ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ГЕНЕРИРУЮЩАЯ АЭРОЗОЛЬ СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ МОЩНОСТИ НА НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ СИСТЕМЕ
ELECTRIC AEROSOL GENERATING SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF POWER SUPPLY TO HEATING ELEMENT IN ELECTRIC AEROSOL GENERATING SYSTEM

Настоящее описание относится к генерирующим аэрозоль системам, которые работают с использованием нагрева. В частности, настоящее изобретение относится к обнаружению аномальных или нежелательных состояний нагревателя в электрически нагреваемой генерирующей аэрозоль системе.
В некоторых генерирующих аэрозоль устройствах жидкий генерирующий аэрозоль субстрат доставляется из части для хранения жидкости к электрическому нагревательному элементу. При нагреве до целевой температуры генерирующий аэрозоль субстрат испаряется с образованием аэрозоля. Жидкий субстрат обычно доставляется к нагревательному элементу посредством фитиля. В случае убыли количества генерирующего аэрозоль субстрата в фитиле нагревательный элемент может перегреваться, что негативно влияет на качество аэрозоля.
В WO2012/085203 раскрыта генерирующая аэрозоль система, которая отслеживает повышение температуры на нагревательном элементе, причем быстрое повышение температуры нагревателя указывает на высыхание фитиля.
В WO2016/1050922 и WO2018/019533 раскрыты более сложные способы обнаружения израсходования генерирующего аэрозоль субстрата на нагревательном элементе. В WO2016/1050922 описана система, которая основана на отношении или процентом отношении изменения электрического сопротивления к заданному начальному электрическому сопротивлению. В WO2018/019533 раскрыта система, которая не учитывает начальное нагревательное сопротивление. Вместо этого она измеряет абсолютное увеличение электрического сопротивления во время нагрева и выполнена с возможностью отключения, если указанное увеличение электрического сопротивления превышает заданный порог.
Однако все эти технологии обнаружения израсходования генерирующего аэрозоль субстрата по-прежнему требуют существенного повышения температуры нагревателя с целью обнаружения изменения результирующего электрического сопротивления. Кроме того, некоторые из этих способов требуют определения начального сопротивления нагревателя.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложена электрическая генерирующая аэрозоль система, содержащая нагревательный элемент для нагрева образующего аэрозоль субстрата вблизи нагревательного элемента; источник питания для подачи мощности на нагревательный элемент; и электрическую схему, соединенную с нагревательным элементом и источником питания, причем указанная электрическая схема содержит память и выполнена с возможностью: регулирования подачи мощности на нагревательный элемент в течение периода цикла нагрева в ответ на пользовательский ввод; определения первой производной электрического сопротивления нагревательного элемента по времени; определения наличия неблагоприятного условия, если указанная первая производная электрического сопротивления превышает пороговое значение, хранящееся в памяти, в течение периода цикла нагрева в заданный момент времени или после него в период цикла нагрева; и управления подачей мощности на нагревательный элемент на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе, или обеспечения индикации на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе.
Электрическая схема определяет неблагоприятное условие, такое как израсходование образующего аэрозоль субстрата или неисправность системы, путем отслеживания первой производной электрического сопротивления нагревательного элемента. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения израсходования жидкого образующего аэрозоль субстрата на нагревательном элементе. Термин «израсходование» в контексте данного документа означает либо недостаточное количество образующего аэрозоль субстрата, обеспеченного на нагревательном элементе, либо полное израсходование образующего аэрозоль субстрата, например опустение картриджа. В любом случае это может привести к «сухому» нагревательному элементу, в отличие от «влажного» нагревательного элемента, который насыщен жидким образующим аэрозоль субстратом. Например, если картридж пуст или по существу пуст, то возможна недостаточная подача жидкого образующего аэрозоль субстрата на нагревательный элемент. Это может означать, что создаваемый аэрозоль не будет обладать требуемыми свойствами, например, по размеру аэрозольных частиц или химическому составу. Это может привести к неудовлетворительным ощущениям у пользователя.
При обнаружении неблагоприятного условия электрическая схема может прекращать подачу питания. Это обеспечивает преимущество, поскольку пользователь больше не сможет пользоваться генерирующей аэрозоль системой после обнаружения высыхания на нагревательном элементе. Это обеспечивает возможность предотвращения создания аэрозоля, который не обладает требуемыми свойствами. И, следовательно, это обеспечивает возможность предотвращения неудовлетворительных ощущений у пользователя. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью деактивации нагревательного элемента путем расплавления плавкого электрического предохранителя между нагревательным элементом и электрическим источником питания. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью деактивации нагревательного элемента путем размыкания переключателя между нагревательным элементом и электрическим источником питания. Альтернативные способы деактивации нагревательного элемента должны быть очевидны специалистам в данной области техники. При определенных условиях электрическая схема может быть выполнена с возможностью уменьшения, но не полного прекращения, подачи мощности на нагревательный элемент при обнаружении неблагоприятного условия.
В качестве альтернативы или дополнительно, электрическая схема может обеспечивать индикацию для пользователя, чтобы сигнализировать пользователю о неблагоприятном условии. Указанная индикация может представлять собой одно или более из следующего: звуковую индикацию, визуальную индикацию, механическую индикацию, такую как вибрация, обонятельную индикацию или любые другие известные средства индикации, известные специалистам в данной области техники. В этом случае пользователь имеет возможность подготовки к замене или повторной заправке картриджа.
В целом, чем меньше образующего аэрозоль субстрата доставляется к нагревателю для испарения, тем выше будет температура нагревательного элемента при заданной подаваемой мощности. Это обусловлено тем, что энергия, предназначенная для нагрева и испарения образующего аэрозоль субстрата, вместо этого может затрачиваться на нагрев нагревательного элемента. Соответственно, электрическое сопротивление на нагревательном элементе может повышаться при израсходовании образующего аэрозоль субстрата.
Следовательно, электрическая схема может определять неблагоприятное условие путем отслеживания первой производной электрического сопротивления нагревательного элемента для заданного источника питания. Например, неблагоприятное условие может быть определено при обнаружении резкого выброса электрического сопротивления. Это обеспечивает преимущество, состоящее в возможности быстрого обнаружения неблагоприятного условия. Это обусловлено тем, что неблагоприятное условие может быть легко определено даже перед тем, как температура нагревателя достигнет заданного порога, как раскрыто в системах, известных из уровня техники. Это обеспечивает возможность защиты от перегрева на нагревательном элементе.
При необходимости, указанный заданный период времени представляет собой фиксированный период времени после начала периода цикла нагрева, и этот фиксированный период времени хранится в памяти. Указанный заданный период времени может представлять собой типовую продолжительность нагрева нагревательного элемента от окружающей температуры до рабочей температуры. В свою очередь, рабочая температура может представлять собой температуру, при которой происходит испарение образующего аэрозоль субстрата. Иначе говоря, определение неблагоприятного условия может иметь место лишь после того, как образующий аэрозоль субстрат начинает испаряться на нагревательном элементе. Следовательно, указанное определение может не учитывать повышение температуры во время нагрева нагревательного элемента. Например, в течение такого периода нагрева можно ожидать быстрого и, возможно, неустойчивого повышения температуры, однако такое повышение температуры не обязательно может быть связано с нехваткой образующего аэрозоль субстрата. Таким образом, указанное определение может быть сделано более точным, если выполнять его после достижения нагревательным элементом рабочей температуры.
Время, необходимое для достижения нагревательным элементом его рабочей температуры, может варьироваться. Например, при более высокой температуре окружающей среды или последующих затяжках в ходе сеанса с нагретым нагревательным элементом может потребоваться более короткое заданное время для достижения целевой температуры. Поэтому при необходимости электрическая схема выполнена с возможностью вычисления второй производной электрического сопротивления нагревательного элемента по времени, и указанное заданное время представляет собой время до момента, когда указанная вторая производная станет больше или равна пороговому значению второй производной. Вторая производная обеспечивает преимущество, состоящее в возможности активного определения указанного заданного периода времени в течение каждого из циклов нагрева. Это обеспечивает возможность более надежного определения неблагоприятного условия.
При необходимости, пороговое значение второй производной равно нулю. Это обеспечивает преимущество, состоящее в возможности определения указанной электрической схемой момента, когда нагревательный элемент достигает своей рабочей температуры. Это обусловлено тем, что нулевая вторая производная указывает на отсутствие дальнейших изменений температуры на нагревательном элементе. С этого момента любое дальнейшее резкое изменение температуры нагревателя может быть связано лишь с неблагоприятным условием.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложена электрическая генерирующая аэрозоль система, содержащая:
нагревательный элемент для нагрева образующего аэрозоль субстрата вблизи нагревательного элемента;
источник питания для подачи мощности на нагревательный элемент; и
электрическую схему, соединенную с электрическим нагревателем и источником питания и выполненную с возможностью:
регулирования подачи мощности на нагревательный элемент в течение периода цикла нагрева в ответ на пользовательский ввод;
определения второй производной электрического сопротивления по времени;
определения неблагоприятного условия в случае, если вторая производная больше или равна пороговому значению второй производной; и
управления подачей мощности на нагревательный элемент на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе, или обеспечения индикации на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе.
Пороговое значение второй производной может быть равно нулю. Пороговое значение второй производной может быть равно положительному значению.
n
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предложена электрическая генерирующая аэрозоль система, содержащая: нагревательный элемент для нагрева образующего аэрозоль субстрата вблизи нагревательного элемента; источник питания для подачи мощности на нагревательный элемент; и электрическую схему, соединенную с нагревательным элементом и источником питания, содержащую память и выполненную с возможностью: регулирования подачи мощности на нагревательный элемент в течение множества дискретных циклов нагрева в ответ на пользовательские вводы; определения максимального электрического сопротивления нагревательного элемента в течение каждого цикла нагрева; вычисления скользящего среднего значения максимального электрического сопротивления нагревательного элемента за  предыдущих циклов нагрева, где n - целое число, большее 1; сравнения электрического сопротивления нагревательного элемента с вычисленным скользящим средним значением; определения неблагоприятного условия, если электрическое сопротивление больше скользящего среднего значения более чем на величину порогового значения, хранящегося в памяти; и управления подачей мощности на нагревательный элемент на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе, или обеспечения индикации на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе.
При заданной мощности, подаваемой на нагревательный элемент, максимальная температура на нагревательном элементе ограничена количеством доступного образующего аэрозоль субстрата. Это обусловлено скрытой теплотой испарения образующего аэрозоль субстрата. Следовательно, максимальное электрическое сопротивление на нагревательном элементе может быть связано с количеством образующего аэрозоль субстрата, доступного на нагревательном элементе. Например, нехватка образующего аэрозоль субстрата может приводить к значительному повышению максимального электрического сопротивления, определяемого в течение множества последовательных циклов нагрева. Следовательно, опустение картриджей может быть обнаружено, если повышение максимального электрического сопротивления от одной затяжки к следующей превышает пороговое значение.
Однако запас образующего аэрозоль субстрата на нагревательном элементе может постепенно уменьшаться на протяжении срока службы картриджа. После начала расходования образующего аэрозоль субстрата максимальное сопротивление нагревательного элемента также может постепенно повышаться в течение последовательных затяжек. Следовательно, во время наличия неблагоприятного условия может отсутствовать существенное различие в максимальном определяемом сопротивлении между двумя последовательными затяжками. Это означает невозможность быстрого обнаружения опустения картриджа.
Таким образом, предпочтительно, максимальное сопротивление, определяемое во время затяжки, может сравниваться со скользящим средним максимального сопротивления, определенного в течение по меньшей мере двух предыдущих затяжек. Это гарантирует, что любое постепенное повышение максимального сопротивления в течение множества предыдущих затяжек не будет препятствовать обнаружению неблагоприятного условия.
n
При необходимости,  составляет от 2 до 5.
При необходимости, электрическая схема выполнена с возможностью управления подачей мощности или обеспечения индикации неблагоприятного условия, если это неблагоприятное условие определено в течение двух последовательных циклов нагрева. Это обеспечивает возможность уменьшения числа ошибочных срабатываний, возникающих вследствие флуктуаций определяемого максимального сопротивления под действием других факторов.
При необходимости, электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия лишь по истечении заданного начального периода времени с момента начала цикла нагрева, причем указанный заданный начальный период времени хранится в памяти.
При необходимости, электрическая схема выполнена с возможностью определения того, имеет ли место неблагоприятное условие во время каждого цикла нагрева.
В контексте данного документа термин «электрическая генерирующая аэрозоль система» обозначает систему, которая генерирует аэрозоль из одного или более образующих аэрозоль субстратов.
В контексте данного документа термин «образующий аэрозоль субстрат» обозначает субстрат, способный выделять летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут выделяться в результате нагрева образующего аэрозоль субстрата.
Образующий аэрозоль субстрат может храниться в картридже. Система может содержать устройство, к которому присоединяют картридж для нагрева указанных одного или более образующих аэрозоль субстратов. Электрическая генерирующая аэрозоль система может содержать дополнительные компоненты, такие как зарядный блок для перезарядки встроенного электрического источника питания в электрическом генерирующем аэрозоль устройстве. Преимущество применения картриджа состоит в том, что образующий аэрозоль субстрат защищен от окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления невозможно также проникновение внешнего света в картридж, так что обеспечивается возможность предотвращения порчи образующего аэрозоль субстрата под действием света. Кроме того, обеспечивается возможность поддержания высокого уровня гигиены.
Образующий аэрозоль субстрат может храниться в повторно заправляемой части для хранения жидкости в генерирующем аэрозоль устройстве. Образующий аэрозоль субстрат может храниться в повторно заправляемом картридже в генерирующей аэрозоль системе. Предпочтительно, образующий аэрозоль субстрат содержит одноразовый картридж в генерирующей аэрозоль системе. Указанный картридж может быть заменен после одного сеанса использования, или он может быть заменен после множества сеансов использования. Это обеспечивает возможность для пользователя заменять израсходованный картридж безопасным и эффективным образом.
Образующий аэрозоль субстрат может находиться в жидкой фазе при комнатной температуре. В контексте данного документа термины «жидкий» и «твердый» относятся к состоянию образующего аэрозоль субстрата при комнатной температуре. Образующий аэрозоль субстрат может представлять собой текучую жидкость при комнатной температуре. Для жидкого образующего аэрозоль субстрата некоторые физические свойства, например давление пара или вязкость субстрата, выбираются таким образом, чтобы он был пригоден для использования в генерирующей аэрозоль системе.
Образующий аэрозоль субстрат может содержать материал растительного происхождения. Образующий аэрозоль субстрат может содержать табак. Образующий аэрозоль субстрат может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые выделяются из образующего аэрозоль субстрата при нагреве. Образующий аэрозоль субстрат может, в качестве альтернативы, содержать материал, не содержащий табака. Образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный табачный материал. Образующий аэрозоль субстрат 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 стойкими к термическому разложению при рабочей температуре функционирования системы. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин, сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин. Образующий аэрозоль субстрат, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.
Для жидкого образующего аэрозоль субстрата, определенные физические свойства, например давление пара или вязкость субстрата, выбираются таким образом, чтобы он бы пригоден для использования в генерирующей аэрозоль системе. Жидкость предпочтительно содержит табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматические соединения табака, которые выделяются из жидкости при нагреве. В качестве альтернативы или дополнительно, жидкость может содержать нетабачный материал. Жидкость может включать воду, этанол или другие растворители, растительные экстракты, растворы никотина и натуральные или искусственные ароматизаторы. Предпочтительно, жидкость также содержит вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
В контексте данного документа термин «нагревательный элемент» означает электрический нагревательный элемент, получающий питание от встроенного электрического источника питания. Нагревательный элемент может содержать единственный нагревательный элемент. В качестве альтернативы, нагревательный элемент может содержать более чем один отдельный нагревательный элемент, например два, или три, или четыре, или пять, или шесть, или более нагревательных элементов. Нагревательный элемент или нагревательные элементы могут быть расположены надлежащим образом, чтобы наиболее эффективно нагревать жидкий образующий аэрозоль субстрат.
Нагревательный элемент может представлять собой резистивный нагревательный элемент. Указанный по меньшей мере один электрический нагревательный элемент предпочтительно содержит электрически резистивный материал. Подходящие электрически резистивные материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящую» керамику (такую как, например, 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. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы. Примеры подходящих сплавов металлов включают нержавеющую сталь, константан, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы, а также жаропрочные сплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal, сплавы на основе железа и алюминия и сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal представляет собой зарегистрированную торговую марку компании Titanium Metals Corporation. В композитных материалах электрически резистивный материал может быть при необходимости встроен в изоляционный материал, инкапсулирован в него или покрыт им, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых внешних физико-химических свойств. Нагревательный элемент может содержать металлическую травленую фольгу, изолированную между двумя слоями инертного материала. В этом случае инертный материал может содержать Kapton, полностью полиимидную фольгу или слюдяную фольгу. Kapton представляет собой зарегистрированную торговую марку компании E.I. du Pont de Nemours and Company.
Резистивный нагревательный элемент может иметь форму сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводных нитей. Электропроводные нити могут образовывать промежутки между нитями, и эти промежутки могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм. Электропроводные нити могут образовывать сетку с размером от 160 до 600 меш по стандарту США (+/- 10%) (т. е. от 160 до 600 нитей на дюйм (+/- 10%)). Ширина указанных промежутков предпочтительно составляет от 75 мкм до 25 мкм. Процентная доля открытой площади сетки, представляющая собой отношение площади промежутков к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25 до 56%. Сетка может быть выполнена с использованием разных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы, электропроводные нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу. Электропроводные нити могут иметь диаметр от 10 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 50 мкм и более предпочтительно от 8 мкм до 39 мкм. Нити могут иметь круглое поперечное сечение, или они могут иметь сплющенное поперечное сечение.
2
Площадь сетки, матрицы или тканого материала из электропроводных нитей может быть небольшой, предпочтительно меньшей или равной 25 мм, что обеспечивает возможность ее встраивания в удерживаемую рукой систему. Сетка, матрица или тканый материал из электропроводных нитей могут иметь, например, прямоугольную форму и размеры 5 мм на 2 мм. Предпочтительно, сетка или матрица из электропроводных нитей занимает площадь от 10% до 50% от площади нагревательного узла. Более предпочтительно, сетка или матрица из электропроводных нитей занимает площадь от 15 до 25% от площади нагревательного узла.
Нити могут быть выполнены путем травления листового материала, такого как фольга. Это может быть особенно предпочтительным в том случае, если нагревательный узел содержит матрицу из параллельных нитей. Если нагревательный элемент содержит сетку или тканый материал из нитей, то эти нити могут быть выполнены по отдельности и переплетены вместе.
Предпочтительными материалами для электропроводных нитей являются нержавеющие стали марок 304, 316, 304L и 316L.
В качестве альтернативы сетчатой компоновке, указанный по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может иметь форму резистивной нагревательной катушки, или кожуха, или подложки, имеющей разные электропроводные участки, или электрически резистивной металлической трубки. Нагреватель может быть расположен таким образом, чтобы он окружал по меньшей мере часть картриджа при размещении картриджа в полости генерирующего аэрозоль устройства. Картридж может содержать одноразовый нагревательный элемент. В качестве альтернативы, могут также быть пригодны одна или более нагревательных игл или стержней, которые проходят через жидкий образующий аэрозоль субстрат. В качестве альтернативы, указанный по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может содержать гибкий лист материала. Другие альтернативы включают нагревательную проволоку или нить, например Ni-Cr (хромоникелевую), платиновую, вольфрамовую, или проволоку из сплава, или нагревательную пластину. При необходимости, нагревательный элемент может быть нанесен внутри или снаружи на твердый несущий материал.
Образующий аэрозоль субстрат доставляется к указанному по меньшей мере одному нагревательному элементу и нагревается вблизи него. Указанный по меньшей мере один нагревательный элемент может нагревать образующий аэрозоль субстрат за счет проводимости. Нагревательный элемент может по меньшей мере частично находиться в контакте с субстратом. Тепло от нагревательного элемента может проводиться к субстрату посредством теплопроводного элемента. В качестве альтернативы или дополнительно, указанный по меньшей мере один нагревательный элемент может передавать тепло во входящий окружающий воздух, который втягивается во время использования через электрическую генерирующую аэрозоль систему и, в свою очередь, нагревает образующий аэрозоль субстрат за счет конвекции. Окружающий воздух может нагреваться перед его прохождением через образующий аэрозоль субстрат. Окружающий воздух может сначала втягиваться через субстрат и затем нагреваться.
Определение температуры может быть основано на измерении по меньшей мере электрического сопротивления резистивного нагревательного элемента. Иначе говоря, резистивный нагревательный элемент может функционировать в качестве датчика температуры. Например, если указанный по меньшей мере один нагревательный элемент имеет подходящие характеристики по температурному коэффициенту сопротивления, то путем измерения электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента будет обеспечена возможность определения температуры нагревательного элемента. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента путем измерения тока через указанный по меньшей мере один нагревательный элемент и напряжения на указанном по меньшей мере одном нагревательном элементе и определения электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента на основе измеренных тока и сопротивления. В этом случае электрическая схема может содержать резистор, имеющий известное сопротивление и соединенный последовательно с указанным по меньшей мере одним нагревательным элементом, и электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения тока через указанный по меньшей мере один нагревательный элемент путем измерения напряжения на указанном резисторе с известным сопротивлением и определения тока через указанный по меньшей мере один нагревательный элемент на основе измеренного напряжения и известного сопротивления. Следовательно, может не потребоваться включение специального датчика температуры, который может занимать ценное пространство в генерирующей аэрозоль системе и, кроме того, может быть дорогостоящим. Следует подчеркнуть, что электрическое сопротивление в данном варианте осуществления используется как в качестве нагревательного элемента, так и в качестве датчика.
Предпочтительно, электрическая генерирующая аэрозоль система также может содержать капиллярный фитиль для переноса жидкого образующего аэрозоль субстрата из картриджа к нагревательному элементу. Это обеспечивает возможность уменьшения количества подвижных частей в генерирующем аэрозоль устройстве и таким образом обеспечивает возможность повышения надежности, а также уменьшения веса и стоимости.
При необходимости, капиллярный фитиль расположен с возможностью контакта с жидкостью в картридже. При необходимости, капиллярный фитиль проходит в картридж. В этом случае при использовании обеспечивается возможность переноса жидкости из картриджа к нагревательному элементу за счет капиллярного действия капиллярного фитиля. В одном варианте осуществления капиллярный фитиль может содержать первый конец и второй конец, причем первый конец может проходить в картридж для контакта с жидкостью в нем, и нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью нагрева жидкости на втором конце. При активации нагревательного элемента жидкость на втором конце капиллярного фитиля может испаряться посредством указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента с образованием перенасыщенного пара. Перенасыщенный пар может смешиваться с потоком воздуха и переноситься в нем. Во время протекания пар конденсируется с образованием аэрозоля, и этот аэрозоль может переноситься в направлении рта пользователя. Жидкий образующий аэрозоль субстрат может иметь такие физические свойства, включая вязкость и поверхностное натяжение, которые обеспечивают возможность переноса жидкости через капиллярный фитиль за счет капиллярного действия.
Капиллярный фитиль может иметь волоконную или губчатую структуру. Капиллярный фитиль предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный фитиль может содержать несколько волокон или нитей или других трубок с тонким каналом. Волокна или нити могут быть в целом выровнены в продольном направлении генерирующей аэрозоль системы. В качестве альтернативы, капиллярный фитиль может содержать губкообразный или пенообразный материал, который выполнен в форме стержня. Стержень может проходить вдоль продольного направления генерирующей аэрозоль системы. Структура фитиля может образовывать множество тонких каналов или трубок, через которые обеспечивается возможность переноса жидкости за счет капиллярного действия. Капиллярный фитиль может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов представляют собой капиллярные материалы, например, губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененный металлический или пластмассовый материал, волоконный материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, полиэфирные, или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный фитиль может иметь любые подходящие капиллярность и пористость с тем, чтобы использовать его с жидкостями с разными физическими свойствами. Жидкость может иметь такие физические свойства, включая, но без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность переноса жидкости через капиллярное устройство за счет капиллярного действия.
При необходимости, указанный по меньшей мере один нагревательный элемент присутствует в виде нагревательной проволоки или нити, окружающей и, при необходимости, поддерживающей капиллярный фитиль. Капиллярные свойства фитиля в сочетании со свойствами жидкости обеспечивают возможность того, чтобы во время нормального использования при наличии большого количества образующего аэрозоль субстрата фитиль всегда был влажным в области нагрева.
Капиллярный фитиль, нагревательный элемент и, при необходимости, картридж могут быть выполнены с возможностью извлечения из генерирующей аэрозоль системы в виде единого компонента.
При необходимости, электрическая генерирующая аэрозоль система также содержит мундштук, на котором пользователь имеет возможность осуществления затяжек для вытягивания аэрозоля из системы, причем электрическая схема содержит детектор затяжек для определения моментов осуществления пользователем затяжек на системе в качестве пользовательского ввода, и электрическая схема выполнена с возможностью подачи мощности от источника питания на нагревательный элемент при обнаружении затяжек указанным детектором затяжек. Детектор затяжек может образовывать пользовательское устройство ввода на генерирующем аэрозоль устройстве. Иначе говоря, может не потребоваться нажатие пользователем механической кнопки с целью запуска цикла нагрева.
Мундштук может быть выполнен с возможностью взаимодействия с кожухом генерирующего аэрозоль устройства или картриджа. При необходимости, мундштук выполнен с возможностью взаимодействия с генерирующим аэрозоль устройством, и комбинация из генерирующего аэрозоль устройства и мундштука может имитировать по форме и размерам горючее курительное изделие, такое как сигарета, сигара или сигарилла. Предпочтительно, в таких вариантах осуществления комбинация генерирующего аэрозоль устройства и мундштука может имитировать по форме и размерам сигарету.
Мундштук может быть выполнен с возможностью отправки в отходы после израсходования образующего аэрозоль субстрата в картридже.
Мундштук может быть выполнен с возможностью многоразового использования. В тех вариантах осуществления, в которых мундштук выполнен с возможностью многоразового использования, этот мундштук предпочтительно может быть выполнен с возможностью съемного прикрепления к картриджу или к корпусу генерирующего аэрозоль устройства.
При необходимости, электрическая схема содержит микропроцессор, более предпочтительно программируемый микропроцессор. Система может содержать порт ввода данных или беспроводной приемник для обеспечения возможности загрузки программного обеспечения в микропроцессор. Электрическая схема может содержать дополнительные электрические компоненты.
При необходимости, с устройством могут использоваться картриджи, имеющие разные свойства. Например, с устройством могут использоваться два разных картриджа, имеющих нагревательные элементы разного размера. Например, для доставки большего количества аэрозоля пользователям может использоваться нагревательный элемент с более высокой номинальной мощностью. Для снижения частоты замены картриджа может использоваться картридж с более высокой емкостью.
Предпочтительно, генерирующее аэрозоль устройство содержит кожух. Кожух 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, пригодные для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно, материал является легким и нехрупким.
Источник питания может представлять собой любой подходящий источник питания, например источник напряжения постоянного тока, такой как батарея. Источник питания может представлять собой никель-металлогидридную батарею, никель-кадмиевую батарею или батарею на основе лития, например, литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею.
При необходимости источник питания может содержать перезаряжаемую литий-ионную батарею. Электрический источник питания может содержать устройство хранения заряда другого вида, такое как конденсатор. Электрический источник питания может нуждаться в перезарядке. Электрический источник питания может иметь емкость, которая обеспечивает возможность накопления достаточного количества энергии для одного или более сеансов использования генерирующего аэрозоль устройства. Например, электрический источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В еще одном примере электрический источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью начала подачи электрической мощности от электрического источника питания на нагреватель в момент начала цикла нагрева. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью окончания подачи электрической мощности от электрического источника питания на нагреватель в момент окончания цикла нагрева.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью обеспечения непрерывной подачи электрической мощности от электрического источника питания на нагреватель.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью обеспечения прерывистой подачи электрической мощности от электрического источника питания на нагреватель. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью обеспечения импульсной подачи электрической мощности от электрического источника питания на нагреватель.
Импульсная подача электрической мощности на нагреватель обеспечивает преимущество, состоящее в возможности содействия регулированию общей выходной мощности нагревателя в течение периода времени. Регулирование общей выходной мощности нагревателя в течение периода времени обеспечивает преимущество, состоящее в возможности содействия регулированию температуры.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью варьирования подачи электрической мощности от электрического источника питания на нагреватель. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования рабочего цикла импульсной подачи электрической мощности. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью регулирования по меньшей мере одного из длительности импульсов и периода рабочего цикла.
При необходимости, генерирующая аэрозоль система является портативной. Генерирующая аэрозоль система может представлять собой курительную систему, и она может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Курительная система может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Курительная система может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
При необходимости, генерирующее аэрозоль устройство содержит пользовательское устройство ввода. Пользовательское устройство ввода может содержать по меньшей мере одно из следующего: нажимную кнопку, колесо прокрутки, сенсорную кнопку, сенсорный экран и микрофон. Пользовательское устройство ввода может обеспечивать для пользователя возможность управлять одним или более аспектами работы генерирующего аэрозоль устройства. Пользовательское устройство ввода может обеспечивать для пользователя возможность активации подачи электрической мощности на нагреватель и/или деактивации подачи электрической мощности на нагреватель.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, предложен способ управления подачей мощности на нагревательный элемент в электрической генерирующей аэрозоль системе, включающий этапы, на которых: регулируют подачу питания на нагревательный элемент в течение периода цикла нагрева в ответ на пользовательский ввод; определяют первую производную электрического сопротивления нагревательного элемента по времени; определяют, что имеет место неблагоприятное условие, если первая производная электрического сопротивления превышает пороговое значение, хранящееся в памяти, во время периода цикла нагрева в заданный момент времени или после него в период цикла нагрева; и управляют подачей мощности на нагревательный элемент на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе, или обеспечивают индикацию на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения, предложен способ управления подачей мощности на нагревательный элемент в электрической генерирующей аэрозоль системе, включающий этапы, на которых: регулируют подачу мощности на нагревательный элемент в течение периода цикла нагрева в ответ на пользовательский ввод; определяют вторую производную электрического сопротивления по времени; определяют неблагоприятное условие, если вторая производная больше или равна пороговому значению второй производной; и управляют подачей мощности на нагревательный элемент на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе, или обеспечивают индикацию на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения, предложен способ управления подачей мощности на нагревательный элемент в электрической генерирующей аэрозоль системе, включающий этапы, на которых: регулируют подачу питания на нагревательный элемент в течение множества дискретных циклов нагрева в ответ на пользовательские вводы; определяют максимальное электрическое сопротивление нагревательного элемента во время каждого цикла нагрева; вычисляют скользящее среднее значение максимального электрического сопротивления нагревательного элемента за n предыдущих циклов нагрева, где n - целое число, большее 1; сравнивают электрическое сопротивление нагревательного элемента с вычисленным скользящим средним значением; определяют неблагоприятное условие, если электрическое сопротивление больше скользящего среднего значения более чем на величину порогового значения, хранящегося в памяти; и управляют подачей мощности на нагревательный элемент на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе, или обеспечивают индикацию на основе того, имеет ли место неблагоприятное условие на нагревательном элементе.
Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения, предложен компьютерный программный продукт, непосредственно загружаемый во внутреннюю память микропроцессора и содержащий программные кодовые блоки для выполнения этапов, раскрытых выше, при выполнении указанного продукта в программируемой электрической схеме в электрической генерирующей аэрозоль системе, причем указанная система содержит нагревательный элемент для нагрева образующего аэрозоль субстрата и источник питания для подачи мощности на электрический нагреватель, и указанная электрическая схема соединена с указанными электрическим нагревателем и источником питания и выполнена с возможностью определения электрического сопротивления нагревательного элемента.
Во избежание сомнений, признаки, описанные выше в отношении одного аспекта настоящего изобретения, могут быть применимы также к другим аспектам настоящего изобретения. Кроме того, признаки, описанные в отношении одного аспекта, могут использоваться в сочетании с признаками другого аспекта.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны исключительно на примерах со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на Фиг. 1a, 1b, 1c и 1d показаны схематические иллюстрации системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на Фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа для использования в системе, показанной на Фиг. 1a-1d;
на Фиг. 3 показан подробный вид нагревательных нитей нагревательного узла в картридже, показанном на Фиг. 2, причем показаны мениски жидкого образующего аэрозоль субстрата между указанными нитями;
на Фиг. 4 представлен график, показывающий изменение электрического сопротивления нагревательного узла в течение множества затяжек;
на Фиг. 5 представлен график, показывающий первую производную электрического сопротивления нагревательного узла по времени в соответствии с множеством затяжек, показанных на Фиг. 4;
на Фиг. 6 представлен график, показывающий первую производную электрического сопротивления нагревательного узла по времени в соответствии с множеством затяжек, показанных на Фиг. 4; и
на Фиг. 7 представлен график, показывающий повышение максимального электрического сопротивления нагревательного узла в соответствии с множеством последовательных затяжек.
На Фиг. 1a-1d показаны схематические иллюстрации электрической генерирующей аэрозоль системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Генерирующая аэрозоль система содержит генерирующее аэрозоль устройство 10 и картридж 20.
Картридж 20 содержит образующий аэрозоль субстрат в кожухе 24 картриджа и выполнен с возможностью размещения в полости 18 внутри устройства. Картридж 20 представляет собой одноразовый картридж. Пользователь имеет возможность замены картриджа 20 после израсходования образующего аэрозоль субстрата в картридже. Картридж содержит съемное уплотнение 26 для обеспечения герметичного уплотнения относительно кожуха 24 картриджа. Это обеспечивает возможность изоляции образующего аэрозоль субстрата, хранящегося в кожухе 24 картриджа, от окружающей среды перед его первым использованием. На Фиг. 1a показан картридж 20 непосредственно перед вставкой в устройство, причем стрелка 1 на Фиг. 1a показывает направление вставки картриджа.
Генерирующее аэрозоль устройство 10 является портативным и имеет размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Устройство 10 содержит основной корпус 11 и мундштучную часть 12. Основной корпус 11 содержит батарею 14, такую как литий-железо-фосфатная батарея, электрическую схему 16 и полость 18. Электрическая схема 16 содержит программируемый микропроцессор. Мундштучная часть 12 соединена с основной частью 11 посредством шарнирного соединения 21 и имеет возможность перемещения между открытым положением, показанным на Фиг. 1, и закрытым положением, показанным на Фиг. 1d. Мундштучную часть 12 размещают в открытом положении для обеспечения возможности вставки и извлечения картриджей 20, и ее размещают в закрытом положении, когда необходимо использовать систему для генерирования аэрозоля. Мундштучная часть содержит множество впускных отверстий 13 для воздуха и выпускное отверстие 15. При использовании пользователь осуществляет всасывание или затяжки на выпускном отверстии для втягивания воздуха через впускные отверстия 13 для воздуха через мундштучную часть к выпускному отверстию 15 и далее в рот или легкие пользователя. Предусмотрены внутренние перегородки 17 для того, чтобы вынудить протекание воздуха через мундштучную часть 12 мимо картриджа.
Полость 18 имеет круглое поперечное сечение и выполнена по размеру с возможностью вмещения кожуха 24 картриджа 20. По сторонам полости 18 предусмотрены электрические соединители 19 для обеспечения электрического соединения между управляющей электронной схемой 16 и батареей 14 с одной стороны и соответствующими электрическими контактами на картридже 20 с другой стороны.
На Фиг. 1b показана система по Фиг. 1a со вставленным в полость 18 картриджем и удаленным съемным уплотнением 26. В этом положении электрические соединители прижаты к электрическим контактам на картридже.
На Фиг. 1c показана система по Фиг. 1b с полностью удаленным съемным уплотнением 26 и перемещенной в закрытое положение мундштучной частью 12.
На Фиг. 1d показана система по Фиг. 1c c мундштучной частью 12 в закрытом положении. Мундштучная часть 12 удерживается в закрытом положении с помощью механизма фиксации. Мундштучная часть 12 в закрытом положении удерживает картридж в электрическом контакте с электрическими соединителями 19 таким образом, что при использовании поддерживается хорошее электрическое соединение независимо от ориентации системы.
На Фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа 20. Кожух 24 картриджа имеет размер и форму, выбранные с возможностью его размещения в полости 18. Кожух заключает в себе капиллярный материал 27, 28, который пропитан жидким образующим аэрозоль субстратом. В данном примере образующий аэрозоль субстрат содержит 39% по весу глицерина, 39% по весу пропиленгликоля, 20% по весу воды и ароматизаторов и 2% по весу никотина. Капиллярный материал представляет собой материал, который активно переносит жидкость от одного конца к другому в зависимости от относительной разности концентраций жидкости. Капиллярный материал может быть изготовлен из любого подходящего материала. В данном примере капиллярный материал выполнен из сложного полиэфира.
Кожух 24 картриджа имеет открытый конец, к которому прикреплен нагревательный узел 30. Нагревательный узел 30 содержит подложку 34, имеющую выполненное в ней отверстие 35, пару электрических контактов 32, прикрепленных к подложке и отделенных друг от друга зазором 33, и множество электропроводных нагревательных нитей 36, перекрывающих указанное отверстие и прикрепленных к указанным электрическим контактам с противоположных сторон отверстия 35.
Нагревательный узел 30 покрыт съемным уплотнением 26. Съемное уплотнение 26 содержит непроницаемый для жидкости пластмассовый лист, который приклеен к нагревательному узлу 30, но может быть легко отделен. На боковой стороне съемного уплотнения 26 обеспечен язычок для того, чтобы пользователь имел возможность захвата съемного уплотнения 26 при его отделении. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что хотя в качестве способа прикрепления непроницаемого пластмассового листа к нагревательному узлу описано приклеивание, могут использоваться другие способы, известные специалистам в данной области техники, включая термическую сварку или ультразвуковую сварку, при условии, что обеспечивается возможность легкого удаления покрытия потребителем.
Картридж по Фиг. 2 содержит два отдельных капиллярных материала 27, 28. Диск из первого капиллярного материала 27 обеспечен для контакта с нагревательным элементом 36, 32 при использовании. Большая часть второго капиллярного материала 28 обеспечена на противоположной стороне первого капиллярного материала 27 относительно нагревательного узла. Оба из первого капиллярного материала и второго капиллярного материала удерживают жидкий образующий аэрозоль субстрат. Первый капиллярный материал 27, который контактирует с нагревательным элементом, имеет более высокую температуру термического разложения (по меньшей мере 160°C или выше, например приблизительно 250°C), чем второй капиллярный материал 28. Первый капиллярный материал 27 эффективно действует как разделитель, отделяющий нагревательный элемент 36, 32 от второго капиллярного материала 28, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих его температуру термического разложения. Температурный градиент в первом капиллярном материале является таким, что второй капиллярный материал подвергается воздействию температур ниже его температуры термического разложения. Второй капиллярный материал 28 может быть выбран таким образом, чтобы он имел лучшие капиллярные свойства, чем первый капиллярный материал 27, был способен удерживать больше жидкости на единицу объема, чем первый капиллярный материал, и был менее дорогостоящим, чем первый капиллярный материал. В данном примере первый капиллярный материал представляет собой теплостойкий материал, такой как стекловолокно или материал, содержащий стекловолокно, а второй капиллярный материал представляет собой полимер, такой как подходящий капиллярный материал. Примеры подходящих капиллярных материалов включают капиллярные материалы, рассмотренные в данном документе, и в альтернативных вариантах осуществления они могут включать полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полиэтилентерефталат (PET).
Капиллярный материал 27, 28 предпочтительно ориентирован в корпусе 24 таким образом, чтобы переносить жидкости в нагревательный узел 30. Когда картридж собран, нагревательные нити 36 могут находиться в контакте с капиллярным материалом 27, и таким образом обеспечивается возможность непосредственного переноса образующего аэрозоль субстрата к сетчатому нагревателю. На Фиг. 3 представлен подробный вид нитей 36 нагревательного узла 30, показывающий мениск 40 жидкого образующего аэрозоль субстрата между нагревательными нитями 36. Можно видеть, что образующий аэрозоль субстрат контактирует с большей частью поверхности каждой нити 36, так что большая часть тепла, генерируемого нагревательным узлом 30, проходит непосредственно в образующий аэрозоль субстрат.
Таким образом, при нормальной работе жидкий образующий аэрозоль субстрат контактирует с значительной частью поверхности нагревательных нитей 36. Однако, когда большая часть жидкого субстрата в картридже использована, к нагревательным нитям 36 будет доставляться меньше жидкого образующего аэрозоль субстрата. При меньшем количестве жидкости для испарения меньшее количество энергии отбирается энтальпией испарения, и большее количество энергии, подаваемой на нагревательные нити 36, расходуется на повышение температуры нагревательных нитей. Аналогичным образом, энергия, необходимая для поддержания целевой температуры, также снижается по мере высыхания нагревательных нитей 36. Нагревательные нити 36 могут высыхать вследствие того, что образующий аэрозоль субстрат в картридже израсходован. В качестве альтернативы, но с меньшей вероятностью, нагревательные нити 36 могут высыхать вследствие того, что пользователь осуществляет крайне продолжительные или частые затяжки, и невозможна доставка жидкости к нагревательным нитям 36 со столь же высокой скоростью, с которой происходит ее испарение.
При использовании нагревательный узел 30 работает за счет резистивного нагрева. Ток пропускается через нити 36 под управлением от управляющей электронной схемы 16 для нагрева нитей до температуры в пределах требуемого температурного диапазона. Сетка или матрица нитей имеет значительно более высокое электрическое сопротивление, чем электрические контакты 32 и электрические соединители 19, так что высокие температуры локализуются на нитях. Это сводит к минимуму потери тепла на других частях генерирующего аэрозоль устройства 10. В данном примере система выполнена с возможностью генерирования тепла в результате подачи электрического тока на нагревательный узел 30 в ответ на затяжки, осуществляемые пользователем.
Система содержит датчик затяжек, выполненный с возможностью определения моментов втягивания воздуха пользователем через мундштучную часть. Датчик затяжек (не показан) соединен с управляющей электронной схемой 16, выполненной с возможностью подачи тока на нагревательный узел 30 лишь в случае определения того, что пользователь осуществляет затяжку на устройстве. В качестве датчика затяжек может использоваться любой подходящий датчик потока воздуха, например микрофон или датчик давления.
С целью обнаружения повышения температуры, нагревательных нитей электрическая схема 16 выполнена с возможностью измерения электрического сопротивления нагревательных нитей. Нагревательные нити в данном примере выполнены из нержавеющей стали и, следовательно, они имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. В дополнение, поскольку в такой системе, активируемой в соответствии с затяжками, тепло генерируется в виде кратковременных всплесков с использованием импульсов высокого тока, нити из нержавеющей стали, имеющие сравнительно высокую удельную теплоемкость, являются идеальными.
По мере повышения температуры нагревательных нитей 36 повышается и их электрическое сопротивление. Следует понимать, что в других вариантах осуществления нагревательные нити 36 могут быть выполнены из материала, имеющего отрицательный коэффициент сопротивления, вследствие чего при повышении температуры нагревательных нитей их электрическое сопротивление снижается.
На Фиг. 4 представлен график, показывающий обнаруженное изменение сопротивления нагревателя во время множества циклов нагрева, каждый из которых соответствует затяжке, осуществляемой пользователем. Каждый из циклов нагрева имеет продолжительность ∆t. По оси x представлено время, а по оси y представлено электрическое сопротивление в нагревательном узле 30. Как показано на Фиг. 4, изменение электрического сопротивления обнаружено во время множества разных циклов нагрева: 1) во время цикла 500 нагрева, в котором нагревательные нити 36 насыщены образующим аэрозоль субстратом, т. е. при нормальных рабочих условиях; 2) во время цикла 502 нагрева, в котором на нагревательных нитях 36 обеспечивается недостаточный запас образующего аэрозоль субстрата, т.е. когда жидкий субстрат не полностью восполняется на нагревательных нитях 36; и 3) во время цикла 504 нагрева, в котором образующий аэрозоль субстрат на нагревательных нитях израсходован.
Ref
Ref
Ref
P
0
0
0=
Ref
P
P
Нагревательный узел 30 имеет начальное сопротивление R. Указанное начальное сопротивление Rявляется собственной характеристикой нагревательного узла 30. Оно показывает эталонное сопротивление нагревательного узла 30 при комнатной температуре. Начальное сопротивление R представляет собой комбинацию паразитного сопротивления R и сопротивления R нагревательных нитей при комнатной температуре. Следовательно, R может быть определено по формуле RR - R. Паразитное сопротивление R представляет собой сопротивление, обусловленное электрическими контактами 32, электрическими соединителями19 и контактом между ними.
Ref
Ref
Ref
Ref
Ref
В некоторых случаях начальное сопротивление Rнового картриджа 20 может быть измерено по меньшей мере один раз перед подачей какой-либо мощности. Для определения момента вставки нового картриджа 20 используется система обнаружения. В некоторых случаях R может быть измерено лишь один раз для каждого картриджа. В качестве альтернативы, R может измеряться каждый раз при включении системы. В предпочтительном варианте осуществления указанная электрическая схема выполнена с возможностью периодического осуществления измерений R в течение заданных периодов времени после прекращения подачи мощности на нагревательные нити 36. Указанные заданные периоды времени могут занимать приблизительно 3 минуты или любое подходящее время, требующееся для охлаждения нагревательных нитей 36 от их рабочей температуры снова до окружающей температуры. Такие периодические обновления R могут использоваться для повторной калибровки электрической схемы для компенсации изменений окружающей температуры, а также изменений состояния нагревательных нитей 36.
P
P
P
P
При подаче питания на нагревательный узел 30 во время осуществления затяжки пользователем, температура нагревательных нитей 36 возрастает от окружающей температуры. Это приводит к повышению электрического сопротивления R нагревательных нитей 36. Однако предполагается, что паразитное сопротивление Rостается постоянным. Это обусловлено тем, что R связано с ненагретыми компонентами, такими как электрические контакты 32 и электрические соединители 19. Кроме того, предполагается, что значение R является одинаковым для всех картриджей и не подвержено влиянию изменений картриджа. Значение паразитного сопротивления R для конкретного генерирующего аэрозоль устройства 20 хранится в памяти электрической схемы.
Max
Max
Max
Max
Сопротивление нагревательных нитей 36 линейно связано с их температурой в интересующем температурном диапазоне. Следовательно, благодаря активному измерению электрического сопротивления, электрическая схема имеет возможность определения температуры нагревателя в нагревательном узле 30. Как показано на Фиг. 4, электрическая схема прекращает нагрев, как только определяемое электрическое сопротивление R превысило максимальный порог R сопротивления нагревателя Указанный максимальный порог R сопротивления нагревателя соответствует максимально допустимой температуре. При нормальных условиях, при которых достаточное количество образующего аэрозоль субстрата подается на нагревательные нити 36, сопротивление нагревателя не может превышать максимальный порог R сопротивления нагревателя. Таким образом, электрическая схема выполнена с возможностью определения наличия недостаточной подачи образующего аэрозоль субстрата для охлаждения нагревательных нитей 36, если достигнут указанный максимальный порог сопротивления нагревателя. Это показано в циклах 502 и 504 нагрева. Однако данный способ требует возрастания температуры нагревателя до повышенного уровня перед тем, как может быть обнаружено неблагоприятное условие. Это может привести к образованию нежелательных соединений в генерируемом аэрозоле.
На Фиг. 4 показан не только тот факт, что сопротивление R нагревателя повышается при израсходовании образующего аэрозоль субстрата, но также показан и тот факт, что сопротивление R нагревателя быстро возрастает в течение завершающего периода затяжки в случае, если имеет место недостаточное количество образующего аэрозоль субстрата. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению израсходование образующего аэрозоль субстрата определяется путем отслеживания первой производной электрического сопротивления по времени, dR/dt. Иначе говоря, в данном варианте осуществления отслеживается скорость изменения сопротивления нагревателя. Это проиллюстрировано на Фиг. 5, на котором показана скорость изменения электрического сопротивления во время каждого из циклов 510, 512 и 514 нагрева, соответствующих циклам 500, 502 и 504 нагрева по Фиг. 4. В зависимости от требуемой точности, период dt выборки для обнаружения изменения dR находится в диапазоне от 1 миллисекунды до 1 секунды.
min
В начале затяжки нагревательный узел 30 имеет окружающую температуру. Температура быстро возрастает до тех пор, пока не произойдет испарение образующего аэрозоль субстрата. Этот период нагрева может именоваться фазой разогрева. Независимо от количества образующего аэрозоль субстрата, который доступен на нагревательных нитях 36, все циклы 510, 512 и 514 показывают схожую тенденцию, при которой скорость изменения сопротивления нагревателя устойчиво снижается в течение всей фазы разогрева. Следовательно, данный способ может быть недостаточно надежным для определения израсходования субстрата, если он основан лишь на анализе скорости изменения электрического сопротивления, определяемой в течение периода разогрева. Поэтому электрическая схема выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия лишь по истечении заданного периода t времени с момента начала цикла нагрева, например с момента начала затяжки.
min
По истечении заданного периода времени t, скорости изменения электрического сопротивления R, определяемого в разных циклах 510, 512 и 514 нагрева, начинают отличаться. В цикле 510 нагрева скорость повышения температуры нагревательных нитей 36 медленно снижается. В результате первая производная электрического сопротивления dR/dt постепенно снижается в течение цикла нагрева.
Однако в случае, если на нагревательных нитях 36 обеспечен недостаточный запас образующего аэрозоль субстрата, скорость повышения электрического сопротивления резко возрастает по мере приближения к концу цикла нагрева, как показано в циклах 512 и 514 нагрева на Фиг. 5. Это обусловлено тем, что не происходит быстрое пополнение испаренного образующего аэрозоль субстрата на нагревательных нитях 36. Таким образом, при испарении исходного образующего аэрозоль субстрата на нагревательных нитях 36 и уменьшении количества субстрата на нагревательных нитях, температура на нагревательных нитях быстро возрастает.
max
min
max
max
Как показано на Фиг. 5, электрическая схема выполнена с возможностью определения высыхания нагревательных нитей 36, если первая производная dR/dt нагревателя превысила максимальный порог dR/dt первой производной, либо сразу же после этого, либо по истечении заданного периода времени. В цикле 512 нагрева имеет место недостаточный запас образующего аэрозоль субстрата. В начальном интервале цикла нагрева имеет место достаточное количество образующего аэрозоль субстрата, так что по истечении заданного периода tвремени первая производная dR/dt остается ниже максимального порога dR/dt первой производной. Однако образующий аэрозоль субстрат не пополняется достаточно быстро, так что c течением цикла нагрева скорость изменения температуры нагревательных нитей 36 снова возрастает и становится выше максимального порога dR/dt первой производной. Это указывает на недостаточное количество образующего аэрозоль субстрата, на нагревательных нитях 36.
min
max
min
В отличие от этого, в случае пустого картриджа или по существу пустого картриджа, как проиллюстрировано в отношении затяжки 514, имеет место лишь весьма ограниченное количество оставшегося образующего аэрозоль субстрата на нагревательных нитях 36 перед нагревом. Поэтому по истечении заданного периода t времени первая производная dR/dt уже превышает максимальный порог dR/dt первой производной. В результате электрическая схема определяет неблагоприятное условие сразу же по истечении заданного периода t времени.
max
min
В данном варианте осуществления электрическая схема выполнена с возможностью прекращения подачи мощности на нагревательный узел 30 при обнаружения того факта, что первая производная электрического сопротивления, dR/dt, превысила максимальный порог dR/dt первой производной, либо сразу же после этого, либо по истечении заданного периода t времени. Дополнительно или в качестве альтернативы, для пользователя может быть обеспечено визуальное предупреждение, такое как мигающий сигнал светодиода, для напоминания о необходимости замены картриджа. Электрическая схема может не запускать следующий цикл нагрева до тех пор, пока она не обнаружит, что произведена замена картриджа. Это гарантирует, что на ощущения пользователя не будет негативно влиять недостаточный запас жидкого субстрата или его полное израсходование на нагревательных нитях 36.
max
В еще одном варианте осуществления электрическая схема не прекращает подачу мощности сразу же после того, как она обнаружила, что первая производная электрического сопротивления, dR/dt, превысила максимальный порог dR/dt первой производной. Вместо этого электрическая схема может продолжать подачу мощности для одной или более дополнительных затяжек, продолжая при этом определять неблагоприятное условие. Электрическая схема может подтверждать такое неблагоприятное условие лишь после того, как она определила высыхание нагревательных нитей 36 в течение двух или более последовательных циклов нагрева. Это обеспечивает более надежное определение и гарантирует, что пользователь не будет выбрасывать картриджи без необходимости.
min
min
Генерирующая аэрозоль система может использоваться в разные периоды в течение дня или в местах с разными климатическими условиями. Следовательно, температура окружающей среды может значительно меняться во время использования. Поскольку фаза разогрева представляет собой время, необходимое для нагрева нагревательного элемента от окружающей температуры, заданный период tвремени также изменяется с изменением условий окружающей среды. Таким образом, определение указанного заданного периода времени t может осуществляться активным образом на основе второй производной электрического сопротивления по времени. Это позволяет начать определение неблагоприятного условия при первой же возможности.
2
2
check
check
На Фиг. 6 показана первая производная электрического сопротивления dR/dt нагревательного узла во время циклов 520, 522 и 524 нагрева. Циклы 520, 522 и 524 нагрева соответствуют циклам 500, 502 и 504 нагрева по Фиг. 4 соответственно. В этом случае электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия при обнаружении ею того факта, что вторая производная электрического сопротивления по времени, dR/dt, достигла нуля, что обозначено как момент времени t. Например, t представляет собой момент времени, когда не происходит изменение первой производной dR/dt сопротивления нагревателя. Более конкретно, он представляет собой момент времени, в который скорость изменения температуры начинает расти в результате того, что образующий аэрозоль субстрат не пополняется достаточно быстро для замены испаренного субстрата.
2
2
В цикле 520 нагрева, в котором нагревательные нити 36 насыщены образующим аэрозоль субстратом, вторая производная dR/dtне достигает нуля до завершения затяжки. Таким образом не требуется, чтобы электрическая схема сравнивала первую производную с пороговым значением. Следовательно, данный способ обеспечивает возможность минимизации производительности обработки данных в электрической схеме.
2
2
2
2
max
max
В отличие от этого, вторая производная dR/dt в цикле 522 нагрева достигает нуля на уровне ниже максимального порога dR/dt первой производной. В результате электрическая схема продолжает отслеживать повышение первой производной dR/dt до тех пор, пока она не превысит максимальный порог dR/dt первой производной. В этом случае электрическая схема определяет высыхание нагревательного узла 30. В случае цикла 522 нагрева применение заданного периода времени или способа второй производной dR/dt не влияет на момент определения неблагоприятного условия.
min
2
2
С другой стороны, применение способа второй производной обеспечивает возможность более быстрого определения высыхания нагревательного узла 39 в цикле 524 нагрева. Цикл 524 нагрева имеет место при пустом или по существу пустом картридже. Электрическая схема имеет возможность определения такого неблагоприятного условия до истечения заданного периода t, как показано в цикле 514 нагрева по Фиг. 5. Следовательно, определение неблагоприятного условия на основе второй производной электрического сопротивления, dR/dt, обеспечивает возможность более быстрого прекращения подачи мощности в случае пустого или по существу пустого картриджа.
2
2.
В другом варианте осуществления неблагоприятное условие может быть определено просто путем отслеживания второй производной электрического сопротивления, dR/dt. Неблагоприятное условие может быть определено, как только вторая производная стала равна положительному значению, большему нуля. Как и в предыдущем случае, перед определением неблагоприятного условия может потребоваться, чтобы вторая производная была равна положительному значению в течение двух последовательных циклов нагрева.
В другом варианте осуществления электрическая схема определяет неблагоприятное условие путем сравнения значений максимального электрического сопротивления R, определенных в течение множества последовательных затяжек. Это проиллюстрировано на Фиг. 7, на котором представлен график электрического сопротивления R в ходе последовательности циклов нагрева. Циклы нагрева, показанные на Фиг. 7, включают циклы 530a-f нагрева, которые имеют место при нормальных рабочих условиях, когда нагревательные нити 36 насыщены образующим аэрозоль субстратом, и цикл 532 нагрева, который имеет место при неблагоприятном условии, когда на нагревательных нитях 36 обеспечено недостаточное количество образующего аэрозоль субстрата.
max
min
min
max1
max6
max1
max6
В данном варианте осуществления электрическая схема определяет максимальное электрическое сопротивление R по истечении заданного периода t времени после начала цикла нагрева. Аналогично варианту осуществления, показанному на Фиг. 5, заданный период t времени начинается в момент начала цикла нагрева. Каждое из максимальных электрических сопротивлений R - R определяется в соответствующем цикле 530a-530f нагрева. Можно видеть, что максимальные электрические сопротивления R - R увеличиваются с каждым последующим циклом нагрева. Это может быть обусловлено двумя механизмами. Во-первых, первая затяжка начинается при нахождении нагревательного узла 30 при окружающей температуре, в то время как следующие затяжки могут начинаться при нахождении нагревательного узла 30 при более высокой температуре. Это обусловлено тем, что между последовательными затяжками нагревательный узел 30 может не охлаждаться до окружающей температуры перед началом следующего цикла нагрева. Во-вторых, с началом расходования образующего аэрозоль субстрата поток субстрата на нагревательный узел 30 замедляется с каждой последующей затяжкой.
Вследствие такого постепенного и непрерывного увеличения максимального электрического сопротивления, наблюдаемого в течение последовательных циклов, могут отсутствовать существенные различия в определяемом максимальном сопротивлении между любыми двумя последовательными затяжками. Это означает, что при некоторых условиях обнаружение начала опустения картриджа может быть невозможно.
max
max_AV
max
max_AV
max_offset
max
max_AV
max_offset
n
Для решения этой проблемы электрическая схема определяет неблагоприятное условие путем сравнения определенного максимального электрического сопротивления Rсо скользящим средним R максимального электрического сопротивления, определенным за  предыдущих затяжек или циклов нагрева. Более конкретно, электрическая схема определяет неблагоприятное условие, если разность между максимальным электрическим сопротивлением в ходе цикла нагрева и скользящим средним значением (R-R) превышает заданное пороговое значение ∆R, т.е. R>( R+∆R).
n
max_AV
max_AV
max3
max 4
max 5
max6
max
max_AV
max
max_AV
max_offset
Число  предыдущих циклов нагрева для вычисления скользящего среднего R в данном примере составляет 4. Таким образом, как показано на Фиг. 7, R для цикла 532 нагрева представляет собой среднее следующих значений: R, R, Rи R. Электрическая схема сравнивает максимальное электрическое сопротивление R, определенное во время цикла 532 нагрева, со скользящим средним R и определяет неблагоприятное условие на основе результата сравнения. Это обусловлено тем, что максимальное сопротивление R в данном случае превышает сумму скользящего среднего и заданного порога (R+∆R).
max_AV
max 1
max_AV
max1
max2
max_AV
max_AV
max1
max2
max1
max2
max3
max_AV
max_AV
max1
max2
max3
Поскольку предыдущий цикл нагрева отсутствует, отсутствует и скользящее среднее R для сравнения во время первого цикла 530a нагрева в указанном множестве последовательных циклов нагрева. Максимальное электрическое сопротивление R, определенное во время первого цикла 530a нагрева, затем служит в качестве скользящего среднего Rдля второго цикла 530b нагрева. В тоже самое время, максимальные электрические сопротивления R и R, соответственно определенные во время первого цикла 530a нагрева и второго цикла 530b нагрева, используются для вычисления обновленного скользящего среднего R, например R= (R +R)/2 для третьего цикла 530c нагрева. Аналогичным образом, максимальные электрические сопротивления R, R, R, определенные во время первых трех циклов 530a-500c нагрева, используются для вычисления обновленного скользящего среднего R, например R= (R +R+R)/3 для четвертого цикла 530d нагрева.
max_AV
max_AV
max_P-n
max_P-(n-1)
max_P-1
n
В целом, скользящее среднее Rдля Р циклов нагрева получают по формуле R= (R+R… R)/, где P больше, чем n.
max
Благодаря применению скользящего среднего, электрическая схема имеет возможность сравнения максимального сопротивления R, определенного в цикле нагрева, со средним значением, которое характеризует ряд предыдущих циклов нагрева. Это обеспечивает возможность накопления малых приращений, определенных в предыдущих циклах нагрева, и в совокупности это обеспечивает возможность более быстрого обнаружения израсходования образующего аэрозоль субстрата с помощью электрической схемы.
Кроме того, при прохождении потока воздуха через нагревательный узел это обеспечивает возможность значительного снижения измеряемой температуры. Поэтому во всех вышеописанных вариантах осуществления генерирующее аэрозоль устройство также содержит датчик потока воздуха для определения расхода воздуха во время затяжек, осуществляемых пользователем. Электрическая схема выполнена с возможностью коррекции определенного электрического сопротивления R на основе определенного расхода воздуха. Коррекция может осуществляться либо с помощью математической функции, либо путем обращения к справочной таблице, хранящейся в памяти устройства. Это обеспечивает возможность коррекции любых значений сопротивления R перед их использованием для определения неблагоприятного условия. Такая коррекция обеспечивает более точное определение неблагоприятного условия.
Способы, описанные в указанных различных вариантах осуществления, могут использоваться в сочетании друг с другом или в качестве выбираемых опций внутри одной системы.