ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ПАРА
ELECTRONIC VAPOUR DELIVERY SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается электронных систем предоставления пара, таких как электронные системы подачи никотина (например, электронные сигареты).
Уровень техники
Электронные системы предоставления пара, такие как электронные сигареты, в общем, содержат резервуар с жидкостью, обычно никотином, которую испаряют или другим образом преобразуют в аэрозоль. Например, когда пользователь вдыхает через устройство, нагреватель приводится в действие с целью испарения небольшого количества жидкости, которую далее вдыхает пользователь. Более конкретно, такие устройства обычно снабжены одним или несколькими входными отверстиями для воздуха, расположенными на некотором расстоянии от мундштука. Когда пользователь затягивается с помощью мундштука, воздух втягивается через входные отверстия и проходит источник пара, такой как нагреватель, снабженный никотином или другой жидкостью из картриджа.
Количеством электроэнергии, подаваемой на нагреватель, можно управлять по эксплуатационным причинам. Например, в документе WO 2012/109371 описано устройство, которое обладает разными режимами работы, и выбор режима работы зависит от интервала между последовательными затяжками (так как для короткого интервала, нагреватель может быть уже теплым от предыдущей затяжки). В документе WO 2013/060784 описано устройство, которое уменьшает количество электроэнергии, подаваемой к нагревателю к концу вдоха, с целью уменьшения ненужной конденсации аэрозоля в устройстве.
В некоторых известных устройствах пользователь может обладать некоторой степенью управления работой электронной системы предоставления пара. Такое управление может, например, позволять пользователю изменять количество электроэнергии, подаваемой на нагреватель, путем вращения кругового диска. Тем не менее, существующие механизмы управления опытом пользователя все еще несколько ограничены в плане гибкости, быстроты реагирования и простоты использования.
Существо изобретения
Электронная система предоставления пара содержит испаритель для испарения жидкости с целью вдыхания пара пользователем электронной системы предоставления пара; источник электроэнергии, содержащий аккумулятор или аккумуляторную батарею для подачи электроэнергии на испаритель; датчик для измерения скорости потока воздуха через электронную систему предоставления пара, при этом поток воздуха является результатом вдыхания пользователем; и блок управления для управления подачей электроэнергии на испаритель на основе совокупного потока воздуха для этого вдоха пользователя, при этом совокупный поток воздуха определяют на основе измерений датчиком скорости потока воздуха. Такая система позволяет пользователю управлять количеством испаренной жидкости, полученной для заданного вдоха, на основе совокупного потока воздуха для заданного вдоха.
Описанный в настоящем документе подход не ограничен конкретными вариантами осуществления изобретения, которые описаны ниже, а включает в себя любые подходящие сочетания представленных в настоящем описании признаков. Например, электронная система предоставления пара может быть выполнена в соответствии с подходом, который описан в настоящем документе и который содержит любой один или несколько подходящих по ситуации различных признаков, описанных ниже.
Краткое описание чертежей
Далее, только в качестве примера, будут подробно описаны различные варианты осуществления изобретения со ссылками на приложенные чертежи:
фиг. 1 - вид, схематично (с разделением деталей) показывающий электронную систему предоставления пара, такую как электронная сигарета, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 2 - вид, схематично показывающий основной элемент электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 3 - вид, схематично показывающий испарительный участок электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 4 - вид, схематично показывающий некоторые аспекты одного конца основного элемента электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 5 - вид, схематично показывающий основные функциональные компоненты основного элемента электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 6 - вид, схематично показывающий блок-схему, которая иллюстрирует некоторые аспекты работы электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 7 - вид, схематично показывающий график, иллюстрирующий некоторые результаты, соответствующие подходу, показанному на фиг. 6, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Как описано выше, настоящее изобретение касается электронной системы предоставления пара, такой как электронная сигарета. В последующем описании использован термин «электронная сигарета»; тем не менее, этот термин может быть взаимозаменяемо использован вместе с электронной системой предоставления пара.
На фиг. 1 схематично показана (не в масштабе) электронная система предоставления пара, такая как электронная сигарета 10, соответствующая некоторым вариантам осуществления изобретения. Электронная сигарета обладает, в целом, цилиндрической формой, продолжающейся вдоль продольной оси, указанной пунктирной линией LA, и содержит два основных компонента, а именно основной элемент 20 и картомайзер 30. Картомайзер содержит внутреннюю камеру, содержащую резервуар с никотином, испаритель (такой как нагреватель) и мундштук 35. Резервуар может быть формой из пеноматериала или любой другой структурой для удержания никотина до тех пор, пока он не понадобится для доставки в испаритель. Картомайзер 30 также содержит нагреватель для испарения никотина и может дополнительно содержать фитиль или аналогичное средство для перемещения небольшого количества никотина из резервуара до места нагревания на нагревателе или рядом с ним.
Основной элемент 20 содержит многократно подзаряжаемый аккумулятор или аккумуляторную батарею для подачи электроэнергии на электронную сигарету 10 и печатную плату для общего управления электронной сигаретой. Когда нагреватель получает электроэнергию из аккумуляторной батареи, чем управляет печатная плата, нагреватель испаряет никотин и далее пользователь вдыхает этот пар через мундштук.
Основной элемент 20 и картомайзер 30 выполнены с возможностью отсоединения друг от друга в направлении, которое параллельно продольной оси LA, как показано на фиг. 1, но они соединены, когда устройство 10 используется, с помощью соединения, схематично указанного на фиг. 1 ссылочными позициями 25А и 25В, для обеспечения возможности механического и электрического взаимодействия основного элемента 20 и картомайзера 30. Электрическое соединительное устройство на основном элементе 20, которое используется для соединения с картомайзером, также служит в качестве разъема для соединения с зарядным устройством (не показано), когда основной элемент отсоединен от картомайзера 30. Другой конец зарядного устройства может быть подключен к USB разъему с целью восстановления заряда аккумулятора в основном элементе электронной сигареты. В других вариантах реализации может быть предусмотрен кабель для непосредственного соединения электрического соединительного устройства, расположенного на основном элементе, и USB разъема.
Электронная сигарета 10 снабжена одним или несколькими отверстиями (не показаны на фиг. 1) для поступления воздуха. Эти отверстия соединены с проходом для воздуха через электронную сигарету 10 до мундштука 35. Когда пользователь вдыхает через мундштук 35, воздух втягивается в этот проход для воздуха через одно или несколько входных отверстий для воздуха, которые подходящим образом расположены снаружи электронной сигареты. Этот поток воздуха (или результирующее изменение давления) обнаруживает датчик давления, который, в свою очередь, приводит в действие нагреватель с целью испарения никотина из картриджа. Этот поток воздуха проходит через никотиновый пар, смешиваясь с ним, и далее это объединение потока воздуха и никотинового пара выходит из мундштука 35 и его вдыхает пользователь. Картомайзер 30 может быть отсоединен от основного элемента 20 и удален при исчерпании подачи никотина (и при желании заменен другим картомайзером).
Следует понимать, что электронная сигарета 10, показанная на фиг. 1, описана в качестве примера и могут быть приняты различные другие реализации. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения картомайзер 30 выполнен в виде двух отдельных компонентов, а именно картриджа, содержащего резервуар с никотином и мундштук (который может быть заменен при исчерпании никотина в резервуаре), и испарителя, содержащего нагреватель (который обычно сохраняют). В качестве другого примера, средство для зарядки может быть соединено с дополнительным или альтернативным источником электроэнергии, таким как прикуриватель в автомобиле.
На фиг. 2 схематично (упрощенно) показан основной элемент 20 электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Фиг. 2 может, в целом, рассматриваться как сечение электронной сигареты плоскостью, проходящей через продольную ось LA электронной сигареты. Заметим, что для ясности на фиг. 2 опущены различные компоненты и подробности основного элемента, например, такие как электропроводка и более сложная форма.
Как показано на фиг. 2, основной элемент 20 содержит аккумуляторную батарею или аккумулятор 210 для снабжения электроэнергией электронной сигареты 10, а также микросхему, такую как специализированная интегральная схема (ASIC) или микроконтроллер, для управления электронной сигаретой 10. ASIC может быть расположена вдоль аккумуляторной батареи 210 или на ее одном конце. ASIC прикреплена к блоку 215 датчиков с целью обнаружения вдоха через мундштук 35 (или, в качестве альтернативы, блок 215 датчиков может быть расположен на самой ASIC). В ответ на такое обнаружение, ASIC подает электроэнергию из аккумуляторной батареи или аккумулятора 210 на нагреватель, расположенный в картомайзере, с целью испарения никотина в поток воздуха, который вдыхает пользователь.
Основной элемент дополнительно содержит крышку 225, выполненную для уплотнения и защиты дальнего конца электронной сигареты. В крышке 225 или рядом с ней предусмотрено входное отверстие для воздуха, позволяющее воздуху поступать в основной элемент и протекать через блок 215 датчиков, когда пользователь вдыхает через мундштук 35. Следовательно, этот поток воздуха позволяет блоку 215 датчиков обнаруживать вдох пользователя.
На противоположном относительно крышки 225 конце основного элемента 20 расположено соединительное устройство 25В, приспособленное для соединения основного элемента 20 и картомайзера 30. Соединительное устройство 25В обеспечивает механическое и электрическое взаимодействие основного элемента 20 и картомайзера 30. Соединительное устройство 25В содержит соединительное устройство 240 основного элемента, которое выполнено из металла (посеребренное, в некоторых вариантах осуществления изобретения) и которое служит в качестве одного разъема для электрического соединения (положительного или отрицательного) с картомайзером 30. Соединительное устройство 25В дополнительно содержит электрический контакт 250 для обеспечения второго разъема для электрического соединения с картомайзером 30 противоположной полярности по сравнению с первым разъемом, а именно соединительным устройством 240 основного элемента. Электрический контакт 250 установлен на винтовой пружине 255. Когда основной элемент 20 прикреплен к картомайзеру 30, соединительное устройство 25А, расположенное на картомайзере, упирается в электрический контакт 250 так, чтобы сжать винтовую пружину в осевом направлении, то есть в направлении, которое параллельно (выровнено) продольной оси LA. С учетом упругой природы пружины 255, это сжатие побуждает пружину 255 в сторону расширения, в результате чего пружина 255 толкает электрический контакт 250 к соединительному устройству 25А, тем самым помогая обеспечить хорошее электрическое взаимодействие основного элемента 20 и картомайзера 30. Соединительное устройство 240 основного элемента и электрический контакт 250 отделены опорой 260, которая выполнена из непроводящего материала (такого, как пластик) с целью обеспечения хорошей изоляции между двумя электрическими разъемами. Форма опоры 260 выбрана так, чтобы способствовать взаимному механическому зацеплению соединительных устройств 25А и 25В.
На фиг. 3 схематично показан картомайзер 30 электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Фиг. 3 может, в целом, рассматриваться как сечение электронной сигареты плоскостью, проходящей через продольную ось LA электронной сигареты. Заметим, что для ясности, на фиг. 3 опущены различные компоненты и подробности основного элемента, например, такие как электропроводка и более сложная форма.
Картомайзер 30 содержит проход 355 для воздуха, продолжающийся вдоль центральной (продольной) оси картомайзера 30 от мундштука 35 до соединительного устройства 25А с целью соединения картомайзера с основным элементом 20. Вокруг прохода 355 для воздуха предусмотрен резервуар 360 с никотином. Этот резервуар 360 может быть реализован, например, с помощью хлопка или губки, пропитанных никотином. Картомайзер также содержит нагреватель 365 для нагревания никотина из резервуара 360 с целью выработки никотинового пара для течения через проход 355 для воздуха и наружу через мундштук 35, в ответ на то, что пользователь вдыхает через электронную сигарету 10. Электроэнергия подается на нагреватель через линии 366 и 367, которые, в свою очередь, соединены с противоположными полюсами (положительным и отрицательным или наоборот) аккумуляторной батареи 210 с помощью соединительного устройства 25А (подробности электропроводки между линиями 366 и 367 электропитания и соединительным устройством 25А опущены на фиг. 3).
Соединительное устройство 25А содержит внутренний электрод 375, который может быть посеребренным или выполненным из некоторого другого подходящего металла. Когда картомайзер 30 соединен с основным элементом 20, внутренний электрод 375 контактирует с электрическим контактом 250 основного элемента 20 с целью обеспечения первого электрического пути между картомайзером и основным элементом. В частности, так как зацеплены соединительные устройства 25А и 25В, внутренний электрод 375 упирается в электрический контакт 250 так, что сжимает винтовую пружину 255, тем самым помогает обеспечить хороший электрический контакт между внутренним электродом 375 и электрическим контактом 250.
Внутренний электрод 375 окружен изоляционным кольцом 372, которое может быть выполнено из пластика, резины, кремния или любого другого подходящего материала. Изоляционное кольцо окружено соединительным устройством 370 картомайзера, которое может быть посеребренным или выполненным из некоторого другого подходящего металла. Когда картомайзер 30 соединен с основным элементом 20, соединительное устройство 370 картомайзера контактирует с соединительным устройством 240 основного элемента 20 с целью обеспечения второго электрического пути между картомайзером и основным элементом. Другими словами, внутренний электрод 375 и соединительное устройство 370 картомайзера служат как положительный и отрицательный разъемы (или наоборот) для подачи электроэнергии от аккумуляторной батареи 210, расположенной в основном элементе, до нагревателя 365, расположенного в картомайзере, с помощью линий 366 и 367 подачи, в случае необходимости.
Соединительное устройство 370 картомайзера снабжено двумя лапками или выступами 380А, 380В, которые продолжаются в противоположных направлениях от продольной оси электронной сигареты. Эти выступы используют для обеспечения штыкового замка вместе с соединительным устройством 240 основного элемента с целью соединения картомайзера 30 с основным элементом 20. Этот штыковой замок обеспечивает надежное и крепкое соединение картомайзера 30 и основного элемента 20, так что картомайзер и основной элемент удерживаются в фиксированном положении относительно друг друга, без качания или сгибания, и вероятность любого случайного разъединения очень мала. В то же самое время, штыковой замок обеспечивает простое и быстрое соединение и разъединение путем вставки и дальнейшего поворота с целью соединения и поворота (в противоположном направлении) и дальнейшего вытягивания для разъединения. Следует понимать, что в других вариантах осуществления изобретения может быть использована другая форма соединения между основным элементом 20 и картомайзером 30, такая как защелкивающееся соединение или винтовое соединение.
На фиг. 4 схематично показаны определенные подробности соединительного устройства 25В, расположенного на конце основного элемента 20, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения (но для ясности опущена большая часть внутренней структуры соединительного устройства, показанной на фиг. 2, такой как опора 260). В частности, на фиг. 4 показан внешний корпус 201 основного элемента 20, который, в целом, обладает формой цилиндрической трубки. Этот внешний корпус 201 может содержать, например, внутреннюю трубку из металла, снаружи покрытую бумагой или подобным.
Соединительное устройство 240 основного элемента продолжается от этого внешнего корпуса 201 основного элемента 20. Соединительное устройство основного элемента, показанное на фиг. 4, содержит два основным участка, цилиндрический участок 241, обладающий формой полой цилиндрической трубки, размер которой подходит для размещения без зазора внутри внешнего корпуса 201 основного элемента 20, и буртик 242, который направлен по радиусу наружу от основной продольной оси (LA) электронной сигареты. Цилиндрический участок 241 соединительного устройства 240 основного элемента, там, где на цилиндрический участок не накладывается внешний корпус 201, окружает кольцо или муфта 290, которая снова обладает формой цилиндрической трубки. Кольцо 290 удерживается между буртиком 242 соединительного устройства 240 основного элемента и внешним корпусом 201 основного элемента, которые вместе предотвращают перемещение кольца 290 в осевом направлении (то есть параллельно оси LA). Тем не менее, кольцо 290 может свободно поворачиваться вокруг цилиндрического участка 241 (и, следовательно, также вокруг оси LA).
Как упомянуто выше, в крышке 225 предусмотрено входное отверстие для воздуха, позволяющее воздуху протекать через блок 215 датчиков, когда пользователь вдыхает через мундштук 35. Тем не менее, большая часть воздуха, поступившего в устройство при вдохе пользователя, течет через кольцо 290 и соединительное устройство 240 основного элемента, как указано двумя стрелками на фиг. 4.
На фиг. 5 схематично показаны основные функциональные компоненты основного элемента 20 электронной сигареты 10 с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Эти компоненты могут быть установлены на печатной плате, предусмотренной в основном элементе 20, хотя, в зависимости от конкретной конфигурации, в некоторых вариантах осуществления изобретения вместо них в основном элементе могут быть размещены один или несколько компонентов для совместной работы с печатной платой, при этом указанные один или несколько компонентов физически не установлены на самой печатной плате.
Основной элемент 20 содержит блок 215 датчиков, расположенный в пути воздуха в основном элементе 20 от входного отверстия для воздуха до выходного отверстия для воздуха (до испарителя) или рядом с указанным путем. Блок 215 датчиков содержит датчик 562 падения давления и датчик 563 температуры (также расположенный в указанном пути воздуха или рядом с ним). Основной элемент дополнительно содержит небольшой динамик 558 и электрический разъем или соединительное устройство 25В для соединения с картомайзером 30 или с USB зарядным устройством.
Микроконтроллер 555 (например, ASIC) содержит CPU 550. Операциями CPU 550 и других электронных компонентов, таких как датчик 562 давления, в общем, управляют, по меньшей мере, частично программы, работающие в CPU (или другом компоненте). Такие программы могут храниться в энергонезависимой памяти, такой как ROM, которая может быть встроена в сам микроконтроллер 555 или которая может быть предусмотрена как отдельный компонент.CPU может получать доступ к ROM с целью загрузки и исполнения отдельных программ, когда это нужно. Микроконтроллер 555 также содержит соответствующие интерфейсы связи (и программное обеспечение управления) для надлежащей связи с другими устройствами в основном элементе 20, таких как датчик 562 давления.
CPU управляет динамиком 558 с целью выработки звукового выхода, отражающего условия или состояния в электронной сигарете, такие как предупреждение о малом заряде аккумуляторной батареи. Путем использования тонов или прерывистых звуковых сигналов с различными интервалами и/или длительностями и/или путем использования нескольких таких тонов и/или прерывистых звуковых сигналов могут быть получены различные сигналы для оповещения о различных состояниях или условиях.
Как отмечено выше, электронная сигарета 10 обеспечивает некоторый путь воздуха от входного отверстия для воздуха через электронную сигарету, через датчик 562 падения давления и нагреватель (в испарителе или картомайзере 30) до мундштука 35. Таким образом, когда пользователь вдыхает через мундштук электронной сигареты, CPU 550 обнаруживает такой вдох на основе информации от датчика падения давления. В ответ на такое обнаружение, CPU подает электроэнергию из аккумуляторной батареи или аккумулятора 210 на нагреватель, который, таким образом, нагревает и испаряет никотин из фитиля с целью вдоха пользователем.
Электронная сигарета 10 выполнена с возможностью такого реагирования на затяжку (вдох) пользователя или потребителя, что количеством и/или качеством выработанного пара управляет потребитель на основе усилия затяжки и/или объема затяжки. Это в некоторой степени аналогично ситуации с обычной сгораемой сигаретой, которая реагирует на затяжку потребителя, при этом общее содержание (ТРМ) твердых частиц приблизительно пропорционально объему затяжки (для конкретного типа сигареты). Соответственно, в электронной сигарете 10 с использованием блока 215 датчиков измеряют усилие затяжки или совокупный объем затяжки для заданного вдоха, и микроконтроллер 555 выполнен так, что электронная сигарета реагирует на измеренный объем затяжки или усилие путем доставки большего/меньшего количества пара (по обстоятельствам) и/или различного качества пара. Это дает потребителю интуитивный способ управлять использованием электронной сигареты 10 в плане выработки пара и так далее.
На фиг. 6 схематично показана блок-схема, которая иллюстрирует некоторые аспекты работы электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, с целью обеспечения упомянутого управления, осуществляемого пользователем, на основе объема или усилия затяжки. Обработка начинается с обнаружения начала вдоха (затяжки) пользователя в ходе операции 610. Такое обнаружение выполняет блок 215 датчиков, в частности датчик 562 давления, который обнаруживает падение давления, вызванное тем, что пользователь втягивает воздух с помощью мундштука 35. Кроме того, с использованием измеренного падения давления при обнаружении вдоха может быть определена скорость потока воздуха через электронную сигарету (операция 620). С учетом температуры потока воздуха, в общем, может быть осуществлено более точное определение (так как плотность воздуха зависит от температуры). Следовательно, такая температура может быть измерена в то же самое время, что и падение давления (например, с использованием датчика 563 температуры, содержащегося в блоке 215 датчиков, см. фиг. 5) и эта измеренная температура может быть учтена при определении потока воздуха. Если блок датчиков не содержит датчика температуры, то может быть учтена фиксированная (средняя) температура.
Взаимосвязь между падением давления и скоростью потока воздуха (и температурой, если данные доступны) может быть определена эмпирическим путем и/или с помощью вычисления/моделирования. В первом случае электронная сигарета может быть помещена в механическое устройство, которое моделирует вдох через мундштук. Это позволяет проводить измерения потока воздуха через мундштук в зависимости от падения давления (которое определяет датчик 562 давления), в том числе чувствительность к температуре, при необходимости, тем самым позволяя выяснить эмпирическую взаимосвязь указанных двух параметров. В качестве альтернативы, взаимосвязь падения давления и скорости потока воздуха может быть смоделирована на основе известной внутренней формы электронной сигареты, с использованием динамики жидкостей и так далее. Далее полученная взаимосвязь падения давления и скорости потока воздуха (и температуры, если данные доступны), которая определена или эмпирически или путем вычисления/моделирования (или с помощью сочетания указанных двух способов), может быть передана микроконтроллеру, или в виде кода, реализующего подходящее математическое выражение, соответствующее взаимосвязи, или в виде набора значений данных, например в форме таблицы поиска, хранящейся в некотором ROM, расположенном микроконтроллере или, по меньшей мере, доступном микроконтроллеру. Эта взаимосвязь позволяет микроконтроллеру 55 определять скорость потока воздуха на основе падения давления, измеренного датчиком 562 давления.
В других вариантах реализации блок 215 датчиков может содержать устройство отслеживания потока воздуха для непосредственного измерения потока воздуха (а не падения давления). В таких вариантах реализации все еще может быть желательно эмпирически и/или с помощью вычисления/моделирования определять взаимосвязь потока воздуха, измеренного упомянутым устройством отслеживания, и фактическим объемом, который вдохнул пользователь.
С учетом измеренного и определенного в ходе операции 620 текущего потока воздуха определяют общий или совокупный поток воздуха для текущей затяжки (операция 630). Этот совокупный поток воздуха может быть фактически определен путем суммирования или интегрирования текущего (мгновенного) потока воздуха, измеренного в ходе операции 620, по длительности вдоха (на текущий момент).
Теперь электронная сигарета 10 использует совокупный объем вдоха на текущий момент для конкретной затяжки для управления выходом пара в той же самой затяжке (операция 640). Другими словами, электронная сигарета поддерживает адаптивное управление в режиме реального времени с целью модификации выхода пара к пользователю через мундштук 35. Это управление может проявляться несколькими путями, например:
- доставляют некоторое количество аэрозоля (пара), которое пропорционально совокупному потоку воздуха;
- доставляют некоторое количество аэрозоля (пара), которое пропорционально некоторой другой, например нелинейной, функции от совокупного потока воздуха, такой как экспоненциальная или логарифмическая зависимость;
- регулируют смесь запахов с аэрозолем (паром) на основе совокупного потока воздуха;
- регулируют размер частиц в аэрозоле (паре) на основе совокупного потока воздуха.
Указанные выше возможности приведены только для примера и специалисту в рассматриваемой области ясны дополнительные пути управления выходом пара электронной сигареты в соответствии с совокупным объемом потока воздуха (на текущий момент).
Микроконтроллер 555, в общем, отвечает за реализацию нужного управления выходом пара на основе измеренного совокупного потока воздуха для текущей затяжки. Например, микроконтроллер может увеличить (или уменьшить) электроэнергию, подаваемую на нагреватель 365, с целью увеличения (или уменьшения) скорости выработки пара или аэрозоля. В некоторых вариантах реализации такое управление электроэнергией может быть реализовано с помощью изменения тока (и/или напряжения), подаваемого на нагреватель. Другие варианты осуществления изобретения могут использовать другой подход, такой как щиротно-импульсная модуляция (PWM). При PWM импульс электроэнергии подают на нагреватель каждый временной период или окно Tw, где окно Tw выбрано сравнительно коротким, так что температура нагревателя значительно не изменяется во время интервала Tw (без приема какой-либо электроэнергии). Длительность Тр самого импульса выбирают так, чтобы он занимал часть (или потенциально все) временного окна, то есть Tw≥Тр. Количеством электроэнергии, поданной (в среднем) на нагреватель, можно управлять регулируя Тр, при этом максимальная подача электроэнергии имеет место тогда, когда Тр=Tw.
В некоторых вариантах реализации нагреватель 365 может содержать несколько различных элементов, которыми можно управлять отдельно, при этом различные элементы нагревателя могут испарять различные запахи. Это позволяет микроконтроллеру изменять смесь запахов в выходе электронной сигареты путем изменения электроэнергии, поданной на различные элементы нагревателя в соответствии с желательной смесью запахов.
Обработка с фиг. 6 далее выполняет определение, закончился или нет вдох (операция 660), - это может быть определено с помощью отсутствия какого-либо падения давления в датчике 562 давления. Если вдох закончен, это представляет конец обработки для этой конкретной затяжки. В качестве альтернативы, если по-прежнему обнаруживается падение давления, следовательно, еще продолжается вдох, обработка возвращается назад на операцию 620. Далее электронная сигарета снова измеряет поток воздуха для вдоха и использует это измерение для обновления совокупного объема затяжки на текущий момент (операция 630). Далее это позволяет соответственно обновлять определение количества аэрозоля и управление нагревателем в ходе операций 640 и 650. Этот цикл обработки далее продолжается аналогично до тех пор, пока не будет закончен вдох, что определяют в ходе операции 660.
На фиг. 7 показан график примера управления подачей электроэнергии на нагреватель 365 с учетом доставки совокупного количества аэрозоля, которое соответствует (соотносится) совокупному объему затяжки с использованием линейной (пропорциональной) взаимосвязи в ходе одного вдоха. На фиг. 7 присутствуют четыре следующие линии:
а) поток при затяжке - то есть текущая скорость потока воздуха, вдыхаемого пользователем (светлая, пунктирная линия);
б) совокупный поток воздуха - фактически интеграл от (а), представляющий общую величину потока воздуха для этой затяжки (темная, сплошная линия);
в) электроэнергия, поданная на нагреватель - (светлая, сплошная линия);
г) совокупный выход пара, фактически, общий объем выхода пара в этой затяжке.
Ось X на фиг. 7 представляет время (секунды), а масштаб оси Y представляет уровень электроэнергии, поданной на нагреватель, как функции от максимальной подачи электроэнергии на нагреватель - то есть относительно линии (в) выше (масштаб на оси Y для других трех линий, показанных на фиг. 7, является произвольным).
Количество аэрозоля или пара, поданного электронной сигаретой, зависит от различных факторов, особенно от электроэнергии, доставленной на нагреватель, средней температуры нагревателя (которая сама зависит от электроэнергии, доставленной на нагреватель), среднего падения температуры нагревателя из-за конвекции и излучения, и падения температуры из-за испарения состава, то есть никотина или другой жидкости, подлежащей испарению. Подача аэрозоля, в общем, пропорциональна падению температуры из-за испарения состава.
Как показано на фиг. 7, при обнаружении затяжки (что соответствует операции 610 на фиг. 6), подачу электроэнергии на нагреватель изначально устанавливают равной 100%, чтобы довести электронную сигарету до активной температуры (линия (в)). На этом этапе поток воздуха при затяжке (линия (а)) неизменно увеличивается. Это отражает перемещение легких пользователя, которые должны ускоряться от исходного положения. При ускорении легких до более высокой скорости, аналогично увеличивается поток воздуха при затяжке.
В конкретном примере из фиг. 7 микроконтроллер 555 занят задачей приведения в соответствие (отслеживания) совокупного выхода пара и совокупного выхода потока воздуха. Следует иметь в виду, что это приводит к приблизительно постоянной пропорциональности пара в потоке воздуха - так что, когда пользователь наиболее сильно вдыхает, вырабатывают наибольший поток воздуха, аналогично максимальным является количество вдыхаемого пара (в абсолютных величинах).
Вначале совокупный поток воздуха при затяжке (линия (б)) опережает совокупный выход пара (линия (г)) из-за задержки при выработке пара во время увеличения температуры нагревателя до рабочей точки. Когда это произошло, после примерно 0,5 секунды на фиг. 7, начинают выработку пара. В этой точке, выход пара и, следовательно, совокупный выход пара (линия (г)) быстро растут, фактически догоняя совокупный поток воздуха (линия (б)).
Далее, для исключения перегрева, падает подача электроэнергии на нагреватель. Тем не менее, так как поток воздуха, проходящий нагреватель, увеличивается (на что указывает линия (а)), это позволяет нагревателю испарять больше жидкости (так как увеличенный поток воздуха затягивает ранее испаренную жидкость из электронной сигареты). Это далее приводит к увеличению потребности нагревателя в электроэнергии и, следовательно, к увеличению подачи электроэнергии на нагреватель непосредственно перед 1 с.
В течение следующей секунды, скорость увеличения потока воздуха (линия (а)) начинает уменьшаться и далее, в конце концов, скорость потока воздуха достигает максимума и начинает падать. Аналогично в этот период, электроэнергия, поданная на нагреватель (линия (в)), достигает максимума и далее начинает падать. Наконец, на последней секунде вдоха (от 2 с до 3 с) скорость потока воздуха при вдохе неизменно опускается до нуля и снова электроэнергия, поданная на нагреватель (линия (в)), демонстрирует, в целом, аналогичное уменьшение.
В терминах теории управления, мы может представить скорость выхода пара как V(t) и поступление электроэнергии как P(t), так что V(t)=H(P(t)), где Н является передаточной функцией на основе рассмотренных выше факторов, таких как ранее поданная на нагреватель электроэнергия, потери теплоты из нагревателя из-за выработки пара и так далее. Если измеренную скорость потока воздуха обозначить через A(t), то общая задача микроконтроллера заключается в том, чтобы Fl(V(t))=F2(A(t)), где F1 и F2 являются функциями, которые необходимо определить, и это может включать в себя смещение по времени между измеренной скоростью (вход) потока воздуха и выходом пара. С учетом примера с фиг, 7, это соответствует таким F1 и F2, что:
где k - константа и предполагается, что затяжка начинается в t=0, так что левая сторона представляет совокупный выход пара для этой затяжки, а правая сторона представляет совокупный поток воздуха в (и через) систему для этой затяжки.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
Обозначая через Н обратную функцию для Н и F3=F1(F2), где F аналогично является обратной функцией для F, получаем, что V(t)=F3(A(t)) и P(t)=H(V(t)), и, следовательно, P(t)=H(F3(A(t))). Следует понимать, что это выражение может быть использовано микроконтроллером для определения входа электроэнергии для нагревателя на основе (i) измеренной скорости A(t) потока воздуха, (ii) желательной взаимосвязи скорости потока воздуха и скорости V(t) выхода пара, представленной функцией F3, и (iii) взаимосвязи входа электроэнергии для нагревателя и скорости выхода пара, представленной переходной функцией Н (и ее обратной функцией Н).
Как описано в настоящем документе, в различных вариантах осуществления изобретения предложена электронная система предоставления пара, содержащая испаритель для испарения жидкости с целью вдыхания пара пользователем электронной системы предоставления пара, источник электроэнергии, содержащий аккумулятор или аккумуляторную батарею для подачи электроэнергии на испаритель; датчик для измерения скорости потока воздуха через электронную систему предоставления пара, при этом поток воздуха является результатом вдыхания пользователем; и блок управления. Блок управления управляет подачей электроэнергии на испаритель на основе совокупного потока воздуха для этого вдоха пользователя, при этом совокупный поток воздуха определяют на основе измерений скорости потока воздуха, выполняемых датчиком. Это позволяет пользователю управлять количеством испаренной жидкости, полученной для заданного вдоха, на основе совокупного потока воздуха, выработанного в ходе заданного вдоха.
Следует иметь в виду, что подробная природа управления может изменяться от одной реализации к другой. Например, как описано выше, управление может быть выполнено так, что совокупный выход пара, то есть общее (совокупное) количество испаренной жидкости для этого вдоха, отслеживает совокупный поток воздуха через устройство. Другая возможность (например) состоит в том, что для увеличения совокупного потока воздуха приводят в действие дополнительный элемент нагревателя. Это может увеличить выход пара или изменить смесь выхода пара, например, изменить относительные количества двух различных паров в выходе пара.
Совокупный поток воздуха представляет общий объем воздуха, прошедшего в (через) систему на текущий момент, с начала вдоха. Начало вдоха может быть обнаружено датчиком потока воздуха, который также измеряет текущую (мгновенную) скорость потока воздуха во время вдоха. Далее может быть определен совокупный поток воздуха, например, путем интегрирования измеренного совокупного потока воздуха от начала вдоха до текущего этапа вдоха. Другим возможным механизмом определения совокупного потока воздуха является измерение текущей или мгновенной скорости потока воздуха несколько раз и дальнейшее осуществление некоторого моделирования или поиска с целью определения совокупного потока воздуха. Например, управление выходом пара может быть частично основано на предсказанном значении потока воздуха - например, основано на совокупном потоке воздуха, уже измеренном для конкретного вдоха, и/или нескольких мгновенных измерениях потока воздуха, плюс на знании обычного изменения скорости потока воздуха со временем (то есть в соответствии с линией (а) с фиг. 7).
При получении дополнительных измерений фактического потока воздуха их можно сравнить с предсказанной скоростью потока воздуха и любое различие использовать для регулировки будущей подачи электроэнергии на нагреватель. В некоторых случаях предсказанная скорость потока воздуха может быть основана на скоростях потока воздуха для предыдущих вдохов этого пользователя. Такое использование предсказанной скорости потока воздуха может помочь улучшить быстроту реагирования для управления.
Совокупный поток воздуха может быть определен в самом датчике, в блоке управления или в любом другом подходящем компоненте электронной системы предоставления пара. Совокупный поток воздуха может быть определен непосредственно или косвенно, с использованием одного или нескольких других параметров, которые фактически служат как заместители совокупного потока воздуха. Например, датчик может измерять падение давления, которое далее может быть преобразовано в параметр, который отражает совокупный поток воздуха (и, следовательно, может быть использован для управления подачей электроэнергии на нагреватель) без явного определения самого совокупного потока воздуха.
Как описано в настоящем документе, пользователь может, таким образом, управлять, по меньшей мере, частично, получаемым паром. Это управление может быть обеспечено интуитивным образом, например, просто с помощью более сильной затяжки (вдыхания) для большего количества пара или путем более слабой затяжки для меньшего количества пара. Интуитивная природа управления увеличивает ее быстроту реагирования (в режиме реального времени), другими словами, если пользователь изменит скорость затяжки (вдоха) во время отдельной затяжки, это приведет к заметному изменению выхода пара даже во время той же самой затяжки. Например, со ссылкой на фиг. 7, мы может видеть, что быстрота реагирования во времени системы представляет собой небольшую долю 1 с, обычно менее 0,5 секунды или менее 0,3 секунды или менее 0,1 секунды. Эта быстрота реагирования во времени представляет собой задержку во времени или временное отставание между измеренным изменением совокупного потока воздуха и соответствующим изменением выхода пара на основе изменения электроэнергии, подаваемой на нагреватель и отражающей текущий объем затяжки. (На фиг. 7 присутствует начальное временное отставание, равное примерно 0,7 секунды, для совокупного выхода пара относительно совокупного объема потока воздуха, но это представляет собой тепловую инерцию нагревателя, а не задержку во времени в цикле управления). Соответственно, связь между объемом затяжки и выходом пара ясна пользователю, который, следовательно, способен быстро научиться, как использовать эти функциональные возможности устройства.
Более того, описанный в настоящем документе подход может быть расширен на целый диапазон электронных систем предоставления пара, таких как устройства «нагревания, но не горения» (которые могут содержать некоторый растительный материал или экстракт, например табачный лист, который нагревают или подают пар с целью выработки нужного пара). Один пример такой альтернативной формы электронной системы предоставления пара описан в документе US 2011/0226236, в котором описан ингалятор, содержащий испаритель на основе составной плоской структуры, которая содержит как нагревательный механизм, так и фитильный механизм. Такая система обеспечивает высокую удельную испарительную способность для периодической работы, объединенную с высокой эффективностью испарителя (выпаривателя). Такая система дополнительно может содержать датчик давления или потока воздуха для измерения потока воздуха и блок управления для управления подачей электроэнергии на нагревательный механизм в соответствии с подходом, описанным в настоящем документе.
Для отражения различных вопросов и продвижения уровня техники, это изобретение показано путем иллюстрации различных вариантов осуществления изобретения, в которых может быть реализовано заявленное изобретение (изобретения). Достоинства и признаки настоящего изобретения содержатся только в представленных вариантах осуществления изобретения, но их перечень не является исчерпывающим и/или единственно возможным. Они показаны только для помощи в понимании и изучении заявленного изобретения (изобретений). Ясно, что достоинства, варианты осуществления изобретения, примеры, функции, признаки, структуры и/или другие аспекты изобретения не являются ограничениями изобретения, которое определяется формулой изобретения, или ограничениями эквивалентов формулы изобретения, и что могут быть использованы другие варианты осуществления изобретения и без выхода за границы объема настоящего изобретения, определенного формулой изобретения, могут быть предложены различные модификации. Различные варианты осуществления изобретения могут содержать, состоять или по существу состоять из различных комбинаций описанных элементов, компонентов, признаков, частей, этапов, способов и так далее, отличающихся от конкретно описанных в настоящем документе. Это изобретение может содержать другие изобретения, о которых не заявлено в настоящее время, но о которых может быть заявлено в будущем.