрический преобразователь. Преобразователь соединен с мембраной и обеспечивает ее вибрацию для генерирования аэрозоля из подаваемой жидкости. Преобразователь 12 приводится в действие на определенной задающей частоте приводной схемой 12. Приводная схема 12 подает колебательный ток на преобразователь, что вызывает его расширение и сжатие. Это, в свою очередь, заставляет мембрану вибрировать.

Преобразователь имеет одну или более резонансных частот. Резонансные частоты зависят от нескольких факторов, включая нагрузку на преобразователь. Нагрузка на преобразователь зависит от свойств мембраны и любых нагрузок на мембрану. Резонансные частоты также зависят от температуры, например.

Чтобы обеспечить приведение приводной схемой преобразователя в действие на резонансной частоте, схема управления 14 завершает петлю обратной связи. Схема управления получает параметр обратной связи от преобразователя, например, фазовый сдвиг или амплитуду вибрации. Значение параметра обратной связи варьирует в зависимости от того, насколько задающая частота близка к резонансной частоте преобразователя. Приводная схема 12 регулирует задающую частоту колебательного тока, подаваемого на преобразователь 10, а схема управления отслеживает влияние этого изменения задающей частоты на параметр обратной связи. Затем схема управления посылает управляющий сигнал на приводную схему, приводная схема регулирует частоту подаваемого колебательного тока на основании управляющего сигнала таким образом, чтобы достичь конкретного результата. Во многих случаях желательно приводить преобразователь в действие с частотой, как можно более близкой к резонансной. Но в некоторых условиях может быть желательно приводить преобразователь в действие с определенным сдвигом относительно резонансной частоты или на частоте между резонансной и антирезонансной частотами. Схема управления может содержать фильтры, микроконтроллер или любое аналоговое или цифровое средство для обработки параметра обратной связи для генерирования управляющего сигнала.

Фиг. 2 представляет собой схематический вид первого варианта реализации устройства для генерирования аэрозоля, согласно настоящему изобретению, включающего управление с обратной связью, показанное на Фиг. 1. Фиг. 2 является схематической по своему характеру. В частности, компоненты необязательно показаны в масштабе как по отдельности, так и по отношению друг к другу. Устройство для генерирования аэрозоля, содержит многоразовую часть 100 устройства, взаимодействующую с картриджем 200, который предпочтительно является одноразовым. На Фиг. 2 устройство представляет собой электрическую курительную систему.

Часть 100 устройства содержит основную часть, имеющую корпус 101. Корпус 101 является по существу круглоцилиндрическим и имеет продольную длину приблизительно 100 мм и внешний диаметр приблизительно 20 мм, что сравнимо с обычной сигарой. В устройстве расположены источник электропитания в форме батареи 102 и электрическая схема 104 управления. Электрическая схема 104 управления включает приводную схему и схему управления для преобразователя, как описано применительно к Фиг. 1. Корпус 101 основной части образует также полость 112, в которой размещается картридж 200.

Картридж 200 (показан схематично на Фиг. 2) содержит жесткий корпус, образующий часть 201 для хранения жидкости. Часть 201 для хранения жидкости удерживает жидкий субстрат, образующий аэрозоль (не показан). Корпус картриджа 200 является непроницаемым для текучей среды, однако он имеет открытый конец (не показан), который может быть закрыт съемной крышкой (не показана) при извлечении картриджа из устройства 100. Крышка может быть снята с картриджа 200 перед вставкой картриджа в устройство. Картридж 200 содержит шпоночные элементы (не показаны) для того, чтобы обеспечить невозможность вставления картриджа 200 внутрь устройства в перевернутом положении.

Часть 100 устройства содержит также мундштучную часть 120. Мундштучная часть 120 в данном примере соединена с корпусом 101 основной части посредством шарнирного соединения, однако может использоваться любой тип соединения, такой как защелкивающееся или винтовое соединение. Мундштучная часть 120 содержит множество впусков 122 для воздуха, выпуск 124 для воздуха, камеру 125, образующую аэрозоль, и установленный в ней распылитель 300 (показан схематично на Фиг. 2). Впуски 122 для воздуха образованы между мундштучной частью 120 и корпусом 101 основной части устройства 100 при нахождении мундштучной части в закрытом положении, как показано на Фиг. 2. Тракт 127 воздушного потока проходит от впусков 122 для воздуха до выпуска 124 для воздуха через камеру 125, образующую аэрозоль, и распылитель 300, как показано стрелками на Фиг. 2.

Как показано на Фиг. 3, распылитель 300 содержит вибрационный элемент 301 и преобразователь 302, размещенные внутри корпуса 304 распылителя. Корпус 304 распылителя содержит полую цилиндрическую коробку, имеющую впуск 305 и выпуск 306, выровненные по оси и расположенные с противоположных сторон корпуса 304. Корпус 304 съемно присоединен к мундштуку 120 части 100 устройства посредством винтового соединения (не показано). Внешняя резьба (не показана) выполнена на внешней поверхности корпуса 304 распылителя и соответствует внутренней резьбе (не показана) на внутренней поверхности мундштука 120. Распылитель 300 выполнен с возможностью отсоединения от мундштучной части 120 части устройства для утилизации или чистки.

Вибрационный элемент 301 содержит по существу круглый алюминиевый диск, имеющий толщину приблизительно 2 мм и диаметр приблизительно 15 мм.

Множество каналов 303 проходят от впускной стороны 308 до противоположной выпускной стороны 309 вибрационного элемента. Указанное множество каналов образуют матрицу, имеющую по существу круглую форму. По существу круглая матрица имеет диаметр приблизительно 7 мм и расположена по существу по центру в элементе 301.

Указанные каналы (не показаны) имеют по существу круглое поперечное сечение и сужаются от впускной стороны 308 к выпускной стороне 309 вибрационного элемента 301. Указанные каналы имеют диаметр приблизительно 8 мкм с впускной стороны и диаметр приблизительно 6 мкм с выпускной стороны. Указанные каналы обычно образуют путем высокоскоростного лазерного сверления. Указанное множество каналов содержит приблизительно 4000 каналов, расположенных через равные промежутки в пределах матрицы.

Преобразователь 302 содержит пьезоэлектрический преобразователь. Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой по существу круглый кольцевой диск из пьезоэлектрического материала, обычно цирконата титаната (PZT). Пьезоэлектрический преобразователь имеет толщину приблизительно 2 мм, внешний диаметр приблизительно 17 мм и внутренний диаметр приблизительно 8 мм.

Как показано на Фиг. 3, преобразователь 302 находится в непосредственном контакте с вибрационным элементом 301 с выпускной стороны 309 вибрационного элемента. Внутренний диаметр пьезоэлектрического преобразователя 302 окружает матрицу каналов 303 вибрационного элемента 301 таким образом, что открытые концы каналов с выпускной стороны не покрыты пьезоэлектрическим преобразователем 302. В других вариантах осуществления (не показаны) предусмотрена возможность нахождения пьезоэлектрического преобразователя 302 в непосредственном контакте с вибрационным элементом 301 с впускной стороны 308.

Вибрационный элемент 301 и пьезоэлектрический преобразователь 302 поддерживаются внутри корпуса 304 распылителя посредством пары эластомерных О-образных колец 311, которые обеспечивают возможность вибраций вибрационного элемента 301 и пьезоэлектрического преобразователя 302 внутри корпуса 304. Вибрационный элемент 301 и пьезоэлектрический преобразователь 302 удерживаются вместе под действием давления со стороны противоположных О-образных колец 311. Тем не менее, в других вариантах осуществления (не показаны) вибрационный элемент 301 и пьезоэлектрический преобразователь 302 могут быть связаны с помощью любых подходящих средств, таких как адгезивный слой.

Вибрационный элемент 301 и пьезоэлектрический преобразователь 302 расположены внутри корпуса 304 распылителя таким образом, что матрица каналов 303 выровнена коаксиально с впускными и выпускным отверстиями 305, 306 корпуса 304.

Один или более пружинных штифтов 310 проходят через отверстие 312 в корпусе 304 распылителя для обеспечения электрического соединения пьезоэлектрического преобразователя 302 со схемой 104 управления и батареей 102 устройства 100. Указанные один или более пружинных штифтов 310 удерживаются в контакте с пьезоэлектрическим преобразователем 302 под действием давления, а не посредством механического соединения, таким образом, что поддерживается хороший электрический контакт во время вибраций пьезоэлектрического преобразователя 302.

При использовании, когда распылитель 300 съемно присоединен к мундштучной части 120 части 100 устройства, и картридж 200 размещен в полости 112 устройства, продолговатое капиллярное тело (не показано на Фиг. 2) проходит от части 201 для хранения жидкости в картридже 200 до распылителя 300 с целью соединения по текучей среде картриджа 200 с распылителем 300. Как показано на Фиг. 3, продолговатое капиллярное тело 204 проходит внутрь корпуса 304 распылителя и примыкает к впускной стороне 308 вибрационного элемента 301 в матрице каналов 303. Нагревательные средства в части для хранения жидкости обеспечены в виде спирального нагревателя 205, окружающего капиллярное тело 204. Следует иметь в виду, что на Фиг. 3 спиральный нагреватель показан лишь схематично. Спиральный нагреватель 205 соединен с электрической схемой 104 и батареей 102 устройства 100 посредством соединений (не показаны), которые могут проходить вдоль внешней стороны части 200 для хранения жидкости, хотя это не показано на Фиг. 2 и Фиг. 3.

При использовании жидкий субстрат, образующий аэрозоль (не показан), переносится за счет капиллярного действия из части 201 для хранения жидкости от того конца капиллярного тела 204, который проходит внутрь части 201 для хранения жидкости, мимо нагревательной катушки 205 к другому концу капиллярного тела 204, которое проходит внутрь корпуса 304 распылителя и примыкает к вибрационному элементу 301 с впускной стороны 308 на матрице каналов 303.

Когда пользователь осуществляет затяжку на выпуске 124 для воздуха мундштучной части 120, окружающий воздух втягивается через впуски 122 для воздуха. В варианте осуществления по Фиг. 2 обеспечено также устройство 106 для обнаружения затяжки, выполненное в виде микрофона и представляющее собой часть электронной схемы 104 управления. Слабый воздушный поток втягивается через сенсорный впуск 121 в корпус 101 основной части, проходит мимо микрофона 106 и поступает в мундштучную часть 120. При обнаружении затяжки электрической схемой 104, эта электрическая схема 104 активирует нагревательную катушку 205 и пьезоэлектрический преобразователь 302. Батарея 102 подает электроэнергию на спиральный нагреватель 205 для нагрева капиллярного тела 204, окруженного спиральным нагревателем.

Батарея 102 дополнительно подает, под управлением приводной схемы и схемы управления, электроэнергию на пьезоэлектрический преобразователь 302, который вибрирует, деформируясь в направлении толщины. Пьезоэлектрический преобразователь 302 обычно вибрирует с частотой около приблизительно 150 кГц. Задающий ток, подаваемый на преобразователь, имеет исходную частоту и длину волны, основанные на параметрах, хранящихся в памяти. В процессе изготовления устройства может быть определен частотный отклик узла преобразования, включая вибрационный элемент 301, и заданы исходные частота и форма волны. Пьезоэлектрический преобразователь 302 передает вибрации на вибрационный элемент 301, который вибрирует, также деформируясь в направлении толщины. Светодиод 108 также активируется для индикации того, что устройство активировано. Как будет описано, в процессе работы петля управления с обратной связью используется для регулировки задающего тока, подаваемого на преобразователь, в ответ на обнаруженные изменения в резонансном состоянии.

Спиральный нагреватель 205 нагревает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, переносимый через капиллярное тело мимо спирального нагревателя 205, до заданной температуры, составляющей приблизительно 45°C.

Под действием вибраций в вибрационном элементе происходит деформация множества каналов 303, в результате чего происходит вытягивание нагретого жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из капиллярного тела 204 через множество каналов 303 с впускной стороны 308 вибрационного элемента 301 и выброс распыленных капель жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из указанных каналов с выпускной стороны 309 вибрационного элемента 301 с образованием аэрозоля. Одновременно с этим распыленная нагретая жидкость замещается новой жидкостью, перемещающейся по капиллярному телу 204 за счет капиллярного действия. (Это иногда называют «эффектом накачки»). Аэрозольные капли, выбрасываемые из вибрационного элемента 301, смешиваются с воздушным потоком 127 из впусков 122 в камере 125, образующей аэрозоль, и переносятся в воздушном потоке в направлении выпуска 124 для воздуха мундштука 120 для вдыхания пользователем.

Как было описано ранее, во время работы резонансный отклик преобразователя может изменяться. Фиг. 4 представляет собой схематический график регистрируемого параметра от преобразователя, на котором показано изменение частоты во времени. Расстояние между последовательными переходами сигнала через ноль является мерой частоты и может использоваться для синхронизации задающего сигнала с рабочей частотой преобразователя, в этом примере - его резонансной частотой. Сигнал может представлять собой, например, ток, измеряемый чувствительным резистором, соединенным последовательно с преобразователем. В этом случае амплитуда может измеряться в амперах как единицах тока или амплитуда может быть нормирована, например, на максимальное значение, и тогда единицей амплитуды будет 1. Единицей времени может быть, например, миллисекунда или микросекунда, в зависимости от рабочего диапазона характеристических частот, охватываемого преобразователем.

Один конкретный пример возможной реализации такой петли обратной связи показан на Фиг. 5. Преобразователь 500, который соединен с выполненной с возможностью вибрировать перфорированной пластиной в варианте реализации, представленном на Фиг. 3, приводится в действие полумостовой схемой 505, состоящей из двух силовых МОП-транзисторов 510, 515. Необязательный последовательно включенный индуктор 520, например индуктор 10 микрогенри, может использоваться между указанной полумостовой схемой и преобразователем для настройки импеданса. Токочувствительный резистор 525, например, на 1 Ом, может быть размещен на нижнем конце преобразователя 500. Напряжение, измеряемое на токочувствительном резисторе, пропорционально току через преобразователь. Этот сигнал напряжения можно фильтровать и усиливать посредством стадии 530 фильтрации и усиления. Стадия 530 фильтрации и усиления может включать, например, фильтр, пропускающий низкие частоты, для отсечения высокочастотных гармоник, и усилитель на полевых транзисторах, например, AD823, для усиления сигнала. Компаратор 540 создает сигнал обратной связи, в этом примере - прямоугольный волновой сигнал, в качестве подходящего входного сигнала для вентиля-формирователя 550. Вентиль-формирователь 550 может представлять собой, например, интегральную схему типа LT1162, и приводит в действие полумостовую схему 505. При обнаружении и передаче на привод изменения частоты преобразователь 500 всегда будет приводиться в действие на его рабочей частоте, например, на его резонансной частоте. Приводная схема и схема управления, показанные на Фиг. 5, могут быть интегрированы в схему 104 управления, показанную на Фиг. 2.

Фиг. 6 представляет собой изображение устройства для генерирования аэрозоля, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения. Фиг. 6 является схематической по своему характеру. В частности, компоненты необязательно показаны в масштабе как по отдельности, так и по отношению друг к другу. Устройство, показанное на Фиг. 6, генерирует аэрозоль путем нагревания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, с использованием нагревателя. Однако устройство содержит насос, который использует пьезоэлектрический преобразователь для перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к нагревателю.

Устройство представляет собой удерживаемое рукой электрическое курительное устройство 600 и содержит корпус 610. Внутри корпуса 610 расположены источник электропитания в виде батареи 612 и схема 614 управления. Также внутри корпуса расположен резервуар 620 для жидкости, содержащий жидкий субстрат, образующий аэрозоль, испаряемый для образования аэрозоля, вдыхаемого пользователем. Внутри корпуса расположен распылительный узел 630, соединенный с резервуаром 620 для жидкости. Распылительный узел содержит испаритель 634, в этом примере - электрический нагреватель, и насос 632, расположенный таким образом, чтобы перекачивать жидкость из резервуара 620 для жидкости к испарителю 634. Как насос 632, так и электрический нагреватель 634 получают питание от батареи 612 под управлением схемы 614 управления, как будет описано далее.

Корпус 610 содержит впуск 618 для воздуха и выпуск 616 для воздуха. Выпуск 616 для воздуха расположен на мундштучном конце корпуса. При использовании пользователь делает затяжку на мундштучном конце корпуса. Это обеспечивает втягивание воздуха через впуск 618 для воздуха в корпус, мимо испарителя 634 и наружу, через выпуск 616 в рот пользователя. Воздух, втягиваемый мимо испарителя, увлекает испаренный субстрат, образующий аэрозоль. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, охлаждается с образованием аэрозоля по мере прохождения сквозь устройство и в рот пользователя.

Пользователь может непосредственно управлять активацией нагревателя путем нажатия на кнопку на корпусе 610. В альтернативном варианте осуществления система может содержать датчик потока воздуха, такой как микрофон 615, который обнаруживает поток воздуха, проходящий сквозь систему, и нагреватель может быть активирован на основании сигналов от датчика потока воздуха. Когда пользователь втягивает воздух через систему, что в настоящем документе обозначено термином «затяжка», воздух проходит мимо датчика 615 потока воздуха. Если поток воздуха, обнаруженный датчиком потока воздуха, превышает пороговое значение, то схема управления может активировать нагреватель путем подачи питания на нагреватель. Схема управления может подавать питание на нагреватель в течение заданного периода времени или может подавать питание на нагреватель до тех пор, пока обнаруженный поток воздуха превышает пороговое значение. Схема управления может содержать средство определения температуры, такое как специальный датчик температуры, или определять температуру, отслеживая электрическое сопротивление нагревателя. Затем схема управления может подавать питание на нагреватель для повышения температуры нагревателя до значения в требуемом температурном диапазоне. Температура должна быть достаточной для испарения субстрата, образующего аэрозоль, но не настолько высокой, чтобы привести к существенному риску возгорания.

Жидкость в этом примере содержит смесь воды, глицерина, пропиленгликоля, никотина и ароматизаторов. Жидкость содержится в резервуаре 620 для жидкости. Резервуар для жидкости выполнен в виде картриджа, который можно заменить, когда жидкость израсходована. Для предотвращения утечки жидкости как до, так и во время использования резервуар для жидкости содержит корпус, выполненный из жесткой пластмассы, и является непроницаемым для жидкости. В настоящем документе термин «жесткий» означает, что корпус является самонесущим. В этом примере резервуар изготовлен посредством 3D печати из фотополимера на основе акрила. Картридж должен быть надежным и способным выдерживать значительные нагрузки в ходе транспортировки и хранения. Тем не менее, поскольку корпус резервуара для жидкости герметично закрыт и является жестким, резервуар для жидкости имеет фиксированный внутренний объем. Снижение внутреннего давления в резервуаре для жидкости по мере перекачивания жидкости насосом может отрицательно влиять на возможность выкачивания жидкости из резервуара. Для предотвращения существенного снижения давления резервуар для жидкости содержит уравнительный впускной воздушный клапан 622. Уравнительный клапан 622 позволяет воздуху проходить внутрь резервуара для жидкости, когда разность давлений внутри резервуара и снаружи резервуара превышает пороговую разность давлений.

Насос может быть активирован таким же образом, что и нагреватель. Например, схема управления может подавать питание на насос в течение тех же периодов времени, когда питание подается на нагреватель. В альтернативном варианте осуществления схема управления может подавать питание на насос в периоды, непосредственно следующие за активацией нагревателя.

Схема 614 управления включает в себя петлю обратной связи как показано на Фиг. 1 для управления насосом 632. Насос 632 содержит пьезоэлектрический преобразователь, который заставляет гибкую диафрагму вибрировать. Вибрация гибкой диафрагмы выталкивает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, из камеры насоса через выпускной клапан, когда она уменьшает объем камеры, и втягивает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в камеру насоса через впускной клапан, когда она увеличивает объем камеры. Для максимизации эффективности накачки полезно, чтобы насос 632 работал на резонансной частоте преобразователя или близко к ней. Однако, как было описано ранее, резонансная частота преобразователя может меняться по ряду причин.

Изменения резонансной частоты преобразователя из-за изменений температуры, других изменений в окружающей среде или старения можно отслеживать и модифицировать приводной сигнал соответствующим образом, используя один из механизмов обратной связи, описанных выше.

Изменение резонансной частоты преобразователя из-за недостаточного количества жидкости, втягиваемой в камеру насоса, может быть обнаружено как резкое изменение резонансного состояния, такое как изменение, превышающее заданный порог, между двумя циклами измерения. При обнаружении резкого изменения резонансного состояния работа насоса и нагревателя может быть остановлена до размещения нового резервуара для жидкости в устройстве.

Устройство для генерирования аэрозоля содержит пьезоэлектрический преобразователь (10), приводную схему (12), соединенную с пьезоэлектрическим преобразователем и выполненную с возможностью подавать колебательный ток на преобразователь, схему (14) управления, соединенную с приводной схемой и выполненную с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя, причем схема управления выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы на основании резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя. Технический результат заключается в оптимизации эффективности вибрационных преобразователей, используемых в устройстве для генерирования аэрозоля либо для перемещения жидкости в устройстве, а также в обеспечении возможности быстро и просто обнаруживать любые изменения условий работы, которые влияют на продуктивность и эффективность устройства для генерирования аэрозоля. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для генерирования аэрозоля, содержащее:

пьезоэлектрический преобразователь;

приводную схему, соединенную с пьезоэлектрическим преобразователем и выполненную с возможностью подачи колебательного тока на преобразователь; и

схему управления, соединенную с приводной схемой и выполненную с возможностью отслеживания резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя, причем схема управления выполнена с возможностью управления приводной схемой на основании резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя; при этом

пьезоэлектрический преобразователь образует часть узла преобразования в жидкостном насосе, а узел преобразования содержит мембрану или поверхность, выполненную с возможностью контактирования с образующим аэрозоль жидким субстратом, причем узел преобразования выполнен с возможностью создания вибрации в мембране или поверхности, причем вибрация мембраны или поверхности продавливает жидкость через смежный жидкостный клапан в жидкостном насосе.

2. Устройство по п. 1, в котором схема управления выполнена с возможностью управления приводной схемой с созданием колебательного тока с частотой, равной резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя.

3. Устройство по п. 1, в котором схема управления выполнена с возможностью управления приводной схемой с созданием колебательного тока с частотой, отличающуюся от резонансной частоты пьезоэлектрического преобразователя.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором схема управления выполнена с возможностью отслеживания резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя на множестве резонансных частот пьезоэлектрического преобразователя, соответствующих различным режимам вибрации.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором схема управления выполнена с возможностью отслеживания резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя путем измерения подаваемой на пьезоэлектрический преобразователь мощности или импеданса пьезоэлектрического преобразователя.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором приводная схема и схема управления содержат петлю фазовой автоподстройки (PLL).

7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором пьезоэлектрический преобразователь представляет собой элемент, генерирующий аэрозоль, выполненный с возможностью генерирования аэрозоля из жидкого образующего аэрозоль субстрата.

8. Устройство по п. 7, в котором пьезоэлектрический преобразователь содержит перфорированную пластину.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, содержащее резервуар для жидкости, заключающий в себе жидкий образующий аэрозоль субстрат, причем при использовании пьезоэлектрический преобразователь контактирует с жидкостью из резервуара для жидкости.

10. Устройство по п. 9, в котором жидкость содержит смесь разных соединений.

11. Устройство по любому из пп. 9, 10, в котором схема управления выполнена с возможностью обнаружения уменьшения количества контактирующей с пьезоэлектрическим преобразователем жидкости на основании изменений резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.

12. Устройство по любому из пп. 1-11, представляющее собой электронную сигарету.

13. Устройство по любому из пп. 1-12, в котором колебательный ток содержит первую частоту, модулируемую по меньшей мере одной другой частотой.

14. Способ функционирования устройства для генерирования аэрозоля, содержащего: узел преобразования в жидкостном насосе, причем узел преобразования содержит пьезоэлектрический преобразователь и мембрану или поверхность, выполненную с возможностью контактирования с жидким образующим аэрозоль субстратом, пьезоэлектрический преобразователь, выполненный с возможностью создания вибраций в мембране или поверхности, причем вибрация мембраны или поверхности продавливает жидкость через смежный жидкостный клапан в жидкостном насосе; приводную схему, соединенную с пьезоэлектрическим преобразователем; и схему управления, выполненную с возможностью отслеживания параметра пьезоэлектрического преобразователя и соединенную с приводной схемой; причем способ включает:

подачу колебательного тока на преобразователь с использованием приводной схемы;

отслеживание резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя с использованием схемы управления и

управление приводной схемой на основании отслеживаемого резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.