СИСТЕМА И СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АЭРОЗОЛЯ
AEROSOL SUPPLY SYSTEM AND METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к системе и способу обеспечения аэрозоля.
Уровень техники
Системы обеспечения аэрозоля, такие как электронные сигареты, несжигающие табаконагревательные системы и другие системы создания аэрозоля, как правило, содержат расходный материал, представляющий собой либо емкость с испаряемой жидкостью, как правило, содержащей никотин (иногда называемой "жидкостью для электронных сигарет"), или емкость с растительным материалом или каким-либо другим (в целом, твердым) растительным производным или материалом, из которого могут быть освобождены летучие вещества или другие жидкие фракции или измельченные твердые частицы. Когда пользователь втягивает в себя воздух из устройства, как правило, активируется электрический (например, резистивный) нагреватель, в результате чего происходит испарение небольшого количества жидкости или летучих веществ, твердых частиц и т.д., и образуется аэрозоль, впоследствии вдыхаемый пользователем. Жидкость может содержать никотин в растворителе, таком как этанол или вода, вместе с глицерином или пропиленгликолем, для формирования аэрозоля, и может также включать в себя один или несколько дополнительных ароматизаторов. Растительный материал может представлять собой табак или табакопроизводный материал. Специалистам в данной области наверняка известно множество различных составов расходного материала, которые могут использоваться в системах обеспечения аэрозоля.
Практика вдыхания аэрозоля вышеописанным способом с использованием такой системы обеспечения аэрозоля обычно называется "вейпингом".
В результате, такие системы обеспечения аэрозоля обычно рассматриваются как персональные приспособления, использование которых несколькими людьми было бы негигиеничным, особенно в случае, когда очистка такой системы является затруднительной.
Цель настоящего изобретения заключается в устранении или частичном решении данной проблемы.
Раскрытие изобретения
Первым объектом настоящего изобретения является система обеспечения аэрозоля в соответствии с п. 1 формулы.
Еще одним объектом настоящего изобретения является способ обеспечения аэрозоля в соответствии с п. 14 формулы.
Еще одним объектом настоящего изобретения является машиночитаемый носитель в соответствии с п. 18 формулы.
Еще одним объектом настоящего изобретения является машиночитаемый носитель в соответствии с п. 19 формулы.
Дополнительные аспекты и отличительные признаки изобретения определяются пунктами прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится описание рассматриваемых в качестве примера вариантов реализации настоящего изобретения со ссылками на чертежи, где идентичные или аналогичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями и на которых:
- на фиг. 1 - блок-схема системы обеспечения аэрозоля согласно варианту реализации настоящего изобретения.
- на фиг. 2A-2C - иллюстрации системы обеспечения аэрозоля согласно варианту реализации настоящего изобретения.
- на фиг. 3 - блок-схема системы обеспечения аэрозоля согласно варианту реализации настоящего изобретения.
- на фиг. 4 - схема распыления аэрозоля в системе обеспечения аэрозоля согласно варианту реализации настоящего изобретения.
- на фиг. 5 - блок-схема способа обеспечения аэрозоля согласно варианту реализации настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Настоящим изобретением раскрываются система и способ обеспечения аэрозоля. В нижеприведенном описании рассматривается ряд конкретных деталей с целью обеспечения полного понимания принципов работы различных вариантов реализации настоящего изобретения. Однако специалисту в данной области будет очевидно, что не все рассмотренные конкретные отличительные признаки обязательно должны быть использованы на практике для реализации настоящего изобретения. И, наоборот, в целях обеспечения ясности и краткости, некоторые конкретные детали, известные специалистам в данной области, опущены в описании, там, где это уместно.
Как уже указывалось ранее, при использовании обычных систем обеспечения аэрозоля, таких как электронные сигареты, пользователь должен взять данное устройство в рот, чтобы втянуть в себя воздух и создать воздушный поток, проходящий сквозь данное устройство. Как правило, этот воздушный поток обнаруживается и используется для включения нагрева жидкого или твердого расходного материала с целью формирования взвешенного в воздухе вещества (т.е. пара, летучих веществ и/или твердых частиц), которое затем захватывается воздушным потоком и образует аэрозольный состав, вдыхаемый пользователем, хотя, в качестве варианта, запуск устройства может производиться нажатием кнопки, выполняемым практически одновременно с вдыханием воздуха. Следует отметить, что используемые в настоящем описании термины "жидкость" или "жидкость для электронных сигарет" служат также для обозначения аналогичных твердых веществ, а термин "пар" служит также для обозначения аналогичных летучих веществ и взвешенных твердых частиц (т.е. веществ и частиц, служащих для формирования аэрозольного материала для вдыхания пользователем), если не указано иначе.
Таким образом, в обычных системах такого рода вдыхание воздуха пользователем является необходимым для определения момента, когда следует активировать систему и создавать воздушный поток для доставки аэрозолированного расходного материала к пользователю. Однако для этого необходимо, чтобы пользователь удерживал систему обеспечения аэрозоля во рту достаточно плотно, чтобы при вдыхании воздуха через систему обеспечения аэрозоля проходило достаточное количество воздуха.
В результате, совместное использование одной и той же системы обеспечения аэрозоля несколькими пользователями может являться негигиеничным, в частности, в случае его использования знакомыми или сравнительно незнакомыми людьми, что может иметь место на званом ужине или других случайных встречах. Это ограничивает возможности общения людей и опробования ими жидких фракций или ароматов, которыми наслаждаются другие члены группы.
Кроме того, даже если система обеспечения аэрозоля не предназначена для совместного использования несколькими потребителями, со временем она также может становиться негигиеничной, в частности, если мундштук трудно отделить от системы с целью его тщательной очистки.
Таким образом, настоящим изобретением предлагается система обеспечения аэрозоля, один из возможных вариантов реализации которой показан на фиг. 1, обеспечивающая создание собственного воздушного потока, благодаря чему устраняется необходимость генерирования воздушного потока самим пользователем путем плотного сжатия во рту мундштука системы обеспечения аэрозоля и выполнения вдоха.
Представленная система 100 обеспечения аэрозоля имеет коробкообразный корпус 101 с насадком 116, отходящим от основания корпуса, хотя конкретная форма корпуса не является важной; например, корпус может иметь цилиндрическую форму.
Внутри корпуса система обеспечения аэрозоля содержит аккумулятор 142. Аккумулятор может представлять собой заряжаемый аккумулятор или одноразовую батарейку, а также может быть доступен или недоступен для пользователя. Система обеспечения аэрозоля может также содержать блок управления, служащий для выборочной и/или регулируемой подачи питания к другим компонентам системы обеспечения аэрозоля.
Система обеспечения аэрозоля содержит также генератор 144 воздушного потока (например, так называемый микровентилятор, такой как пьезоэлектрическое воздуходувное устройство или пьезоэлектрический вентилятор, или, как вариант, приводной вентилятор или насос; альтернативным решением является использование источника сжатого воздуха с электрически включаемой подачей, но оно не показано на прилагаемых чертежах), а также атомайзер 145, содержащий отсек 148 расходного материала, например, емкость с жидким или твердым материалом, как было указано выше, и нагреватель 146. Показанный на фиг. 1 нагреватель изображен в виде обмотки, окружающей отсек расходного материала, однако, это всего лишь неограничивающий пример, и могут применяться любые нагревательные устройства для генерирования пара, летучих веществ или частиц, подходящие для данного расходного материала (т.е. для распыления части расходного материала). Генератор 144 воздушного потока и атомайзер 145 вместе могут называться аэрозольным генератором 130.
Как и в обычной системе обеспечения аэрозоля, корпус 101 может обеспечивать доступ к отсеку 148 расходного материала, который может быть выполнен в виде сменного картриджа, который может быть удален и заменен другими различными картриджами для обеспечения различных ароматов или концентраций пара. Принцип работы такого картриджа также может быть аналогичен принципу работы картриджей обычных систем обеспечения аэрозоля. Как вариант, отсек расходного материала может быть недоступен для пользователя; например, система обеспечения аэрозоля может быть выполнена в виде одноразового блока с герметичным корпусом, срок службы которого заканчивается после выработки расходного материала.
Во время работы аэрозольного генератора 130 генератор 144 воздушного потока втягивает воздух через одно или несколько воздухоприемных отверстий 122 в корпус и направляет его в атомайзер 145. Указанное или каждое воздухоприемное отверстие может располагаться в любом месте корпуса, обеспечивающем создание соответствующего воздушного потока на входе генератора воздушного потока. Как показано на фиг. 1, обычно воздухоприемные отверстия располагаются в нижней части корпуса в его положении при нормальном использовании.
В целом, принцип работы атомайзера 145 аналогичен принципу работы обычных систем обеспечения аэрозоля, и указанный атомайзер может генерировать пар любым подходящим способом. Например, отсек 148 расходного материала в атомайзере может представлять собой жидкость (для электронных сигарет) непосредственно в жидкой форме, или может содержать некоторую абсорбирующую структуру, такую как матрицу из пеноматериала или бумажную матрицу и т.п., служащую для удержания жидкости. Затем жидкость поступает из отсека 148 расходного материала к нагревателю 146 для распыления (например, путем парообразования) с целью формирования взвешенного в воздухе расходного материала. Например, жидкость за счет капиллярного эффекта может протекать из отсека 148 расходного материала к нагревателю 146 по фитилю (не показан на фиг. 1). Затем воздушный поток, генерируемый генератором воздушного потока, объединяется с взвешенным в воздухе расходным материалом, образуя аэрозоль.
Следует иметь в виду, что формирование аэрозоля может осуществляться и без использования нагревателя, например, за счет пьезоэлектрической вибрации или с помощью других механических средств. Создание аэрозоля может также производиться посредством электростатического распыления, и его использование в рассматриваемом атомайзере недвусмысленно подразумевается. Таким образом, для формирования аэрозоля в атомайзере могут использоваться один или несколько вышеупомянутых механизмов, и ссылка на нагреватель 146 включает в себя все данные механизмы в качестве применимых альтернативных решений.
Аналогичным образом, как было указано выше, жидкие (или эквивалентные летучие вещества или твердые частицы) могут обеспечиваться в форме растительного материала или какого-либо другого (в целом, твердого) растительного производного или материала. В данном случае можно считать, что жидкость представляет собой летучие вещества или твердые частицы в материале, которые испаряются при нагреве материала без его сжигания. Следует отметить, что системы обеспечения аэрозоля, содержащие материал такого типа, как правило, не требуют применения фитиля для транспортирования жидкости к нагревателю, а отличаются соответствующим расположением нагревателя относительно нагреваемого материала для обеспечения его правильного нагрева.
В любом случае, аэрозоль затем переносится воздушным потоком из атомайзера (и, следовательно, из аэрозольного генератора) через насадок 116, в некоторых случаях, через направляющие потока или каналы (не показаны). Аэрозоль образует собственный поток аэрозолированного расходного материала, называемый "лентой", выходящий из насадка наружу. Эта лента может вдыхаться пользователем без необходимости введения рта или носа в физический контакт с насадком. Для освещения ленты дополнительно может использоваться источник освещения типа светоизлучающего диода СИД 164.
Таким образом, система обеспечения аэрозоля создает поток аэрозолированного расходного материала с помощью способа, являющегося более гигиеничным по сравнению с обычными устройствами, в которых пользователю приходится создавать достаточно плотного контакта губ рта вокруг мундштука для втягивания воздуха путем вдыхания и создания воздушного потока, проходящего сквозь устройство.
Иллюстративный пример принципа работы системы обеспечения аэрозоля показан на фиг. 2A-2C. На фиг. 2A показана система обеспечения аэрозоля, генерирующая поток аэрозоля или "ленту". На фиг. 2B показана в увеличенном масштабе лента, вытекающая из насадка 116. На фиг. 2C показано, каким образом лента может вдыхаться пользователями без контакта устройства с ртом (хотя при желании пользователи могут вводить рот в контакт с насадком, то есть "потягивать" аэрозоль из насадка, установленного снаружи корпуса).
Поскольку такая система обеспечения аэрозоля не требует от пользователя вдыхания для генерирования воздушного потока, и, следовательно, в ней не может использоваться обнаружение воздушного потока для активирования атомайзера (и генератора воздушного потока), для неё требуется альтернативный механизм управления для генерирования аэрозолированного расходного материала.
В возможном варианте реализации настоящего изобретения система обеспечения аэрозоля 100 содержит кнопку управления 162, при нажатии на которую может либо непосредственно подаваться питание на аэрозольный генератор 130, либо, как вариант, подаваться сигнал на контроллер 160, который, в свою очередь, обеспечивает подачу питания к соответствующим компонентам аэрозольного генератора, как будет показано ниже.
Как показано на фиг. 3, в альтернативном варианте реализации системы 100' обеспечения аэрозоля вышеописанный атомайзер 145 заменен отдельной системой 400 обеспечения аэрозоля в виде типичного электронно-сигаретного устройства или какого-либо другого подходящего устройства обеспечения аэрозоля, содержащего свой собственный аккумулятор 442, воздухоприемные отверстия 422, нагреватель 446 и отсек 448 расходного материала. Исключительно в целях краткости описания отдельную систему 400 обеспечения аэрозоля 400 мы будем называть электронной сигаретой, однако, следует иметь в виду, что это чисто иллюстративное название, и может использоваться любое подходящее устройство обеспечения аэрозоля.
В рассматриваемом альтернативном варианте реализации корпус 101' содержит углубление или гнездо 136, в котором может быть размещена электронная сигарета. В этом корпусе также размещен генератор 144 воздушного потока, приводимый в действие аккумулятором 142, но здесь он служит для протягивания воздуха сквозь электронную сигарету, аналогичным образом, как это происходит при выполнении затяжки пользователем.
Следует принимать во внимание, что если генератор воздушного потока размещен перед электронной сигаретой, как показано на фиг. 3, то он будет проталкивать воздух через электронную сигарету и насадок, а если он размещен за электронной сигаретой, он будет аналогичным образом протягивать воздух через электронную сигарету и наружу через насадок. Оба вышеупомянутых решения находятся в рамках объема изобретения, хотя следует отметить, что размещение генератора воздушного потока за электронной сигаретой может приводить к конденсации аэрозолированного расходного материала или его накоплению каким-либо иным образом на подвижных частях генератора воздушного потока. Это может не представлять собой серьезную проблему для одноразовых устройств, но может влиять на их функциональность при длительном использовании.
В любом случае, электронная сигарета реагирует на сгенерированный воздушный поток обычным образом, путем обнаружения перепада давления, возникающего при данном воздушном потоке, и активируя свой нагреватель с целью формирования аэрозолированного расходного материала, который проходит через насадок 116, образуя отдельный поток аэрозолированного расходного материала, называемый здесь "лентой", который затем отходит в сторону от насадка.
Углубление или гнездо для электронной сигареты может выполнять двойную функцию, действуя как направляющая потока и направляя воздух, вытекающий из генератора воздушного потока, к воздухоприемным отверстиям 422 электронной сигареты, а также направляя аэрозолированный расходный материал, отталкиваемый или вытягиваемый из отдельной системы обеспечения аэрозоля, к насадку 16.
Таким образом, альтернативная система 100' обеспечения аэрозоля взаимодействует с электронной сигаретой 400, функционируя аналогично системе обеспечения аэрозоля, рассмотренной в предыдущем варианте реализации и показанной на фиг. 1.
Преимущество такого решения заключается в том, что оно позволяет преобразовывать обычные электронные сигареты и аналогичные системы обеспечения аэрозоля из устройств, активируемых за счет выполнения затяжки пользователем, в устройства создания потока или ленточные устройства, создающие выходящий из них поток аэрозолированного расходного материала, который может вдыхаться пользователем без контактирования устройства губами.
Управление характеристиками потока или ленты аэрозолированного пара может осуществляться несколькими способами. Характеристики ленты потенциально включают в себя её форму, скорость, плотность и частоту. Факторы, влияющие на каждый из этих параметров, рассматриваются ниже.
Форма ленты, как правило, зависит от формы поперечного сечения отверстия насадка. Плоская, щелевидная форма отверстия приводит к формированию плоской ленты аэрозолированного расходного материала по меньшей мере на коротком расстоянии от системы обеспечения аэрозоля. Круглая форма поперечного сечения отверстия насадка приводит к образованию колонки пара, аналогичной изображенной на фиг. 2A и 2B. Известные в существующем уровне техники другие формы отверстий насадков включают в себя (но не ограничиваются) плоскоструйное отверстие, удлиненное плоскоструйное отверстие, плоскоструйное отверстие постоянного диаметра, двойное плоскоструйное отверстие, отверстие с полым конусом распыла и со сплошным конусом распыла. Следует иметь в виду, что насадки различной формы могут быть взаимозаменяемыми.
Как вариант, форма отверстия насадка может динамически изменяться, например, за счет использования механизма вращающихся дисков в корпусе или под корпусом насадка, содержащего множество отверстий, по конструкции аналогичного головке душа. Таким образом, при использовании такого механизма вращение насадка может изменять эффективное поперечное сечение ленты, изменяя поток от широкого до узкого.
Кроме того, эластичный насадок с электроуправляемым приводом может изменять площадь поперечного сечения отверстия насадка, аналогично тому, как это делается в затвор-диафрагме фотоаппарата.
Аналогичным образом, может использоваться электроприводной игольчатый клапан, игла которого установлена в центре выпускного отверстия клиновидного насадка; при приближении иглы ближе к выпускному отверстию насадка поток ленты прекращается. Для создания различных эффектов могут использоваться разные профили игл.
Аналогичным образом, воздушный поток может поворачиваться при выходе из насадка, например, за счет использования двух направляющих каналов различной площади поперечного сечения для подачи потока в насадок, что приводит к образованию перепада давлений в поперечном сечении объединенного аэрозольного потока, в результате чего происходит закручивание этого потока. Как вариант или дополнительно, может использоваться нарезной или спиралевидный направляющий канал или внутренняя поверхность насадка.
Аналогичным образом, в сочетании с соответствующим управлением воздушным потоком (описанным ниже) и, например, путем направления аэрозолированного пара на стенки направляющего канала или насадка, системой обеспечения аэрозоля могут создаваться вихревые кольца. Как вариант, с помощью соответствующих насадков, таких как насадок с полым конусом распыла или насадок со сплошным конусом распыла, можно создавать кольцеобразное распределение аэрозоля.
Следует иметь в виду, что при необходимости один или несколько насадков с различным формообразованием выходной ленты могут использоваться с каждым из других насадков; например, закручивание воздушного потока может использоваться совместно с регулированием размера насадка.
Скорость образующего ленту потока аэрозоля зависит от давления, создаваемого генератором воздушного потока, и пути прохождения потока.
Максимальное и минимальное давления генератора воздушного потока, в свою очередь, будет зависеть от выбора технологии, используемой для генерирования воздушного потока. Пьезоэлектрические воздуходувные устройства и диафрагменные насосы, например, могут генерировать поток с расходом 1 л/мин и давлением 1,5-2,0 кПа (перед выходом из насадка). Принцип работы пьезоэлектрических вентиляторных устройств аналогичен принципу работы обычных ручных вентиляторов. В одной системе обеспечения аэрозоля могут использоваться одно или несколько таких устройств, и, таким образом, в качестве неограничивающего примера, расход воздуха при этом может составлять от 0,1 до 3,0 л/мин, но чаще порядка 1,0 л/мин.
В частности, пьезоэлектрические устройства, такие, как описанные выше, работают на резонансной частоте диафрагмы или лопаток; это очень эффективно, но обычно означает, что устройство работает только на одной скорости и имеет только один (максимальный) расход. Однако, как правило, благодаря размерам устройства и свойствам материала пьезоэлектрического привода, резонансная частота составляет порядка десятков тысяч Герц. Таким образом, регулирование расхода может быть достигнуто путем применения переменного рабочего цикла активации, составляющего порядка десятых или сотых долей секунды; в результате, получаемое быстрое втягивание воздуха обеспечивает быстрое смешивание и выравнивание концентрации смеси во время её поступления в атомайзер 145 или электронную сигарету 400 или прохождения через эти устройства.
Кроме того, в случае применения множества воздуходувных или лопаточных устройств, возможна их выборочная активация или деактивация с целью изменения величины расхода, хотя следует иметь в виду, что такое решение может оказаться сравнительно неэффективным в плане использования доступного пространства устройства, его стоимости и потребления энергии.
К другим технологиям для генератора воздушного потока относится применение вентиляторов с приводом от электродвигателя постоянного тока; такое решение обеспечивает легкое регулирование расхода воздушного потока в зависимости от частоты вращения вентилятора. Однако по сравнению с пьезоэлектрическими насосами они создают высокий уровень шума и имеют относительно высокое энергопотребление. Кроме того, они содержат подвижные детали, такие как подшипники, подверженные износу, что может приводить к выходу из строя системы обеспечения аэрозоля или необходимости техобслуживания.
И, наконец, можно было бы использовать емкость со сжатым воздухом с электрически активируемым клапаном. Это могло бы подходить, например, для устройств одноразового применения. Как вариант, емкость можно было бы перезаправлять, например, с помощью ручного насоса, встроенного в корпус устройства или поставляемого отдельно. Следует принимать во внимание, что емкость со сжатым воздухом можно использовать совместно с электрически приводимым воздуходувным устройством, лопаточным устройством или вентилятором для обеспечения увеличения расхода воздуха при необходимости.
Следовательно, давление воздушного потока, генерируемого генератором воздушного потока, может регулироваться контроллером (например, путем использования рабочих циклов) для задания стандартного уровня характеристик воздушного потока конкретной системы обеспечения аэрозоля и/или требуемой настройки насадка, с целью генерирования ленты аэрозолированного расходного материала с заданными характеристиками. Таким образом, общий расход воздуха, проходящего через систему обеспечения аэрозоля, равно как и скорость аэрозолированного расходного материала на выходе из насадка, также могут регулироваться путем увеличения (если это возможно) или уменьшения стандартного уровня давления. Это, в свою очередь, может обеспечивать различные характеристики, связанные с формой ленты, её длиной и плотностью аэрозолированного расходного материала в ленте.
В некоторых случаях пользователь может дополнительно производить регулирование расхода воздуха, и, следовательно, на корпусе системы обеспечения аэрозоля может быть предусмотрено устройство ввода для осуществления такого регулирования. Например, могут быть выполнены кнопки "Увеличение частоты вращения" и "Уменьшение частоты вращения" или лимб с аналогичными обозначениями, как это делается на портативных стереосистемах для регулирования громкости. Таким образом, контроллер сможет увеличивать (если возможно) или уменьшать расход воздуха относительно стандартного уровня по сигналу пользователя. После этого пользователь сможет увидеть влияние данного действия на свойства ленты и выбрать нужную частоту вращения. В некоторых случаях, контроллер может сохранять данную настройку для последующего применения.
Плотность аэрозолированного расходного материала зависит от расхода воздуха и степени атомизации расходного материала в системе обеспечения аэрозоля. Степень атомизации, в свою очередь, зависит от количества тепла (или другого стимулирующего атомизацию параметра), подведенного к расходному материалу.
Опять же, уровень тепла или другого стимулирующего фактора, используемого для атомизации расходного материала, может динамически регулироваться, например, путем применения рабочего цикла. В случае нагревателя, напряжение/сила тока, подаваемое(ая) на нагреватель, может регулироваться для формирования в большей или меньшей степени аэрозолированного расходного материала (например, пара жидкости).
Таким образом, для поддержания требуемой плотности аэрозолированного расходного материала ленты, рабочий цикл или напряжение/ток, используемые с целью регулирования степени атомизации, предпочтительно, должны изменяться в зависимости от расхода воздуха атомайзера.
Поскольку воздушный поток генерируется известными компонентами и проходит по известному пути, можно рассчитать заранее, и, следовательно, задать расход для данного состояния генератора воздушного потока (а в некоторых случаях, и для данного состояния насадка, если он является регулируемым). Таким образом, блок управления 160 может содержать справочную таблицу, содержащую значения настроек регулирования генератора воздушного потока в зависимости от значений регулировочных настроек нагревателя или другого стимулирующего механизма, применяемого для атомизации расходного материала, таким образом, чтобы при увеличении расхода степень атомизации увеличивалась бы на соответствующую величину. Вышеупомянутая зависимость может быть линейной или нелинейной и может определяться эмпирически.
Как вариант или дополнительно, расход воздуха, проходящего через атомайзер, может измеряться непосредственно для регулирования степени атомизации.
Существует множество технологий измерения расхода воздуха, которые могут рассматриваться для использования в системе обеспечения аэрозоля, хотя применение некоторых из них может приводить к созданию слишком крупногабаритных устройств, или могут быть слишком дорогостоящими на практике, или могут обеспечивать либо неоправданно высокую, либо недостаточно высокую точность измерения в условиях работы системы.
Таким образом, к числу возможных устройств для измерения расхода воздуха относятся:
- Датчики перепада давлений; однако, на практике перепад давлений, создаваемый воздушным потоком, будет слишком маленьким, и, кроме того, такие датчики чувствительны также к изменениям температуры и давления окружающей среды.
- Массовые расходомеры Кориолиса; такие расходомеры, скорее всего, будут обладать низкой точностью в диапазоне расходов системы обеспечения аэрозоля, и сами будут приводить к возникновению перепада давлений, который может влиять на расход и свойства ленты системы обеспечения аэрозоля.
- Ультразвуковые расходомеры Допплера; точность данных расходомеров снижается по мере уменьшения размера канала, и справедлива только для аэрозолированного расходного материала, содержащего частицы достаточно большого размера, способные обеспечивать отражение, и достаточной плотности, чтобы обеспечивать измеримый результат, однако, преимуществом данных расходомеров является то, что они не создают помех потоку аэрозоля.
- Лазерные расходомеры Допплера; аналогичны ультразвуковым расходомерам Допплера, но могут обнаруживать значительно более мелкие частицы, такие как частицы пара, однако, могут быть сравнительно дорогостоящими.
- Терморасходомеры или проволочные термоанемометры; эти расходомеры измеряют изменение температуры горячей проволоки или пластины при обтекании её воздухом, забирая некоторое количество тепла за счет теплопроводности. Такой датчик может быть установлен перед нагревателем в атомайзере, что сделает его не зависящим от влияния нагревателя на воздушный поток. В принципе, можно использовать измерение самого нагревателя в качестве проволочного термоанемометра, используя замеренную разность между ожидаемой и фактической температурами нагревателя в качестве индикации расхода. В любом случае, температуру можно измерять путем измерения сопротивления нагретой проволоки или нагревателя, которое будет изменяться в зависимости от их температуры.
- Термоэлектрические датчики; они могут использоваться для измерения температуры сгенерированного аэрозоля, с относительным уменьшением температуры аэрозоля, указывающим на более высокий расход. Такое сравнение может производиться относительно расчетной температуры аэрозоля для данного расхода воздуха и данной температуры нагрева.
- Ламинарные расходомеры; в этих расходомерах используется контроль разности расходов наиболее удаленной от центра колонны воздуха, соприкасающейся с краями проточного канала (и, следовательно, замедляющейся) и расположенной наиболее близко к центру колонны воздуха (то есть перемещающейся при сравнительном отсутствии трения). Однако устройство такого типа будет относительно инвазивным, оказывающим влияние на воздушный поток, и, кроме того, его стоимость будет сравнительно высокой.
Таким образом, несмотря на то, что все вышеперечисленные типы расходомеров могут рассматриваться в качестве потенциально применимых для использования в системе обеспечения аэрозоля, наиболее вероятным является использование проволочного термоанемометра, либо в виде отдельного проволочного термоанемометра, установленного на пути прохождения воздушного потока между генератором воздушного потока и атомайзером, либо основанным на измерении температуры самого нагревателя.
В любом случае, при использовании расчетного и/или замеренного расхода воздуха, может производиться регулирование нагревателя или устройства стимулирования атомизации в атомайзере с целью изменения плотности аэрозолированного расходного материала в воздухе путем повышения или снижения подвода тепла/стимулирования.
Как правило, пользователь может производить регулирование плотности, и, следовательно, на корпусе системы обеспечения аэрозоля может быть предусмотрено устройство ввода для осуществления такого регулирования. Например, могут быть предусмотрены кнопки "Повышение плотности" и "Понижение плотности" или лимб с аналогичными обозначениями, как это делается на портативных стереосистемах для регулирования громкости. Таким образом, контроллер 160 может повышать или понижать плотность аэрозолированного расходного материала ленты относительно уровня плотности по умолчанию по сигналу пользователя. При необходимости, контроллер 160 мог бы сохранять скорректированную настройку плотности для последующего использования. Также при необходимости, контроллер 160 мог бы задавать максимальное значение плотности, основанное на замеренном или известном значении расхода воздуха.
Следует принимать во внимание, что в варианте реализации, в котором атомайзер выполнен в виде отдельной системы обеспечения аэрозоля, такой как электронная сигарета, размещенная внутри корпуса, вышеописанный регулятор плотности может быть неподходящим. В таком случае, может использоваться расходомер, обеспечивающий расход воздуха, калиброванный для конкретного типа электронной сигареты, с целью генерирования плотности аэрозоля по умолчанию из электронной сигареты. В качестве альтернативы однако, могут использоваться электронные сигареты или иные отдельные системы обеспечения аэрозоля, конкретно совместимые с системой обеспечения аэрозоля, такой как система обеспечения аэрозоля, способная регулировать характеристики нагрева/атомизации отдельной системы обеспечения аэрозоля, например, с помощью электрических контактов или беспроводной связи, такой как Блютус, и отдельная система обеспечения аэрозоля может содержать соответствующий датчик расхода, если используется измерение расхода. Таким образом, плотность аэрозоля можно регулировать путем использования такой комбинации устройств.
К другим функциям регулирования, которые при необходимости могут выполняться контроллером 160, относятся функция синхронизации, например, обеспечение предварительного нагрева нагревателя 146 атомайзера в заданный момент времени перед активацией генератора воздушного потока, таким образом, чтобы генерирование атомизированного расходного материала начиналось в момент, когда воздушный поток достигает атомайзера 145, чтобы он мог смешиваться с ним, образуя аэрозолированный расходный материал. Такая функция синхронизации может распространяться на изменяющееся по времени регулирование напряжения/силы тока, например, для быстрого нагрева вначале нагревателя до рабочей температуры перед снижением напряжения/силы тока до значения, соответствующего поддержанию температуры.
Синхронизация может также регулироваться для автоматического отключения воздушного потока и нагревателя по истечении определенного периода времени с целью регулирования общего количества аэрозолированного расходного материала, вырабатываемого в течение одной операции. Такая синхронизация может отменять любое ручное регулирование, осуществляемое системой обеспечения аэрозоля (например, активацию кнопки 162), или наоборот. Такая синхронизация может использоваться и в других целях, например, для генерирования пульсирующей ленты, представляющей собой участки аэрозолированного расходного материала с зазорами между ними различной длины, для создания различных структур, или с целью синхронизации импульсов с различным цветным освещением от возможного источника освещения 164.
Как отмечалось выше, скорость и плотность аэрозоля ленты могут регулироваться пользователем, и эти регулировочные настройки могут обеспечиваться регуляторами на устройстве обеспечения аэрозоля. Кроме того, другие функции регулирования, такие как синхронизация, потенциально могут задаваться или настраиваться пользователем. Следовательно, при необходимости, эти регуляторы могут быть беспроводными в качестве альтернативы или в дополнение к регуляторам на системе обеспечения аэрозоля, например, с помощью Блютусной связи между контроллером и мобильным телефоном или планшетник, на котором установлено регулировочное приложение, или, аналогичным образом, путем использования беспроводной связи ближнего радиуса действия между контроллером и мобильным телефоном или планшетником.
Соответственно, следует учитывать, что рассмотренные выше способы регулирования могут осуществляться с помощью обычного аппаратного оборудования (такого как система обеспечения аэрозоля и/или мобильный телефон, если применимо), соответствующим образом адаптированного, в зависимости от конкретного случая, с командами программного обеспечения или путем включения или замены специального аппаратного оборудования.
Таким образом, требуемая адаптация к имеющимся частям обычного эквивалентного устройства может быть реализована в форме компьютерной программы, содержащей вводимые в процессор команды, хранимые в машиночитаемом носителе для долговременного хранения информации, таким как гибкий магнитный диск, оптический диск, жесткий диск, ППЗУ, ОЗУ, ЭППЗУ или любая комбинация этих и других устройств хранения информации, или может быть реализована в аппаратном оборудовании, таком как ASIC (специализированная интегральная микросхема) или ППВМ (программируемая пользователем вентильная матрица), или другая конфигурируемая схема, подходящая для адаптирования обычного эквивалентного устройства. Кроме того, такая компьютерная программа может передаваться с помощью сигналов данных сети, такой как Ethernet, беспроводной сети, Интернета или любой комбинации этих или других сетей.
На мобильном телефоне или планшетнике такие команды программного обеспечения могут содержать реализацию способа, включающего в себя:
- установление связи (например, Блютуса или беспроводной связи малого радиуса действия) с системой 100 обеспечения аэрозоля;
- при необходимости, получение данных о состоянии системы обеспечения аэрозоля, например, текущих значений по умолчанию температуры нагревателя и воздушного потока, по которым может быть рассчитано значение плотности аэрозоля, и, возможно, другой полезной информации, такой как уровень зарядки аккумулятора, уровень расходного материала и т.п.;
- обеспечение для пользователя пользовательского интерфейса, который может содержать регулировочные элементы для системы обеспечения аэрозоля по одному или более параметрам из приведенного ниже списка:
- расход воздуха, генерируемого системой обеспечения аэрозоля;
- скорость воздуха на насадке;
- температура нагревателя (например, в виде шкалы "минимум-максимум");
- плотность аэрозолированного расходного материала (например, в виде шкалы "концентрация"); и
- продолжительность активации (например, в виде шкалы "минимум-максимум");
- считывание с пользовательского интерфейса одного или нескольких входных сигналов, обозначающих один или несколько параметров регулирования; и
- и затем передачу соответствующих значений параметров регулирования в систему обеспечения аэрозоля, с вычислением, при необходимости, значений соответствующих параметров регулирования или преобразования их в значения, соответствующие системе обеспечения аэрозоля (например, преобразование положения по шкале "минимум-максимум" в конкретное значение, соответствующее фактическим минимальному и максимальному величинам для системы обеспечения аэрозоля).
К примерам таких вычислений относится расчет температуры нагревателя и расхода воздуха для получения замеренного значения плотности аэрозолированного расходного материала, как было описано выше, или расчет подходящего расхода воздуха для получения требуемой скорости воздуха в насадке. В случаях со сменным насадком, текущая конфигурация насадка может определяться, например, с помощью контроллера в системе обеспечения аэрозоля, и передаваться на мобильный телефон. Как вариант, в случаях с регулируемым насадком может выполняться коррекция конфигурации насадка и регулирование расхода воздуха для получения требуемой скорости воздуха.
В случаях, когда программное обеспечение может поддерживать множество моделей системы обеспечения аэрозоля, отдельные модели могут идентифицировать себя в процессе программного подтверждения установления связи, и соответствующие характеристики модели системы обеспечения аэрозоля могут извлекаться программным обеспечением для определения, например, того, какие регуляторы могут быть доступны и предоставлены пользователю, и какие диапазоны на данных регуляторах являются доступными.
Соответственно, на самой системе обеспечения аэрозоля такие команды программного обеспечения могут содержать реализацию способа, включающего в себя:
- установление сообщения (например, Блютуса или беспроводной связи малого радиуса действия) с удаленным устройством (например, мобильным телефоном или планшетником);
- при необходимости, передачу на удаленное устройство данных о состоянии системы обеспечения аэрозоля, например, текущих значений по умолчанию температуры нагревателя и воздушного потока, по которым может быть рассчитано значение плотности аэрозоля, и, возможно, другой полезной информации, такой как уровень зарядки аккумулятора, уровень расходного материала и т.п.;
- получение с удаленного устройства значение параметров регулирования, соответствующих регулированию одного или нескольких из нижеприведенного списка:
- расход воздуха, генерируемого системой обеспечения аэрозоля;
- скорость воздуха на насадке;
- температура нагревателя;
- плотность аэрозолированного расходного материала; и
- продолжительность активации;
- и, затем, настройку характеристик конкретного или каждого соответствующего компонента системы обеспечения аэрозоля, для которого было получено измененное значение параметра регулирования.
Опять же, как в случае с программным обеспечением мобильного телефона, при необходимости, если мобильный телефон не выполняет соответствующие вычисления по полученным от пользователя определенным сигналам, таким как требуемая плотность аэрозолированного расходного материала или концентрация ленты, а вместо этого просто передает эти пользовательские входные величины как приблизительные значения регулируемых параметров, то эти вычисления могут выполняться контроллером 160 для получения корректных значений регулируемых параметров.
Как отмечалось ранее, важным преимущественным свойством ленты является то, что она предназначена для вдыхания пользователем без необходимости использования мундштука; поэтому система обеспечения аэрозоля создает свой собственный воздушный поток. Вероятно, поэтому пользователю следует воздерживаться от помещения насадка в рот, что может быть сделано по привычке. Соответственно, вокруг насадка может быть установлен возможный защитный элемент 118 для удерживания или предотвращения пользователя от взятия насадка в рот. Кроме того, этот защитный элемент может иметь одно или несколько воздухоприемных отверстий (не показаны) вблизи основания (т.е. рядом с торцом, соприкасающимся с корпусом 101), так что если пользователь не помещает защитный элемент в рот, все еще возможно сохранять равновесие давлений. Такой защитный элемент может служить также для ограждения выпускного отверстия насадка от срывающего внешнего потока воздуха, такого как ветер, который может нарушать формирование ленты. На фиг. 2A, 2B и 2C показан прозрачный защитный элемент, только в качестве примера.
Другим важным свойством ленты является то, что она предназначена для практически немедленного вдыхания одним пользователем, и поэтому генерируется в течение короткого периода времени (как правило, приблизительно от 0,5 сек до 5 сек), и в виде плотной струи, истекающей из насадка системы обеспечения аэрозоля.
Как показано на фиг. 4, в возможном варианте реализации настоящего изобретения, при отсутствии срывающего воздушного потока (такого, как ветер в поперечном направлении или вдыхание пользователем) вышеупомянутая плотная струя, предпочтительно, имеет угол рассеивания в диапазоне 0-5° на первых 3 см от насадка, более предпочтительно, угол рассеивания в диапазоне 0-4° на первых 3 см от насадка, более предпочтительно, угол рассеивания в диапазоне 0-3° на первых 3 см от насадка, более предпочтительно, угол рассеивания в диапазоне 0-2° на первых 3 см от насадка, и еще более предпочтительно, угол рассеивания в диапазоне 0-1° на первых 3 см от насадка. Таким образом, угол рассеивания можно понимать как изменение ширины видимой аэрозольной струи в зависимости от расстояния от торца насадка. Чисто параллельный ламинарный поток, таким образом, будет иметь угол рассеивания, равный 0°. На фиг. 4 показаны выбранные углы рассеивания 5°, 2° и 0° для насадка с условным диаметром 2,5 мм.
Между тем, на фиг. 2A и 2B изображена лента/струя с углом рассеивания, равным приблизительно 1° - 2° на расстоянии первых 3 см от торца насадка. Как правило, после этого расстояния сопротивление воздуха и турбулентность приводят к тому, что поток начинает разрушаться.
Диаметр выпускного отверстия насадка, как правило, составляет порядка 1-5 мм, и, таким образом, диаметр ленты на расстоянии первых 3 см от торца насадка также составляет приблизительно 1-5 мм.
Как правило, пользователь выполняет вдыхание струи на расстоянии от 1 см до 15 см от насадка. На фиг. 2C изображен пользователь, выполняющий вдох на расстоянии приблизительно 5 см от насадка.
Обращаясь снова к фиг. 1 и 3, мы видим, что в варианте реализации настоящего изобретения система (100, 100') (обеспечения аэрозоля) содержит источник питания 142, генератор 144 воздушного потока, работающий от источника питания, и насадок 116. Как уже указывалось ранее, генератор воздушного потока осуществляет генерирование воздушного потока, который проходит сначала через атомайзер 145, создавая аэрозолированный расходный материал, а затем через насадок; и насадок служит для формирования струи аэрозолированного расходного материала, предназначенной для вдыхания пользователем.
Следует принимать во внимание, что, таким образом, пользователям не требуется касаться своими губами системы обеспечения аэрозоля, хотя, при желании, они могут это делать. Следовательно, при необходимости, в возможном варианте реализации настоящего изобретения может быть предусмотрен съемный мундштук, который пользователь может прикреплять к насадку для физического контакта с системой обеспечения аэрозоля более обычным образом путем выполнения затяжки через мундштук. Это может быть полезным в случаях, когда погодные условия (например, ветер) затрудняют использование системы обеспечения аэрозоля. И наоборот, пользователь может захотеть использовать такой мундштук по умолчанию, но при этом он будет иметь возможность снимать его и наслаждаться использованием ленты/струи, например, при отдыхе у себя дома или при использовании системы обеспечения аэрозоля совместно с друзьями.
В возможном варианте реализации настоящего изобретения система обеспечения аэрозоля содержит атомайзер, например, выполненный в виде встроенного или съемного компонента системы обеспечения аэрозоля, и/или содержащего встроенный или сменный отсек расходного материала. При необходимости, в данном варианте, атомайзер является частью второй отдельной системы 400 обеспечения аэрозоля (и, следовательно, является съемным компонентом системы 100' обеспечения аэрозоля), и система обеспечения аэрозоля 100' содержит гнездо, предназначенное для установки второй отдельной системы 400 обеспечения аэрозоля. Это гнездо может служить также для направления воздушного потока, создаваемого генератором воздушного потока, к воздухоприемным отверстиям 422 второй отдельной системы обеспечения аэрозоля и/или для обеспечения по меньшей мере частичного уплотнения за воздухоприемными отверстиями 422 второй отдельной системы обеспечения аэрозоля, таким образом, чтобы заставлять по меньшей мере часть воздушного потока поступать во вторую отдельную систему обеспечения аэрозоля.
В данном варианте реализации изобретения, расход генерируемого аэрозолированного расходного материала зависит от одного или нескольких параметров, выбираемых из группы, включающей в себя заданный расход воздуха для данного генератора воздушного потока (например, расчетного расхода воздуха для текущих настроек генератора, как было указано выше), и замеренный расход воздуха на пути прохождения воздуха в системе обеспечения аэрозоля (например, например, путем использования одного или нескольких вышеуказанных датчиков расхода воздуха). При необходимости, в данном варианте в качестве датчика может использоваться тепловой датчик расхода. В таком случае, как было указано выше в настоящем описании, нагреватель атомайзера может функционировать как тепловой датчик расхода, например, путем измерения его сопротивления в зависимости от температуры и сравнения данного сопротивления с расчетным для данного напряжения/силы тока, подаваемого на нагреватель.
В данном варианте реализации изобретения, генератор воздушного потока содержит одно или несколько устройств, выбранных из группы, включающей в себя пьезоэлектрическое воздуходувное устройство, пьезоэлектрическое лопаточное устройство, приводной вентилятор и источник сжатого воздуха.
В данном варианте реализации изобретения, насадок можно удалять из системы обеспечения аэрозоля (например, путем отвинчивания от корпуса), и, следовательно, его можно заменять одним или несколькими альтернативными насадками. Альтернативные насадки могут иметь другие формы выпускного отверстия для изменения формы, и, возможно, рассеивания ленты/струи, как было указано выше.
В данном варианте реализации изобретения, система обеспечения аэрозоля содержит защитный элемент, служащий для предотвращения контакта с губами пользователя, например, если пользователь случайно попытается выполнить затяжку обычным способом из насадка, как это делается в активируемой за счет затяжки системе обеспечения аэрозоля. Как было указано выше, насадок может содержать воздухоприемные отверстия, чтобы пользователь при затягивании втягивал воздух снаружи через эти воздухоприемные отверстия, и, кроме того, чтобы любой воздушный поток, генерируемый устройством обеспечения аэрозоля, имел возможность выхода в случае, когда пользователь не совершает затяжку, то есть чтобы устранялась возможность повышения давления внутри устройства, которое может привести к повреждению генератора воздушного потока или вызвать проблемы с отложением аэрозоля внутри атомайзера или на других частях устройства.
В данном варианте реализации изобретения, система обеспечения аэрозоля содержит контроллер 160 и активируется по сигналу пользователя; указанный контроллер служит для регулирования одного или нескольких параметров из группы, включающей в себя расход воздуха генератора воздушного потока и расход аэрозолированного расходного материала, генерируемого атомайзером. Как было указано выше, входной сигнал пользователя может иметь максимальное или минимальное значение, задаваемое контроллером, например, для ограничения плотности аэрозолированного расходного материала в потоке и удержания указанной плотности в предпочтительном диапазоне. В таком случае, при необходимости, в системе обеспечения аэрозоля могут быть предусмотрены элементы управления, например, в виде кнопок или лимбов, служащих для подачи входных сигналов на контроллер; альтернативно или в качестве дополнения, при необходимости, система обеспечения аэрозоля может содержать средство беспроводной связи, такое как Блютус  или устройство беспроводной связи малого радиуса действия, и указанное средство беспроводной связи может принимать входной сигнал пользователя от отдельного устройства (такого как мобильный телефон), содержащего соответствующий беспроводной передатчик.
На фиг. 5 представлен способ обеспечения аэрозоля согласно варианту реализации настоящего изобретения, включающий в себя:
- в первой операции s510 - генерирование аэрозолированного расходного материала в системе (100, 100') обеспечения аэрозоля; и
- во второй операции s520 - генерирование воздушного потока в системе обеспечения аэрозоля, при котором сгенерированный воздушный поток захватывает аэрозолированный расходный материал и проносит его сквозь насадок 116; и
- в третьей операции s530 - испускание аэрозолированного расходного материала через насадок в виде струи, предназначенной для вдыхания пользователем. Как уже указывалось выше, следует иметь в виду, что, следовательно, пользователям не требуется касаться своими губами системы обеспечения аэрозоля, хотя, при желании, они могут это делать.
Следует принимать во внимание, что операции s510 и s520 могут начинаться в любой последовательности, в том числе, одновременно, а также могут производиться практически одновременно. Аналогичным образом, во время работы устройства операция s530 может практически совпадать по времени с операцией s520.
В данном варианте реализации изобретения, операция генерирования аэрозолированного расходного материала в системе 100' обеспечения аэрозоля выполняется второй системой 400 обеспечения аэрозоля, оперативно соединенной с системой 100' обеспечения аэрозоля.
В данном варианте реализации изобретения, операция генерирования аэрозолированного расходного материала представляет собой операцию генерирования аэрозолированного расходного материала со скоростью (т.е. при расходе аэрозолированного расходного материала), зависящем от одного или нескольких параметров из группы, включающей в себя: заданный расход воздуха для данного генератора воздушного потока и замеренный расход воздуха на пути прохождения воздуха.
В данном варианте реализации изобретения, способ включает в себя также операцию обеспечения защитного элемента, служащего для предотвращения контакта насадка с губами пользователя.
В возможном варианте реализации настоящего изобретения, способ включает в себя обеспечение машиночитаемого носителя, содержащего выполняемые компьютером команды, служащего для того, чтобы заставлять компьютерную систему осуществлять способ, включающий в себя операции установления связи с системой обеспечения аэрозоля 100 согласно п. 1; обеспечение для пользователя пользовательского интерфейса, содержащего один или несколько элементов управления для системы обеспечения аэрозоля для одного или нескольких параметров, выбираемых из группы, включающей в себя расход воздуха, генерируемого системой обеспечения аэрозоля, скорость воздуха в насадке, температуру нагревателя, плотность аэрозолированного расходного материала и продолжительность активации; считывание одного или нескольких входных сигналов, поступающих с пользовательского интерфейса, определяющих один или несколько параметров регулирования; и передачу соответствующих значений параметров регулирования в систему обеспечения аэрозоля.