УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ, СОДЕРЖАЩЕЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ
AEROSOL GENERATING DEVICE CONTAINING A VOLTAGE CONVERTER AND A METHOD FOR CONTROLLING SUCH A DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[1] В одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения предложено устройство для генерирования аэрозоля, содержащее преобразователь напряжения, и способ управления таким устройством.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[2] В последнее время возросла потребность в альтернативных способах преодоления недостатков обычных сигарет. Например, растет потребность в способе создания аэрозоля нагреванием аэрозольгенерирующего материала в сигаретах, вместо сжигания сигарет. В связи с этим активно проводились исследования сигарет нагревательного типа и устройств для генерирования аэрозоля нагревательного типа.
[3] Нагреватель в устройстве для генерирования аэрозоля нагревает сигарету, вставленную в устройство для генерирования аэрозоля. Устройство для генерирования аэрозоля может управлять электрическим питанием, подаваемым на нагреватель, на основании предварительно установленного температурного профиля.
[4] Нагреватель может работать в режиме предварительного нагрева и в режиме нагрева на основании предварительно установленного температурного профиля. Когда нагреватель работает в режиме предварительного нагрева, устройство для генерирования аэрозоля может потреблять большой ток для достижения нагревателем заданной температуры в течение короткого периода времени. Соответственно, выходное напряжение аккумулятора может внезапно резко снизиться. Когда выходное напряжение аккумулятора быстро падает, трудно отслеживать изменение температуры нагревателя в режиме реального времени. Поэтому может быть трудно добиться постоянства времени предварительного нагрева для каждой нагреваемой сигареты. В результате, вкус сигарет может отличаться.
РАСКРЫТИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
[5] В одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения предложено устройство для генерирования аэрозоля, содержащее преобразователь напряжения, и способ управления таким устройством. В одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения решена проблема непостоянства времени предварительного нагрева сигарет по причине быстрого снижения выходного напряжения аккумулятора в режиме предварительного нагрева.
[6] Дополнительные аспекты изложены в последующем раскрытии и, в частности, следуют из раскрытия или практического использования предложенных вариантов осуществления.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
[7] В соответствии с одним из аспектов настоящего описания изобретения устройство для генерирования аэрозоля содержит: аккумулятор; нагреватель, выполненный с возможностью нагрева аэрозольгенерирующего материала; преобразователь напряжения, выполненный с возможностью обеспечения заданного фиксированного напряжения путем преобразования напряжения, подаваемого от аккумулятора, в стабилизированное напряжение; и контроллер, выполненный с возможностью определения режима работы нагревателя в режиме предварительного нагрева и управления электрической энергией, подаваемой от преобразователя напряжения к нагревателю таким образом, чтобы в режиме предварительного нагрева на нагреватель подавалось заданное фиксированное напряжение.
[8] Если подаваемое от аккумулятора напряжение ниже заданного фиксированного напряжения, преобразователь напряжения может повышать подаваемое напряжение, и если подаваемое от аккумулятора напряжение выше заданного фиксированного напряжения, преобразователь напряжения может понижать подаваемое напряжение.
[9] Нагреватель может работать в режиме предварительного нагрева и в режиме нагрева, а контроллер
[10] может управлять электрической энергией, подаваемой в нагреватель, таким образом, чтобы температура нагревателя достигла заданной температуры предварительного нагрева в режиме предварительного нагрева, и управлять электрической энергией, подаваемой в нагреватель, таким образом, чтобы температура нагревателя поддерживалась на уровне ниже заданной температуры предварительного нагрева в режиме нагрева.
[11] Кроме того, контроллер может определить период предварительного нагрева нагревателя в режиме предварительного нагрева, основываясь на количестве энергии, необходимой для достижения нагревателем заданной температуры предварительного нагрева, и заданном фиксированном напряжении, приложенном к нагревателю, при этом длительность периода приложения заданного фиксированного напряжения к нагревателю может быть относительно постоянной.
[12] В состав преобразователя напряжения может входить комбинированный преобразователь, операционный усилитель (OP Amp) или контроллер напряжения с малым падением напряжения (LDO).
[13] Устройство для генерирования аэрозоля может содержать первый переключатель, расположенный между преобразователем напряжения и нагревателем и выполненный с возможностью переключения между разомкнутым и замкнутым состояниями в соответствии с входным управляющим сигналом; и второй переключатель, расположенный между нагревателем и землей и выполненный с возможностью переключения между разомкнутым и замкнутым состояниями в соответствии с входным управляющим сигналом.
[14] Кроме того, контроллер может выдавать управляющий сигнал, который замыкает первый переключатель во время нагрева нагревателя, а также может выдавать управляющий сигнал, который многократно размыкает и замыкает второй переключатель в соответствии с рабочим циклом питания нагревателя во время нагрева нагревателя.
[15] Первый и второй переключатели могут содержать полевой транзистор.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[16] Преобразователь напряжения выдает заданное фиксированное напряжение путем преобразования напряжения от аккумулятора в стабилизированное напряжение таким образом, чтобы на нагреватель могло подаваться заданное фиксированное напряжение. Таким образом, благодаря возможности постоянной подачи на нагреватель заданного фиксированного напряжения можно обеспечить постоянную длительность предварительного нагрева для каждой нагреваемой сигареты. Кроме того, благодаря тому, что степень быстрого падения выходного напряжения аккумулятора в режиме предварительного нагрева может быть снижена, может быть увеличена энергетическая эффективность аккумулятора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[17] На ФИГ. 1-3 представлены схемы, иллюстрирующие установку сигареты в устройство для генерирования аэрозоля.
[18] На ФИГ. 4 представлена схема, показывающая характеристики регулирования температуры обычного устройства для генерирования аэрозоля.
[19] На ФИГ. 5 представлена схема с примером конфигурации устройства для генерирования аэрозоля.
[20] На ФИГ. 6 представлена схема, иллюстрирующая пример времени предварительного нагрева, когда между аккумулятором и нагревателем расположен преобразователь напряжения.
[21] На ФИГ. 7 представлена схема, иллюстрирующая пример зависимости выходного напряжения аккумулятора от времени, когда между аккумулятором и нагревателем расположен преобразователь напряжения.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[22] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для генерирования аэрозоля содержит: аккумулятор; нагреватель, выполненный с возможностью нагрева аэрозольгенерирующего материала; преобразователь напряжения, выполненный с возможностью обеспечения заданного фиксированного напряжения путем преобразования напряжения, подаваемого от аккумулятора, в стабилизированное напряжение; и контроллер, выполненный с возможностью определения режима работы нагревателя в режиме предварительного нагрева и управления электрической энергией, подаваемой от преобразователя напряжения к нагревателю, таким образом, чтобы в режиме предварительного нагрева на нагреватель подавалось заданное фиксированное напряжение.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[23] В отношении терминов, использованных для описания различных вариантов осуществления изобретения, общие термины, широко используемые в настоящее время, выбирают с учетом функций структурных элементов в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. Однако значения терминов могут быть изменены в соответствии с намерением, судебным прецедентом, появлением новой технологии и тому подобное. Кроме того, в некоторых случаях может быть выбран термин, который обычно не используют. В таком случае значение термина будет подробно раскрыто в соответствующей части раскрытия настоящего изобретения. Следовательно, терминам, используемым в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, следует давать определение на основе значений терминов и раскрытий, представленных в настоящем изобретении.
[24] Кроме того, если прямо не указано обратное, слово «содержать» и его формы, такие как «содержит» или «содержащий», будет пониматься как подразумевающие включение указанных элементов в состав чего-либо, но не как исключение любых других элементов. Кроме того, термины, обозначающие «блок», «часть» и «модуль», представленные в раскрытии, означают блоки для обработки, по меньшей мере, одной функции и операции и могут быть реализованы аппаратными компонентами или программными компонентами, а также их комбинациями.
[25] Ниже предложенное изобретение будет раскрыто более полно со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых примеры вариантов осуществления настоящего изобретения изображены таким образом, чтобы специалисту в данной области техники было легко разобраться в настоящем изобретении. Тем не менее, изобретение может быть реализовано во многих различных формах и не должно рассматриваться как ограниченное изложенными здесь вариантами осуществления изобретения.
[26] Ниже по тексту будут подробно раскрыты некоторые варианты осуществления предложенного изобретения со ссылкой на прилагаемые Фигуры.
[27] На ФИГ. 1-3 представлены схемы, иллюстрирующие установку сигареты в устройство для генерирования аэрозоля.
[28] Как показано на ФИГ. 1, устройство 1 для генерирования аэрозоля может содержать аккумулятор 11, контроллер 12 и нагреватель 13. Как показано на ФИГ. 2 и 3, устройство 1 для генерирования аэрозоля может дополнительно содержать испаритель 14. Кроме того, сигарета 2 может быть вставлена во внутреннее пространство устройства 1 для генерирования аэрозоля.
[29] На ФИГ. 1-3 показаны только те компоненты устройства 1 для генерирования аэрозоля, которые относятся к настоящему варианту осуществления. Таким образом, специалисту в данной области техники очевидно, что другие компоненты общего назначения могут быть включены в состав устройства 1 для генерирования аэрозоля дополнительно к компонентам, показанным на ФИГ. 1-3.
[30] На ФИГ. 1 показано, что аккумулятор 11, контроллер 12 и нагреватель 13 расположены последовательно. Кроме того, на ФИГ. 2 показано, что аккумулятор 11, контроллер 12, испаритель 14 и нагреватель 13 расположены последовательно. Кроме того, на ФИГ. 3 показано, что испаритель 14 и нагреватель 13 расположены параллельно. Тем не менее, внутренняя структура устройства 1 для генерирования аэрозоля не ограничена вариантами, показанными на ФИГ. 1-3. Иными словами, в соответствии с конструкцией устройства 1 для генерирования аэрозоля можно изменять расположение аккумулятора 11, контроллера 12, нагревателя 13 и испарителя 14.
[31] Когда сигарету 2 вставляют в устройство 1 для генерирования аэрозоля, устройство 1 для генерирования аэрозоля может приводить в действие нагреватель 13 и/или испаритель 14 с целью генерирования аэрозоля. Аэрозоль, сгенерированный в нагревателе 13 и/или испарителе 14, поступает к пользователю через сигарету 2.
[32] При необходимости, даже если сигарета 2 не вставлена в устройство 1 для генерирования аэрозоля, устройство 1 для генерирования аэрозоля может нагревать нагреватель 13.
[33] Аккумулятор 11 может подавать питание для работы устройства 1 для генерирования аэрозоля. Например, аккумулятор 11 может подавать питание для нагрева нагревателя 13 или испарителя 14 и для работы контроллера 12. Кроме того, аккумулятор 11 может подавать питание, необходимое для работы дисплея, датчика или мотора, установленных в устройстве 1 для генерирования аэрозоля.
[34] контроллер 12 может управлять всеми операциями устройства 1 для генерирования аэрозоля. В частности, контроллер 12, помимо аккумулятора 11, нагревателя 13 и испарителя 14, может управлять работой прочих компонентов, входящих в состав устройства 1 для генерирования аэрозоля. Кроме того, контроллер 12 может проверять состояние каждого компонента устройства 1 для генерирования аэрозоля, чтобы определить, находится ли устройство 1 для генерирования аэрозоля в рабочем состоянии.
[35] контроллер 12 может содержать по меньшей мере один процессор. Процессор может быть выполнен как массив из множества логических элементов или может быть выполнен как комбинация микропроцессора общего назначения и памяти, в которой хранится программа, исполняемая в микропроцессоре. Специалисту в данной области техники будет понятно, что процессор может быть выполнен с использованием других видов аппаратных средств.
[36] Нагреватель 13 может нагреваться энергией, поступающей от аккумулятора 11. Например, когда сигарета 2 вставлена в устройство 1 для генерирования аэрозоля, нагреватель 13 может быть расположен снаружи сигареты 2. Следовательно, нагретый нагреватель 13 может повышать температуру аэрозольгенерирующего материала в сигарете 2.
[37] Нагреватель 13 может содержать электрорезистивный нагреватель. Например, нагреватель 13 может содержать электропроводящую дорожку, и нагреватель 13 может нагреваться, когда по электропроводящей дорожке протекает электрический ток. При этом нагреватель 13 не ограничивается раскрытым выше примером и может представлять собой любой нагреватель, способный нагреваться до требуемой температуры. В данном случае требуемая температура может быть предварительно задана в устройстве 1 для генерирования аэрозоля или установлена пользователем.
[38] В другом примере нагреватель 13 может содержать индукционный нагреватель. В частности, нагреватель 13 может содержать электропроводящую катушку для нагрева сигареты индукционным способом, и сигарета может содержать токоприемник, который может нагреваться индукционным нагревателем.
[39] Например, нагреватель 13 может содержать цилиндрический нагревательный элемент, пластинчатый нагревательный элемент, игольчатый или стержневой нагревательный элемент и может нагревать внутреннюю или внешнюю часть сигареты 2 в соответствии с формой нагревательного элемента.
[40] Кроме того, устройство 1 для генерирования аэрозоля может содержать несколько нагревателей 13. В этом случае несколько нагревателей 13 могут быть расположены внутри или снаружи сигареты 2. Кроме того, некоторые из нагревателей 13 могут быть расположены внутри сигареты 2, а другие – снаружи сигареты 2. Кроме того, форма нагревателя 13 не ограничивается формой, изображенной на ФИГ. 1–3 и может изменяться.
[41] Испаритель 14 может генерировать аэрозоль путем нагрева жидкой смеси, после чего сгенерированный аэрозоль может поступать к пользователю через сигарету 2. Иными словами, аэрозоль, генерируемый испарителем 14, можно двигать вдоль воздушного канала устройства 1 для генерирования аэрозоля, который может быть выполнен с возможностью доставки аэрозоля, генерируемого испарителем 14, пользователю через сигарету 2.
[42] Например, испаритель 14 может содержать, помимо прочего, хранилище жидкости, элемент подачи жидкости и нагревательный элемент. Например, хранилище жидкости, элемент подачи жидкости и нагревательный элемент могут входить в состав устройства 1 для генерирования аэрозоля в качестве независимых модулей.
[43] В хранилище жидкости может храниться жидкая смесь. Например, жидкая смесь может представлять собой жидкость с содержанием табачного материала, в который входит летучий компонент табачного ароматизатора, или жидкость с содержанием нетабачного материала. Накопитель жидкости может быть выполнен с возможностью отсоединения от испарителя 14 или как единое целое с испарителем 14.
[44] Например, жидкий состав может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты, пряности, ароматические вещества или витаминные смеси. Пряности могут содержать, помимо прочего, ментол, перечную мяту, масло мяты кудрявой и различные ингредиенты с фруктовыми ароматами. Ароматизаторы могут содержать ингредиенты, способные сообщать пользователю различные ароматы или вкусы. Витаминные смеси могут представлять собой, помимо прочего, смесь, по меньшей мере, витамина A, витамина B, витамина С или витамина E. Кроме того, жидкая смесь может также содержать вещество для генерирования аэрозоля, например, глицерин и пропиленгликоль.
[45] Элемент подачи жидкости может перемещать жидкую смесь из хранилища жидкости к нагревательному элементу. Например, элемент подачи жидкости может представлять собой, помимо прочего, фитиль, например хлопковое волокно, керамоволокно, стекловолокно или пористую керамику.
[46] Нагревательный элемент представляет собой элемент для нагрева жидкой смеси, подаваемой элементом подачи жидкости. Например, нагревательный элемент может представлять собой, помимо прочего, металлический нагревательный провод, металлическую нагревательную пластину, керамический нагреватель или иное подобное устройство. Кроме того, нагревательный элемент может содержать токопроводящую нить, например нихромовую проволоку, и может быть намотан вокруг элемента подачи жидкости. Нагревательный элемент может нагреваться за счет подвода тока и может передавать тепло на жидкую смесь, контактирующую с нагревательным элементом, нагревая таким образом жидкую смесь. В результате может генерироваться аэрозоль.
[47] Например, испаритель 14 может представлять собой, в том числе, картомайзер или распылитель.
[48] Устройство 1 для генерирования аэрозоля может также содержать компоненты общего назначения в дополнение к аккумулятору 11, контроллеру 12, нагревателю 13 и испарителю 14. Например, устройство 1 для генерирования аэрозоля может содержать дисплей, способный выводить визуальную информацию, и / или мотор для вывода тактильной информации. Устройство 1 для генерирования аэрозоля может содержать, по меньшей мере, один датчик. Кроме того, устройство 1 для генерирования аэрозоля может быть выполнено таким образом, чтобы даже при вставленной сигарете 2 в устройство 1 для генерирования аэрозоля мог быть введен наружный воздух или из устройства мог быть выведен внутренний воздух.
[49] Хотя это и не показано на ФИГ. 1-3, устройство 1 для генерирования аэрозоля и дополнительный держатель могут образовывать единую систему. Например, подставку можно использовать для зарядки аккумулятора 11 устройства 1 для генерирования аэрозоля. В альтернативном варианте нагреватель 13 может нагреваться при соединении подставки и устройства 1 для генерирования аэрозоля друг с другом.
[50] Сигарета 2 может быть подобна обычной сигарете сгорающего типа. Например, сигарета 2 может быть разделена на первую часть, содержащую аэрозольгенерирующий материал, и вторую часть, содержащую фильтр и т. д. Вторая часть сигареты 2 также может содержать аэрозольгенерирующий материал. Например, аэрозольгенерирующий материал в форме гранул или капсул может быть вставлен во вторую часть.
[51] Первая часть может быть полностью вставлена в устройство 1 для генерирования аэрозоля, а вторая часть может быть выведена наружу. В альтернативном варианте осуществления только одна часть первой части может быть вставлена в устройство 1 для генерирования аэрозоля, или же вся первая часть и часть второй части могут быть вставлены в устройство 1 для генерирования аэрозоля. Пользователь может затягиваться аэрозолем, удерживая вторую часть во рту. В этом случае аэрозоль генерируется, когда наружный воздух проходит через первую часть, после чего полученный аэрозоль проходит через вторую часть и поступает в рот пользователя.
[52] Например, наружный воздух может поступать, по меньшей мере, в один воздушный канал, образованный в устройстве 1 для генерирования аэрозоля. Например, открытие и закрытие воздушного канала и/или размер воздушного канала могут быть отрегулированы пользователем. Соответственно, пользователь может регулировать количество и качество аэрозоля. В другом примере наружный воздух может поступать в сигарету 2, по меньшей мере, через одно отверстие, выполненное на поверхности сигареты 2.
[53] На ФИГ. 4 представлена схема, показывающая характеристики регулирования температуры обычного устройства для генерирования аэрозоля.
[54] ФИГ. 4 иллюстрирует температурный профиль 400 нагревателя, который нагревает аэрозольгенерирующий материал в устройстве 1 для генерирования аэрозоля. В данном случае температурный профиль нагревателя соответствует заданному температурному профилю для нагрева нагревателя. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения температурный профиль 400 может быть применен к нагревателю 13, который нагревает сигарету 2, показанную на ФИГ. 1 - 3. Однако тип нагревателя 13 и нагреваемый нагревателем 13 объект не ограничены указанным.
[55] Температурный профиль 400 нагревателя 13 может содержать режим 410 предварительного нагрева и режим 420 нагрева.
[56] Режим 410 предварительного нагрева может соответствовать периоду времени, в течение которого на нагреватель 13 подается электрическое питание для достижения нагревателем 13 заданной температуры предварительного нагрева. Заданная температура предварительного нагрева может варьироваться от 200 °C до 350 °C. Продолжительность периода времени, соответствующего режиму 410 предварительного нагрева, может варьироваться от 20 до 40 секунд.
[57] Устройство 1 для генерирования аэрозоля может получать команды от пользователя для управления нагревателем 13 в режиме 410 предварительного нагрева. Например, когда пользователь нажимает кнопку на устройстве 1 для генерирования аэрозоля, чтобы использовать устройство 1 для генерирования аэрозоля, нагреватель 13 может перейти в режим 410 предварительного нагрева, в котором температура нагревателя 13 быстро повышается до заданной температуры предварительного нагрева.
[58] После того, как нагреватель 13 перейдет в режим 410 предварительного нагрева, контроллер 12 может управлять электрической энергией, подаваемой на нагреватель 13, на основании температурного профиля режима 410 предварительного нагрева. Например, контроллер 12 может подавать электрическую энергию на нагреватель 13, чтобы нагреватель 13 достиг заданной температуры предварительного нагрева в режиме 410 предварительного нагрева. Чтобы нагреватель 13 достиг заданной температуры за короткий промежуток времени, контроллер 12 может установить частоту и рабочий цикл импульса тока, подаваемого аккумулятором 11 в нагреватель 13, на соответствующие максимальные значения посредством широтно-импульсной модуляции.
[59] Широтно-импульсная модуляция – это способ модуляции для управления аналоговой цепью с помощью цифрового сигнала от процессора. Если длительность (ширина) импульса означает период времени Т, в течение которого сигнал включен, а рабочий цикл означает соотношение времени включения и выключения, то значение рабочего цикла определяется как «длительность (ширина) импульса*100/T (период)». С увеличением рабочего цикла отношение времени включения и выключения в течение всего периода Т увеличивается, и средняя мощность, подаваемая на нагрузку, также увеличивается. Таким образом, контроллер 12 может управлять электрической мощностью, подаваемой на нагреватель 13 в режиме 410 предварительного нагрева, регулируя значение рабочего цикла широтно-импульсного модулятора.
[60] Однако способ, используемый контроллером 12 для регулирования подаваемой в нагреватель 13 электрической энергии не ограничен указанным, а температура нагревателя 13 может регулироваться различными способами, такими как дискретное управление, пропорциональное регулирование, интегральное регулирование, дифференциальное регулирование, ПИД-регулирование и т.п.
[61] Когда нагреватель 13 достигает заданной температуры предварительного нагрева, устройство 1 для генерирования аэрозоля может остановить режим 410 предварительного нагрева. Однако критерии запуска и остановки режима 410 предварительного нагрева не ограничиваются указанным. По завершении режима 410 предварительного нагрева устройство 1 для генерирования аэрозоля может уведомить пользователя о прекращении предварительного нагрева с помощью дисплея или светового индикатора для вывода визуальной информации, двигателя для вывода тактильной информации, звукового индикатора для вывода звуковой информации и т.п.
[62] По завершении режима 410 предварительного нагрева устройство 1 для генерирования аэрозоля может перевести нагреватель 13 в режим 420 нагрева. Режим 420 нагрева может относиться к периоду времени, который начинается после завершения режима 410 предварительного нагрева, когда нагреватель 13 нагрет до заданной температуры предварительного нагрева или более высокой.
[63] Контроллер 12 может управлять электрической энергией, подаваемой на нагреватель 13, на основании температурного профиля режима 420 нагрева. Например, контроллер 12 может регулировать подачу электрической энергии на нагреватель 13, поддерживая температуру нагревателя 13 на уровне ниже заданной температуры предварительного нагрева.
[64] Продолжительность периода времени, соответствующего режиму 420 нагрева, может варьироваться от 3 до 5 минут. По истечении заданного периода времени после запуска режима 420 нагрева устройство 1 для генерирования аэрозоля может отключить электрическую энергию, подаваемую на нагреватель 13. С другой стороны, еще до истечения заданного периода времени после запуска режима 420 нагрева, если частота затяжек пользователя, определяемая устройством 1 для генерирования аэрозоля, достигнет заданного значения, устройство 1 для генерирования аэрозоля может отключить электрическую энергию, подаваемую на нагреватель 13.
[65] Температура нагреваемой сигареты может зависеть от длительности периода действия режима 410 предварительного нагрева, другими словами, от времени предварительного нагрева. Это может быть проблемой, так как может нарушаться постоянство вкуса сигареты во время курения. Поэтому контроллер 12 может регулировать выходное напряжение аккумулятора 11 и изменение температуры нагревателя 13, чтобы поддерживать время предварительного нагрева сигареты на постоянном уровне.
[66] Тем не менее, устройство 1 для генерирования аэрозоля может потреблять большой ток для достижения нагревателем 13 заданной температуры в течение короткого периода времени в режиме 410 предварительного нагрева, как описано выше. Соответственно, выходное напряжение аккумулятора 11 может быстро снижаться.
[67] Когда выходное напряжение аккумулятора 11 быстро снижается, контроллеру 12 трудно контролировать изменение температуры нагревателя 13 в режиме реального времени, и, соответственно, контроллер 12 может быть не способен поддерживать постоянную длительность предварительного нагрева каждой нагреваемой сигареты. Кроме того, когда выходное напряжение аккумулятора 11 опускается до уровня отключения или более низкого значения, пользователю может не удастся завершить процесс курения.
[68] Здесь и далее будет раскрыта конфигурация устройства 1 для генерирования аэрозоля, позволяющая решить проблему падения напряжения аккумулятора 11.
[69] На ФИГ. 5 представлена схема, иллюстрирующая пример конфигурации устройства для генерирования аэрозоля.
[70] Как показано на ФИГ. 5, устройство 500 для генерирования аэрозоля может содержать аккумулятор 510, преобразователь 520 напряжения, нагреватель 530, контроллер 540, первый переключатель 550 и второй переключатель 560. На ФИГ. 5 показаны только некоторые компоненты устройства 500 для генерирования аэрозоля, важные для настоящего варианта осуществления. Однако специалисту в данной области техники очевидно, что дополнительно к компонентам, показанным на ФИГ. 5, в состав устройства 500 для генерирования аэрозоля могут быть включены другие компоненты общего назначения.
[71] Аккумулятор 510 подает электроэнергию для работы устройства 500 для генерирования аэрозоля. Аккумулятор 510 может подавать электрическую энергию для нагрева нагревателя 530. Аккумулятор 510 может также питать другие компоненты, контроллер 540, датчик и интерфейс, установленные в устройстве 500 для генерирования аэрозоля.
4
2
[72] Аккумулятор 510 может представлять собой литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO). Однако варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются представленным вариантом. Аккумулятор 510 может представлять собой литиево-кобальто-оксидный (LiCoO) аккумулятор, литиево-титанатный аккумулятор и т.д. Аккумулятор 510 может представлять собой перезаряжаемый или одноразовый аккумулятор.
[73] Аккумулятор 510 может разряжаться при подаче электрической энергии, необходимой для работы компонентов устройства 500 для генерирования аэрозоля, включая нагреватель 530. При разряде аккумулятора 510 напряжение на выходе аккумулятора может падать. Если аккумулятор 510 чрезмерно разряжен, то аккумулятор 510 более нельзя использовать. Поэтому внутри устройство 500 для генерирования аэрозоля можно задать напряжение отключения. Напряжение отключения указывает значение напряжения, определяющее полную разрядку аккумулятора и предназначено для предотвращения глубокого разряда. Если напряжение отключения установлено слишком высоким, то аккумулятор 510 может быть признан полностью разряженным слишком рано, что приведет к уменьшению доступной емкости аккумулятора 510. С другой стороны, если напряжение отключения установлено слишком низким, может существовать риск глубокого разряда аккумулятора 510. Поэтому необходимо установить подходящее напряжение отключения.
[74] Например, если аккумулятор 510 является литий-ионным аккумулятором, то аккумулятор 510 может быстро разряжаться с момента, когда напряжение аккумулятора 510 опускается примерно до 3,3-3,4 В. В результате аккумулятор 510 может оказаться в состоянии глубокого разряда. Поэтому для предотвращения глубокого разряда в устройстве 1 для генерирования аэрозоля можно установить напряжение отключения около 3,5 В.
[75] Преобразователь 520 напряжения может быть электрически последовательно подключен к аккумулятору 510. Например, преобразователь 520 напряжения может быть расположен между аккумулятором 510 и первым переключателем 550, который последовательно подключается к аккумулятору 510.
[76] Преобразователь 520 напряжения может преобразовывать напряжение, подаваемое от аккумулятора 510, в стабилизированное напряжение для выдачи заданного фиксированного напряжения. Напряжение, подаваемое с аккумулятора 510, идентично выходному напряжению аккумулятора 510. Заданное фиксированное напряжение может быть определено с учетом эффективности повышения температуры нагревателя 530, равномерности генерируемого распыления, качества вкуса табака и т.п.
[77] Когда нагреватель 13 работает в режиме предварительного нагрева, для смягчения эффекта падения напряжения, при котором выходное напряжение аккумулятора 510 быстро падает, может быть установлено заданное фиксированное напряжение. Например, при низком выходном напряжении аккумулятора 510 потребление большого тока для достижения нагревателем 530 заданной температуры предварительного нагрева может привести к быстрому снижению выходного напряжения аккумулятора 510. Для предотвращения такого быстрого падения напряжения выходное напряжение аккумулятора 510 может быть повышено до заданного фиксированного значения с помощью преобразователя 520 напряжения и подано на нагреватель 530. В этом случае может потребляться относительно меньший ток, чем при подаче выходного напряжения аккумулятора 510 на нагреватель 530 без преобразования выходного напряжения аккумулятора 510 в заданное фиксированное напряжение. Таким образом, степень быстрого падения выходного напряжения аккумулятора 510 в режиме предварительного нагрева может быть снижена.
[78] Например, заданное фиксированное напряжение может варьироваться от 3,6 В до 4 В, предпочтительно, заданное фиксированное напряжение составляло 3,8 В.
[79] В состав преобразователя 520 напряжения может входить комбинированный преобразователь, операционный усилитель (OP Amp) или контроллер напряжения с малым падением напряжения (LDO).
[80] Если напряжение, подаваемое от аккумулятора 510, ниже заданного фиксированного напряжения, преобразователь 520 напряжения может повышать подаваемое напряжение. Если напряжение, подаваемое от аккумулятора 510, выше заданного фиксированного напряжения, преобразователь 520 напряжения может понижать подаваемое напряжение.
[81] Как описано выше, при расположении преобразователя 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530, выходное напряжение аккумулятора 510 не может быть подано на нагреватель 530 напрямую. Вместо этого на нагреватель 530 может быть подано заданное фиксированное выходное напряжение от преобразователя 520 напряжения.
[82] Таким образом, благодаря наличию возможности постоянно подавать на нагреватель 530 заданное фиксированное напряжение можно обеспечить постоянное время предварительного нагрева для каждой нагреваемой сигареты. Кроме того, при низком выходном напряжении аккумулятора 510, поскольку выходное напряжение аккумулятора 510 повышается до заданного фиксированного напряжения с помощью преобразователя 520 напряжения перед подачей на нагреватель 530, может потребляться относительно меньший ток, чем при подаче выходного напряжения аккумулятора 510 на нагреватель 530 без преобразования выходного напряжения аккумулятора 510 в заданное фиксированное напряжение. Таким образом, благодаря тому, что степень быстрого падения выходного напряжения аккумулятора 510 в режиме предварительного нагрева может быть снижена, энергетическая эффективность аккумулятора 510 может быть увеличена.
[83] Нагреватель 530 электрически нагревается от аккумулятора 510 под управлением контроллера 540. Нагреватель 530 расположен в канале в устройстве 500 для генерирования аэрозоля, в котором размещается сигарета. Когда сигарета вставляется в устройство 500 для генерирования аэрозоля снаружи через отверстие для вставки, а затем перемещается по каналу, одна торцевая часть сигареты может войти в нагреватель 530. Следовательно, нагретый нагреватель 530 может повышать температуру аэрозольгенерирующего материала в сигарете. Нагреватель 530 может содержать любой нагреватель при условии, что он может быть вставлен в сигарету.
[84] Нагреватель 530 может содержать источник тепла и объект для передачи тепла. Например, источник тепла нагревателя 530 может быть изготовлен в виде пленки, содержащей схему электрического сопротивления, а пленочный нагреватель 530 может быть устроен таким образом, чтобы он окружал, по крайней мере, часть внешней поверхности объекта для передачи тепла (например, теплопередающую трубку).
[85] Теплопередающая трубка может содержать металлический материал, способный передавать тепло, такой как алюминий или нержавеющая сталь, сплав, углерод, керамический материал и тому подобное. При подаче электрической энергии на электрическое сопротивление нагревателя 530 вырабатывается тепло, и вырабатываемое тепло может нагревать аэрозольгенерирующий материал через теплопередающую трубку.
[86] Устройство 500 для генерирования аэрозоля может быть оснащено отдельным датчиком температуры. В отсутствие отдельного датчика температуры функции датчика температуры может выполнять нагреватель 530. В качестве альтернативы, нагреватель 530 может выполнять функции датчика температуры, и в то же время устройство 500 для генерирования аэрозоля может быть дополнительно оснащено отдельным датчиком температуры. Датчик температуры может быть установлен на нагревателе 530 в виде токопроводящей дорожки или устройства.
[87] При измерении напряжения, приложенного к датчику температуры, и тока, протекающего через датчик температуры, может быть определено сопротивление R. В этом случае датчик температуры может измерять температуру T по приведенной ниже формуле 1.
[88] [Формула 1]
[89] В формуле 1 переменная R – текущее значение сопротивления датчика температуры, R0 – значение сопротивления при температуре T0 (например, 0°C), α – температурный коэффициент сопротивления датчика температуры. Так как каждый токопроводящий материал (например, металл) имеет собственный температурный коэффициент сопротивления, то значение α определяется токопроводящим материалом в датчике температуры. Поэтому, если определить сопротивление R датчика температуры, то температуру T датчика температуры можно вычислить по вышеприведенной формуле 1.
[90] Контроллер 540 может управлять всеми операциями устройства 500 для генерирования аэрозоля. Контроллер 540 представляет собой интегральную схему, реализованную с обрабатывающим устройством, таким как микропроцессор, микроконтроллер и т.п.
[91] Контроллер 540 может контролировать количество электрической энергии, подаваемой на нагреватель 530, и период времени, на протяжении которого электрическая энергия подается на нагреватель 530, так что результат, полученный с помощью датчика температуры, анализируется, и нагреватель 530 нагревается до заданной температуры или поддерживает соответствующую температуру.
[92] Так как между аккумулятором 510 и нагревателем 530 расположен преобразователь 520 напряжения, контроллер 540 может управлять электропитанием, подаваемым на нагреватель 530 преобразователем 520 напряжения. Когда нагреватель 530 работает в режиме предварительного нагрева, контроллер 540 может управлять электрической энергией, подаваемой на нагреватель 530, чтобы нагреватель 530 достиг заданной температуры предварительного нагрева. Когда нагреватель 530 работает в режиме нагрева, контроллер 540 может управлять электрической энергией, подаваемой на нагреватель 530, таким образом, чтобы поддерживать температуру нагревателя 530 на уровне ниже заданной температуры предварительного нагрева.
[93] Например, контроллер 540 может определить, работает ли нагреватель 530 в режиме предварительного нагрева, и если нагреватель 530 работает в режиме предварительного нагрева, контроллер 540 может управлять электрической энергией, подаваемой на нагреватель 530, таким образом, чтобы на нагреватель 530 могло подаваться заданное фиксированное напряжение от преобразователя 520 напряжения.
[94] Контроллер 540 может также определить период времени, в течение которого нагреватель 530 разогревается в режиме предварительного нагрева, исходя из количества электроэнергии, необходимого для достижения нагревателем 530 заданного значения температуры предварительного нагрева и заданного фиксированного напряжения, которое подается от преобразователя 520 напряжения на нагреватель 530.
[95] Для поддержания стабильного вкуса табака количество тепла, подаваемого к аэрозольгенерирующему материалу каждой нагреваемой сигареты, должно быть постоянным. Для этого количество электрической энергии, подаваемой на нагреватель 530, может быть постоянным в режиме предварительного нагрева. Количество электрической энергии, подаваемой на нагреватель 530, может быть определено по напряжению, приложенному к нагревателю 530, и периоду времени, в течение которого напряжение подается на нагреватель 530. В данном случае, поскольку напряжение, приложенное к нагревателю 530, стабилизировано на уровне заданного фиксированного напряжения, независимо от выходного напряжения аккумулятора 510, то период предварительного нагрева нагревателя 530 нагревается, может быть относительно постоянным для подачи электроэнергии, необходимой нагревателю 530 в режиме предварительного нагрева.
[96] Первый переключатель 550 может быть расположен между преобразователем 520 напряжения и нагревателем 530. Первый переключатель 550 может переключаться между разомкнутым и замкнутым состояниями в зависимости от внешнего входного сигнала. Когда первый переключатель 550 переключается в разомкнутое состояние, нагреватель 530 может быть отключен от электрической энергии, подаваемой аккумулятором 510. С другой стороны, когда первый переключатель 550 переключается в замкнутое состояние, нагреватель 530 может получать электрическую энергию от аккумулятора 510.
[97] Контроллер 540 может выдавать управляющий сигнал, который управляет разомкнутым и замкнутым состояниями первого переключателя 550. Контроллер 540 может выдавать управляющий сигнал, который замыкает первый переключатель 550 на время, необходимое для нагрева нагревателя 530, и размыкает первый переключатель 550 на оставшийся период времени. Поэтому, так как первый переключатель 550 замыкается на время, необходимое для нагрева нагревателя 530, на нагреватель 530 может быть подано заданное фиксированное напряжение от преобразователя 520 напряжения.
[98] Первый переключатель 550 может содержать полевой транзистор (ПТ). В качестве альтернативы, первый переключатель 550 может содержать другое электрическое устройство, отличное от ПТ, которое способно переключаться между разомкнутым и замкнутым состояниями в зависимости от внешнего входного сигнала. Например, первый переключатель 550 может содержать биполярный плоскостной транзистор (БПТ), биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) или тиристор. Однако варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются представленным вариантом.
[99] Второй переключатель 560 может быть расположен между нагревателем 530 и землей. Второй переключатель 560 может переключаться между разомкнутым и замкнутым состояниями в зависимости от внешнего входного сигнала. Второй переключатель 560 может многократно переключаться между разомкнутым и замкнутым состояниями на короткий интервал времени. Второй переключатель 560 может многократно переключаться между разомкнутым и замкнутым состояниями в зависимости от рабочего цикла энергии, запрашиваемой нагревателем 530.
[100] Например, контроллер 540 может выдавать управляющий сигнал, который управляет разомкнутым и замкнутым состояниями второго переключателя 560. Контроллер 540 может выдавать управляющий сигнал, который заставляет второй переключатель 560 многократно переключаться между разомкнутым и замкнутым состояниями, чтобы нагреватель 530 мог вырабатывать тепло в соответствии с температурным профилем. Таким образом, посредством управляющего сигнала, который управляет разомкнутым и замкнутым состояниями второго переключателя 560, контроллер 540 может регулировать время, в течение которого заданное фиксированное напряжение от преобразователя 520 напряжения подается на нагреватель 530.
[101] Второй переключатель 560 может содержать ПТ, как и первый переключатель 550. В альтернативном варианте второй переключатель 560 может содержать другое электрическое устройство, отличное от ПТ, которое способно переключаться между разомкнутым и замкнутым состояниями в зависимости от внешнего входного сигнала. Например, второй переключатель 560 может включать БПТ, БТИЗ или тиристор. Однако варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются представленным вариантом.
[102] На ФИГ. 6 представлена схема, иллюстрирующая пример времени предварительного нагрева, когда между аккумулятором и нагревателем расположен преобразователь напряжения.
[103] На ФИГ. 6 показана схема, иллюстрирующая время предварительного нагрева для случаев, когда преобразователь 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530 отсутствует, и когда преобразователь 520 напряжения присутствует между аккумулятором 510 и нагревателем 530. Время предварительного нагрева может соответствовать времени, необходимому для достижения заданной температуры нагревателя 530, когда нагреватель 530 работает в режиме предварительного нагрева.
[104] Таблица на ФИГ. 6 иллюстрирует время предварительного нагрева в соответствии с выходным напряжением аккумулятора 510 в момент, когда пользователь нажимает кнопку, предусмотренную на устройстве 500 для генерирования аэрозоля, чтобы использовать устройство 500 для генерирования аэрозоля. В таблице показана часть результатов измерения времени предварительного нагрева в соответствии с выходным напряжением аккумулятора 510. Время предварительного нагрева измеряли с преобразователем 520 напряжения и без него, при условии, что другие аспекты конфигурации устройства 500 для генерирования аэрозоля и сигареты, вставленной в устройство 500 для генерирования аэрозоля, точно совпадают.
[105] Из таблицы на ФИГ. 6 видно, что в отсутствие преобразователя 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530 время предварительного нагрева варьируется в зависимости от выходного напряжения аккумулятора 510. Например, когда выходное напряжение аккумулятора 510 составляет 4,21 В, для достижения заданной температуры нагрева нагревателя 530 требуется 20,0 секунд. С другой стороны, когда выходное напряжение аккумулятора 510 составляет 3,61 В, то для достижения заданной температуры нагрева нагревателя 530 требуется 24,1 секунды. Следовательно, в зависимости от выходного напряжения аккумулятора 510 время предварительного нагрева может изменяться на 4,1 секунды. Если время предварительного нагрева варьируется, то степень предварительного нагрева сигареты, вставленной в устройство 500 для генерирования аэрозоля, может изменяться. В результате, вкус сигарет может отличаться.
[106] С другой стороны, когда между аккумулятором 510 и нагревателем 530 присутствует преобразователь 520 напряжения, даже если выходное напряжение аккумулятора 510 изменяется в диапазоне от 3,61 В до 4,21 В, время предварительного нагрева остается постоянным в диапазоне от 21 до 22 секунд. Это объясняется тем, что даже при изменении выходного напряжения аккумулятора 510 преобразователь 520 напряжения, расположенный между аккумулятором 510 и нагревателем 520, преобразует выходное напряжение аккумулятора 510 в заданное фиксированное напряжение, и, таким образом, на нагреватель 530 подается стабилизированное напряжение. Поскольку время предварительного нагрева постоянно, то степень предварительного нагрева сигареты, вставленной в устройство 500 для генерирования аэрозоля, будет постоянной. Следовательно, вкус сигареты может быть стабильным.
[107] На ФИГ. 7 представлена схема, иллюстрирующая изменение выходного напряжения аккумулятора с течением времени, когда между аккумулятором и нагревателем имеется преобразователь напряжения.
[108] На ФИГ. 7 представлен график, иллюстрирующий изменение выходного напряжения аккумулятора 510 с момента, когда пользователь нажимает кнопку, предусмотренную на устройстве 500 для генерирования аэрозоля, для использования устройства 500 для генерирования аэрозоля, до момента завершения режима предварительного нагрева. Выходное напряжение аккумулятора 510, изменяющееся с течением времени, было измерено с преобразователем 520 напряжения и без него, при условии, что другие аспекты конфигурации устройства 500 для генерирования аэрозоля, сигарета, вставленная в устройство 500 для генерирования аэрозоля, и выходное напряжение аккумулятора 510 в тот момент, когда пользователь нажимает кнопку, предусмотренную на устройстве 500 для генерирования аэрозоля, чтобы использовать устройство 500 для генерирования аэрозоля, остаются неизменными. Например, выходное напряжение аккумулятора 510 в тот момент, когда пользователь нажимает кнопку на устройстве 500 для генерирования аэрозоля для использования устройства 500 для генерирования аэрозоля, может составлять 3,7 В, как показано на ФИГ. 7. Однако изобретение не ограничивается этим, и выходное напряжение может иметь другое значение.
[109] Устройство 500 для генерирования аэрозоля может потреблять большой ток для достижения нагревателем 530 заданной температуры в течение короткого периода времени в режиме предварительного нагрева. Соответственно, выходное напряжение аккумулятора 510 может быстро снижаться.
[110] Из графика на ФИГ. 7 видно, что в отсутствие преобразователя 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530 выходное напряжение аккумулятора 510 снижается быстрее, чем в присутствии преобразователя 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530. Это связано с тем, что, поскольку преобразователь 520 напряжения повышает выходное напряжение аккумулятора 510 до заданного фиксированного напряжения, подаваемого на нагреватель 530, то при наличии преобразователя 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530 может потребляться относительно меньший ток, чем в отсутствие преобразователя 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530.
[111] Кроме того, если преобразователь 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530 отсутствует, выходное напряжение аккумулятора 510 опускается до заданного напряжения отключения или более низкого уровня. В этом случае может случиться так, что пользователь не сможет закончить курение. Напряжение отключения может составлять 3,5 В, как показано на ФИГ. 7. Однако изобретение не ограничивается этим вариантом, и напряжение отключения может иметь другое значение.
[112] Напротив, при наличии преобразователя 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530 можно уменьшить снижение напряжения на выходе аккумулятора 510. Таким образом, выходное напряжение аккумулятора 510 может не опускаться до заданного напряжения отключения или более низкого. Соответственно, эффективность работы аккумулятора 510 может быть увеличена, а значит, может быть произведен нагрев большего количества сигарет, чем при отсутствии преобразователя 520 напряжения между аккумулятором 510 и нагревателем 530.
[113] Специалисту в данной области техники очевидно, что в настоящие варианты осуществления изобретения могут быть внесены различные изменения в форме и подробностях, без выхода за пределы сущности и объема настоящего раскрытия. Раскрытые способы следует рассматривать лишь в описательном смысле, но не в целях ограничения. Объем настоящего раскрытия определён прилагаемой формулой изобретения, а не предшествующим ей описанием изобретения, и все различия в пределах его эквивалентов следует истолковывать как внесенные в настоящее описание изобретения.