КАРТРИДЖ ДЛЯ СИСТЕМЫ, ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ АЭРОЗОЛЬ, С ИНДУКТОРОМ ИДЕНТИФИКАЦИИ
CARTRIDGE FOR AEROSOL GENERATING SYSTEM WITH IDENTIFICATION INDUCER

Настоящее изобретение относится к способу изготовления картриджа для использования с системой, генерирующей аэрозоль, в частности, для использования с электронной сигаретой. Картридж оснащен индуктором идентификации, обладающим конкретной индуктивностью, которая указывает на используемые картридж или субстрат, образующий аэрозоль, хранящийся в картридже.
Зачастую используемые электронные сигареты имеют модульную конструкцию и обычно содержат заменяемый картридж с компонентом для хранения, в котором содержится субстрат, образующий аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, содержащийся в картридже, может значительно различаться по составу, аромату, крепости или другим характеристикам. Потребители могут захотеть поменять картриджи по своему усмотрению. Однако оптимальные условия испарения могут зависеть от состава субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в картриджах. Таким образом, для того, чтобы идеально адаптировать блок испарения к конкретному субстрату, образующему аэрозоль, выбранному потребителем, было бы желательно включить в электронные сигареты средство автоматического распознавания, которое может идентифицировать заменяемый картридж или хранящийся в нем субстрат, образующий аэрозоль, чтобы автоматически соответственно изменить настройки управления испарительного устройства.
В документе EP 2399636 A1 раскрыт генератор аэрозоля, содержащий заменяемый картридж, как описано выше, при этом картридж содержит один или несколько электрических компонентов для отличия картриджа от других картриджей. Электрические компоненты могут представлять собой один или несколько электрических резисторов, конденсаторов или индукционных катушек. Генератор аэрозоля содержит средства для определения электрических характеристик одного или нескольких электрических компонентов. Генератор аэрозоля может дополнительно содержать справочную таблицу, хранящуюся на запоминающем устройстве, в которой характеристики электрических компонентов связаны с данными, идентифицирующими соответствующий картридж. С целью обеспечения возможности различать разные картриджи можно использовать множество электрических компонентов.
В документе EP 2399636 A1 в отдельных электрических схемах предусмотрены дополнительные электрические компоненты для отличия картриджа от других картриджей, и поэтому необходимо использование дополнительных электрических контактов, через которые дополнительные электрические компоненты подключены к схеме управления. Дополнительные контакты повышают сложность структуры системы, генерирующей аэрозоль. Это делает производство более дорогим и представляет собой дополнительный источник для сбоя.
Настоящее изобретение направлено на решение вышеупомянутых проблем и направлено на предоставление надежного способа создания электронно различимых картриджей, при этом лишь незначительно повышая их структурную сложность.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ изготовления картриджа, подходящего для использования с системой, генерирующей аэрозоль. Способ включает следующие этапы: предоставление части для хранения жидкости, предоставление электрического компонента, обладающего заданным сопротивлением, придание электрическому компоненту формы электрического индуктора, обладающего конкретной индуктивностью, и установку электрического индуктора на картридж. Индуктивность электрического индуктора указывает на конкретный картридж. Индуктивность электрического индуктора может также указывать на субстрат, образующий аэрозоль, которым заполнена или должна быть заполнена часть для хранения жидкости картриджа.
Электрический компонент может представлять собой электрически проводящую проволоку, которой придана подходящая форма. Для определенного материала общее сопротивление электрически проводящей проволоки определено его поперечным сечением и его длиной. Проволока может быть выполнена из проводящего материала, обладающего низким удельным сопротивлением, такого как медь, серебро, алюминий или их сплавы. Чем ниже сопротивление электрического компонента, тем меньше электрической энергии рассеивается в электрическом компоненте и тем меньше влияние электрического компонента на остальную часть электрической схемы.
Электрической проводящей проволоке может быть придана форма соленоида, такого как индукционная катушка, обладающего конкретной индуктивностью. Полученная индуктивность катушки, образованной из электрически проводящей проволоки, зависит от длины, радиуса и количества витков индукционной катушки. Таким образом, множеству идентичных проволок, т. е. проволок, выполненных из идентичного материала, с идентичным поперечным сечением и идентичной длиной, может быть придана форма множества индукционных катушек с разной индуктивностью. Поскольку длина проволок остается неизменной, общее сопротивление индукционных катушек также остается по существу постоянным. В данном контексте «по существу постоянный» означает, что общее сопротивление идентично и в основном изменяется только из-за неоднородности материала или производственных допусков.
Для изготовления из проволок катушек с разной индуктивностью можно изменить по меньшей мере одно из следующего: количество витков, диаметр катушки и общую длину катушки. Если проволоке по всей ее длине придана форма катушки, изменение одного из параметров также приводит к изменению других параметров. Однако нет необходимости в том, чтобы придавать проволоке форму катушки по всей ее длине. Также возможно сохранить один или два из следующих параметров: диаметр катушки, длину катушки и количество витков. Избыточная часть проволоки, которой не была придана форма катушки, может быть затем использована, например, для соединения схемы картриджа с контактами источника питания.
Способ может дополнительно включать следующие этапы: предоставление электрического нагревательного элемента, установку электрического нагревательного элемента на картридж и последовательное подключение электрического индуктора к электрическому нагревательному элементу. На протяжении всего этого описания комбинация нагревательного элемента и индуктора называется «схемой картриджа». Как правило, питание на нагревательный элемент в системах, генерирующих аэрозоль, подается от источника питания постоянного тока. Наличие дополнительной индуктивности оказывает лишь незначительное влияние на такие электрические схемы постоянного тока. Более того, если индуктивный элемент выполнен из материала, обладающего низким удельным сопротивлением, то общее сопротивление также оказывает лишь незначительное влияние на потребляемую мощность и в основном не влияет на нагревательные свойства нагревательного элемента.
В вариантах осуществления, в которых питание на нагревательные элементы подается от источников питания постоянного тока, таких как батареи, падение напряжения на нагревательном элементе и ток, протекающий через него, являются по существу постоянными во время использования. Однако, чтобы определить индуктивность индуктора, необходимо определить реакцию индуктора на изменение протекания тока. Как правило, индуктивность, следовательно, определяют при активации или деактивации электрической схемы или посредством приложения переменного тока. Таким образом, поэтому предпочтительно осуществлять определение индуктивности и идентификацию картриджа, когда нагревательный элемент не активирован.
При использовании схема картриджа подключена к источнику питания, и ей управляет электрическая схема системы, генерирующей аэрозоль. Электрические контакты для подключения схемы картриджа к схеме управления могут быть предусмотрены в виде точечных контактов, прямоугольных контактов, круглых контактов или в виде концентрических кольцевых контактов. Небольшие контактные области позволяют создать компактную конструкцию, но может быть необходимо, чтобы картридж принял определенную ориентацию для закрывания контакта. В отличие от этого, большие контактные области, в частности, кольцевые контакты, не требуют определенной ориентации картриджа и, следовательно, упрощают работу с системой для потребителей.
Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что индуктивный элемент может быть последовательно подключен к нагревательному элементу, и поэтому двух электрических контактов может быть достаточно для подачи питания на нагревательное устройство и для определения индуктивности электрического индуктора. Это снижает сложность и повышает надежность и производительность системы.
Если различные индуктивные компоненты образованы из идентичного куска проволоки, способ изготовления и задействованный алгоритм в ходе изготовления значительно упрощаются. Вместо предоставления множества разных индуктивных компонентов для процесса изготовления, способ согласно настоящему изобретению требует только один электрический компонент, такой как электрически проводящая проволока. Затем с помощью средств, которые легко доступны для специалиста в данной области техники, в ходе изготовления картриджа этой проволоке придают форму индуктивных компонентов с разными конкретными индуктивностями.
В ходе изготовления каждый картридж оснащают специальным индуктивным компонентом, индуктивность которого указывает на субстрат, образующий аэрозоль, который уже содержится в части для хранения жидкости картриджа или которым она должна быть заполнена.
Электрический индуктор может быть установлен на картридж в любом подходящем положении. Электрический индуктор может быть установлен на внутренней части картриджа, так что индуктор не доступен потребителю во время обычной замены картриджа.
Электрический индуктор также может быть установлен на наружной части картриджа. Для дополнительной защиты индуктора в этом случае от нежелательной или непреднамеренной манипуляции картридж может быть дополнительно оснащен колпачком, который приспособлен для покрытия электрического индуктора.
В вариантах осуществления, в которых нагревательный элемент предусмотрен в виде нагревательной катушки, индуктивность нагревательной схемы может также изменяться путем изменения самой нагревательной катушки. Изменение индуктивности нагревательной катушки следует тем же принципам, что и модификация индуктивности дополнительного электрического индуктора, как описано выше. Благодаря изменению индуктивности нагревательной катушки отдельный индуктор больше не требуется. Однако конструкция нагревательной катушки также должна соответствовать определенным требованиям процесса распыления, таким как диаметр и длина части фитиля, которая подлежит нагреву. Соответственно доступна меньшая степень свободы для изменения размеров катушки.
Во втором аспекте настоящее изобретение направлено на картридж, подходящий для использования с системой, генерирующей аэрозоль, при этом картридж содержит часть для хранения жидкости и электрический индуктор, обладающий заданным сопротивлением и конкретной индуктивностью, при этом конкретная индуктивность электрического индуктора указывает на используемые картридж или субстрат, образующий аэрозоль, который содержится в части для хранения жидкости картриджа или которым она должна быть заполнена.
Картридж может дополнительно содержать нагревательный элемент, который последовательно подключен к электрическому индуктору; при этом нагревательный элемент и электрический индуктор образуют схему картриджа.
В третьем аспекте настоящее изобретение направлено на систему, генерирующую аэрозоль, в частности, электронную сигарету, содержащую вышеупомянутый картридж и часть в виде устройства, содержащую источник питания и электронную схему. Электронная схема выполнена с возможностью определения электрической индуктивности электрического индуктора и связывания электрической индуктивности с данными, идентифицирующими картридж.
Предпочтительно картридж и часть в виде устройства представляют собой отдельные или самостоятельные части или блоки. Другими словами, картридж может быть изготовлен, упакован и продан отдельно от части в виде устройства. Картридж может быть установлен на часть в виде устройства или помещен в часть в виде устройства при использовании. Таким образом, часть в виде устройства может быть прочной и может быть выполнена для нескольких применений, а картридж может расходоваться и заменяться после одного или двух применений. В некоторых вариантах осуществления часть в виде устройства может быть выполнена для использования с разными картриджами.
Картридж может быть установлен с возможностью снятия на часть в виде устройства системы, генерирующей аэрозоль. Картридж может быть установлен с возможностью снятия на часть в виде устройства системы, генерирующей аэрозоль.
В варианте осуществления настоящего изобретения картридж представляет собой заменяемый резервуар, который содержит электрический индуктор для идентификации резервуара и субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в нем, тогда как нагревательный элемент может образовывать часть части в виде устройства. Жидкость из резервуара транспортируется на нагревательный элемент подходящими пассивными или активными средствами транспортировки. Пассивные средства транспортировки могут включать капиллярные трубку или фитиль, которые проходят в заменяемый резервуар и которые направляют субстрат, образующий аэрозоль, на нагревательный элемент за счет капиллярного действия. Активные средства транспортировки могут включать насосы или шприцевые системы, которыми может активно управлять схема управления. Как правило, такие активные средства транспортировки могут быть активированы по соответствующему сигналу от датчика затяжки.
В вариантах осуществления, в которых нагревательный элемент образует часть части в виде устройства, нагревательный элемент не заменяют при замене резервуара. Однако нагревательный элемент может быть установлен с возможностью замены на часть в виде устройства, так что пользователь может вставить новый нагревательный элемент, когда это необходимо.
Часть в виде устройства может содержать запоминающее устройство для хранения справочной таблицы, при этом справочная таблица содержит данные, представляющие собой электрическую индуктивность индукторов, при этом каждое значение электрической индуктивности связано с данными, идентифицирующими картридж.
Предпочтительно справочная таблица может дополнительно содержать данные, представляющие одно или несколько значений индуктивности, при этом каждое значение индуктивности дополнительно связано с параметрами, представляющими другой энергетический профиль, который должен быть применен к нагревательному элементу. Каждое значение индуктивности связано с разным идентификатором картриджа. Это означает, что система, генерирующая аэрозоль, может быть выполнена таким образом, чтобы доставлять пользователю постоянное количество, например, объем или массу, аэрозоля, даже если картриджи, содержащие различные субстраты, образующие аэрозоль, вставлены в систему, генерирующую аэрозоль.
Например, конкретный субстрат, образующий аэрозоль, содержащийся в одном картридже, может потребовать больше энергии для испарения, чем другой субстрат, образующий аэрозоль, содержащийся в другом картридже. Путем связывания значения индуктивности или конкретного идентификатора картриджа с профилем нагревания, хранящимся в справочной таблице, постоянное количество аэрозоля может быть доставлено пользователю независимо от типа субстрата, образующего аэрозоль, хранящегося в картридже.
Настоящее изобретение будет дополнительно описано исключительно для примера со ссылками на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показан вариант осуществления настоящего изобретения с индуктором, установленным на картридж;
на фиг. 2 показано изображение электронной схемы для схемы картриджа, содержащей нагревательный элемент и индуктор для идентификации картриджа согласно настоящему изобретению; и
на фиг. 3 показано несколько индукторов, обладающих идентичным сопротивлением и разной индуктивностью.
На фиг. 1 изображен пример обычно используемой системы 10, генерирующей аэрозоль. Система 10, генерирующая аэрозоль, по фиг. 1 представляет собой электрически нагреваемую систему 10, генерирующую аэрозоль, и содержит корпус 12, состоящий из двух частей: части 14 в виде устройства и картриджа 16. В части 14 в виде устройства предусмотрены источник электропитания в виде батареи 18 и электрическая схема 20 управления. Картридж 16 содержит часть 22 для хранения жидкости, содержащую субстрат 24, образующий аэрозоль, капиллярный фитиль 26 и нагревательный элемент в виде нагревательной катушки 28. В данном варианте осуществления часть 22 для хранения жидкости представляет собой цилиндрическую конструкцию, определяющую центральный канал 30 для потока воздуха. Концы капиллярного фитиля 26 проходят в часть 22 для хранения жидкости. Центральная часть капиллярного фитиля 26 проходит через канал 30 для потока воздуха и по меньшей мере частично окружена нагревательной катушкой 28. Нагревательная катушка 28 подключена к электрической схеме 20 посредством подходящих электрических соединений (не показано). Корпус 10 также содержит впускное отверстие 32 для воздуха и выпускное отверстие 34 для воздуха на конце мундштука. В устройстве, изображенном на фиг. 1b, картридж 16 выполнен с возможностью снятия с части 14 в виде устройства и содержит часть 22 для хранения жидкости и атомайзер 26, 28. Следовательно, такие устройства также называются «картомайзерами».
При использовании работа происходит следующим образом. Жидкий субстрат 24, образующий аэрозоль, перемещается за счет капиллярного действия из части 22 для хранения жидкости от концов фитиля 26, которые проходят в часть 22 для хранения жидкости, в центральную часть фитиля 26, который окружен нагревательной катушкой 28. Когда пользователь осуществляет затяжку через устройство на выпускном отверстии 34 для воздуха, окружающий воздух втягивается через впускное отверстие 32 для воздуха. Система обнаружения затяжки (не показана) обнаруживает затяжку и активирует нагревательную катушку 28. Батарея 18 подает электрическую энергию на нагревательную катушку 28 для нагревания центральной части фитиля 26, окруженного нагревательной катушкой 28. Субстрат 24, образующий аэрозоль, в центральной части фитиля 26 испаряется под действием нагревательной катушки 28, что приводит к созданию перенасыщенного пара. Перенасыщенный пар смешивается с потоком воздуха и перемещается в нем из впускного отверстия 32 для воздуха. В канале 30 для потока воздуха пар конденсируется с образованием вдыхаемого аэрозоля, который переносится к выпускному отверстию 34 и в рот пользователя.
В дополнение к вышеописанным элементам, индуктор 40 предусмотрен на картридже 16. Индуктор 40 подключен к схеме 20 управления и обеспечивает идентификацию схемой 20 управления части 22 для хранения жидкости и, в частности, типа субстрата 24, образующего аэрозоль, содержащегося в части 22 для хранения жидкости. Как указано на фиг. 1a, фиг. 1b, индуктор 40 может быть помещен в часть 22 для хранения жидкости. В данном варианте осуществления резистор 40 не видим для пользователя и защищен от повреждения во время обычной работы системы 10, генерирующей аэрозоль.
Система 10, генерирующая аэрозоль, изображенная на фиг. 1, представляет собой лишь одну приведенную в качестве примера систему, генерирующую аэрозоль, в которой преимущественно может быть использован картридж согласно настоящему изобретению. Специалисту в данной области техники будет понятно, что система идентификации согласно настоящему изобретению может быть также использована с другими известными конструкциями систем 10, генерирующих аэрозоль, в которых используются заменяемые картриджи 16.
1
2
На фиг. 2 изображена принципиальная электрическая схема согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления нагревательное устройство, например, нагревательная катушка 28, подключено к двум электрическим контактам T, T, которые, в свою очередь, подключены к двум контактам источника питания (не показан), предусмотренного в системе, генерирующей аэрозоль. В дополнение к этому, принципиальная схема по фиг. 2 также содержит индуктор 40, который последовательно подключен к нагревательной катушке 28. Комбинацию нагревательного устройства и индуктора также называют «схемой картриджа» в этом описании. Схема 20 управления системы 10, генерирующей аэрозоль, выполнена с возможностью определения общей индуктивности схемы картриджа, как рассмотрено далее.
Как будет известно специалистам в данной области техники, соотношение индуктивности L электрической схемы, напряжения V и тока I через схему имеет следующий вид:
(1)
Напряжение, индуцированное через индуктор, равно произведению индуктивности индуктора и скорости изменения тока, протекающего через индуктор.
Путем измерения разности потенциалов на индукторе при изменении тока I, протекающего через индуктор, схема управления способна определять значение индуктивности L в соответствии с приведенным выше соотношением.
Определив значение индуктивности L, связанного с картриджем, схема управления определяет тип картриджа из определенного значения индуктивности путем поиска по справочной таблице с использованием определенного значения индуктивности.
Справочная таблица может содержать одно или несколько разных значений индуктивности, при этом каждое значение индуктивности связано с идентификатором картриджа, который может быть использован с системой, генерирующей аэрозоль. Идентификатор может указывать на тип жидкости, содержащейся в картридже.
Контроллер может определить тип картриджа как идентификатор картриджа, хранящийся в справочной таблице, который связан со значением индуктивности, хранящимся в справочной таблице, которое является наиболее близким по значению к значению индуктивности картриджа, определенному контроллером. Справочная таблица может храниться на постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), включенном в схему управления, или может храниться на отдельном запоминающем устройстве.
На фиг. 3 проиллюстрирован один из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления используют медную проволоку фиксированной длины для образования нескольких соленоидов или индукционных катушек 40, обладающих разной индуктивностью. Все катушки 40 выполнены из идентичного куска медной проволоки, так что электрическое сопротивление R этих индукционных катушек остается постоянным.
-8
Медная проволока, используемая в вариантах осуществления по фиг. 3, имеет длину 150 миллиметров и диаметр 0,5 миллиметра. Предполагая, что удельное сопротивление меди составляет 1,7*10 Ом*метр, это приводит к общему сопротивлению медной проволоки приблизительно 0,01 Ом. Это сопротивление достаточно мало, так что оно не влияет на нагревательные свойства нагревательной катушки.
Медную проволоку сматывают в катушку с разнообразными количеством витков N катушки и радиусом r катушки. Для проволоки, имеющей заданную длину l и заданное количество витков N, радиус r полученной катушки определяется в соответствии с соотношением l=2 π r N следующим образом:
(2)
Индуктивность полученного соленоида, т. е. короткой цилиндрической катушки с воздушным сердечником, можно определить по его геометрическим размерам в соответствии со следующей формулой:
(3)
В этом расчете длина l катушки считается приблизительно равной диаметру проволоки, умноженному на количество витков катушки.
Полученные размеры и индуктивности для медной проволоки, имеющей общую длину 150 миллиметров и диаметр 0,5 миллиметра, указаны в следующей таблице:
NКоличество витков
Радиус r(миллиметры)
Длина l(миллиметры)
Индуктивность L(микрогенри)
10
2,39
5
0,31
12
1,99
6
0,29
14
1,71
7
0,26
16
1,49
8
0,24
18
1,33
9
0,22
20
1,20
10
0,20
Таблица 1: Значения индуктивности для катушек с разными количеством витков и радиусом
Важно, чтобы отдельные катушки воспроизводили как можно точнее, чтобы электронная схема могла отличать надежным образом эти значения индуктивности. Точность способа образования индуктивных катушек, обладающих конкретной индуктивностью, предпочтительно равна или превышает +/-5%.
Электронная схема 20 управления определяет значение индуктивности схемы картриджа с целью проверки типа картриджа 16 и, таким образом, типа субстрата 24, образующего аэрозоль, предусмотренного во вставленном в настоящее время картридже 16. Определив тип субстрата 24, образующего аэрозоль, электронная схема 20 управления может регулировать настройки для активации нагревательного элемента 28, соответствующего конкретному типу субстрата 24, образующего аэрозоль. Таким образом, можно обеспечить оптимальные условия испарения для широкого спектра субстратов 24, образующих аэрозоль, используемых с системой 10, генерирующей аэрозоль.
Вышеописанные приведенные в качестве примера варианты осуществления являются иллюстративными, а не ограничительными. На основании рассмотренных выше приведенных в качестве примера вариантов осуществления другие варианты осуществления, соответствующие вышеупомянутому приведенному в качестве примера варианту осуществления, теперь будут понятны специалисту в данной области техники.