СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЯ С КОНТРОЛЕМ ПОТРЕБЛЕНИЯ И ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
GENERATION SYSTEM OF AEROSOL CONSUMPTION CONTROL AND FEEDBACK

Настоящее изобретение относится к системам генерирования аэрозоля, и в частности, к системам, включающим в себя устройства генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем, такие как курительные устройства. Описание изобретения относится к устройству и способу для контроля использования устройства и предоставления пользователю индикации его потребления аэрозоля или его потребления конкретной составляющей или составляющих аэрозоля.
Традиционные сигареты с зажженным концом выдают дым в результате сгорания табака и обертки, которое происходит при температуре, которая может превышать 800 градусов по Цельсию во время затяжки. При этих температурах, табак термически разлагается посредством пиролиза и сгорания. Тепло сгорания освобождает и вырабатывает различные газообразные продукты сгорания и дистилляты из табака. Продукты втягиваются через сигарету и охлаждаются и конденсируются, чтобы формировать дым, содержащий вкусы и ароматы, ассоциативно связанные с курением. При температурах сгорания, формируются не только вкусы и ароматы, но также и ряд нежелательных соединений.
Известны электрически нагреваемые курительные устройства, которые по существу являются устройствами генерирования аэрозоля, которые работают на более низких температурах, чем традиционные сигареты с зажженным концом. Пример такого электрического курительного устройства раскрыт в WO 2009/118085. WO 2009/118085 раскрывает электрическое курительное устройство, в котором образующая аэрозоль основа нагревается нагревательным элементом для генерирования аэрозоля. Температура нагревательного элемента регулируется, чтобы находиться в пределах конкретного диапазона температур, для того чтобы гарантировать, что нежелательные летучие соединения не формируются и не выпускаются из основы наряду с тем, что высвобождаются другие, желательные летучие соединения.
Желательно предоставить систему генерирования аэрозоля, которая может снабжать пользователя информацией о его или ее потреблении аэрозоля или конкретных соединений в аэрозоле, таких как никотин. Это предоставляет пользователю возможность лучше понимать и регулировать свое потребление. Также желательно обеспечить возможность собирать данные использования системы и потребления аэрозоля для клинических исследований и статистики уровня численности населения.
В аспекте раскрытия этого описания изобретения, предоставлена система генерирования аэрозоля, выполненная для оральной или назальной доставки генерируемого аэрозоля пользователю, содержащая:
нагревательный элемент, выполненный для нагревания образующей аэрозоль основы для генерирования аэрозоля;
источник питания, соединенный с нагревательным элементом;
контроллер, соединенный с нагревательным элементом и с источником питания, при этом контроллер выполнен для управления работой нагревательного элемента, причем контроллер включает в себя или соединен со средством выявления изменения потока воздуха мимо нагревательного элемента;
первое средство хранения данных, соединенное с контроллером, для записи выявленных изменений потока воздуха мимо нагревательного элемента и данных, относящихся к работе нагревательного элемента; и
второе средство хранения данных, содержащее базу данных, соотносящую изменения потока воздуха и данные, относящиеся к работе нагревательного элемента со свойствами аэрозоля, доставляемого пользователю; и
средство индикации, такое как устройство отображения, соединенное со вторым средством хранения данных, для индикации пользователю свойства аэрозоля, доставляемого пользователю.
Средство индикации может быть устройством отображения, которое способно отображать подробную информацию о свойствах аэрозоля, доставляемого пользователю, таких как количество конкретных соединений, доставляемых пользователю в течение конкретного периода времени. Однако, средство индикации может быть более фундаментальным, и может быть слышимая или видимая тревожная сигнализация, которая приводится в действие, когда потребление конкретного соединения за данный период времени превышает пороговый уровень. Пороговый уровень может быть установлен пользователем. Как будет описано, средство индикации может быть предусмотрено на устройстве генерирования аэрозоля, содержащем нагревательный элемент, или может быть предусмотрено на вспомогательном устройстве, на которое пересылаются данные с устройства генерирования аэрозоля.
В качестве используемого в материалах настоящей заявки, аэрозоль, «доставляемый» пользователю, означает аэрозоль, который вдыхается пользователем во время использования. "Вдыхаемый", в качестве используемого в материалах настоящей заявки, означает втягиваемый в организм через рот или нос и включает в себя ситуацию, где аэрозоль втягивается в легкие пользователя, а также ситуацию, где аэрозоль втягивается только в ротовую или носовую полость пользователя перед удалением из организма пользователя.
Первое средство хранения данных может быть выполнено с возможностью записывать выявленные изменения потока воздуха или затяжек или вдохов пользователя. Первое средство хранения данных может записывать количество затяжек пользователя или время каждой затяжки. Первое средство хранения данных также может быть выполнено с возможностью записывать температуру нагревательного элемента и мощность, подаваемую во время каждой затяжки. Первое средство хранения данных может записывать любые имеющиеся в распоряжении данные из контроллера по мере необходимости.
База данных может содержать данные, специфичные для конкретного типа образующей аэрозоль основы. Система, в таком случае, может содержать средство идентификации образующей аэрозоль основы, принятой в устройстве. Средство идентификации может включать в себя оптический сканер для считывания особых отметок на образующей аэрозоль основе или электронную схему, выполненную с возможностью выявлять электрическую характеристику образующей аэрозоль основы, такую как характеристическое сопротивление. В качестве альтернативы или в дополнение, система может включать в себя интерфейс пользователя, выполненный с возможностью предоставлять потребителю возможность вводить данные, идентифицирующие образующую аэрозоль основу, принятую в устройстве.
Данные, относящиеся к работе элемента генерирования аэрозоля, могут содержать температуру нагревательного элемента или мощность, подаваемую на нагревательный элемент. Эта информация вместе с данными потока воздуха и, необязательно, идентичностью основы может сравниваться с хранимыми данными во втором средстве хранения данных для извлечения данных, описывающих свойства аэрозоля, доставляемого пользователю. Свойства аэрозоля, доставляемого пользователю, могут содержать количество конкретных химических соединений.
База данных может включать в себя количества специфичных соединений, доставляемых системой в конкретных условиях для конкретных основ. База данных может включать в себя формулы, соотносящие конкретные параметры работы устройства генерирования аэрозоля, такие как температура и поток воздуха, с количествами специфичных соединений, доставляемых системой. Количества и формулы могут логически выводиться или экстраполироваться по экспериментальным данным.
Система может быть электрической курительной системой. В случае электрической курительной системы, второе средство хранения данных может хранить информацию, выведенную из сеансов курения с использованием стандартизованной курительной машины в различных режимах курения и в контролируемой среде для курения, и с регулируемой влажностью для конкретных образующих аэрозоль основ. Эти экспериментально выведенные данные могут использоваться для экстраполяции вероятно вдыхаемого объема дыма основного потока по изменениям потока воздуха и работе нагревателя. Режимами курения с использованием стандартизованной курительной машины, например, могут быть режим стандарта ISO или канадский интенсивный режим.
В случае курительной системы, данные, накопленные во втором средстве хранения данных, могут включать в себя, но не в качестве ограничения, количества следующих соединений, содержащихся в доставляемом аэрозоле: ацетальдегид, ацетамид, ацетон, акролеин, акриламид, акрилонитрил, 4-аминобифенил, 1-аминонафталин, 2-аминонафталин, аммиак, анабазин, o-анизидин, мышьяк, A-α-C (2-амино-9H-пиридо[2,3-b]индол), бенз[a]антрацен, бенз[j]ацеантрилен, бензол, бензо[b]фторантен, бензо[k]фторантен, бензо[b]фуран, бензо[a]пирен, бензо[c]фенантрен, бериллий, 1,3-бутадиен, кадмий, кофеиновая кислота, окись углерода, катехин, хлорированные диоксины/фураны, хром, хризен, кобальт, крезолы (o-, м- и п-крезол), кротональдегид, циклопента[c,d]пирен, дибенз[a,h]антрацен, дибензо[a,e]пирен, дибензо[a,h]пирен, дибензо[a,i]пирен, дибензо[a,l]пирен, 2,6-диметиланилин, этил-карбамат (уретан), этилбензол, этиленоксид, формальдегид, фуран, глю-P-1 (2-амино-6-метилдипиридо[1,2-a:3',2'-d]имидазол), глю-P-2 (2-аминодипиридо[1,2-a:3',2'-d]имидазол), гидразин, синильная кислота, индено[1,2,3-cd]пирен, IQ (2-амино-3-метилимидазо[4,5-f]хинолин), изопрен, свинец, MeA-α-C (2-амино-3-метил)-9H-пиридо[2,3-b]индол), ртуть, метил-этил-кетон, 5-метилхризен, 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанон (NNK), нафталин, никель, никотин, нитробензол, нитрометан, 2-нитропропан, N-нитрозодиэтаноламин (NDELA), N-нитрозодиэтиламин, N-нитрозодиметиламин (NDMA), N-нитрозометилэтиламин, N-нитрозоморфолин (NMOR), N-нитрозонорникотин (NNN), N-нитрозопиперидин (NPIP), N-нитрозопирролидин (NPYR), N-нитрозосаркозин (NSAR), норникотин, фенол, PhIP (2-амино-1-метил-6-фенилимидазо[4,5-b]пиридин), полоний-210, пропиональдегид, пропиленоксид, хинолин, селен, стирен, o-толуидин, толулол, Trp-P-1 (3-амино-1,4-диметил-5H-пиридо[4,3-b]индол), Trp-P-2 (1-метил-3-амино-5H-пиридо[4,3-b]индол), уран-235, уран-238, винилацетат или винилхлорид.
Система может содержать одиночное устройство генерирования аэрозоля, содержащее все компоненты системы. В качестве альтернативы, система может содержать устройство генерирования аэрозоля и одно или более вспомогательных устройств, с которыми устройство генерирования аэрозоля может быть непосредственно или опосредованно связано или соединено, причем одно или более вспомогательных устройств содержат некоторые из компонентов системы. Так, в случае системы, содержащей одиночное устройство, второе средство хранения данных или устройство отображения, или оба, второе средство хранения данных и устройство отображения, содержатся внутри единого корпуса вместе с нагревательным элементом и источником питания. Первое средство хранения данных и второе средство хранения данных могут быть частями единой физической памяти. В альтернативных вариантах выполнения, второе средство хранения данных или устройство отображения, или оба, второе средство хранения данных и устройство отображения, могут быть частью одного или более вспомогательных устройств. Например, портативный компьютер может быть частью системы и соединенным с устройством генерирования аэрозоля. Портативный компьютер может содержать второе средство хранения данных и устройство отображения и может выполнять сравнение данных из первого средства хранения данных с данными во втором средстве хранения данных.
В качестве используемого в материалах настоящей заявки, устройство генерирования аэрозоля означает устройство, которое взаимодействует с образующей аэрозоль основой, чтобы формировать аэрозоль. Устройство генерирования аэрозоля может содержать источник питания, который может быть внешним источником питания или встроенным источником питания, образующим часть устройства генерирования аэрозоля.
Одно или более вспомогательных устройств могут быть зарядным устройством, выполненным с возможностью пополнять источник питания в устройстве генерирования аэрозоля. В качестве альтернативы или в дополнение, одно или более вспомогательных устройств могут содержать портативный, настольный компьютер, мобильный телефон или другое потребительское электронное устройство. В одном из вариантов выполнения, второе средство хранения данных может содержать удаленный сервер, к которому устройство генерирования аэрозоля или другое вспомогательное устройство может подсоединяться через сеть связи. Пользователю может требоваться отправлять выявленные изменения потока воздуха мимо нагревательного элемента и данные, относящиеся к работе нагревательного элемента (в материалах настоящей заявки указываемые как данные использования), на удаленный сервер, для того чтобы принимать с сервера свойства аэрозоля, доставляемого пользователю. Это предоставляет возможность, чтобы центральное хранилище данных использования, которое может использоваться для статистики уровня численности населения, могло использоваться для улучшения конструкции системы и могло использоваться в клинических исследованиях.
Данные могут передаваться между разными устройствами внутри системы любыми пригодными средствами. Например, может использоваться проводное соединение, такое как соединение USB. В качестве альтернативы, может использоваться беспроводное соединение. Данные также могут передаваться через сеть связи, такую как сеть Интернет. В одном из вариантов выполнения, устройство генерирования аэрозоля может быть выполнено с возможностью передавать данные из первого средства хранения данных во второе средство хранения данных в зарядном устройстве для аккумуляторной батареи каждый раз, когда устройство подзаряжается, через подходящие соединения для данных.
Любой пригодный тип памяти может использоваться для первого и второго средств хранения данных, такой как ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, RAM) или флэш-память.
Идентичность или одна или более характеристик образующей аэрозоль основы могут предоставляться перед или после записи данных использования. Как описано, идентичность или одна или более характеристик образующей аэрозоль основы могут предоставляться посредством ввода данных от пользователя системы или могут предоставляться в результате автоматизированного процесса детектирования основы.
Система может быть выполнена с возможностью выдавать предупреждение, когда оценено, что пользователю было доставлено пороговое количество одного или более соединений системой в течение заданного периода времени. Множество пороговых значений могут устанавливаться для разных смесей и разных периодов времени. Предупреждение может выдаваться на устройстве генерирования аэрозоля, содержащем нагревательный элемент, или на одном или более вспомогательных устройств. Предупреждение может быть простым видимым или слышимым сигналом или может быть представлением более подробной информации на экране устройства отображения. Предупреждение может выдаваться для извещения пользователя, что его потребление конкретного соединения достигло требуемого предела или заданной дозы.
Пароль пользователя или имя пользователя могут вводиться в интерфейс пользователя в системе, чтобы гарантировать, что записанные данные приведены в соответствие записанным ранее данным от того же самого пользователя. В качестве альтернативы, если система включает в себя одно или более вспомогательных устройств, в которых расположено второе средство хранения данных, может быть сделано допущение, что каждое устройство генерирования аэрозоля используется уникальным пользователем, и идентификатор устройства может содержаться в данных использования или в других данных, пересылаемых с устройства генерирования аэрозоля.
Во втором аспекте раскрытия описания изобретения, предусмотрен способ предоставления данных доставки аэрозоля конечному пользователю электрически нагреваемого устройства генерирования аэрозоля, устройство содержит нагревательный элемент и источник питания для подачи мощности на нагревательный элемент, и средство для выявления изменения потока воздуха мимо нагревательного элемента, содержащий:
запись выявленных изменений потока воздуха мимо нагревательного элемента и данных, относящихся к работе нагревательного элемента; и
извлечение из базы данных, на основании выявленных изменений потока воздуха и данных, относящихся к работе нагревательного элемента, свойств аэрозоля, доставляемого пользователю; и
указание, например, отображение извлеченных свойств аэрозоля, доставляемого пользователю.
Способ дополнительно может содержать этап выявления или предоставления по меньшей мере одной характеристики образующей аэрозоль основы, принятой в устройстве, при этом этап извлечения также основан на по меньшей мере одной характеристике образующей аэрозоль основы, принятой в устройстве.
Извлеченные свойства аэрозоля, доставляемого пользователю, могут содержать количество конкретных химических соединений. Устройство генерирования аэрозоля может быть курительным устройством.
В третьем аспекте раскрытия описания изобретения, предусмотрена компьютерная программа, которая, когда приводится в исполнение на компьютере или другом пригодном устройстве обработки, выполняет способ по второму аспекту или по меньшей мере этапы извлечения и индикации.
В четвертом аспекте раскрытия описания изобретения, предусмотрен машинно-читаемый запоминающий носитель, несущий машинно-исполняемые команды, которые, когда приводятся в исполнение на компьютере или другом пригодном устройстве обработки, выполняют способ по второму аспекту или по меньшей мере этапы извлечения и индикации.
Машинно-читаемые команды могут быть предусмотрены в качестве прикладной или компьютерной программы для персонального компьютера или портативного вычислительного устройства, такого как мобильный телефон или другое устройство обработки, с которым может быть соединено устройство генерирования аэрозоля. Прикладная или компьютерная программа может быть загружаемой пользователем через сеть связи, такую как сеть Интернет. Машинно-исполняемые команды могут включать в себя базу данных или могут включать в себя средство для выполнения доступа к базе данных, хранимой на удаленном устройстве.
В пятом аспекте раскрытия предусмотрено устройство генерирования аэрозоля, выполненное с возможностью для оральной или назальной доставки генерируемого аэрозоля пользователю, устройство содержит:
нагревательный элемент, выполненный для нагревания образующей аэрозоль основы для генерирования аэрозоля;
источник питания, соединенный с нагревательным элементом;
контроллер, соединенный с нагревательным элементом и с источником питания, при этом контроллер выполнен для управления работой нагревательного элемента, причем контроллер включает в себя или соединен со средством выявления изменения потока воздуха мимо нагревательного элемента;
первое средство хранения данных, соединенное с контроллером, для записи выявленных изменений потока воздуха мимо нагревательного элемента и данных, относящихся к работе нагревательного элемента; и
средство вывода данных, выполненное с возможностью предоставлять данным из первого средства хранения данных возможность выводиться на внешнее устройство.
В шестом аспекте раскрытия, предусмотрен комплект, содержащий: электрически нагреваемое устройство генерирования аэрозоля, устройство содержит нагревательный элемент и источник питания для подачи мощности на нагревательный элемент, и средство для выявления изменения потока воздуха мимо нагревательного элемента; и машинно-читаемый запоминающий носитель, несущий машинно-исполняемые команды или машинную программу, предоставляющую возможность для загрузки машинно-исполняемых команд с удаленного устройство, машинно-исполняемые команды, когда приводятся в исполнение на компьютере или другом пригодном устройстве обработки, выполняют способ по второму аспекту или по меньшей мере этапы извлечения и индикации.
Во всех аспектах раскрытия, средство для выявления изменения потока воздуха мимо нагревателя может быть специальным датчиком расхода, таким как микрофон или термопара, соединенным с контроллером. В качестве альтернативы, контроллер может быть выполнен с возможностью регулировать мощность, подаваемую на нагревательный элемент из источника питания, чтобы поддерживать нагревательный элемент на целевой температуре, и может быть выполнен с возможностью контролировать изменения температуры нагревательного элемента или изменения мощности, подаваемой на нагревательный элемент, для выявления изменения потока воздуха мимо нагревательного элемента.
Контроллер может оценивать, на основании заданных пороговых значений или на основании цепи управления, такой как триггер Шмитта, являются ли выявленные изменения потока воздуха результатом затяжки пользователя. Например, в одном из вариантов выполнения, контроллер может быть выполнен с возможностью контролировать, превышает ли разность между температурой нагревательного элемента и целевой температурой пороговое значение, для того чтобы выявлять изменение потока воздуха мимо нагревательного элемента, указывающее на вдыхание пользователем. Контроллер может быть выполнен с возможностью контролировать, превышает ли разность между температурой нагревательного элемента и целевой температурой пороговое значение в течение заданного периода времени или в течение заданного количества циклов измерения для выявления изменения потока воздуха мимо нагревательного элемента, указывающего на вдыхание пользователем. Это гарантирует, что краткосрочные отклонения температуры не приводят к ложному выявлению вдыхания пользователем.
В еще одном варианте выполнения, контроллер может быть выполнен с возможностью контролировать разность между мощностью, подаваемой на нагревательный элемент, и ожидаемым уровнем мощности, чтобы выявлять изменение потока воздуха мимо нагревательного элемента, указывающее на вдыхание пользователем. В качестве альтернативы или в дополнение, контроллер может быть выполнен с возможностью сравнивать скорость изменения температуры или скорость изменения подаваемой мощности с пороговым уровнем, чтобы выявлять изменение потока воздуха мимо нагревательного элемента, указывающее на вдыхание пользователем.
Контроллер может быть выполнен с возможностью настраивать целевую температуру, когда выявлено изменение потока воздуха мимо нагревателя. Повышенный поток воздуха приводит большее количество кислорода в соприкосновение с основой. Это повышает вероятность сгорания основы при заданной температуре. Сгорание основы является нежелательным. Таким образом, целевая температура может понижаться, когда выявлен поток воздуха, для того чтобы снизить вероятность сгорания основы. В качестве альтернативы или в дополнение, контроллер может быть выполнен с возможностью настраивать мощность, подаваемую на нагревательный элемент, когда выявлено изменение потока воздуха мимо нагревательного элемента. Поток воздуха мимо нагревательного элемента типично имеет охлаждающее воздействие на нагревательный элемент. Мощность у нагревательного элемента может временно повышаться, чтобы компенсировать это охлаждение.
В одном из вариантов выполнения, контроллер может быть выполнен с возможностью контролировать температуру нагревательного элемента на основании измерения электрического сопротивления нагревательного элемента. Это предоставляет температуре нагревательного элемента возможность детектироваться без необходимости в дополнительных измерительных аппаратных средствах.
Температура нагревательного элемента может контролироваться с заданными временными интервалами, такими как каждые несколько миллисекунд. Это может делаться непрерывно или только в течение периодов, когда мощность подается на нагревательный элемент.
Контроллер может быть выполнен с возможностью восстанавливать готовность выявлять следующую затяжку пользователя, когда разность между выявленной температурой и целевой температурой является меньшей, чем пороговая величина. Контроллер может быть выполнен с возможностью требовать, чтобы разность между выявленной температурой и целевой температурой была меньшей, чем пороговая величина в течение заданного времени или количества циклов измерения.
В некоторых вариантах выполнения, контроллер выполнен с возможностью сравнивать показатель мощности, подаваемой на нагревательный элемент, или энергии, подаваемой на нагревательный элемент из источника питания, с пороговым показателем мощности или энергии для выявления присутствия образующей аэрозоль основы, близкой нагревательному элементу, или свойства материала образующей аэрозоль основы вблизи нагревательного элемента.
Показатель мощности или энергии может быть любым показателем мощности или энергии, в том числе, средней мощностью за заданный период времени или за заданное количество циклов измерения, скоростью изменения мощности или энергии, или кумулятивным показателем мощности или энергии, подаваемой за заданный период времени или за заданное количество циклов измерения.
В одном из вариантов выполнения, показатель энергии является нормированной энергией за заданный период времени. В еще одном варианте выполнения, показатель энергии является скоростью убывания нормированной энергии за заданный период времени.
Величина мощности или энергии, требуемая для достижения и поддержания нагревательного элемента на целевой температуре, зависит от скорости потери тепла из нагревательного элемента. Это является сильно зависящим от среды, окружающей нагревательный элемент. Если основа находится вблизи или контактирует с нагревательным элементом, она будет оказывать влияние на скорость потери тепла из нагревательного элемента по сравнению с ситуацией, в которое нет основы вблизи нагревательного элемента. В одном из вариантов выполнения, устройство выполнено с возможностью принимать образующую аэрозоль основу в контакт с нагревательным элементом. Нагревательный элемент, в таком случае, теряет тепло в основу посредством теплопроводности. Устройство может быть сконфигурировано так, чтобы основа окружала нагревательный элемент в употреблении.
Контроллер может быть выполнен с возможностью понижать до нуля подачу мощности на нагревательный элемент из источника питания, если показатель мощности или энергии является меньшим, чем пороговый показатель мощности или энергии. Если величина энергии, необходимая для поддержания температуры нагревательного элемента на целевой температуре, является меньшей, чем ожидается, это может быть, потому что образующая аэрозоль основа не присутствует в устройстве или потому что непригодная основа, такая как использованная ранее основа, находится в устройстве. Использованная ранее основа обычно будет иметь более низкое содержание воды и более низкое содержание формирователя аэрозоля, чем новая основа, а потому, отбирает меньшее количество энергии от нагревательного элемента. В любом случае обычно желательно прекращать подачу мощности на нагреватель.
Во всех аспектах раскрытия, источник питания может быть любым пригодным источником питания, таким как газовый, химический или электрический источник питания. Источник питания может быть аккумуляторной батареей. В одном из вариантов выполнения, источник питания является литий-ионной аккумуляторной батареей. В качестве альтернативы, источник питания может быть никель-металлгидридной аккумуляторной батареей, никель-кадмиевой аккумуляторной батареей или литийсодержащей аккумуляторной батареей, например, литий-кобальтовой, литий-железо-фосфатной или литий-полимерной аккумуляторной батареей. Мощность может подаваться на нагревательный элемент в качестве импульсного сигнала. Величина мощности, подаваемой на нагревательный элемент, может настраиваться посредством изменения относительной длительности включения или длительности импульса мощного сигнала.
Нагревательный элемент может содержать одиночный нагревательный элемент. В качестве альтернативы, нагревательный элемент может содержать более чем один нагревательный элемент. Нагревательный элемент или нагревательные элементы могут быть скомпонованы надлежащим образом, с тем чтобы наиболее эффективно нагревать образующую аэрозоль основу.
2
Нагревательный элемент может содержать электрически резистивный материал. Пригодные электрически резистивные материалы включают в себя, но не в качестве ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящая» керамика (например, такая как дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, металлические сплавы и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры пригодной легированной керамики включают в себя легированные карбиды кремния. Примеры пригодных металлов включают в себя титан, цирконий, тантал, золото, серебро и металлы из группы платины. Примеры пригодных металлических сплавов включают в себя нержавеющую сталь, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец-, золото- и железо-содержащие сплавы, и суперсплавы, основанные на никеле, железе, кобальте, нержавеющей стали, Timetal и основанные на железе-марганце-алюминии сплавы. В композитных материалах, электрически резистивный материал необязательно может быть встроен в, инкапсулирован или покрыт изолирующим материалом, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и внешних требуемых физико-химических свойств. Керамические и/или изолирующие материалы, например, могут включать в себя оксид алюминия, оксид циркония (ZrO). В качестве альтернативы, электрический нагреватель может содержать инфракрасный нагревательный элемент, фотонный источник или индуктивный нагревательный элемент.
Нагревательный элемент может принимать любую форму. Например, нагревательный элемент может принимать форму нагревательного полотна. В качестве альтернативы, нагревательный элемент может принимать форму оболочки или основы, имеющей разные электропроводящие участки, или электрически резистивной металлической трубки. В качестве альтернативы, одна или более нагревательных игл или стержней, которые проходят через центр образующей аэрозоль основы, могут быть такими, как уже описанные. В качестве альтернативы, нагревательный элемент может быть дисковым (торцевым) нагревателем или комбинацией дискового нагревателя с нагревательными иглами или стержнями. Другие альтернативные варианты включают в себя нагревательную проволоку или нить, например проволоку из Ni-Cr (никель-хрома), платины, вольфрама или сплава, или нагревательную пластину. Необязательно, нагревательный элемент может быть размещен в или на жестком материале-носителе. В одном таком варианте выполнения, нагревательный элемент может быть сформирован с использованием металла, имеющего определенную зависимость между температурой и удельным сопротивлением. В таком примерном устройстве, металл может быть сформирован в качестве дорожки на пригодном изолирующем материале, таком как керамический материал, а затем прослоен в другом изолирующем материале, таком как стекло. Нагревательные элементы, сформированные таким образом, могут использоваться как для нагревания, так и для контроля температуры нагревателей во время работы.
Нагревательный элемент может нагревать образующую аэрозоль основу посредством теплопроводности. Нагревательный элемент может по меньшей мере частично находиться в контакте с основой или носителем, на котором осаждена основа. В качестве альтернативы, тепло из нагревательного элемента может проводиться в основу посредством теплопроводящего элемента.
В качестве альтернативы, нагревательный элемент может переносить тепло во входящий окружающий воздух, который втягивается через систему во время использования, которое, в свою очередь, нагревает образующую аэрозоль основу посредством конвекции. Окружающий воздух может нагреваться перед прохождением через образующую аэрозоль основу.
В одном из вариантов выполнения, мощность подается на нагревательный элемент до тех пор, пока нагревательный элемент не достигает температуры между приблизительно 250°C и 440°C, для того чтобы вырабатывать аэрозоль из образующей аэрозоль основы. Любой пригодный датчик температуры и схема управления могут использоваться для того, чтобы регулировать нагрев нагревательного элемента для достижения температуры между приблизительно 250°C и 440°C, включая использование одного или более дополнительных нагревательных элементов. Это происходит в противоположность традиционным сигаретам, в которых сгорание табака и сигаретной обертки может достигать 800°C.
Образующая аэрозоль основа может содержаться в курительном изделии. Во время работы, курительное изделие, содержащее образующую аэрозоль основу, может быть полностью заключенным внутри системы генерирования аэрозоля. В таком случае пользователь может затягиваться мундштуком системы генерирования аэрозоля. В качестве альтернативы, во время работы курительное изделие, содержащее образующую аэрозоль основу, может быть частично заключенным внутри системы генерирования аэрозоля. В таком случае пользователь может затягиваться непосредственно курительным изделием.
Курительное изделие может быть по существу цилиндрическим по форме. Курительное изделие может быть по существу вытянутым. Курительное изделие может иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине. Образующая аэрозоль основа может быть по существу цилиндрической по форме. Образующая аэрозоль основа может быть по существу вытянутой. Образующая аэрозоль основа также может иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине. Образующая аэрозоль основа может приниматься в выдвижной патрон устройства генерирования аэрозоля, из условия чтобы длина образующей аэрозоль основы была по существу параллельной направлению потока воздуха в устройстве генерирования аэрозоля.
Курительное изделие может иметь общую длину между приблизительно 30 мм и приблизительно 100 мм. Курительное изделие может иметь наружный диаметр между приблизительно 5 мм и приблизительно 12 мм. Курительное изделие может содержать фильтрующую вставку. Фильтрующая вставка может быть расположена на находящемся ниже по потоку конце курительного изделия. Фильтрующая вставка может быть ацетилцеллюлозной фильтрующей вставкой. Фильтрующая вставка имеет приблизительно 7 мм в длину в одном из вариантов выполнения, но может иметь длину между от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм.
В одном из вариантов выполнения, курительное изделие имеет общую длину приблизительно 45 мм. Курительное изделие может иметь наружный диаметр приблизительно 7,2 мм. Кроме того, образующая аэрозоль основа может иметь длину приблизительно 10 мм. В качестве альтернативы, образующая аэрозоль основа может иметь длину приблизительно 12 мм. Кроме того, диаметр образующей аэрозоль основы может быть между приблизительно 5 мм и приблизительно 12 мм. Курительное изделие может содержать наружную бумажную обертку. Кроме того, курительное изделие может содержать разделение между образующей аэрозоль основой и фильтрующей вставкой. Разделение может иметь значение приблизительно 18 мм, но может находиться в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 25 мм.
В качестве используемого в материалах настоящей заявки, термин «образующая аэрозоль основа» означает основу, способную к выпусканию летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут выпускаться посредством нагревания или сгорания образующей аэрозоль основы. Образующая аэрозоль основа может содержать никотин.
Образующая аэрозоль основа может быть твердой образующей аэрозоль основой. В качестве альтернативы, образующая аэрозоль основа может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Образующая аэрозоль основа может содержать тобакосодержащий материал, содержащий табачные ароматические летучие соединения, которые выпускаются из основы при нагревании. В качестве альтернативы, образующая аэрозоль основа может содержать нетабачный материал. Образующая аэрозоль основа дополнительно может содержать формирователь аэрозоля, который содействует образованию плотного и стабильного аэрозоля. Примерами пригодных формирователей аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Если образующая аэрозоль основа является твердой образующей аэрозоль основой, твердая образующая аэрозоль основа, например, может содержать одно или более из: порошка, гранул, катышков, клочков, длинных тонких макарон, полосок или пластин, содержащих одно или более из: травяного листа, табачного листа, фрагментов табачных жилок, восстановленного табака, гомогенизированного табака, прессованного табака и раскатанного табака. Твердая образующая аэрозоль основа может быть в свободной форме или может поставляться в подходящем контейнере или картридже. Необязательно, твердая образующая аэрозоль основа может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматические соединения, которые должны выпускаться при нагревании основы. Твердая образующая аэрозоль основа также может содержать капсулы, например, которые включают в себя дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматические соединения, и такие капсулы могут плавиться во время нагревания твердой образующей аэрозоль основы.
В качестве используемого в материалах настоящей заявки, гомогенизированный табак содержит материал, сформированный посредством агломерации порошкового табака, и может быть в форме листа. Гомогенизированный табачный материал может иметь содержание формирователя аэрозоля более чем 5% от сухого веса. Гомогенизированный табачный материал, в качестве альтернативы, может иметь содержание формирователя аэрозоля между 5% и 30% по весу от сухого веса. Листы гомогенизированного табачного материала могут быть сформированы посредством агломерации порошкового табака, полученного перемалыванием или иным измельчением одного или обоих из табачной листовой пластинки и стеблей табачного листа; в качестве альтернативы или в дополнение, листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более из табачной пыли, мелких частиц табака или других порошковых табачных побочных продуктов, например, сформированных во время очистки, обработки и транспортировки табака. Листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или более внутренних связующих, которые являются эндогенными связующими табака, одно или более внешних связующих, которые являются экзогенными связующими табака, или их комбинацию, чтобы помогать агломерировать порошковый табак; в качестве альтернативы или в дополнение, листы гомогенизированного табачного материала могут содержать другие добавки, в том числе, но не в качестве ограничения, табачные и нетабачные волокна, формирователи аэрозоля, увлажнители, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, водные и неводные растворители и их комбинации.
В особенно предпочтительном варианте выполнения, образующая аэрозоль основа содержит собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала. В качестве используемого в материалах настоящей заявки, термин "гофрированный лист" обозначает лист, имеющий множество по существу параллельных гребней или гофр. Предпочтительно, когда изделие генерирования аэрозоля было собрано, по существу параллельные гребни или гофры продолжаются вдоль или параллельно продольной оси изделия генерирования аэрозоля. Это преимущественно способствует собиранию гофрированного листа гомогенизированного табачного материала для формирования образующей аэрозоль основы. Однако, будет принято во внимание, что гофрированные листы гомогенизированного табачного материала для включения в изделие генерирования аэрозоля, в качестве альтернативы или в дополнение, могут иметь множество по существу параллельных гребней или гофр, которые расположены под тупым или острым углом к продольной оси изделия генерирования аэрозоля, когда изделие генерирования аэрозоля было собрано. В некоторых вариантах выполнения, образующая аэрозоль основа может содержать собранный лист гомогенизированного табачного материала, который по существу равномерно текстурирован на по существу полной своей поверхности. Например, образующая аэрозоль основа может содержать собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала, содержащий множество по существу параллельных гребней или гофр, которые по существу равномерно разнесены по ширине листа.
По выбору, твердая образующая аэрозоль основа может быть предусмотрена на или встроена в теплостойкий носитель. Носитель может принимать форму порошка, гранул, катышков, клочков, длинных тонких макарон, полосок или листов. В качестве альтернативы, носитель может быть трубчатым носителем, имеющим тонкий слой твердой основы, нанесенной на его внутренней поверхности или на его наружной поверхности, или на его обеих, внутренней и наружной, поверхностях. Такой трубчатый носитель, например, может быть сформирован из бумаги или подобного бумаге материала, нетканого мата из углеродного волокна, металлического сита с открытыми ячейками низкой массы или перфорированной металлической фольги или любой другой теплостойкой полимерной матрицы.
Твердая образующая аэрозоль основа может быть нанесена на поверхности носителя, например, в форме листа, пены, геля или суспензии. Твердая образующая аэрозоль основа может быть нанесена на полную поверхность носителя или, в качестве альтернативы, может быть нанесена сеткой, для того чтобы обеспечивать неравномерную доставку аромата во время использования.
Хотя выше сделана ссылка на твердые образующие аэрозоль основы, специалисту в данной области будет ясно, что другие формы образующей аэрозоль основы могут использоваться с другими вариантами выполнения. Например, образующая аэрозоль основа может быть жидкой образующей аэрозоль основой. Если предусмотрена жидкая образующая аэрозоль основа, устройство генерирования аэрозоля предпочтительно содержит средство для удерживания жидкости. Например, жидкая образующая аэрозоль основа может удерживаться в контейнере. В качестве альтернативы или в дополнение, жидкая образующая аэрозоль основа может быть абсорбирована в пористый материал-носитель. Пористый материал-носитель может быть сделан из любых пригодных абсорбирующих вставки или ствола, например, вспененного металлического или пластмассового материала, полипропиленовых, териленовых, нейлоновых волокон или керамики. Жидкая образующая аэрозоль основа может удерживаться в пористом материале-носителе перед использованием системы генерирования аэрозоля, или, в качестве альтернативы, материал жидкой образующей аэрозоль основы может выпускаться в пористый материал-носитель во время или непосредственно перед использованием. Например, жидкая образующая аэрозоль основа может поставляться в капсуле. Оболочка капсулы предпочтительно плавится при нагревании и выпускает жидкую образующую аэрозоль основу в пористый материал-носитель. Капсула необязательно может содержать твердое вещество в комбинации с жидкостью.
В качестве альтернативы, носитель может быть нетканой материей или пучком волокон, в которые были включены табачные компоненты. Нетканая материя или пучок волокон, например, могут содержать углеродные волокна, натуральные целлюлозные волокна или производные целлюлозные волокна.
Система генерирования аэрозоля может содержать воздухозаборник. Система генерирования аэрозоля может содержать выход воздуха. Система генерирования аэрозоля может содержать конденсационную камеру для предоставления возможности формироваться аэрозолю, имеющему требуемые характеристики.
Варианты выполнения изобретения далее будут описаны подробно, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематический чертеж, показывающий основные элементы устройства генерирования аэрозоля в соответствии с одним из вариантов выполнения;
фиг. 2 - принципиальная схема, иллюстрирующая элементы управления по одному из вариантов выполнения;
фиг. 3 - график, иллюстрирующий изменения температуры нагревателя и подаваемой мощности во время затяжек пользователя в соответствии с еще одним вариантом выполнения;
фиг. 4 иллюстрирует управляющую последовательность для определения, происходит ли затяжка пользователя, в соответствии с еще одним другим вариантом выполнения;
фиг. 5 - график, иллюстрирующий разную нормированную энергию, требуемую для подачи на нагревательный элемент, чтобы поддерживать температуру на целевом уровне, для новой, старой и в отсутствие основы рядом с нагревательным элементом; и
фиг. 6 иллюстрирует управляющую последовательность для определения, находится ли надлежащая основа в устройстве.
На фиг. 1, внутреннее строение варианта выполнения устройства 100 показано упрощенным образом. В частности, элементы устройства 100 генерирования аэрозоля не отображены в масштабе. Элементы, которые не являются существенными для понимания варианта выполнения, обсужденного в материалах настоящей заявки, были опущены для упрощения фиг. 1.
Устройство 100 генерирования аэрозоля содержит корпус 10 и основу 2 генерирования аэрозоля, например, сигарету. Образующая аэрозоль основа 2 вталкивается внутрь корпуса 10, чтобы входить в тепловую близость с нагревательным элементом 20. Образующая аэрозоль основа 2 будет выпускать диапазон летучих соединений при разных температурах. Некоторые из летучих соединений, выпускаемых из образующей аэрозоль основы 2, формируются только посредством процесса нагрева. Каждое летучее соединение будет выпускаться выше характеристической температуры освобождения. Посредством управления максимальной рабочей температурой устройства 100 генерирования аэрозоля с тем, чтобы понизить температуру освобождения некоторых из летучих соединений, можно избежать выпускание или формирование этих дымовых составляющих.
Дополнительно, устройство 100 генерирования аэрозоля включает в себя источник 40 электроэнергии, например, перезаряжаемую литий-ионную аккумуляторную батарею, предусмотренную внутри корпуса 10. Устройство 100 генерирования аэрозоля дополнительно включает в себя контроллер 30, который соединен с нагревательным элементом 20, источник 40 электроэнергии, детектор 32 образующей аэрозоль основы и интерфейс 36 пользователя, например, графическое устройство отображения или комбинации световых индикаторов на СИД (светоизлучающих диодах, LED), которые передают информацию касательно устройства 100 пользователю.
Детектор 32 образующей аэрозоль основы может выявлять присутствие и идентичность образующей аэрозоль основы 2 в тепловой близости с нагревательным элементом 20, и сигнализирует о присутствии образующей аэрозоль основы 2 в контроллер 30. Предоставление детектора основы является необязательным.
Контроллер управляет интерфейсом 36 пользователя для отображения информации о системе, например, мощности аккумуляторной батареи, температуре, состоянии образующей аэрозоль основы 2, других сообщений или их комбинации.
Контроллер 30 дополнительно управляет максимальной рабочей температурой нагревательного элемента 20. Температура нагревательного элемента может выявляться специальным датчиком температуры. В качестве альтернативы, в еще одном варианте выполнения, температура нагревательного элемента определяется посредством контроля его удельного сопротивления. Удельное сопротивление отрезка провода является зависящим от его температуры. Удельное сопротивление ρ возрастает с повышением температуры. Фактическая характеристика удельного сопротивления ρ будет меняться в зависимости от точного состава сплава и геометрической конфигурации нагревательного элемента 20, и определенная опытным путем зависимость может использоваться в контроллере. Таким образом, сведения об удельном сопротивлении ρ в любой заданный момент времени могут использоваться для вывода фактической рабочей температуры нагревательного элемента 20.
Сопротивление нагревательного элемента, R=V/I; где V - напряжение на нагревательном элементе, а I - ток, проходящий через нагревательный элемент 20. Сопротивление R зависит от конфигурации нагревательного элемента 20, а также температуры, и выражается следующей зависимостью:
R=ρ(T)*L/S уравнение 1
Где ρ(T) - зависящее от температуры удельное сопротивление, L - длина, и S - площадь поперечного сечения нагревательного элемента 20. L и S - постоянны для данной конфигурации нагревательного элемента 20 и могут быть измерены. Таким образом, для данной конструкции нагревательного элемента, R пропорционально ρ(T).
Удельное сопротивление ρ(T) нагревательного элемента может быть выражено в полиномиальной форме, как изложено ниже:
o
1
2
2
ρ(T)=ρ*(1+αT+αT) уравнение 2
o
o
1
2
Где ρ - удельное сопротивление на эталонной температуре T, и α и α - полиномиальные коэффициенты.
Таким образом, зная длину и поперечное сечение нагревательного элемента 20, можно определять сопротивление R, а потому, удельное сопротивление ρ при данной температуре посредством измерения напряжения V и тока I нагревательного элемента. Температура может быть получена просто из справочной таблицы зависимости характерного удельного сопротивления от температуры для используемого нагревательного элемента или посредством оценки полиномиального уравнения (2), приведенного выше. В одном из вариантов выполнения, последовательность операций может быть упрощена посредством представления кривой удельного сопротивления ρ в зависимости от температуры одной или более, предпочтительно двумя, линейными аппроксимациями в температурном диапазоне, применимом к табаку. Это упрощает оценку температуры, которая желательна, в контроллере 30, имеющем ограниченные вычислительные ресурсы.
Фиг. 2 - структурная схема, иллюстрирующая элементы управления системы, включающей в себя устройство по фиг. 1, вместе с другими компонентами системы. Система включает в себя устройство 100 генерирования аэрозоля, вспомогательное устройство 58 и необязательно одно или более удаленных устройств 60. Устройство 100 генерирования аэрозоля является таким, как проиллюстрировано на фиг. 1, но только элементы управления устройства показаны на фиг. 2. Как будет описано, вспомогательное устройство 58 и одно или более удаленных устройств 60 работают, чтобы сравнивать данные использования из устройства генерирования аэрозоля с экспериментальными данными использования, удерживаемыми в базе 57 данных, которые соотносят использование устройства генерирования аэрозоля со свойствами аэрозоля, доставляемого пользователю. Свойства аэрозоля, доставляемого пользователю, затем могут отображаться на устройстве 59 отображения во вспомогательном устройстве 58 или на устройстве отображения в устройстве генерирования аэрозоля или во внешнем устройстве 60.
Со ссылкой на фиг. 2, контроллер 30 включает в себя блок 50 измерения и блок 52 управления. Блок измерения выполнен с возможностью определения сопротивления R нагревательного элемента 20. Блок 50 измерения пересылает измерения сопротивления в блок 52 управления. Блок 52 управления, в таком случае, управляет предоставлением мощности из аккумуляторной батареи 40 в нагревательный элемент 20 посредством переключателя 54 с фиксацией положения. Контроллер может содержать микропроцессор, а также отдельную электронную схему управления. В одном из вариантов выполнения, микропроцессор может включать в себя стандартные функциональные возможности, такие как внутренние часы, в дополнение к другим функциональным возможностям.
При подготовке управления температурой, выбирается значение для целевой рабочей температуры устройства 100 генерирования аэрозоля. Выбор основан на температурах освобождения летучих соединений, которые должны и не должны выпускаться. Это заданное значение затем сохраняется в блоке 52 управления. Блок 52 управления включает в себя энергонезависимую память 56.
Контроллер 30 управляет нагреванием нагревательного элемента 20 посредством управления подачей электроэнергии из аккумуляторной батареи на нагревательный элемент 20. Контроллер 30 предоставляет возможность для подачи мощности на нагревательный элемент 20, только если детектор 32 выявления образующей аэрозоль основы обнаружил образующую аэрозоль основу 20, и пользователь ввел в действие устройство. Посредством переключения переключателя 54, мощность подается в качестве импульсного сигнала. Длительность импульса или относительная длительность включения сигнала может модулироваться блоком 52 управления, чтобы изменять количество энергии, подаваемой в нагревательный элемент. В одном из вариантов выполнения, относительная длительность включения может быть ограничена до 60-80%. Это может обеспечивать дополнительную защиту и предохранять пользователя от неосторожного повышения компенсированной температуры нагревателя, так чтобы основа достигала температуры выше температуры сгорания.
При использовании, контроллер 30 измеряет удельное сопротивление ρ нагревательного элемента 20. Контроллер 30 затем преобразует удельное сопротивление нагревательного элемента 20 в значение фактической рабочей температуры нагревательного элемента, сравнивая измеренное удельное сопротивление ρ со справочной таблицей. Это может быть выполнено внутри блока 50 измерения или блоком 52 управления. На следующем этапе контроллер 30 сравнивает фактическую выведенную рабочую температуру с целевой рабочей температурой. В качестве альтернативы, значения температуры в профиле нагрева предварительно преобразуются в значения сопротивления, таким образом, контроллер регулирует сопротивление вместо температуры, это позволяет избежать в реальном времени вычислений для преобразования сопротивления в температуру во время процесса курения.
Если фактическая рабочая температура находится ниже целевой рабочей температуры, то блок 52 управления снабжает нагревательный элемент 20 дополнительной электрической энергией, для того чтобы повысить фактическую рабочую температуру нагревательного элемента 20. Если фактическая рабочая температура находится выше целевой рабочей температуры, блок 52 управления уменьшает электрическую энергию, подаваемую на нагревательный элемент 20, для того чтобы понизить фактическую рабочую температуру обратно до целевой рабочей температуры.
Блок управления может реализовывать любую пригодную технологию управления для регулирования температуры, такую как простой термостатический контур обратной связи или технологию пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД, PID) регулятора.
Температура нагревательного элемента 20 находится под влиянием не только мощности, подаваемой на него. Поток воздуха мимо нагревательного элемента 20 охлаждает нагревательный элемент, понижая его температуру. Этот эффект охлаждения может использоваться для выявления изменений потока воздуха через устройство. Температура нагревательного элемента, а также его электрическое сопротивление, будет падать, когда поток воздуха усиливается, до того, как блок 52 управления приводит нагревательный элемент обратно на целевую температуру.
Фиг. 3 показывает типичное изменение температуры нагревательного элемента и прикладываемой мощности во время использования устройства генерирования аэрозоля типа, показанного на фиг. 1. Уровень подаваемой мощности показан в качестве линии 61, а температура нагревательного элемента в качестве линии 62. Целевая температура показана в качестве пунктирной линии 64.
Начальный период высокой мощности требуется в начале использования, для того чтобы доводить нагревательный элемент вплоть до целевой температуры как можно быстрее. Как только целевая температура была достигнута, приложенная мощность падает до уровня, требуемого для поддержания нагревательного элемента на целевой температуре. Однако, когда пользователь затягивается основой 2, воздух втягивается мимо нагревательного элемента и охлаждает его ниже целевой температуры. Это показано в качестве признака 66 на фиг. 3. Для того чтобы вернуть нагревательный элемент 20 на целевую температуру, есть соответствующий пик прикладываемой мощности, показанный в качестве признака 68 на фиг. 3. Эта схема повторяется на всем протяжении использования устройства, в этом примере сеанса курения, составляющем четыре затяжки.
Посредством выявления временных изменений температуры или мощности, или скорости изменения температуры или мощности, могут выявляться затяжки пользователя или другие события потока воздуха. Фиг. 4 иллюстрирует пример последовательности операций управления, использующей подход устранения дребезга триггером Шмитта, которая может использоваться блоком 52 управления для определения, когда происходит затяжка. Последовательность операций на фиг. 4 основана на выявлении изменений температуры нагревательного элемента. На этапе 400, произвольная переменная состояния, которая сначала установлена в качестве 0, модифицируется на три четверти своего исходного значения. На этапе 410, определяется значение дельты, которое является разностью между измеренной температурой нагревательного элемента и целевой температурой. Этапы 400 и 410 могут выполняться в обратном порядке или параллельно. На этапе 415, значение дельты сравнивается с пороговым значением дельты. Если значение дельты является большим, чем пороговое значение дельты, то переменная состояния увеличивается на одну четверть перед переходом на этап 425. Это показано в качестве этапа 420. Если значение дельты является меньшим, чем пороговое значение, переменная состояния является неизменной, и последовательность операций переходит на этап 425. Переменная состояния затем сравнивается с пороговым значением состояния. Значение используемого порогового значения состояния является разным в зависимости от того, определено ли устройство в такой момент времени находящимся в состоянии затяжки или без затяжки. На этапе 430, блок управления определяет, находится ли устройство в состоянии затяжки или без затяжки. В начале, то есть, в первом цикле управления, устройство предполагается находящимся в состоянии без затяжки.
Если устройство находится в состояния без затяжки, переменная состояния сравнивается с (верхним) пороговым значением HIGH состояния на этапе 440. Если переменная состояния находится выше, чем пороговое значение HIGH состояния, то устройство определяется находящимся в состоянии затяжки. Если нет, определяется, что оно должно оставаться в состоянии без затяжки. В обоих случаях, последовательность операций затем переходит на этап 460, а затем возвращается на этап 400.
Если устройство находится в состояния затяжки, переменная состояния сравнивается с (нижним) пороговым значением LOW состояния на этапе 450. Если переменная состояния находится ниже, чем пороговое значение LOW состояния, то устройство определяется находящимся в состоянии без затяжки. Если нет, определяется, что оно должно оставаться в состоянии затяжки. В обоих случаях последовательность операций затем переходит на этап 460, а затем возвращается на этап 400.
Значение пороговых значений HIGH и LOW оказывает непосредственное влияние на количество циклов, в течение которых требуется, чтобы последовательность операций проходила между состояниями без затяжки и затяжки, и наоборот. Таким образом, очень краткосрочные отклонения температуры и шумы в системе, которые не являются результатом затяжки пользователя, могут предохраняться от выявления в качестве затяжки. Короткие отклонения эффективно отфильтровываются. Однако, требуемое количество циклов желательно выбирается так, чтобы переход выявления затяжки мог происходить до того, как устройство компенсирует падение температуры повышением мощности, подаваемой на нагревательный элемент. В качестве альтернативы, контроллер мог бы приостанавливать последовательность операций компенсации наряду с принятием решения о том, берется или нет затяжка. В одном из примеров, LOW=0,06 и HIGH=0,94, что означает, что системе было бы необходимо проходить по меньшей мере 10 итераций, когда значение дельты было бы большим, чем пороговое значение дельты, для перехода с без затяжки на без затяжки.
Система, проиллюстрированная на фиг. 4, может использоваться для выдачи количества затяжек и, если контроллер включает в себя часы, для индикации момента времени, в который происходит каждая затяжка. Состояния затяжки и без затяжки также могут использоваться для динамического управления целевой температурой. Повышенный поток воздуха приводит большее количество кислорода в соприкосновение с основой. Это повышает вероятность сгорания основы при заданной температуре. Сгорание основы является нежелательным. Таким образом, целевая температура может понижаться, когда определено состояние затяжки, для того чтобы понижать вероятность сгорания основы. Целевая температура затем может возвращаться на свое исходное значение, когда определено состояние без затяжки.
Последовательность операций, показанная на фиг. 4, является только одним примером последовательности операций выявления затяжки. Например, последовательности операций, подобные проиллюстрированной на фиг. 4, могли бы выполняться с использованием приложенной мощности в качестве показателя или с использованием скорости изменения температуры, или скорости изменения приложенной мощности. Также можно использовать последовательность операций, подобную показанной на фиг. 4, но с использованием всего лишь одного порогового значения состояния вместо разных пороговых значений HIGH и LOW.
Система также может автоматически выявлять, присутствует или нет ожидаемая основа. Количество энергии, требуемой для достижения целевой температуры и поддержания нагревательного элемента на целевой температуре, зависит от присутствия или отсутствия материала 2 основы поблизости от нагревательного элемента 20 и от свойств основы. Фиг. 5 показывает изменение нормированной энергии, подаваемой на нагревательный элемент, в качестве функции времени. Кривая 70 является нормированной энергией, когда новая основа находится в устройстве, а кривая 72 является нормированной энергией, когда основы в устройстве нет. Нормированная энергия является энергией, подаваемой во время постоянного временного интервала, нормированного по отношению к начальному измерению энергии. Нормированный показатель энергии минимизирует влияние условий окружающей среды, таких как температура окружающей среды, поток воздуха и влажность.
Может быть видно, что в обоих случаях мощность, подаваемая на нагревательный элемент, монотонно убывает со временем вслед за начальным периодом высокой мощности, чтобы доводить нагревательный элемент до целевой температуры. Однако, фиг. 5 показывает, что при T=10 секунд величина подаваемой энергии с новой основой в устройстве имеет значение приблизительно удвоенной величины подаваемой энергии, когда основа в устройстве не присутствует. Разность подаваемой энергии между новой и нагретой ранее основой является меньшей, но все еще выявляемой. В одном из вариантов выполнения, разность нормированной энергии может измеряться на T=5 секунд и точно определять, присутствует или нет основа.
Контроллер способен рассчитывать нормированную энергию, подаваемую на нагревательный элемент вплоть до заданного времени, и по таковой способен определять, находится ли в устройстве ожидаемая или надлежащая основа.
Фиг. 6 иллюстрирует пример последовательности операций управления, которая может выполняться блоком 52 управления для определения, находится или нет основа в устройстве. Последовательность операций является циклической последовательностью операций и начинается в этапе 600. На этапе 610, приращивается номер цикла. В начале последовательности операций, номер цикла устанавливается в ноль. Каждый раз, когда цикл управления подвергается прохождению, номер цикла приращивается на этапе 610. На этапе 620, последовательность операций разветвляется в зависимости от номера цикла. В начальном цикле, когда номер цикла равен единице, последовательность операций проходит на этап 630. На этапе 630, начальная энергия, то есть, энергия, подаваемая на нагреватель до сих пор, устанавливается в качестве энергии. Эта начальная энергия используется для нормирования последующих измерений энергии. Последовательность операций затем переходит на этап 640 и обратно на этап 610. Последующие циклы проходят с этапа 620 прямо на этап 640 до тех пор, пока не достигнут цикл принятия решения. Каждый цикл может выполняться с постоянным временным интервалом, например, каждый две секунды. Цикл принятия решения соответствует моменту времени, на котором контроллер выполнен с возможностью сравнивать нормированную энергию с ожидаемым или пороговым значением, чтобы определять, присутствует или нет основа. Пороговое значение нормированной энергии проиллюстрировано пунктирной линией 74 на фиг. 3. В этом примере, цикл принятия решения является циклом пять и происходит через 10 секунд после того, как устройство включено. В цикле принятия решения, последовательность операций переходит с этапа 620 на этап 650. На этапе 650, нормированная энергия рассчитывается в качестве энергии, поданной после того, как устройство было включено, поделенной на произведение начальной энергии и номера цикла принятия решения (в этом примере, пять). Рассчитанная нормированная энергия затем сравнивается с пороговым значением на этапе 660. Если нормированная энергия превышает пороговое значение, то блок управления определяет, что присутствует надлежащая основа, и устройство может продолжать использоваться. Если нормированная энергия не превышает пороговое значение, блок управления определяет, что основа не присутствует (или присутствует ненадлежащая основа), и блок управления затем предотвращает подачу мощности на нагревательный элемент, удерживая переключатель 54 разомкнутым.
Последовательность операций, проиллюстрированная на фиг. 6, является только одним примером последовательности операций для определения, присутствует ли надлежащая основа в устройстве генерирования аэрозоля. Могут использоваться другие показатели мощности или энергии, подаваемой на нагревательный элемент, и могут использоваться нормированные или ненормированные данные. Момент времени, в который производится определение, также является предметом выбора. Преимущество раннего определения, для того чтобы предпринимать своевременное действие, если необходимо, должно уравновешиваться по отношению к необходимости получать достоверный результат.
Показатель мощности или энергии может сравниваться с множеством пороговых значений. Это может быть полезным для проведения различия между разными типами основы или между ненадлежащей основой и отсутствием какой бы то ни было основы.
Будучи полезными для динамического управления устройством генерирования аэрозоля, данные выявления затяжки и данные выявления основы, определенные контроллером 30, также могут быть полезны в целях анализа. В частности, данные выявления затяжки вместе с данными, относящимися к температуре нагревательного элемента и/или мощности, подаваемой на нагревательный элемент (совместно указываемые как данные использования в материалах настоящей заявки), могут сравниваться с хранимыми экспериментально выведенными данными, соотносящими данные использования со свойствами аэрозоля, доставляемого устройством в разных сценариях использования. Свойства доставляемого аэрозоля могут выдаваться пользователю в качестве обратной связи по его или ее потреблению аэрозоля и ключевым составляющим аэрозоля. Свойства аэрозоля также могут собираться со временем и с нескольких разных пользователей, чтобы выдавать набор данных уровня численности населения, которые впоследствии могут быть проанализированы.
Хранимые, экспериментально выведенные данные, соотносящие данные использования со свойствами аэрозоля, доставляемого устройством, в разных сценариях использования, могут содержаться в базе данных и могут удерживаться в устройстве генерирования аэрозоля или во вспомогательном устройстве, к которому устройство генерирования аэрозоля может быть подсоединено. Вспомогательное устройство может быть устройством обработки, таким как портативный компьютер или мобильный телефон. В одном из вариантов выполнения, вспомогательное устройство является зарядным устройством для подзарядки аккумуляторной батареи в устройстве генерирования аэрозоля.
Специалисту в данной области будет очевидно, что, в той степени, в которой дополнительные данные среды требуются для точного сравнения фактических данных пользователя и экспериментально выведенных данных, блок 52 управления может включать в себя дополнительные функциональные возможности считывания для предоставления таких данных среды. Например, блок 52 управления может включать в себя датчик 55 влажности, и данные влажности могут быть включены в состав в качестве части данных, в конечном счете выдаваемых на внешнее устройство 58. В качестве альтернативы или в дополнение, датчик 55 может быть датчиком температуры окружающей среды.
Использование устройства также может анализироваться внешним устройством 58, 60 для определения, какие экспериментально выведенные данные ближе всего соответствуют манере использования, например, в показателях длительности и частоты вдыхания, и количества вдыханий. Экспериментально выведенные данные с наиболее близким соответствием манере использования, затем могут использоваться в качестве основания для дополнительного анализа и отображения.
Фиг. 2 иллюстрирует соединение контроллера 30 с внешним вспомогательным устройством 58, включающем в себя дисплейное устройство 59. Данные количества и времени затяжек могут экспортироваться во внешнее устройство 58 вместе с другими захваченными данными использования и, кроме того, могут транслироваться с вспомогательного устройства 58 на другие внешние устройства 60 обработки или хранения данных. Устройство генерирования аэрозоля может включать в себя любое пригодное средство вывода данных. Например, устройство генерирования аэрозоля может включать в себя беспроводную радиостанцию, соединенную с контроллером 30 или памятью 56, или гнездом универсальной последовательной шины (USB), соединенной с контроллером 30 или памятью 56. В качестве альтернативы, устройство генерирования аэрозоля может быть выполнено с возможностью передавать данные из памяти во внешнюю память в зарядном устройстве для аккумуляторных батарей каждый раз, когда устройство подзаряжается через подходящие соединения для данных. Зарядное устройство для аккумуляторной батареи может предусматривать большую память для более долгосрочного хранения данных затяжек и может впоследствии подсоединяться к пригодному устройству обработки данных или к сети связи. В дополнение, данные, а также команды для контроллера 30, например, могут выгружаться в блок 52 управления, когда контроллер 30 подсоединен к внешнему устройству 58.
Дополнительные данные также могут быть собраны во время работы устройства 100 генерирования аэрозоля и могут пересылаться на внешнее устройство 58. Такие данные, например, могут включать в себя серийный номер или другую идентификационную информацию устройства генерирования аэрозоля; время в начале сеанса курения; время конца сеанса курения; и информацию, имеющую отношение к причине для окончания сеанса курения.
В одном из вариантов выполнения, серийный номер или другая идентификационная информация, или информация сопровождения, ассоциативно связанные с устройством 100 генерирования аэрозоля, могут храниться внутри контроллера 30. Например, такая информация сопровождения может храниться в памяти 56. Так как устройство 100 генерирования аэрозоля может не всегда подсоединяться к одному и тому же внешнему устройству 58 в целях зарядки или передачи данных, эта информация сопровождения может экспортироваться на внешние устройства 60 обработки или хранения данных и собираться для предоставления более полной картины поведения пользователя. Серийный номер или другая идентификационная информация предоставляет данным использования из устройства возможность ассоциативно связываться с хранимыми ранее данными использования из одного и того же устройства.
Специалисту в данной области теперь будет очевидно, что сведения о времени работы устройства генерирования аэрозоля, таком как начало и останов сеанса курения, также могут регистрироваться с использованием способов и устройств, описанных в материалах настоящей заявки. Например, использование функциональных возможностей часов контроллера 30 или блока 52 управления, время начала сеанса курения может регистрироваться и сохраняться контроллером 30. Подобным образом, время останова может записываться, когда пользователь устройства 100 генерирования аэрозоля заканчивает сеанс, прекращая питание для нагревательного элемента 20. Точность таких времен начала и останова может быть дополнительно улучшена, если более точное время загружается в контроллер 30 внешним устройством 58 для исправления какой бы то ни было потери или неточности. Например, во время подсоединения контроллера 30 к внешнему устройству 58, устройство 58 может опрашивать внутреннюю функцию часов контроллера 30, сравнивать принятое значение времени с часами, предусмотренными внутри внешнего устройства 58 или одного или более внешних устройств 60 обработки или хранения данных, и выдавать обновленный сигнал часов в контроллер 30.
Причина для завершения сеанса курения или работы устройства 100 генерирования аэрозоля также может идентифицироваться и регистрироваться. Например, блок 52 управления может содержать справочную таблицу, которая включает в себя различные причины для окончания сеанса или операции курения. Здесь приведен примерный перечень таких причин.
Код сеанса
Причина для окончания сеанса
Описание причины
0
(нормальное окончание)
Достигнут конец сеанса
1
(остановка пользователем)
Пользователь прекратил вкушение нажатием кнопки питания для окончания сеанса, вставкой устройства генерирования аэрозоля во внешнее устройство 58 или с помощью команды дистанционного управления
2
(сломан нагреватель)
Подозреваемое повреждение нагревателя ввиду измерений температуры вне заданного диапазона во время нагревания
3
(неправильный уровень нагрева)
Возникает неисправность, где температура нагревательного элемента проскакивает или недонабирает заданную рабочую температуру за пределами поля допуска
4
(внешний нагрев)
Температура нагревательного элемента остается более высокой, чем целевая, даже если подаваемая мощность понижена
Вышеприведенная таблица дает ряд примерных причин, почему может быть завершена работа или сеанс курения. Теперь специалисту в данной области будет очевидно, что, посредством использования различных указаний, предоставленных блоком 50 измерения и блоком 52 управления, предусмотренных в контроллере 30, в одиночку или в комбинации с записанными индикациями в ответ на управление контроллером 30 нагреванием нагревательного элемента 20, контроллер может назначать коды сеанса с причиной для окончания работы устройства 100 генерирования аэрозоля или сеанса курения с использованием такого устройства. Другие причины, которые могут определяться по имеющимся в распоряжении данным с использованием описанных выше способов и устройств, теперь будут очевидны специалисту в данной области и также могут быть реализованы с использованием способов и устройств, описанных в материалах настоящей заявки, не отклоняясь от объема или сущности этого описания изобретения и примерных вариантов выполнения, описанных в материалах настоящей заявки.
Потребление аэрозольных подлежащих выдаче продуктов пользователем может точно аппроксимироваться, так как устройство 100 генерирования аэрозоля, описанное в материалах настоящей заявки, может точно регулировать температуру нагревательного элемента 20, и так как данные могут быть собраны контроллером 30, а также блоками 50 и 52, предусмотренными внутри контроллера 30, и может быть получен точный профиль фактического использования устройства 100 во время сеанса.
В одном из примерных вариантов выполнения, данные использования, зарегистрированные контроллером 30, могут сравниваться с данными, определенными во время управляемых сеансов, чтобы даже сверх того улучшать понимание использования устройства 100 пользователем. Например, посредством начального сбора данных с использованием курительной машиной в контролируемых условиях окружающей среды и измерения данных, таких как количество затяжек, объем затяжки, интервал затяжки и удельное сопротивление нагревательного элемента, может быть построена база 57 данных, которая, например, дает уровни никотина или других подлежащих выдаче продуктов, выдаваемых в экспериментальных условиях. Такие экспериментальные данные затем могут сравниваться с данными, собранными контроллером 30 во время реального использования, и, например, использоваться для определения информации о том, сколько подлежащего выдаче продукта вдохнул пользователь. В одном из вариантов выполнения, как проиллюстрировано на фиг. 2, такая база 57 данных, содержащая экспериментальные данные, может храниться в одном или более удаленных устройствах 60, а дополнительные сравнение и обработка данных могут происходить в одном или более из устройств 60. Например, удаленные устройства 60 могут быть одним или более из серверов, эксплуатируемых производителем устройств генерирования аэрозоля, подсоединенных и доступных из Интернета. В качестве альтернативы, база 57 данных может быть расположена в пределах внешнего устройства 58, как проиллюстрировано пунктирной линии на фиг. 2.
База 57 данных может содержать данные для множества разных типов образующей аэрозоль основы и для множества разных типов устройства генерирования аэрозоля. Указание типа основы и типа устройства могут предоставляться пользователем до сеанса курения или после сеанса курения и могут вводится в устройство генерирования аэрозоля или в одно из вспомогательных устройств. В качестве альтернативы, указание типа основы и типа устройства может выдаваться автоматически устройством генерирования аэрозоля в качестве части эксплуатационных данных.
Данные, хранимые в базе 57 данных, могут включать в себя количества следующих соединений, содержащихся в аэрозоле, выдаваемых в конкретных условиях эксплуатации: ацетальдегид, ацетамид, ацетон, акролеин, акриламид, акрилонитрил, 4-аминобифенил, 1-аминонафталин, 2-аминонафталин, аммиак, анабазин, o-анизидин, мышьяк, A-α-C (2-амино-9H-пиридо[2,3-b]индол), бенз[a]антрацен, бенз[j]ацеантрилен, бензол, бензо[b]фторантен, бензо[k]фторантен, бензо[b]фуран, бензо[a]пирен, бензо[c]фенантрен, бериллий, 1,3-бутадиен, кадмий, кофеиновая кислота, окись углерода, катехин, хлорированные диоксины/фураны, хром, хризен, кобальт, крезолы (o-, м- и п-крезол), кротональдегид, циклопента[c,d]пирен, дибенз[a,h]антрацен, дибензо[a,e]пирен, дибензо[a,h]пирен, дибензо[a,i]пирен, дибензо[a,l]пирен, 2,6-диметиланилин, этил-карбамат (уретан), этилбензол, этиленоксид, формальдегид, фуран, глю-P-1 (2-амино-6-метилдипиридо[1,2-a:3',2'-d]имидазол), глю-P-2 (2-аминодипиридо[1,2-a:3',2'-d]имидазол), гидразин, синильная кислота, индено[1,2,3-cd]пирен, IQ (2-амино-3-метилимидазо[4,5-f]хинолин), изопрен, свинец, MeA-α-C (2-амино-3-метил)-9H-пиридо[2,3-b]индол), ртуть, метил-этил-кетон, 5-метилхризен, 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанон (NNK), нафталин, никель, никотин, нитробензол, нитрометан, 2-нитропропан, N-нитрозодиэтаноламин (NDELA), N-нитрозодиэтиламин, N-нитрозодиметиламин (NDMA), N-нитрозометилэтиламин, N-нитрозоморфолин (NMOR), N-нитрозонорникотин (NNN), N-нитрозопиперидин (NPIP), N-нитрозопирролидин (NPYR), N-нитрозосаркозин (NSAR), норникотин, фенол, PhIP (2-амино-1-метил-6-фенилимидазо[4,5-b]пиридин), полоний-210, пропиональдегид, пропиленоксид, хинолин, селен, стирен, o-толуидин, толулол, Trp-P-1 (3-амино-1,4-диметил-5H-пиридо[4,3-b]индол), Trp-P-2 (1-метил-3-амино-5H-пиридо[4,3-b]индол), уран-235, уран-238, винилацетат или винилхлорид.
Информация о свойствах аэрозоля, выдаваемого пользователю, может отображаться на устройстве 100 генерирования аэрозоля или может отображаться на устройстве 59 отображения вспомогательного устройства 58, такого как мобильный телефон или зарядное устройство, или на удаленном внешнем устройстве 60.
На данный момент, специалисту в данной области будет очевидно, что с использованием способов и устройств, обсужденных в материалах настоящей заявки, может быть собрана почти любая требуемая информация, из условия, чтобы было возможно сравнить экспериментальные данные, и были точно приближены различные атрибуты, ассоциативно связанные с приведением в действие устройства 100 пользователем.
Примерные варианты выполнения, описанные выше, являются иллюстративными, но не ограничивающими. Ввиду обсужденных выше примерных вариантов выполнения, другие варианты выполнения, соответствующие вышеприведенным примерным вариантам выполнения, будут понятны специалисту в данной области.