ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ПАРА
STEAM FEED ELECTRONIC DEVICE

Область техники
Изобретение относится к электронным устройствам подачи пара, таким как электронные устройства доставки никотина (например, электронные сигареты).
Уровень техники
Электронные устройства подачи пара, такие как электронные сигареты, обычно содержат резервуар для исходного материала, представляющего собой, например, никотинсодержащую жидкость и превращаемого в аэрозоль посредством испарения или другими способами. Указанные устройства, как правило, имеют одно или несколько входных отверстий для воздуха, находящихся на некотором расстоянии от мундштука. Когда пользователь делает затяжку (вдох) через мундштук, наружный воздух втягивается в устройство через входные отверстия и проходит вблизи источника пара, такого как нагреватель, который снабжается жидкостью из картриджа.
Некоторые типы электронных сигарет имеют специальное средство приведения в действие нагревателя вручную, например, в виде кнопки, посредством которой нагреватель приводится в действие. В таких устройствах нагреватель приводится в действие только с помощью указанного специального средства (например, когда пользователь удерживает кнопку нажатой). В других типах электронных сигарет нагреватель приводится в действие автоматически посредством датчика воздушного потока (например, датчиком перепада давления), который обнаруживает воздушный поток, проходящий через устройство, когда пользователь устройства делает вдох. Точнее говоря, когда пользователь устройства делает вдох, нагреватель приводится в действие для превращения небольшого количества жидкости в пар, вдыхаемый пользователем.
Однако недостатком таких устройств является наличие конструктивных элементов, таких как отдельное средство приведения в действие нагревателя вручную или датчик воздушного потока, усложняют процесс изготовления и повышают себестоимость электронной сигареты.
Раскрытие изобретения
Согласно настоящему изобретению электронное устройство подачи пара содержит испаритель, обеспечивающий испарение исходного материала для образования аэрозоля, вдыхаемого пользователем электронного устройства подачи пара; источник питания для подачи мощности на испаритель; стенку, ограничивающую воздушный канал, по которому воздух проходит через электронное устройство подачи пара, когда пользователь этого устройства делает вдох или выдох; температурный датчик, установленный в воздушном канале вблизи одного из участков стенки воздушного канала; и контроллер, выполненный с возможностью инициирования подачи мощности на температурный датчик для его нагрева и инициирования подачи мощности на испаритель для испарения исходного материала в ответ на обнаруженное изменение температуры температурного датчика; при этом воздушный канал расположен так, что при вдохе или выдохе пользователя проходящий по воздушному каналу воздух направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик расположен таким образом, что около температурного датчика нарушается воздушный поток.
В одном из вариантов осуществления изобретения воздушный канал расположен так, что при вдохе пользователя указанного электронного устройства проходящий по воздушному каналу воздух направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток, а при выдохе пользователя этого электронного устройства проходящий по воздушному каналу воздух не направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток, при этом контроллер выполнен с возможностью инициирования подачи мощности на испаритель для испарения исходного материала только в том случае, если одна из величин, а именно, величина обнаруженного изменения температуры температурного датчика или величина скорости обнаруженного изменения температуры температурного датчика оказывается выше заданного порогового значения; или воздушный канал расположен так, что при выдохе пользователя указанного электронного устройства проходящий по воздушному каналу воздух направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток, а при вдохе пользователя этого электронного устройства проходящий по воздушному каналу воздух не направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток, при этом контроллер выполнен с возможностью инициирования подачи мощности на испаритель для испарения исходного материала только в том случае, если одна из величин, а именно, величина обнаруженного изменения температуры температурного датчика или величина скорости обнаруженного изменения температуры температурного датчика оказывается ниже заданного порогового значения.
В одном из вариантов осуществления изобретения электронное устройство подачи пара содержит вспомогательный температурный датчик, установленный в воздушном канале вблизи другого участка стенки воздушного канала; при этом канал для воздушного потока расположен так, что при выдохе пользователя указанного электронного устройства проходящий по воздушному каналу воздух не направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток, а направляется на вспомогательный температурный датчик, т.е. к другому участку стенки, вблизи которого вспомогательный температурный датчик расположен таким образом, чтобы около него датчика нарушался воздушный поток, а при вдохе пользователя электронного устройства подачи пара воздух, проходящий по воздушному каналу, направляется на температурный датчик, то есть к участку стенки, вблизи которого температурный датчик позиционирован таким образом, чтобы около температурного датчика нарушался воздушный поток, а не направляется на вспомогательный температурный датчик, то есть к другому участку стенки, вблизи которого вспомогательный температурный датчик позиционирован таким образом, чтобы около вспомогательного температурного датчика нарушался воздушный поток; при этом контроллер выполнен с возможностью инициирования подачи мощности на вспомогательный температурный датчик для его нагрева и подачи мощности на испаритель для испарения исходного материала только в том случае, если или величина обнаруженного изменения температуры температурного датчика превышает величину обнаруженного изменения температуры вспомогательного температурного датчика, или величина скорости обнаруженного изменения температуры температурного датчика превышает величину скорости обнаруженного изменения температуры вспомогательного температурного датчика.
В одном из вариантов осуществления изобретения контроллер выполнен с возможностью инициирования подачи мощности на испаритель для испарения исходного материала с момента обнаружения изменения температуры температурного датчика до тех пор, пока не будет установлена одна из обнаруженных величин, а именно, величина изменения температуры температурного датчика или величина скорости изменения температуры температурного датчика.
В одном из вариантов осуществления изобретения контроллер выполнен с возможностью инициирования подачи мощности на испаритель для испарения исходного материала с момента обнаружения изменения температуры одного из датчиков, т.е. температурного датчика или вспомогательного температурного датчика, до тех пор, пока не будет установлена одна из величин, а именно, величина обнаруженного изменения температуры одного из датчиков, т.е. температурного датчика или вспомогательного температурного датчика, либо величина скорости обнаруженного изменения температуры одного из датчиков, т.е. температурного датчика или вспомогательного температурного датчика.
В одном из вариантов осуществления изобретения вспомогательный температурный датчик представляет собой термистор. Термистор может быть термистором с поверхностным монтажом.
Температурный датчик также может представлять собой термистор. Термистор может быть термистором с поверхностным монтажом.
В одном из вариантов осуществления изобретения контроллер выполнен с возможностью регулирования величины мощности, подаваемой на испаритель для испарения исходного материала, на основании одной из величин, а именно, величины обнаруженного изменения температуры температурного датчика, либо величины скорости обнаруженного изменения температуры температурного датчика.
Контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования величины мощности, подаваемой на испаритель для испарения исходного материала, на основании одной из величин, а именно, величины обнаруженного изменения температуры одного из датчиков, т.е. температурного датчика или вспомогательного температурного датчика, либо величины скорости обнаруженного изменения температуры одного из датчиков, т.е. температурного датчика или вспомогательного температурного датчика.
Контроллер может быть выполнен с возможностью дополнительного регулирования величины мощности, подаваемой на испаритель, на основании величины температуры окружающей среды.
При этом контроллер может быть выполнен с возможностью определения температуры окружающей среды с помощью температурного датчика перед инициированием подачи мощности на температурный датчик для его нагрева.
Контроллер может быть выполнен с возможностью дополнительного регулирования величины мощности, подаваемой на испаритель, на основании величины температуры окружающей среды.
При этом контроллер может быть выполнен с возможностью определения температуры окружающей среды с помощью одного из датчиков, а именно, температурного датчика или вспомогательного температурного датчика, перед инициированием подачи мощности на один из датчиков для его нагрева, а именно, на температурный датчик или вспомогательный температурный датчик.
Электронное устройство подачи пара может содержать независимый температурный датчик, выполненный с возможностью измерения температуры окружающей среды.
В одном из вариантов осуществления изобретения контроллер выполнен с возможностью инициирования прекращения подачи мощности на обеспечивающий испарение исходного материала испаритель с последующим инициированием прекращения подачи мощности на нагреваемый температурный датчик в течение заданного периода времени.
Контроллер может быть выполнен с возможностью инициирования прекращения подачи мощности на обеспечивающий испарение исходного материала испаритель с последующим инициированием прекращения подачи мощности на один из нагреваемых датчиков, т.е. на температурный датчик или вспомогательный температурный датчик в течение заданного периода времени.
В одном из вариантов осуществления изобретения испаритель представляет собой нагреватель, запитываемый от источника питания для нагрева и, соответственно, испарения исходного материала с образованием аэрозоля, вдыхаемого пользователем.
Исходный материал может представлять собой никотинсодержащую жидкость.
Еще одним объектом изобретения является способ функционирования электронного устройства подачи пара, содержащего испаритель, обеспечивающий испарение исходного материала с образованием аэрозоля, вдыхаемого пользователем этого устройства, источник питания для подачи мощности на испаритель, стенку, ограничивающую воздушный канал, по которому воздух проходит через электронное устройство, когда пользователь этого устройства делает вдох или выдох, и температурный датчик, установленный в воздушном канале вблизи одного из участков стенки воздушного канала, при этом способ включает в себя этапы, на которых инициируют подачу мощности на температурный датчик для его нагрева температурного датчика; инициируют подачу мощности на испаритель для испарения исходного материала в ответ на обнаруженное изменение температуры температурного датчика; при этом воздушный канал расположен так, что при вдохе или выдохе пользователя проходящий по воздушному каналу воздух направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток.
Изложенная выше концепция не ограничивается конкретными вариантами осуществления изобретения, которые подробно описываются ниже, при этом возможны любые технически допустимые комбинации описанных ниже особенностей. Таким образом, электронное устройство подачи пара, изготовленное в соответствии с вышеизложенной концепцией, может иметь, в зависимости от требований, любую одну или несколько разных описываемых ниже особенностей.
Различные варианты осуществления изобретения далее будут подробно описаны со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично в разобранном виде изображено электронное устройство подачи пара, такое как электронная сигарета;
на фиг. 2 схематично показан корпус электронной сигареты, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 - испарительная часть электронной сигареты, показанной на фиг. 1;
на фиг. 4 - блок-схема изображение основных функциональных компонентов, расположенных в корпусе электронной сигареты, показанной на фиг. 1;
на фиг. 5 показано расположение нагреваемого температурного датчика в воздушном канале электронной сигареты, показанной на фиг. 1;
на фиг. 6А - 6С показаны возможные конфигурации нагреваемого температурного датчика, показанного на фиг. 5;
на фиг. 7А и 7В схематично показана конфигурация воздушного канала с единственным нагреваемым температурным датчиком электронной сигареты по фиг. 1;
на фиг. 8А и 8В схематично показана конфигурация воздушного канала с двумя нагреваемыми температурными датчиками электронной сигареты по фиг. 1;
на фиг. 9А - 9С показаны экспериментальные результаты, демонстрирующие принцип действия устройства согласно изобретению;
на фиг. 10 - блок-схема осуществления способа функционирования устройства согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Как указано выше, настоящее изобретение относится к электронному устройству подачи пара, такому как электронная сигарета. В описании изобретения используется термин «электронная сигарета»; однако вместо него может использоваться словосочетание «электронное устройство подачи пара».
На фиг. 1 схематично показано электронное устройстве подачи пара, такое как электронная сигарета 10, согласно некоторым из вариантов осуществления изобретения (чертеж выполнен не в масштабе). Электронная сигарета имеет в целом цилиндрическую форму, проходя вдоль продольной оси, обозначенной пунктирной линией LA. Электронная сигарета содержит два основных компонента, а именно: корпус 20 и картомайзер 30. Картомайзер имеет внутреннюю камеру, содержащую резервуар с исходным материалом (таким как никотинсодержащая жидкость), испаритель (в частности, нагреватель) и мундштук 35. Резервуар может содержать матрицу из пенопласта или любую другую структуру, удерживающую жидкость до тех пор, пока не потребуется ее доставка в испаритель. Альтернативно, жидкость может находиться в резервуаре в свободном виде без использования какой-либо структуры типа пенопласта для ее удержания. Испаритель обеспечивает испарение жидкости, причем картомайзер 30 может дополнительно содержать фитиль или аналогичное средство доставки небольшого количества жидкости из резервуара к точке испарения в испарителе или рядом с ним. В дальнейшем описании в качестве конкретного примера выполнения испарителя будет рассмотрен нагреватель, однако могут применяться испарители и другого типа (например, использующие ультразвуковые волны).
Корпус 20 вмещает перезаряжаемый элемент или батарею для подачи энергии на электронную сигарету 10, а также печатную плату для управления электронной сигаретой. Когда нагреватель получает энергию от батареи под управлением печатной платы, нагреватель испаряет жидкость, и полученный пар пользователь устройства вдыхает через мундштук 35.
Корпус 20 и картомайзер 30 можно отделить друг от друга в направлении, параллельном продольной оси LA, как показано на фиг. 1, и соединить вместе посредством разъемов 25B и 25A, схематично показанных на фиг. 1, чтобы при использовании устройства 10 обеспечивалось механическое и электрическое соединение корпуса 20 с картомайзером 30. Электрический разъем 25B на корпусе 20, который используется для соединения с картомайзером 30, служит также для подключения зарядного устройства (не показано), когда корпус 20 отсоединен от картомайзера 30. Другой конец зарядного устройства может быть подключен к разъему USB для зарядки аккумулятора в корпусе 20 электронной сигареты 10. Для непосредственного соединения электрического разъема 25B на корпусе 20 с разъемом USB может использоваться кабель. Для зарядки также могут применяться другие способы, например, может применяться индуктивная беспроводная зарядка.
Электронная сигарета 10 может иметь одно или несколько отверстий (на фиг.1 не показано) для впуска воздуха. Указанные отверстия соединяются с мундштуком 35 посредством воздушного канала электронной сигареты 10. При вдохе пользователя через мундштук 35 воздух втягивается в указанный воздушный канал через одно или несколько отверстий для впуска воздуха, которые надлежащим образом расположены на наружной поверхности электронной сигареты. Возникающий при этом воздушный поток обнаруживается с помощью нагреваемого температурного датчика (его действие будет объясняться ниже), который в свою очередь приводит в действие нагреватель для испарения жидкости из картриджа. При прохождении воздушного потока через пар образуется смесь воздушного потока и пара, которую на выходе из мундштука 35 вдыхает пользователь. Картомайзер 30 может быть отсоединен от корпуса 20 и утилизирован, когда в нем заканчивается жидкость (и при желании может быть заменен другим картомайзером).
Разумеется, показанная на фиг. 1 электронная сигарета 10 представлена в качестве примера, при этом допускаются другие варианты ее выполнения. Например, картомайзер 30 может состоять из двух разделяемых компонентов, а именно: из картриджа с резервуаром для жидкости и мундштуком (который заменяется, когда израсходована жидкость в резервуаре), и испарителя, представляющего собой нагреватель (который обычно не подлежит замене). Следует отметить, что зарядное устройство может подключаться, например, к дополнительному или альтернативному источнику питания, в частности, к автомобильному прикуривателю.
На фиг. 2 схематично (упрощенное) показан корпус 20 электронной сигареты 10, показанной на фиг. 1. Более конкретно, на фиг. 2 корпуса показан в разрезе по плоскости, проходящей через продольную ось LA электронной сигареты 10. Следует отметить, что разнообразные компоненты и детали корпуса, например, такие как проводка и элементы более сложной конфигурации, на фиг. 2 опущены для упрощения чертежа.
Корпус 20 вмещает батарею или аккумулятор 210 для питания электронной сигареты 10, а также микросхему 555 в виде специализированной интегральной схемы (ASIC) или микроконтроллера для управления электронной сигаретой 10. Специализированная интегральная схема (ASIC) 555 соединена с нагреваемым температурным датчиком 215 для обнаружения вдоха пользователя через мундштук 35 (или, альтернативно, сама специализированная интегральная схема 555 может содержать нагреваемый температурный датчик 215).
Корпус 20 дополнительно содержит колпачок 225 для герметизации и защиты дальнего конца электронной сигареты 10.
На противоположном колпачку 225 другом конце корпуса 20 находится разъем 25B для соединения корпуса 20 с картомайзером 30. Разъем 25B обеспечивает механическое и электрическое соединение корпуса 20 с картомайзером 30. Разъем 25B имеет соединитель 240 из металла (с серебреным покрытием в некоторых случаях) и выполняет функцию одной из клемм электрического соединения (положительной или отрицательной) с картомайзером 30. Разъем 25B дополнительно содержит электрический контакт 250, обеспечивающий вторую клемму электрического соединения с картомайзером 30, имеющую противоположную полярность по отношению к первой клемме, а именно, к соединителю 240. Электрический контакт 250 установлен на винтовой пружине 255. Когда корпус 20 крепится к картомайзеру 30, разъем 25А на картомайзере 30 прижимается к электрическому контакту 250, в результате чего, спиральная пружина сжимается в осевом направлении, то есть в направлении, параллельном продольной оси LA, в результате чего электрический контакт 250 вплотную прижимается к разъему 25А картомайзера 30, обеспечивая тем самым хорошее электрическое соединение между корпусом 20 и картомайзером 30. Соединитель 240 и электрический контакт 250 разделены вставкой 260, которая выполнена из неэлектропроводного материала (такого как пластмасса) с целью обеспечения надлежащей изоляции между двумя электрическими клеммами. Вставка 260 имеет такую конфигурацию, которая способствует механическому взаимному сцеплению разъемов 25А и 25В.
На фиг. 3 показан фрагмент корпуса в разрезе по плоскости, проходящей через продольную ось LA электронной сигареты 10. Следует отметить, что разнообразные компоненты и детали корпуса такие, например, как проводка и элементы более сложной конфигурации, на фиг. 3 опущены для упрощения чертежа.
Картомайзер 30 содержит канал 355, проходящий вдоль центральной (продольной) оси картомайзера 30 от мундштука 35 к разъему 25A, обеспечивающему соединение картомайзера 30 с корпусом 20. Резервуар 360 с жидкостью расположен вокруг канала 355 и может быть выполнен, например, с использованием хлопчатобумажной ткани или пеноматериала, пропитанного жидкостью. Картомайзер 30 также содержит нагреватель 365, обеспечивающий нагрев жидкости, поступающей из резервуара 360 для генерирования пара, который проходит по каналу 355 и выходит через мундштук 35 при вдохе пользователя. К нагревателю 365 подводится питание по электропроводам 366 и 367, которые, в свою очередь, соединены с противоположными полюсами батареи 210 в основном корпусе 20 посредством разъема 25A (подробности прохождения электропроводов 366 и 367 к разъему 25A на фиг. 3 опущены).
Разъем 25А содержит внутренний электрод 375, который может иметь серебряное покрытие либо может быть изготовлен из другого подходящего металла или электропроводного материала. Когда картомайзер 30 соединен с корпусом 20, внутренний электрод 375 контактирует с электрическим контактом 250 корпуса 20, обеспечивая первый электрический путь между картомайзером 30 и корпусом 20. В частности, при сцеплении разъемов 25A и 25B внутренний электрод 375 поджимается к электрическому контакту 250, сжимая спиральную пружину 255 и обеспечивая хороший электрический контакт между внутренним электродом 375 и электрическим контактом 250.
Вокруг внутреннего электрода 375 расположено изоляционное кольцо 372, которое может быть изготовлено из пластмассы, резины, силикона или любого другого подходящего материала. Изоляционное кольцо окружено соединителем 370 картомайзера, который может иметь серебряное покрытие или может быть изготовлен из любого подходящего металла или электропроводного материала. Когда картомайзер 30 соединен с корпусом 20, соединитель 370 картомайзера контактирует с соединителем 240 корпуса 20, обеспечивая второй электрический путь между картомайзером 30 и корпусом 20. Другими словами, внутренний электрод 375 и соединитель 370 картомайзера используются как положительная и отрицательная клеммы (или наоборот) для подачи энергии по электропроводам 366 и 367 (в зависимости от ситуации) от батареи 210, расположенной в корпусе 20, на нагреватель 365, установленный в картомайзере 30.
Соединитель 370 картомайзера имеет два ушка или выступа 380А и 380В, которые проходят в противоположных направлениях от продольной оси электронной сигареты 10. Указанные выступы в сочетании с соединителем 240 корпуса образуют байонетное соединение картомайзера 30 с корпусом 20. Байонетное соединение обеспечивает надежную и прочную связь картомайзера 30 с корпусом 20, благодаря чему картомайзер и корпус удерживаются в фиксированном положении относительно друг друга с минимальным отклонением или изгибом, при этом весьма мала вероятность любого случайного разъединения. Наряду с этим байонетное соединение позволяет легко и быстро соединять и разъединять указанные элементы посредством введения с последующим поворотом для соединения, и посредством поворота (в противоположном направлении) с последующим извлечением для разъединения. Следует отметить, что в других вариантах осуществления изобретения может применяться иной тип соединения корпуса 20 с картомайзером 30, например, замковое или резьбовое соединение.
Следует отметить, что в варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 2, наружный кожух 201 корпуса 20 представляет собой цилиндрическую трубку. Указанный наружный кожух 201 может содержать, например, внутреннюю металлическую трубку с наружным покрытием из бумаги или аналогичного материала. Однако следует отметить, что согласно изобретению форма наружного кожуха 201 не является критичной, следовательно, наружный кожух 201 может иметь любую форму, например, цилиндрическую, многоугольного сечения и т.д.
На фиг. 4 показана блок-схема основных функциональных компонентов, расположенных в корпусе 20 электронной сигареты 10. Указанные компоненты могут быть смонтированы на печатной плате (не показана), расположенной в корпусе 20, хотя в зависимости от конкретной конфигурации один или несколько компонентов могут быть размещены в корпусе 20 и функционировать совместно с печатной платой, не находясь непосредственно на этой печатной плате.
В корпусе 20 расположен нагреваемый температурный датчик 215, установленный в воздушном канале, проходящим через корпус 20 от входного отверстия для воздуха к выходному отверстию для воздуха (к испарителю), или рядом с этим каналом. Кроме того, корпус 20 содержит устройство 558 вывода (оптическое, звуковое или тактильное устройство обратной связи) и электрическое гнездо или разъем 25В для подключения к картомайзеру 30 или к USB-порту зарядного устройства.
Работой других электрических или электронных компонентов электронной сигареты 10 управляет микроконтроллер (например, специализированная интегральная схема - ASIC) 555, который содержит центральный процессор (CPU) 550. Следует отметить, что микроконтроллер управляет другими электрическими или электронными компонентами, по меньшей мере частично, согласно программам, выполняемым центральным процессором (или другим компонентом). Указанные системные программы могут храниться в энергонезависимом запоминающем устройстве, таком как постоянное запоминающее устройство (ROM), которое может быть встроено в сам микроконтроллер 555 или может представлять собой отдельный компонент. Процессор может обращаться к постоянному запоминающему устройству (ROM) для загрузки и выполнения отдельных программ по мере необходимости. Микроконтроллер 555 также содержит соответствующие коммуникационные интерфейсы (и управляющее программное обеспечение) для коммуникации, при необходимости, с другими электрическими или электронными компонентами.
Центральный процессор (CPU) управляет устройством 558 вывода для создания различных выходных сигналов, отображающих условия или состояние электронной сигареты, таких как предупредительный сигнал о низком заряде батареи. Различная сигнализация, свидетельствующая о разных состояниях или условиях работы устройства, может осуществляться посредством источников света, вибрации, звука или с помощью зуммерных сигналов разной высоты и/или продолжительности, и/или посредством использования множества разнообразных источников света, вибрации, звука или зуммерных сигналов.
Как упоминалось выше, желательно снабдить электронную сигарету механизмом активации испарителя, который является дешевым в изготовлении и, тем не менее, надежным в работе. В соответствии с этим электронное устройство подачи пара (такое как электронная сигарета 10) согласно изобретению содержит испаритель (нагреватель 365), обеспечивающий испарение исходного материала (никотинсодержащей жидкости) для вдыхания образовавшегося аэрозоля пользователем, источник питания (например, батарею или аккумулятор 210) для подачи энергии на испаритель, стенку, ограничивающую воздушный канал, по которому проходит воздух через электронное устройство подачи пара при затяжке пользователя, температурный датчик (температурный датчик 215), установленный в воздушном канале вблизи одного из участков указанной стенки, и контроллер (микроконтроллер 555). Контроллер выполнен с возможностью подачи энергии на температурный датчик для его нагрева и подачи мощности на испаритель для испарения исходного материала в ответ на обнаружение изменения температуры указанного датчика. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения энергия подается на испаритель, когда величина обнаруженного изменения температуры или величина скорости обнаруженного изменения температуры превышает заданное минимальное пороговое значение. Воздушный канал расположен так, чтобы при вдохе или выдохе пользователя проходящий по воздушному каналу воздух направлялся на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого расположен температурный датчик, где нарушается воздушный поток. Поскольку воздух, проходящий по воздушному каналу, направлен на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого установлен температурный датчик, около температурного датчика нарушается воздушный поток (больше молекул воздуха сталкивается с поверхностью температурного датчика), в результате чего повышается чувствительность температурного датчика к изменениям собственной температуры под действием потока воздуха.
Таким образом, согласно одному из вариантов осуществления изобретения, испаритель приводится в действие посредством температурного датчика, установленного в воздушном канале, в который втягивается воздух, когда пользователь делает вдох через устройство. Поскольку температура нагретого температурного датчика превышает температуру окружающей среды, втягиваемый в электронное устройство при вдохе пользователя наружный воздух (воздух, имеющий температуру окружающей среды), отводит тепло от температурного датчика. В результате температура нагретого температурного датчика снижается. В ответ на обнаружение снижения температуры температурного датчика приводится в действие испаритель. Нагреваемые температурные датчики, такие как нагреваемые термисторы, доступны и имеют низкую цену, что снижает расходы на изготовление электронной сигареты. Помимо всего прочего, повышается чувствительность температурного датчика для обнаружения изменений температуры, поскольку температурный датчик установлен в воздушном канале вблизи участка стенки, ограничивающей воздушный канал, расположенного так, что при вдохе пользователя всасываемый через воздушный канал воздух направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого установлен температурный датчик, где нарушается воздушный поток. Таким образом, при вдохе пользователя через электронное устройство подачи пара испаритель гарантированно приводится в действие.
Принцип действия устройства согласно настоящему изобретению более подробно описан со ссылкой на фиг. 5, на которой показано расположение нагреваемого температурного датчика 215 в воздушном канале электронной сигареты 10. При этом направление воздушного потока показано стрелкой 600. Когда пользователь делает затяжку через мундштук 35, воздух поступает в электронную сигарету через входное отверстие 602 картомайзера 30 электронной сигареты и проходит внутри корпуса 20 в направлении, указанном стрелкой 600, поступая в канал 603. В канале 603 установлен нагреваемый температурный датчик 215. В этом случае температурный датчик 215 является нагреваемым термистором, причем воздух, проходя через канал 603, снижает температуру термистора, а затем выходит из канала 604 в направлении нагревателя 365 и мундштука 35. Указанное снижение температуры вызывает изменение электрического параметра термистора, обнаруживаемое микроконтроллером 555, который в ответ на обнаруженное изменение (свидетельствующее о снижении температуры) инициирует подачу мощности на нагреватель 365. Согласно варианту осуществления изобретения, представленному на фиг. 5, терморезистор 215 закреплен на печатной плате 601, содержащей микроконтроллер 555. Печатная плата 601 содержит уплотнение 605 (изготовленное из упругого материала, например, из силикона), обеспечивающее герметизацию концевого участка канала 603, чтобы вдыхаемый воздух направлялся через канал 604 к нагревателю 365 и мундштуку 365.
На фиг. 6А показан в увеличенном масштабе представленный на фиг. 5 участок электронной сигареты, который содержит термистор 215, уплотнение 605, печатную плату 601, а также каналы 603 и 604. Указанные компоненты расположены внутри корпуса 20 электронной сигареты. Как ясно видно на чертеже, термистор 215 посредством соединительного элемента 606 закреплен на печатной плате 601 и отходит от нее, причем этот термистор 215 позиционирован в канале 603 таким образом, что он не вступает в контакт с внутренней стенкой 706 канала 603, благодаря чему увеличивается площадь контакта поверхности термистора 215 с воздухом, проходящим по каналу 603.
На фиг. 6В показана печатная плата 601, содержащая термистор 215 с уплотнением 605. В процессе изготовления электронной сигареты можно предварительно выполнить сборку печатной платы 601, термистора 215 и уплотнения 605, а затем готовую сборку вставить в корпус 20 электронной сигареты. Указанный процесс является несложным (и, следовательно, малозатратным).
Термистор 215 может представлять собой термистор бусинкового типа. Однако следует отметить, что можно использовать термистор другого типа, например, термистор с поверхностным монтажом. Один из таких вариантов выполнения показан на фиг. 6С, на которой показана печатная плата 601 с закрепленными на ней двумя термисторами 215А и 215В с поверхностным монтажом (все другие, ранее описанные компоненты, остаются прежними). В этом случае в качестве нагреваемого температурного датчика согласно настоящему изобретению будет использоваться первый из термисторов (например, 215A, который подлежит нагреву, инициируемому микроконтроллером 555), а второй из этих термисторов (например, 215В) будет использоваться для измерения температуры окружающей среды (т.е. не подлежит нагреву, инициируемому микроконтроллером 555). Цель измерения температуры окружающей среды будет описана ниже. Следует отметить, что согласно одному из вариантов осуществления изобретения может быть установлен только один термистор с поверхностным монтажом в качестве нагреваемого температурного датчика, как описано выше. Термистор (термисторы) с поверхностным монтажом способен быстро реагировать на изменение температуры, причем в воздушном канале можно легко разместить несколько термисторов такого типа (как на фиг. 6С). К тому же термисторы с поверхностным монтажом являются недорогими.
Разумеется, для реализации устройства согласно настоящему изобретению может использоваться нагреваемый температурный датчик, отличный от нагреваемого термистора, (например, как показано на фиг. 5). В частности, нагреваемый температурный датчик может использоваться в устройстве согласно настоящему изобретению, если:
(а) нагреваемый температурный датчик может быть нагрет до температуры выше температуры окружающей среды при подаче мощности, инициируемой микроконтроллером 555, и
(б) нагреваемый температурный датчик является достаточно чувствительным к изменению температуры относительно собственной температуры после нагрева, которое обнаруживается при вдохе пользователя электронной сигареты 10.
В качестве альтернативы, в устройстве может использоваться нагреваемый температурный датчик, содержащий ненагреваемый температурный датчик с установленным на нем электрическим нагревателем, находящимся в тепловом контакте с указанным датчиком (формируя тем самым нагреваемый температурный датчик). Однако нагреваемый термистор, как правило, является наиболее подходящим для реализации устройства согласно настоящему изобретению.
Известно, что сопротивление термисторов существенно изменяется в зависимости от температуры. Таким образом, когда нагреваемый термистор применяется в устройстве согласно изобретению в качестве нагреваемого температурного датчика 215, даже небольшое снижение температуры нагреваемого термистора относительно его температуры после нагрева, обусловленное прохождением воздушного потока при вдохе пользователя, может быть обнаружено по изменению сопротивления (или по изменению другого электрического параметра, связанного с сопротивлением, такого как ток термистора, расчетная температура термистора или дополнительная мощность, подаваемая на термистор для компенсации его охлаждения и возврата температуры к его первоначальной температуре после нагрева). Следует отметить, что чем большая мощность подается для нагрева нагреваемого термистора, тем сильнее будет выходной сигнал в ответ на охлаждение нагреваемого термистора потоком вдыхаемого воздуха (что делает термистор более чувствительным к изменениям температуры). Однако подача большей мощности для нагрева нагреваемого термистора снижает срок службы батареи или аккумулятора 210. Таким образом, при выборе величины подаваемой на нагреваемый термистор мощности следует учитывать вышеуказанные соображения.
Температура нагреваемого термистора аппроксимируется уравнением:
H
где T - температура нагрева термистора,
0
T - температура окружающей среды (измеренная, как будет описываться ниже),
K - постоянная рассеяния,
V - напряжение, приложенное к термистору,
R - сопротивление термистора (V и R измеряются в качестве электрических параметров терморезистора 215, например, посредством микроконтроллера 555).
H
0
H
H
Разумеется, воздушный поток, проходящий в воздушном канале при вдохе пользователя, будет охлаждать термистор, что приведет к уменьшению T. Снижение температуры может быть выявлено микроконтроллером 555 на основании обнаруженного изменения (увеличения) сопротивления R (поскольку все величины: T, K и V остаются фиксированными) или другого параметра (такого как ток термистора I = V/R), связанного с R (и, следовательно, с T). Альтернативно, микроконтроллер может инициировать увеличение V (для увеличения, таким образом, подаваемой на термистор 215 мощности) для компенсации эффекта охлаждения и поддержания величины T постоянной.
H
В общем, следует понимать, что микроконтроллер 555 может регулировать величину мощности, подаваемой на нагреватель 365, на основании одной из величин, а именно, величины обнаруженного изменения параметра (такого как R, I, V или даже самой T), связанного с температурой нагрева термистора 215 или величины скорости обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева первого нагреваемого температурного датчика. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, микроконтроллер 555 инициирует подачу мощности на нагреватель 365 только тогда, когда одна из величин, а именно, величина обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева термистора 215, или величина скорости обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева терморезистора 215, превышает заданное минимальное пороговое значение. Таким образом, гарантируется, что возникшие случайно, незначительные изменения температуры нагрева термистора 215, не связанные с вдохом пользователя, не смогут стать причиной подачи мощности на нагреватель 365, благодаря чему продлевается срок службы батареи и повышается безопасность пользователя. Согласно другому варианту осуществления изобретения (который может быть реализован в дополнение к первому варианту, т.е. только после того, как величина изменения параметра или величина скорости изменения параметра, связанного с температурой нагрева термистора, превысит заданное пороговое значение), микроконтроллер может корректировать величину подаваемой мощности на нагреватель 365 в режиме реального времени в зависимости от величины обнаруженного изменения параметра или величины скорости изменения параметра, связанного с температурой нагрева термистора, в данный момент времени. Таким образом, можно регулировать количество испаренной жидкости (или другого исходного материала), чтобы, например, большее или быстрое изменение температуры в результате более сильного вдоха пользователя, привело к увеличению мощности, подаваемой на нагреватель 365 (и таким образом, к увеличению испарения жидкости) по сравнению с меньшим или менее быстрым изменением температуры в результате более слабого вдоха пользователя (что требует меньшего испарения жидкости). Понятно, что любая приемлемая зависимость между величиной обнаруженного изменения или величиной скорости изменения параметра, связанного с температурой нагрева термистора, и величиной мощности, подаваемой на нагреватель 365, может использоваться в устройстве согласно настоящему изобретению при подборе подходящей конфигурации микроконтроллера 555 в соответствии с требуемыми характеристиками электронной сигареты.
H
0
0
0
0
0
0
0
H
0
Согласно другому варианту осуществления изобретения микроконтроллер 555 может быть выполнен с использованием модели воздушного потока, согласно которой объем проходящего через электронную сигарету воздуха и, соответственно, величина мощности, которая должна подаваться на нагреватель 365 (большая мощность подается при большем объеме воздуха, а меньшая мощность подается при меньшем объеме воздуха), связаны с обнаруженным изменением температуры нагрева (T) термистора. Величина мощности, подаваемой на нагреватель 365 при заданном объеме воздуха, может быть скорректирована в зависимости от величины T, поскольку плотность воздуха изменяется по мере изменения величины T (T - температура воздуха, поступающего в канал 603, в котором установлен термистор 215). В связи с тем, что при более низкой величине T плотность воздуха выше, целесообразно уменьшить величину подаваемой на нагреватель 365 мощности (поскольку поток более плотного воздуха обеспечит более высокую степень переноса аэрозоля при заданной входной мощности нагревателя), а при более высокой величине T плотность воздуха ниже, поэтому целесообразно увеличить величину мощности, подаваемой на нагреватель 365 (поскольку поток менее плотного воздуха обеспечит более низкую степень переноса аэрозоля при заданной входной мощности нагревателя). Без сомнения, величина T будет варьироваться в зависимости от температуры окружающей среды, в которой находится электронная сигарета, поэтому необходимо проводить измерение температуры T с целью корректировки подаваемой мощности. Кроме того, следует отметить, что зависимость между величиной изменения температуры T и объемом потока вдыхаемого пользователем воздуха, которая определяется моделью воздушного потока, равно как и/или зависимость между величиной подаваемой на нагреватель 365 мощности и объемом потока воздуха, вдыхаемого пользователем при заданной температуре окружающей среды (T), может принимать множество разнообразных потенциальных форм, в соответствии с требуемыми характеристиками электронной сигареты 10.
H
Понятно, что если используется вспомогательный нагреваемый температурный датчик (такой как, например, вспомогательный температурный датчик 800, описанный со ссылками на фиг. 8A и 8B), то микроконтроллер 555 может регулировать величину мощности, подаваемой на нагреватель 365 на основании одной из величин, а именно, величины обнаруженного изменения параметра (такого как R, I, V или даже T при применении термистора в качестве вспомогательного температурного датчика), связанного с температурой нагрева вспомогательного температурного датчика, или величины скорости обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева вспомогательного температурного датчика (вместо или в дополнение к регулированию величины мощности, подаваемой на нагреватель 365, на основании одной из величин, а именно, величины обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева температурного датчика 215, или величины скорости обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева температурного датчика 215). В этом случае все, что описывалось ранее в отношении нагреваемого температурного датчика, применимо к вспомогательному температурному датчику. В частности, изложенное в одном или нескольких вариантах осуществления изобретения может быть применимо к дополнительному датчику температуры, а именно:
(а) инициируется подача мощности на нагреватель 365 только в том случае, если одна из величин, в частности, величина обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева вспомогательного температурного датчика, или величина скорости обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева вспомогательного температурного датчика, превышает заданное пороговое значение;
(б) величина подаваемой на нагреватель 365 мощности корректируется в реальном времени в зависимости от величины обнаруженного изменения или величины скорости изменения параметра, связанного с дополнительным температурным датчиком, в заданное время;
(в) регулирование величины подаваемой на нагреватель 365 мощности основано на модели воздушного потока.
Таким образом, несмотря на то, что первый температурный и второй температурные датчики занимают разные позиции в воздушном канале электронной сигареты 10 (см. фиг. 8А и 8В, где для примера термистор 215 применяется в качестве первого температурного датчика, а терморезистор 800 применяется в качестве второго температурного датчика), чтобы можно было различить воздушный поток при вдохе и выдохе, один из указанных датчиков или оба могут осуществлять контроль воздушного потока для определения, следует ли подавать мощность на нагреватель 365 и/или какую величину мощности следует подавать на нагреватель 365.
0
0
0
0
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, микроконтроллер 555 определяет температуру окружающей среды посредством термистора 215 перед подачей мощности на термистор для его нагрева. Также предполагается, что при применении вспомогательного нагреваемого температурного датчика (такого как вспомогательный температурный датчик 800, описанный выше со ссылкой, в частности, на фиг. 8А и 8В), микроконтроллер 555 может определять температуру T окружающей среды посредством указанного второго нагреваемого температурного датчика перед подачей мощности на указанный второй нагреваемый температурный датчик. Любое из указанных технических решений исключает необходимость применения каких-либо дополнительных термисторов или других температурных датчиков в электронной сигарете 10 для измерения температуры окружающей среды T, что облегчает изготовление электронной сигареты и, соответственно, снижает ее себестоимость. Согласно другому варианту осуществления изобретения, электронная сигарета 10, тем не менее, содержит вспомогательный нагреваемый температурный датчик для измерения температуры окружающей среды (в частности, второй термистор 215B), благодаря чему микроконтроллер 555 может непрерывно контролировать температуру окружающей среды. Таким образом, во время использования электронной сигареты постоянно выполняется корректировка величины подаваемой на нагреватель 365 мощности в соответствии с объемом поступающего в текущий момент воздушного потока в ответ на изменение температуры T окружающей среды, благодаря чему улучшается контроль испарения при регулярном изменении температуры T окружающей среды.
Как указано выше, согласно одному из вариантов осуществления изобретения, температурный датчик 215 установлен в воздушном канале вблизи одного из участков стенки, ограничивающей воздушный канал. Воздушный канал расположен так, что втягиваемый в устройство при вдохе пользователя и проходящий по воздушному каналу воздух направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик позиционирован таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток. В результате повышается чувствительность температурного датчика при обнаружении изменений его температуры, связанных с прохождением потока воздуха при вдохе пользователя через электронное устройство подачи пара. Такая конструкция показана на фиг. 7А.
В частности, на фиг. 7А показан канал 603, в котором установлен нагреваемый температурный датчик 215. Канал 603 содержит барьерные участки 700A и 700B, которые перекрывают часть поперечного сечения (в плоскости, параллельной линии AA) воздушного канала 603, по которому проходит воздушный поток. Наружные поверхности каждого из барьерных участков 700A и 700B в канале 603 совместно с участками внутренней стенки 706 канала 603, на которых отсутствуют барьерные участки 700A, образуют стенку, определяющую воздушный канал, по которому воздушный поток проходит во время вдоха и выдоха пользователя. Показанный на фиг. 7А канал 603 имеет вид цилиндрической трубки. Первый барьерный участок 700А также имеет цилиндрическую форму и примыкает вплотную к внутренней стенке 706 канала 603, в результате чего воздух не может проходить между внутренней стенкой 706 канала 603 и наружной стенкой 707 первого барьерного участка. Для закрепления первого барьерного участка 700А внутри канала 603 может использоваться, например, фрикционная посадка или клей. Первый барьерный участок 700А формирует центральный проход 701, так что проходящий по каналу 603 воздух, должен проходить через этот центральный проход 701. Второй барьерный участок 700В представляет собой круглый диск, расположенный на определенном расстоянии от первого барьерного участка 700А напротив конца центрального прохода 701, через который выходит воздушный поток при вдохе пользователя. Второй барьерный участок 700B расположен в поперечной плоскости (параллельной линии A-A) и полностью перекрывает центральный проход 701, если смотреть через поперечное сечение, параллельное линии A-A. Кроме того, радиус второго барьерного участка 700B меньше радиуса поперечного сечения канала 603, в результате чего между кольцеобразной кромкой 708 второго барьерного участка 700B и внутренней стенкой 706 канала 603 образуется кольцевой зазор 702. Таким образом, проходящий по каналу 603 воздух вынужден проходить через зазор 702. Нагреваемый температурный датчик 215 закреплен (с помощью клея или подобного материала) на стороне второго барьерного участка 700B, обращенной к центральному проходу 701, и расположен соосно с центральным проходом 701, следовательно, воздух, выходящий во время вдоха пользователя из центрального прохода 701, (как показано стрелкой 703 на фиг. 7A), направляется на нагреваемый температурный датчик 215. Другими словами, воздух направляется на температурный датчик 215, т.е. к участку стенки, определяющей воздушный канал 603, вблизи которого температурный датчик 215 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток (в данном случае участок стенки, вблизи которого установлен температурный датчик 215, является частью второго барьерного участка 700B, на котором закреплен температурный датчик). Воздух, втягиваемый при вдохе пользователя, через зазор 702 проходит в канал 604 (не показан на фиг. 7А) в направлении нагревателя 365 и мундштука 35.
Кроме того, показанный на 7А воздушный канал расположен так, что при выдохе пользователя проходящий по воздушному каналу воздух не направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток. На фиг. 7В, аналогичной фиг. 7А, показано прохождение воздуха по воздушному каналу при выдохе пользователя. На чертеже отчетливо видно, что воздух, поступающий во время выдоха пользователя в центральный проход 701 (как показано стрелками 704 на фиг. 7B), не направляется на нагреваемый температурный датчик 215. Выдыхаемый пользователем воздух проходит по центральному проходу 701 к впускному отверстию 602, через которое он покидает электронную сигарету 10.
H
Показанный на фиг. 7А и 7В второй барьерный участок 700В установлен в канале 603 посредством соединительного элемента, закрепленного на печатной плате 601 (не показанной на фиг. 7А или 7В) и отходит от нее, аналогично соединительному элементу 606, показанному для примера на фиг. 6А. Поскольку во время выдоха пользователя (в отличие от вдоха) воздух не направляется на температурный датчик 215, количество тепла, отводимого от температурного датчика 215 во время выдоха, меньше количества тепла, отводимого от температурного датчика 215 во время вдоха (так как меньшее количество молекул воздуха сталкивается с поверхностью температурного датчика). Это приводит к меньшему снижению или меньшей скорости обнаруживаемого снижения температуры нагрева температурного датчика 215 во время выдоха по сравнению с вдохом. По указанной разнице изменения температуры нагрева датчика можно различить вдох пользователя (когда нагреватель 365 должен быть приведен в действие) и выдох пользователя (когда нагреватель 365 не должен приводиться в действие). Таким образом, микроконтроллер 555 инициирует подачу мощности на нагреватель 365 только в том случае, если одна из величин, а именно: величина обнаруженного изменения параметра (такого как R, I, V или даже температуры T нагрева при применении нагреваемого термистора в качестве нагреваемого температурного датчика 215), связанного с температурой нагрева нагреваемого температурного датчика, или величина скорости обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева первого нагреваемого температурного датчика, превышает заданное пороговое значение, причем заданное пороговое значение выбирается таким образом, чтобы мощность подавалась на нагреватель 365 только во время вдоха (а не выдоха) пользователя.
Согласно одному из альтернативных вариантов осуществления изобретения, схематические изображения, показанные на фиг. 7А и 7В, следует рассматривать как обратные относительно вдоха и выдоха пользователя. В таком варианте фиг. 7А будет относиться к выдоху (соответственно, воздушный поток, обозначенный стрелкой 703, будет относиться к выдоху, а не к вдоху), а фиг. 7В будет относиться к вдоху (соответственно, воздушный поток, обозначенный стрелками 704, будет относиться к вдоху, а не выдоху). Указанная схема может быть реализована за счет обмена местоположений первого и второго барьерных участков 700A и 700B в канале 603 (точнее говоря, размещение первого и второго барьерных участков 700A и 700B в канале 603 является перевернутым по сравнению с размещением, показанным на фиг. 7А и 7В). Второй барьерный участок 700B может быть установлен в канале 603 посредством соединительного элемента, закрепленного на нижнем участке 607 канала 603 и отходить от него. При этом воздух выходит из центрального прохода 701 во время выдоха (а не вдоха) и направляется на нагреваемый температурный датчик 215. Другими словами, воздух направляется на температурный датчик 215, т.е. к участку стенки, определяющей воздушный канал 603, вблизи которого температурный датчик 215 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток (в данном случае участок стенки, вблизи которого установлен температурный датчик 215, является частью второго барьерного участка 700B, на котором закреплен температурный датчик). Далее выдыхаемый воздух проходит через зазор 702 и направляется к входному отверстию 602, через которое покидает электронную сигарету 10. Когда пользователь делает вдох, воздух проходит по воздушному каналу и не направляется на температурный датчик, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток. Точнее, во время вдоха пользователя воздух поступает в центральный проход 701 и не направляется на нагреваемый температурный датчик 215. Вдыхаемый воздух проходит через центральный проход 701 и, поступая в канал 604 (не показан на фиг. 7А), направляется к нагревателю 365 и мундштуку 35.
H
В устройстве согласно указанному альтернативному варианту осуществления изобретения воздух не направляется на температурный датчик 215 во время вдоха (в отличие от выдоха), поэтому во время вдоха от температурного датчика 215 отводится меньше тепла, чем отводится от температурного датчика 215 во время выдоха. Это приводит к меньшему снижению или меньшей скорости обнаруженного снижения температуры нагрева температурного датчика 215 во время вдоха по сравнению с выдохом. По указанной разнице изменения температуры нагрева датчика можно различить вдох пользователя (когда нагреватель 365 должен быть приведен в действие) и выдох пользователя (когда нагреватель 365 не должен приводиться в действие). Таким образом, микроконтроллер 555 инициирует подачу мощности на нагреватель 365 только в том случае, если одна из величин, а именно: величина обнаруженного изменения параметра (такого как R, I, V или даже температуры T нагрева при применении нагреваемого термистора в качестве нагреваемого температурного датчика 215), связанного с температурой нагрева первого нагреваемого температурного датчика, или величина скорости обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева первого нагреваемого температурного датчика, ниже заданного порогового значения, причем заданное пороговое значение выбирается таким образом, чтобы мощность подавалась на нагреватель 365 только во время вдоха (а не выдоха) пользователя. Благодаря предотвращению подачи мощности на нагреватель 365 во время выдоха (то есть при отсутствии необходимости испарения жидкости и, соответственно, приведения в действие нагревателя 365) снижается потребляемая электронной сигаретой 10 мощность и исключается непреднамеренное приведение в действие нагревателя 365 (соответственно, повышается безопасность пользователя). Указанный способ регулирования потока также можно комбинировать с другими средствами регулирования, например, с использованием обратных клапанов (или подобных устройств). Использование указанных дополнительных средств способствует предотвращению поступления воздуха в устройство при выдохе пользователя, благодаря чему дополнительно улучшается различимость вдыхаемого и выдыхаемого воздушных потоков.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, электронная сигарета 10 может быть снабжена вспомогательным нагреваемым температурным датчиком 800 (см. фиг. 8А и 8В). В этом случае вспомогательный температурный датчик 800 устанавливается в воздушном канале вблизи другого участка стенки воздушного канала. Воздушный канал расположен так, что при вдохе пользователя электронной сигареты 10 воздух, проходящий по воздушному каналу, направляется на первый из температурных датчиков 215 и 800, т.е. к участку стенки, вблизи которого первый температурный датчик 215 или 800 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток. При этом воздух не направляется на второй (другой) температурный датчик 215 и 800, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик 215 или 800 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток. Воздушный канал расположен так, что при выдохе пользователя электронной сигареты 10 проходящий по воздушному каналу воздух направляется на второй температурный датчик 215 и 800, т.е. к участку стенки, вблизи которого второй температурный датчик 215 или 800 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток. При этом воздух не направляется на первый температурный датчик 215 и 800, т.е. к участку стенки, вблизи которого первый температурный датчик 215 или 800 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток. Например, второй нагреваемый температурный датчик 800 в электронной сигарете 10 может иметь электрические характеристики, аналогичные первому нагреваемого температурному датчику 215, и может быть выполнен так же, как описанный выше первый нагреваемый температурный датчик 215. В частности, микроконтроллер 555 может инициировать подачу мощности для нагрева второго нагреваемого температурного датчика 800, при этом в качестве второго нагреваемого температурного датчика 800 может применяться, например, нагреваемый термистор, величина изменения одного или нескольких электрических параметров (таких как R, I или V) которого обнаруживается микроконтроллером 555 (как описано выше).
H
Указанный вариант осуществления изобретения приведен в качестве примера со ссылкой на фиг. 8А и 8В. Во время вдоха пользователя (как показано на фиг. 8А) воздух направлен на температурный датчик 215, а не на температурный датчик 800 (в результате чего, когда пользователь делает вдох, с поверхностью температурного датчика 215 сталкивается большее количество молекул воздуха, чем с поверхностью температурного датчика 800), следовательно, от температурного датчика 215 отводится большее количество тепла, по сравнению с количеством тепла, отводимого от температурного датчика 800, что приводит к большему снижению или большей скорости обнаруженного снижения температуры нагрева температурного датчика 215 по сравнению с температурным датчиком 800. С другой стороны, во время выдоха пользователя (как показано на фиг. 8В) воздух направлен на температурный датчик 800, а не на температурный датчик 215, в результате чего, когда пользователь делает выдох, с поверхностью температурного датчика 800 сталкивается большее количество молекул воздуха, чем с поверхностью температурного датчика 215. В результате от температурного датчика 800 отводится большее количество тепла по сравнению с количеством тепла, отводимого от температурного датчика 215, что приводит к большему снижению или большей скорости обнаруженного снижения температуры нагрева температурного датчика 800 по сравнению с температурным датчиком 215. По указанной разнице изменения температуры нагрева температурных датчиков 215 и 800 можно различить вдох пользователя (когда нагреватель 365 должен быть приведен в действие) и выдох пользователя (когда нагреватель 365 не должен приводиться в действие). Таким образом, микроконтроллер 555 инициирует подачу мощности на нагреватель 365 только в том случае, если одна из величин, а именно, величина обнаруженного изменения параметра (такого как R, I, V или даже температура T нагрева при применении нагреваемых термисторов в качестве нагреваемых температурных датчиков 215 и 800), связанная с температурой нагрева нагреваемого температурного датчика 215, превышает величину обнаруженного изменения указанного параметра температурного датчика 800, или величина скорости обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева температурного датчика 215, превышает величину скорости обнаруженного изменения указанного параметра температурного датчика 800. Таким образом, на нагреватель 365 мощность гарантированно подается только во время вдоха (а не выдоха). Опять-таки, за счет предотвращения подачи мощности на нагреватель 365 во время выдоха (то есть при отсутствии необходимости испарения жидкости и, соответственно, приведения в действие нагревателя 365) снижается потребляемая электронной сигаретой 10 энергия, и исключается непреднамеренное приведение в действие нагревателя 365 (соответственно, повышается безопасность пользователя).
Описанный ранее метод, позволяющий различать вдох и выдох пользователя, в качестве примера схематически проиллюстрирован на фиг. 8А (показано прохождение воздушного потока при вдохе) и на фиг. 8В (показано прохождение воздушного потока при выдохе). На указанных фигурах показан в продольном разрезе канал 603, в котором установлены температурные датчики 215 и 800. Согласно указанному примеру, наряду с нагреваемыми температурными датчиками 215 и 800 канал 603 содержит несколько барьерных участков 700C (в этом случае показаны три барьерных участка), каждый из которых перекрывает часть поперечного сечения (в плоскости параллельно линии А-А) воздушного канала 603, по которому проходит воздух. Наружные поверхности каждого из барьерных участков 700С в воздушном канале 603 совместно с участками внутренней стенки 706 канала 603, на которых отсутствуют барьерные участки 700С, образуют стенку, определяющую воздушный канал, по которому воздух проходит во время вдоха и выдоха пользователя.
Показанный на фиг. 8А и 8В канал 603 имеет вид цилиндрической трубки. Каждый из барьерных участков 700C также имеет цилиндрическую форму и примыкает вплотную к внутренней стенке 706 канала 603, в результате чего воздух не может проходить между внутренней стенкой 706 канала 603 и наружной стенкой 804 каждого барьерного участка 700С, за исключением вырезанной части 803 каждого барьерного участка 700C. Каждый из барьерных участков 700C может быть закреплен внутри канала 603 посредством фрикционной посадки или клея. Таким образом, во время вдоха/выдоха воздух, проходящий по каналу 603, должен проходить через вырезанную область 803 каждого из барьерных участков 700C. Вырезанные области 803 барьерных участков 700C располагаются относительно друг друга так, что в канале 603 образуется субканал 802 U-образной формы, по которому должен проходить воздух. Каждый из температурных датчиков 215 и 800 закреплен (с помощью клея или подобного материала) на внутренней поверхности стенки 706 канала 603 с противоположных концов основания U-образного субканала 802 (на фиг. 8A и 8B основание U-образного субканала 802 обозначено пунктирной линией 807). Следует отметить, что температурные датчики 215 и 800 установлены вблизи соответствующих участков стенки, определяющей воздушный канал. Во время вдоха пользователя (фиг. 8А) воздух поступает через входное отверстие 602 в U-образный субканал 802, по которому проходит к температурному датчику 215 в направлении, обозначенном стрелкой 805А, затем от нагреваемого температурного датчика 800 проходит в направлении, обозначенном стрелкой 805B, и поступает к нагревателю 365 и мундштуку 35. Таким образом, во время вдоха пользователя воздух направляется на температурный датчик 215, а не на температурный датчик 800. Точнее, воздух направляется на температурный датчик 215, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик 215 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток, однако не направляется на температурный датчик 800, т.е. к участку стенки вблизи которого температурный датчик 800 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток. Во время выдоха пользователя (фиг. 8В) воздух через отверстие мундштука 35 поступает в U-образный субканал 802, по которому проходит к нагреваемому температурному датчику 800 в направлении, обозначенном стрелкой 806B, далее в отдалении от нагреваемого температурного датчика 215, проходит в направлении, обозначенном стрелкой 806A, к впускному отверстию 602. Таким образом, во время выдоха пользователя воздух направляется на температурный датчик 800, а не на температурный датчик 215. В частности, воздух направляется на температурный датчик 800, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик 800 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток, однако не направляется на температурный датчик 215, т.е. к участку стенки, вблизи которого температурный датчик 215 расположен таким образом, чтобы около него нарушался воздушный поток.
Следует отметить, что если в описанном выше устройстве вместо одного нагреваемого температурного датчика 215 применяются два нагреваемых температурных датчика 215 и 800, имеется возможность определять направление воздушного потока (при вдохе или выдохе) на основании обнаруженных относительных изменений температуры нагреваемых температурных датчиков, что позволяет уменьшить величину мощности, подаваемой на каждый из них, по сравнению с вариантом выполнения устройства, в котором применяется лишь один нагреваемый температурный датчик. В результате можно снизить энергопотребление электронной сигареты 10.
Понятно, что воздушные каналы, показанные на фиг. 7А и 7В и фиг. 8А и 8В, являются лишь иллюстративным примером выполнения воздушных каналов, при этом допускаются другие варианты их конфигурации, обеспечивающие аналогичные эффекты. При указанной конфигурации воздушных каналов могут использоваться любые подходящие средства для направления воздушного потока, такие как концентраторы воздушного потока, воздухоотражатели, заслонки, устройства, обеспечивающие воздухообмен, и т.д.
H
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, микроконтроллер 555 выполнен с возможностью инициирования подачи мощности на нагреватель 365 с момента обнаружения изменения параметра (такого как R, I, V или даже температура T нагрева, когда нагреваемый термистор используется в качестве температурного датчика 215), связанного с температурой нагрева нагреваемого температурного датчика 215 и/или 800, до тех пор, пока не будет установлена одна из величин, а именно, величина обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева нагреваемого температурного датчика 215 и/или 800, или величина скорости обнаруженного изменения параметра, связанного с температурой нагрева нагреваемого температурного датчика 215 и/или 800. Нагрев нагревателя 365 инициируется прежде, чем будет определена реакция на обнаруженное изменение температуры нагрева нагреваемого температурного датчика 215 и/или 800 (как описывалось в качестве примера в приведенных выше вариантах). Если определено, что нагреватель 365 должен быть приведен в действие (например, если величина снижения или величина скорости снижения температуры нагрева нагреваемого температурного датчика 215 выше или ниже заданного порогового значения, либо если величина снижения или величина скорости снижения температуры нагрева первого из температурных датчиков 215 и 800 превышает указанную величину снижения или величину скорости снижения температуры нагрева второго (другого) из температурных датчиков 215 и 800), тогда микроконтроллер 555 продолжает инициировать подачу мощности на нагреватель 365. С другой стороны, если определено, что нагреватель 365 не должен приводиться в действие (например, если величина снижения или величина скорости снижения температуры нагрева нагреваемого температурного датчика 215 не выше или не ниже заданного порогового значения, либо если величина снижения или величина скорости снижения температуры нагрева первого из температурных датчиков 215 и 800 не превышает указанную величину снижения или величину скорости снижения температуры нагрева второго (другого) из температурных датчиков 215 и 800), тогда микроконтроллер 555 инициирует прекращение подачи мощности на нагреватель 365. Благодаря указанному техническому решению сокращается время отклика нагревателя 365 на реальный вдох пользователя, поскольку отсутствует период ожидания на распознавание микроконтроллером 555 реального вдоха. В то же время ложное приведение в действие нагревателя 365 (например, во время выдоха) быстро устраняется, благодаря чему, сокращается бесполезный расход заряда батареи и уменьшается риск непреднамеренного приведения в действие нагревателя на продолжительное время.
Следует отметить, что в одном из вариантов осуществления изобретения при первоначальном включении электронной сигареты 10 микроконтроллер 555 немедленно инициирует подачу мощности на нагреваемый температурный датчик 215 и/или 800 для его нагрева до требуемой температуры. Таким образом, гарантируется готовность микроконтроллера 555 к максимально быстрому обнаружению первой «затяжки» (вдоха) пользователя. Согласно другому варианту осуществления изобретения, микроконтроллер 555 после инициирования прекращения подачи мощности на нагреватель 365 (например, когда микроконтроллер 555 обнаруживает, что температура нагреваемого температурного датчика 215 и/или 800 после периода охлаждения вернулась к своему первоначальному значению, то есть вдох завершен), инициирует прекращение подачи мощности на нагреваемый температурный датчик 215 и/или 800 в течение заданного периода времени для снижения энергопотребления электронной сигареты 10. Заданный период времени определяется на основании типичного периода времени между затяжками пользователя электронной сигареты 10. Например, заданный период времени может быть определен как половина типичного периода затяжки (например, 15 сек, если типичный период затяжки составляет 30 сек).
На фиг. 9А - 9С представлены экспериментальные результаты, демонстрирующие принцип действия устройства согласно настоящему изобретению. В устройстве согласно изобретению в качестве нагреваемого температурного датчика 215 применялся нагреваемый бусинковый термистор, причем конфигурация воздушного канала была аналогична конфигурации воздушного канала, показанного на фиг. 7А и 7В. При температуре 25°C сопротивление термистора составляло 100 Ом, подача на термистор постоянной мощности 25 мВт осуществлялась посредством комбинации аппаратного и программного обеспечения (сформированной микроконтроллером 555). На фиг. 9A - 9C показаны графики зависимости сопротивления термистора (в Ом) от времени (в сек). Следует отметить, что на графиках несколько отличается время запуска/стабилизации, поскольку в программном обеспечении не была предусмотрена оптимизация процесса запуска и рабочего режима устройства. Тем не менее, представленные результаты экспериментов вполне адекватно демонстрируют принцип действия устройства согласно изобретению. На фиг. 9А показано измеренное сопротивление термистора во время запуска/стабилизации (т.е. сопротивление при первоначальной подаче мощности на термистор и через определенный период времени при достижении приблизительно постоянного значения). Следует отметить, что в примере, представленном на фиг. 9А, для быстрого достижения температуры стабилизации первоначально подавалась мощность 100 мВт. Затем подавалась постоянная мощность 25 мВт. На фиг. 9B показано измеренное сопротивление термистора, когда постоянный поток воздуха (25 мл/с) обтекал термистор во время вдоха и выдоха. Можно видеть, что благодаря описанной выше конфигурации воздушного канала процессы вдоха и выдоха различимы по изменению сопротивления термистора. На фиг. 9C также показано измеренное сопротивление термистора, когда постоянный поток воздуха (25 мл/с) обтекал термистор во время вдоха и выдоха. Однако в этом случае чувствительная к температуре поверхность термистора была покрыта слоем эпоксидной смолы. Можно видеть, что указанная обработка поверхности термистора влияет на изменение сопротивления термистора, которое связано с каждой из операций, а именно, с операцией вдоха и операцией выдоха. Например, величина изменения уменьшается, в особенности, при осуществлении выдоха (что в данном случае связано с гораздо меньшим сопротивлением). Разумеется, если откорректировать характеристики термистора (например, покрытия на чувствительной к температуре поверхности или т.п.) можно повысить эффективность устройства.
H
На фиг. 10 показана блок-схема процесса функционирования устройства согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Процесс функционирования устройства осуществляется под управлением микроконтроллера 555. Процесс начинается на этапе 1000. На этапе 1001 микроконтроллер 555 инициирует подачу мощности на температурный датчик 215 для его нагрева. На этапе 1002 определяется, произошло ли заданное изменение параметра (такого как R, I, V или даже температуры T нагрева, когда в качестве температурного датчика 215 применяется нагреваемый термистор), связанного с температурой нагрева температурного датчика 215. Как описано выше, заданное изменение может представлять собой, в частности, величину изменения параметра, либо величину скорости изменения параметра. В случае, если не обнаружено, что произошло заданное изменение, этап 1002 повторяется. В случае обнаружения заданного изменения выполняется этап 1003, на котором микроконтроллер 555 инициирует подачу мощности на испаритель (функцию которого, согласно описанным вариантам осуществления изобретения, выполняет нагреватель 365). Процесс завершается на этапе 1004.
Описанный в изобретении принцип может быть распространен на ряд электронных устройств подачи пара, включая, например, вариант ингалятора, описанный в документе US 2011/0226236, а также устройства для нагрева без горения (содержащие некоторые растительные вещества или экстракты, например, табачный лист, подвергаемый нагреву или выпариванию для получения требуемого пара), включающие электронный испаритель. В общем, следует отметить, что настоящее изобретение может быть применено к электронному устройству подачи пара, выполненному с возможностью использования с любым исходным материалом или источником аэрозоля, таким как резервуар с исходной жидкостью, представляющей собой композицию, обычно включающую в себя никотин и зачастую ароматизаторы, либо с твердым материалом, таким как продукт на основе табака, из которого, например, посредством распыления или теплового испарения образуется аэрозоль, вдыхаемый пользователем.
Разные описанные выше варианты осуществления изобретения показаны только для помощи в его понимании и изучении его особенностей и их список не является исчерпывающим и/или единственно возможным. Ясно, что описанные достоинства, варианты осуществления изобретения, примеры, функции, особенности, структуры и/или другие аспекты не являются ограничениями объема изобретения, который определяется его формулой, и что могут быть использованы другие варианты осуществления изобретения без выхода за границы объема настоящего изобретения. Различные варианты осуществления изобретения могут содержать, состоять или, по существу, состоять из надлежащих комбинаций описанных элементов, компонентов, особенностей, частей и так далее, отличающихся от явно описанных выше.