УСТРОЙСТВО, ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ АЭРОЗОЛЬ (ВАРИАНТЫ), СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩАЯ АЭРОЗОЛЬ, И СПОСОБ УСПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ, ГЕНЕРИРУЮЩИМ АЭРОЗОЛЬ (ВАРИАНТЫ)
AEROSOL GENERATING DEVICE (OPTIONS), AEROSOL GENERATING SYSTEM, AND METHOD FOR CONTROL OF AEROSOL GENERATING DEVICE (OPTIONS)

Настоящее изобретение относится к устройству, генерирующему аэрозоль, для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к устройству, генерирующему аэрозоль, содержащему множество датчиков температуры для управления рабочим параметром устройства, генерирующего аэрозоль.
В ряде удерживаемых рукой устройств, генерирующих аэрозоль, резистивный нагревательный элемент может быть использован для нагревания субстрата, образующего аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Резистивный нагревательный элемент может управляться контроллером. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления работой резистивного нагревательного элемента на основе температуры нагревателя, которая может быть определена путем измерения электрического сопротивления на резистивном нагревательном элементе. Это может значительно уменьшить вероятность повреждения резистивного нагревательного элемента, например, из-за перегрева, поскольку питание, подаваемое на нагревательный элемент, может быть ограничено, когда измеренная температура нагревателя превышает заданное пороговое значение. Если резистивный нагревательный элемент используется для нагрева запаса жидкого образующего аэрозоль субстрата, и подача жидкого образующего аэрозоль субстрата снижается, контроллер может обнаружить значительное повышение температуры резистивного нагревательного элемента. В ответ контроллер может предотвращать генерирование резистивного нагревательного элемента в результате прекращения подачи питания на резистивный нагревательный элемент.
Однако такие измерения температуры не могут обнаруживать локализованные колебания температуры на резистивном нагревательном элементе. Это связано с тем, что электрическое сопротивление измеряют по всей нагревательной схеме, и, таким образом, характеризует общую температуру всего резистивного нагревательного элемента. Более того, такие измерения температуры не указывают на температуру в местах в устройстве, кроме нагревательного элемента. Например, трудно точно получить температуру аэрозоля на основании электрического сопротивления резистивного нагревательного элемента отдельно.
Более того, измерение температуры на резистивном нагревательном элементе основано на измерении электрического сопротивления при пропускании тока через резистивный нагревательный элемент. Таким образом, результат измерения температуры прекращается после того, как резистивный нагревательный элемент не работает. Это может быть проблематичным или неудобным. Например, если контроллер прекращает подачу питания на резистивный нагревательный элемент вследствие температуры резистивного нагревательного элемента, превышающего пороговое значение, контроллер не сможет продолжать определять температуру резистивного нагревательного элемента. Это означает, что контроллер не сможет определить, уменьшилось ли температура резистивного нагревательного элемента до уровня ниже порогового значения, и не будет снова подавать питание на резистивный нагревательный элемент. Это приведет к тому, что температура резистивного нагревательного элемента снова повышается. Очевидно, что измерения температуры этого типа осуществляют только с резистивным нагревательным элементом. Таким образом, эта методика не может быть использована с другими типами нерезистивного устройства, генерирующего аэрозоль, на основе нагревателя.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является техническое решение, раскрытое в публикации US 2016/235124 A1, согласно которой разработаны способы и системы для выпаривания экстракта, растительного материала, содержащего органический материал, и т.п. с использованием конвекционного нагрева через один или более коллекторов, каждый из которых сообщается по текучей среде с секцией камеры, содержащей органический материал. Коллекторы могут иметь клапаны и могут содержать датчики температуры. Контроллер может обмениваться сигналами с датчиками температуры и может управлять мощностью, подаваемой на каждый нагревательный элемент, в ответ на информацию, которую он обрабатывает от датчика температуры.
Было бы желательно создать генерирующее аэрозоль устройство содержат нагревательную компоновку, которая уменьшает или преодолевает по меньшей мере некоторые из этих недостатков с известными устройствами. Было бы желательно предоставить устройство, генерирующее аэрозоль, которое может использовать более совершенные компоновки датчика и которые могут реализовывать усовершенствованный механизм управления.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложено генерирующее аэрозоль устройство, содержащее: впускное отверстие для воздуха; выпускное отверстие для воздуха; канал воздушного потока, проходящий в первом направлении между впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха; нагревательный элемент, расположенный в канале воздушного потока для нагрева образующего аэрозоль субстрата; первый датчик температуры для измерения первой температуры; и контроллер, выполненный с возможностью регулирования рабочего параметра устройства на основе измеренной первой температуры; и контроллер, выполненный с возможностью регулирования рабочего параметра устройства на основе измеренной первой температуры и измеренной второй температуры.
В некоторых вариантах осуществления рабочий параметр может содержать множество рабочих параметров.
Первый датчик температуры и второй датчик температуры могут быть разными типами датчиков температуры. Первый датчик температуры и второй датчик температуры могут представлять собой датчики температуры одного типа.
В контексте данного документа термин «датчик температуры» может относиться к любым подходящим измерительным средствам для обнаружения одного или более сигналов, указывающих температуру. Например, если нагревательный элемент содержит резистивный нагревательный элемент, резистивный нагревательный элемент и контроллер для измерения электрического сопротивления на электрическом нагревательном элементе в качестве датчика температуры.
В контексте данного документа термин «измеренная температура» может относиться к прямому измерению температуры или к непрямой температуре. Косвенное измерение температуры может включать температуру, определяемую контроллером на основании одного или более сигналов, указывающих температуру.
Первое положение и второе положение могут быть расположены в любом месте вдоль канала воздушного потока для измерения локализованных температур. Указанная первая температура может содержать температуру, указывающую на любую из или комбинацию: окружающий воздух в первом положении, воздух, протекающий через канал воздушного потока в первом положении, генерируемый аэрозоль в канале воздушного потока в первом положении, нагревательный элемент в первом положении и образующий аэрозоль субстрат, подаваемый на нагревательный элемент в первом положении. Указанная вторая температура может содержать температуру, указывающую на любую из или комбинацию: окружающий воздух во втором положении, воздух, протекающий через канал воздушного потока во втором положении, генерируемый аэрозоль в канале воздушного потока во втором положении, нагревательный элемент во втором положении и образующий аэрозоль субстрат, подаваемый на нагревательный элемент во втором положении. Измеренные температуры могут преимущественно позволять контроллеру управлять одним или более рабочими параметрами устройства на основе локализованных температур, измеренных в определенных известных положениях вдоль канала воздушного потока. Измеренные температуры могут преимущественно позволять контроллеру определять температурный градиент канала воздушного потока по меньшей мере вдоль первого направления. Измеренные температуры могут преимущественно позволять контроллеру определять локализованные колебания температуры на нагревательном элементе.
Местоположение каждого из первого и второго положения может быть выбрано для обеспечения одного или более предпочтительных эффектов, как описано в вариантах осуществления, описанных ниже.
Первое положение может быть расположено на расстоянии от нагревательного элемента. Второе положение может быть расположено на расстоянии от нагревательного элемента. Таким образом обеспечивается возможность измерения температуры в одном или более положениях вдоль канала воздушного потока, которые расположены на расстоянии от нагревательного элемента, например, вдоль первого направления вдоль канала воздушного потока. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности упрощения конструкции устройства, поскольку датчики температуры могут быть обеспечены в виде отдельных компонентов с нагревательного элемента. Это облегчает обслуживание или замену нагревательного элемента. Это также может быть преимущественным, когда существует необходимость в определении температуры аэрозоля после его генерирования на нагревательном элементе. Это может быть преимущественным, когда существует необходимость в определении температуры источника воздуха в месте, до того, как воздух достигнет нагревательного элемента, например, в месте, где тепло источника воздуха вряд ли будет сильно зависеть от тепла, вырабатываемого нагревательным элементом. Каждое из первого положения и второго положения может быть расположено на равном расстоянии от нагревательного элемента вдоль канала воздушного потока.
Первое положение может быть расположено непосредственно рядом с нагревательным элементом либо в направлении вверх по потоку, либо в направлении вниз по потоку относительно нагревательного элемента. Второе положение может быть расположено непосредственно рядом с нагревательным элементом либо в направлении вверх по потоку, либо в направлении вниз по потоку относительно нагревательного элемента. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности обеспечения возможности отображения указанных первого и/или второго датчиков температуры непосредственно перед достижением воздуха до нагревательного элемента. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности обеспечения возможности отображения указанных первого и/или второго датчиков температуры непосредственно после генерирования аэрозоля на нагревательном элементе.
В некоторых вариантах осуществления одно из первого положения и второго положения может быть расположено выше по потоку относительно нагревательного элемента, а другое из первого положения и второго положения может быть расположено ниже по потоку относительно нагревательного элемента. В некоторых вариантах осуществления как первое положение, так и второе положение могут быть расположены выше по потоку относительно нагревательного элемента. В некоторых вариантах осуществления как первое положение, так и второе положение могут быть расположены ниже по потоку относительно нагревательного элемента.
Контроллер может быть выполнен с возможностью управления рабочим параметром устройства на основе измеренной первой температуры и измеренной второй температуры. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью управления рабочим параметром устройства на основе разности между первой температурой и второй температурой. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью управления рабочим параметром на основе соотношения между первой температурой и второй температурой. Например, в некоторых вариантах осуществления разница между первой температурой и второй температурой может преимущественно указывать на то, что одно или оба из подачи воздуха и генерируемого аэрозоля протекают вдоль по меньшей мере части пути для потока воздуха, который проходит по меньшей мере между первым положением и вторым положением. Более конкретно, резкое увеличение одной из первой или второй температуры относительно другой может указывать на то, что происходит такой поток воздуха. Это может быть особенно актуальным, если одно из первого положения и второго положения расположено ниже по потоку относительно нагревательного элемента, а другое из первого положения и второго положения расположено выше по потоку относительно нагревательного элемента. Это связано с тем, что резкое падение температуры выше по потоку относительно нагревательного элемента может указывать на приток подачи воздуха к каналу воздушного потока. Резкое повышение температуры ниже по потоку относительно нагревательного элемента может указывать на то, что аэрозоль был сгенерирован на нагревательном элементе и протекает в направлении выпускного отверстия для воздуха. Следовательно, относительная разница или относительное соотношение между первой температурой и второй температурой может указывать на такие события.
В некоторых вариантах осуществления одно из первого положения и второго положения может соответствовать положению на нагревательном элементе, а другое из первого положения и второго положения может быть расположено на расстоянии от нагревательного элемента в направлении вдоль канала воздушного потока. Это может позволить сравнить температуру измеренной нагревательной температуры с температурой, которая измеряется выше по потоку или ниже по потоку относительно нагревательного элемента. Это может преимущественно обеспечить возможность определения события воздушного потока. Например, более высокая скорость воздушного потока может привести к более низкой температуре, измеряемой ниже по потоку относительно нагревательного элемента, чем в противном случае, если скорость воздушного потока ниже. Таким образом, контроллер может преимущественно определять один или более параметров потока воздуха, таких как скорость потока воздуха, на основе первой и второй температур.
В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью определения события воздушного потока, такого как любое одно или более из следующего: вдох, выдыхание или скорость воздушного потока, такая как объемный расход воздуха, на основе измеренной первой температуры и измеренной второй температуры. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности регулирования рабочего параметра устройства на основе определенного события воздушного потока в дополнение к указанной первой и второй температурным температурам. Действительно, события воздушного потока могут влиять на измеренные первую и вторую температуры. Путем управления рабочим параметром на основе как события потока воздуха, так и первой и второй температур устройство может более точно управлять указанным рабочим параметром.
В некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент может содержать множество нагревательных секций. Каждое из первого положения и второго положения может быть расположено в соответствующем нагревательном участке нагревательного элемента. Следовательно, измеренная первая температура может указывать на температуру первой секции нагревательного элемента, соответствующую первому положению. Измеренная вторая температура может указывать на температуру второй секции нагревательного элемента, соответствующую второму положению. Это позволяет использовать датчики для определения температур, характеризующих разные секции нагревательного элемента. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности определения температурного градиента на нагревательном элементе. В некоторых вариантах осуществления контроллер выполнен с возможностью определения распределения температуры по нагревательному элементу и управления рабочим параметром на основе определенного распределения температуры. В некоторых вариантах осуществления каждая соответствующая секция нагрева может быть независимо управляемой. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности коррекции любых нежелательных локализованных колебаний температуры на нагревательном элементе. Действительно, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрено более двух секций нагрева, при этом каждая соответствующая секция нагрева имеет соответствующее положение, с которого может быть измерена соответствующая температура. Множество нагревательных секций с множеством положений преимущественно обеспечивает возможность определения более точного температурного градиента на нагревательном элементе.
В некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент может содержать резистивную нагревательный элемент. В таких вариантах осуществления один из первого датчика температуры и второго датчика температуры может содержать резистивный нагревательный элемент и соответствующая первая или вторая измеренная температура может быть основана на измерении электрического сопротивления на резистивной нагревательный элемент. Первый датчик температуры и второй датчик температуры могут быть разными типами датчиков температуры. Первый датчик температуры и второй датчик температуры могут представлять собой датчики температуры одного типа.
Нагревательный элемент может содержать пластический нагревательный элемент, содержащий множество металлических наночастиц, расположенных с возможностью приема света от источника света и генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса.
Используемый в данном документе термин «поверхностный плазмонный резонанс» относится к коллективной резонансной колебательной схеме свободных электронов из металлических наночастиц и, таким образом, поляризации заряда на поверхности металлических наночастиц. Совокупное резонансное колебание свободных электронов и, таким образом, поляризация заряда стимулируется светом, падающим на металлические наночастицы из источника света. Энергия от колебательных электронов может рассеиваться несколькими механизмами, включая тепло. Таким образом, когда металлические наночастицы облучают источником света, металлические наночастицы генерируют тепло посредством поверхностного плазмонного резонанса.
В контексте данного документа термин «металлические наночастицы» относится к металлическим частицам, имеющим максимальный диаметр приблизительно 1 микрометр или меньше. Металлические наночастицы, которые генерируют тепло посредством поверхностного плазмонного резонанса при возбуждении падающим светом, также могут быть известны как пластические наночастицы.
Преимущественно, пластический нагревательный элемент, предусмотренный для генерирования тепла посредством плазмонного резонанса поверхности, может обеспечивать более равномерный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, по сравнению с резистивными и индукционными нагревательными системами. Например, свободные электроны металлических наночастиц возбуждаются до одинаковой степени, независимо от угла частота возникновения падающего света.
Преимущественно, пластический нагревательный элемент, расположенный с возможностью генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса, может обеспечивать более локализованный нагрев по сравнению с резистивными и индукционными нагревательными системами. Преимущественно локализованное нагревание способствует нагреву отдельных частей субстрата, образующего аэрозоль, или множество отдельных субстратов, образующих аэрозоль. Преимущественно локализованное нагревание повышает эффективность устройства, генерирующего аэрозоль, за счет увеличения или максимизации передачи тепла, генерируемого с помощью пластического нагревательного элемента, на субстрат, образующий аэрозоль. Преимущественно локализованный нагрев может уменьшать или устранять нежелательные нагревание других компонентов устройства, генерирующего аэрозоль.
Указанный плазмоэлектрический нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью приема света от внешнего источника света и генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса. Внешний источник света может содержать окружающий свет. Окружающий свет может содержать солнечное излучение. Окружающий свет может содержать по меньшей мере один источник искусственного света, расположенный снаружи устройства, генерирующего аэрозоль.
Указанный плазмоэлектрический нагревательный элемент может принимать окружающий свет из источника окружающего света непосредственно, или он может принимать окружающий свет через один или более дополнительных светопропускающих элементов в устройстве. Окружающий свет может быть размещен в устройстве, генерирующем аэрозоль, через одно или более окон или отверстий на внешней поверхности устройства, генерирующего аэрозоль. Источник окружающего света может функционировать таким образом, чтобы дополнять источник света устройства, генерирующего аэрозоль. Это может быть преимущественным при поиске предварительного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до повышенной температуры перед началом работы внутреннего источника света устройства. Таким образом обеспечивается также преимущество, состоящее в возможности уменьшения величины мощности, требуемой устройством, генерирующим аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать средство регулирования окружающего света для регулирования количества окружающего света, которое может принимать светопропускающая сердцевина из источника окружающего света. Средство управления окружающими светом может содержать автоматические средства регулирования, такие как автоматический затвор. Средство управления окружающими светом может содержать средства управления вручную, такие как повторно закрываемая крышка для покрытия одного или более окон или отверстий в устройстве.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать источник света, при этом пластический нагревательный элемент выполнен с возможностью приема света из источника света и генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса.
Благодаря применению образующего аэрозоль устройства с источником света, обеспечивается преимущество, состоящее в возможности обеспечения возможности генерирования тепла в пластическом нагревательном элементе без приема света от внешнего источника света. Благодаря применению устройства, генерирующего аэрозоль, с источником света обеспечивается преимущество, состоящее в возможности обеспечения улучшенного управления освещением плазматического нагревательного элемента. Предпочтительно, управление освещением плазматического нагревательного элемента регулирует температуру, до которой плазмоэлектрический нагревательный элемент нагревается посредством поверхностного плазмонного резонанса.
Источник света может содержать источник света, выполненный с возможностью излучения света в диапазоне видимого света электромагнитного спектра. Источник света может содержать источник света, выполненный с возможностью излучения света за пределы диапазона видимого света электромагнитного спектра, такого как по меньшей мере один из источника ультрафиолетового света и источника инфракрасного света. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности возбуждения более широкого диапазона наночастиц, таких как наночастицы различных размеров или композиций.
Предпочтительно, источник света выполнен с возможностью излучения света, содержащего по меньшей мере одну длину волны от 380 нанометров до 700 нанометров. Предпочтительно, источник света выполнен с возможностью длины волны испускания от приблизительно 495 нанометров до приблизительно 580 нанометров. Используемый в данном документе термин «длина волны испускания» относится к длине волны, при которой источник света имеет максимальную интенсивность. Преимущественно длина волны пика испускания от приблизительно 495 нанометров до приблизительно 580 нанометров может обеспечить максимальное нагревание плазмообразного нагревательного элемента методом поверхностного плазмонного резонанса, в частности, когда множество металлических наночастиц содержит по меньшей мере одно из золота, серебра, платины и меди.
Источник света устройства, генерирующего аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно из светоизлучающего диода (СИД) и лазера.
Предпочтительно, светоизлучающие диоды и лазеры могут иметь компактный размер, подходящий для использования в устройстве, генерирующем аэрозоль. Источники света устройства, генерирующего аэрозоль, могут не требовать относительно значительного падения напряжения для воздействия на поверхностный плазмонный резонанс поверхности. Например, источник света устройства, генерирующего аэрозоль, может содержать один или более светоизлучающих диодов (СИД). Это может обеспечить более безопасный и более экономичный источник питания, который должен быть использован для питания устройства. Кроме того, нет необходимости в обеспечении физического соединения между плазмообразным нагревательным элементом и источником света. Следовательно, использование пластического нагревательного элемента может преимущественно уменьшить вероятность повреждения нагревательного элемента во время работы и технического обслуживания. Действительно, поскольку нет необходимости в физическом соединении между плазмообразным нагревательным элементом и источником света, может быть легко отремонтирован или заменен плазмоэлектрический элемент. Пластический нагревательный элемент может также означать, что устройство менее подвержено воздействию внешней среды, поскольку использование пластического нагревательного элемента может устранить необходимость в подвергнутых воздействию электрических компонентах.
Использование лазера в качестве источника света может обеспечивать излучение света в относительно узкий диапазон длин волн. Лазер может содержать по меньшей мере одно из твердотельного лазера и полупроводникового лазера. Узкий диапазон длин волн может представлять собой диапазон длин волн, соответствующих размеру и составу наночастиц, как будет описано далее. Это может преимущественно улучшить эффективность, большей частью, если не весь свет, выделяемый источником света, может быть абсорбирован металлическими наночастицами для генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса. Кроме того, такой источник света может быть относительно прочным и простым по сравнению с другими источниками света.
Свет, испускаемый источником света, таким как количество фотонов, испускаемых в секунду, может изменяться путем регулирования амплитуды или частоты, или сочетания амплитуды и частоты излучаемого света. Количество света, испускаемого источником света, такое как количество фотонов, испускаемых в секунду, может изменяться путем испускания импульсов света.
Источник света может содержать множество источников оптического излучения. Источники света могут быть одним и тем же типом источника света. По меньшей мере некоторые из источников света могут быть источниками света разных типов. Множество источников света может содержать любую комбинацию типов источников света, описанных в данном документе.
Преимущественно множество источников света могут способствовать индивидуальному выбору профиля нагревания, сгенерированного устройством, генерирующим аэрозоль, во время использования.
По меньшей мере один из источников света может представлять собой первичный источник света, и по меньшей мере один из источников света может представлять собой резервный источник света. Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью излучения света от одного или более источников света, предназначенных для источника света, только если один или более источников первичного света не работают.
По меньшей мере один из источников света может быть выполнен с возможностью облучения только части множества металлических наночастиц. Каждый из множества источников света может быть выполнен с возможностью облучения другой части множества металлических наночастиц.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что множество источников света облучают разные части множества металлических наночастиц одновременно. Предпочтительно, облучение разных частей множества металлических наночастиц в одно и то же время может способствовать однородному нагреванию плазматического нагревательного элемента. Предпочтительно, облучение разных частей множества металлических наночастиц в одно и то же время может способствовать одновременному нагреванию множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено таким образом, что множество источников света облучают разные части множества металлических наночастиц в разные моменты времени. Предпочтительно, облучение разных частей множества металлических наночастиц в разные моменты времени может способствовать нагреванию разных частей субстрата, образующего аэрозоль, в разные моменты времени. Благодаря облучению разных частей множества металлических наночастиц в разные моменты времени, обеспечивается преимущество, состоящее в возможности содействия нагреву множества отдельных образующих аэрозоль субстратов в разные моменты времени.
Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит электрический источник питания и контроллер, выполненный с возможностью управления подачей электропитания от электрического источника питания на электрический нагреватель.
В тех вариантах осуществления, в которых генерирующее аэрозоль устройство содержит множество источников света, электрический источник питания может содержать единственный источник электрической мощности, расположенный с возможностью подачи электропитания на множество источников света.
В тех вариантах осуществления, в которых генерирующее аэрозоль устройство содержит множество источников света, электрический источник питания может содержать множество источников электрической мощности, расположенных с возможностью подачи электрической мощности на множество источников света.
В вариантах осуществления, в которых устройство, генерирующее аэрозоль, содержит множество источников света, контроллер может быть выполнен с возможностью выборочной подачи электропитания по меньшей мере на некоторые из множества источников света. Контроллер может быть выполнен с возможностью выборочного изменения подачи электрической мощности на по меньшей мере некоторые из множества источников света.
В вариантах осуществления, в которых множество источников света выполнены с возможностью облучения разных частей множества металлических наночастиц для нагревания множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль, контроллер может выборочно подавать электропитание на по меньшей мере некоторое количество из множества источников света для выборочного нагрева по меньшей мере некоторых из множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль. Контроллер может выборочно изменять подачу электрической мощности на по меньшей мере некоторые из множества источников света для изменения соотношения нагрева по меньшей мере некоторых из указанного множества отдельных образующих аэрозоль субстратов.
Преимущественно, путем изменения относительного нагрева по меньшей мере некоторых из множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль, устройство, генерирующее аэрозоль, может изменять состав аэрозоля, доставляемого пользователю.
Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит пользовательское устройство ввода. Пользовательское устройство ввода может содержать по меньшей мере одно из кнопки с нажимными кнопками, колесом прокрутки, сенсорной кнопкой, сенсорного экрана и микрофон. Преимущественно устройство пользовательского ввода позволяет пользователю управлять одним или более аспектами работы устройства, генерирующего аэрозоль. В вариантах осуществления, в которых устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник света, контроллер и электрический источник питания, устройство пользовательского ввода может позволять пользователю активировать источник электропитания на источник света, чтобы деактивировать источник электропитания на источник света, или и то, и другое.
В тех вариантах осуществления, в которых контроллер выполнен с возможностью выборочной подачи электрической мощности на по меньшей мере некоторые из множества источников света, контроллер предпочтительно выполнен с возможностью выборочной подачи электрической мощности на по меньшей мере некоторые из множества источников света в ответ на входное воздействие пользователя, принятое пользовательским устройством ввода.
В тех вариантах осуществления, в которых контроллер выполнен с возможностью выборочного изменения подачи электрической мощности на по меньшей мере некоторые из множества источников света, контроллер предпочтительно выполнен с возможностью выборочного изменения подачи электрической мощности на по меньшей мере некоторые из множества источников света в ответ на входное воздействие пользователя, принятое пользовательским устройством ввода.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать один или более оптических элементов для облегчения передачи света от источника света к пластическому нагревательному элементу. Один или более оптических элементов могут содержать по меньшей мере одно из следующего: отверстие, окно, линза, отражатель и оптическое волокно.
Предпочтительно, по меньшей мере одно из отверстия и окна может способствовать передаче света от внешнего источника света к пластическому нагревательному элементу. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать корпус, при этом на корпусе расположены по меньшей мере одно из отверстия и окна.
Предпочтительно, по меньшей мере одно из линзы, отражателя и оптического волокна может концентрировать или фокусировать свет, испускаемый источником света, на пластический нагревательный элемент. Преимущественно, концентрирование или фокусирование света на пластическом нагревательном элементе может повышать температуру, до которой плазмоэлектрический нагревательный элемент нагревается поверхностным плазмонным резонансом.
Множество металлических наночастиц могут содержать по меньшей мере одно из золота, серебра, платины, меди, палладия, алюминия, хрома, титана, родия и рутена. Множество металлических наночастиц может содержать по меньшей мере один металл в элементарной форме. Множество металлических наночастиц может содержать по меньшей мере один металл в металлическом соединении. Металлическое соединение может содержать по меньшей мере один нитрид металла.
Предпочтительно, множество металлических наночастиц содержит по меньшей мере одно из золота, серебра, платины и меди. Преимущественно, наночастицы золота, серебра, платины и меди могут демонстрировать сильное поверхностное плазмонное резонанс при облучении видимым светом.
Множество металлических наночастиц может содержать один металл. Множество металлических наночастиц может содержать смесь различных металлов.
Множество металлических наночастиц может содержать множество первых наночастиц, содержащих первый металл и множество вторых наночастиц, содержащих второй металл.
По меньшей мере некоторые из множества металлических наночастиц могут содержать смесь из двух или более металлов. По меньшей мере некоторые из множества металлических наночастиц могут содержать металлический сплав. По меньшей мере некоторые из множества металлических наночастиц могут содержать конфигурацию в виде ядра-оболочки, при этом центральная часть содержит первый металл, а оболочка содержит второй металл.
В вариантах осуществления, в которых устройство, генерирующее аэрозоль, содержит источник света, предпочтительно множество металлических наночастиц содержат среднечисловой максимальный диаметр, который меньше или равен длине волны испускания источника света.
Множество металлических наночастиц может содержать среднечисловой максимальный диаметр менее приблизительно 700 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 600 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 500 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 400 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 300 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 200 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 150 нанометров, предпочтительно менее приблизительно 100 нанометров.
Пластический нагревательный элемент может быть образован из множества металлических наночастиц.
Указанный пластиковый нагревательный элемент может содержать подложку и слой покрытия, расположенный по меньшей мере на части подложки, причем слой покрытия содержит множество металлических наночастиц. Преимущественно подложка может быть образована из материала, выбранного для требуемых механических свойств. Преимущественно, слой покрытия может быть образован для оптимизации поверхностного плазмонного резонанса из множества металлических наночастиц, когда слой покрытия подвергается воздействию света из источника света.
Подложка может быть выполнена из любого подходящего материала. Подложка может содержать металл. Подложка может содержать полимерный материал. Подложка может содержать керамику.
Подложка может быть электропроводящей. Подложка может быть эдектроизоляционной.
Наночастицы могут быть предусмотрены на подложке с использованием любого подходящего процесса. Металлические наночастицы могут быть нанесены на подложку с использованием процесса физического осаждения паром.
Пластический нагревательный элемент может содержать множество отдельных областей металлических наночастиц, причем множество отдельных областей расположены на расстоянии друг от друга. Преимущественно множество отдельных областей металлических наночастиц могут способствовать нагреву множества отдельных частей субстрата, образующего аэрозоль. Преимущественно множество отдельных областей металлических наночастиц могут способствовать нагреву множества отдельных субстратов, образующих аэрозоль.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать источник света, выполненный с возможностью облучения множества отдельных областей металлических наночастиц. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать множество источников света, предназначенных для облучения множества отдельных областей металлических наночастиц. Каждый из множества источников света может быть выполнен с возможностью облучения только одной из отдельных областей металлических наночастиц.
Пластический нагревательный элемент может содержать первую поверхность, выполненную с возможностью приема света от источника света и генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса из множества металлических наночастиц. Первая поверхность может содержать множество поверхностных элементов, определяющих трехмерную форму. Первая поверхность может содержать по меньшей мере один из множества выступов и множества углублений. Первая поверхность может иметь волнообразную форму.
Преимущественно первая поверхность, содержащая множество поверхностных элементов, может увеличивать площадь поверхности первой поверхности. Преимущественно, увеличение площади поверхности первой поверхности может увеличить нагрев множества металлических наночастиц посредством поверхностного плазмонного резонанса, когда свет находится на первой поверхности.
В вариантах осуществления, в которых пластический нагревательный элемент содержит подложку и слой покрытия, первая поверхность подложки может определять множество поверхностных элементов, причем слой покрытия предусмотрен на первой поверхности подложки для формирования первой поверхности плазматического нагревательного элемента.
Указанный пластиковый нагревательный элемент может содержать вторую поверхность, выполненную с возможностью передачи тепла на образующий аэрозоль субстрат во время использования. Вторая поверхность может быть расположена на противоположной стороне от пластического нагревательного элемента к первой поверхности. В вариантах осуществления, в которых плазматический нагревательный элемент содержит подложку и слой покрытия, предпочтительно подложка содержит первую поверхность, на которой предусмотрен слой покрытия для формирования первой поверхности плазматического нагревательного элемента, и вторую поверхность, образующую вторую поверхность плазматического нагревательного элемента. Предпочтительно, подложка содержит теплопроводный материал для облегчения передачи тепла от слоя покрытия ко второй поверхности пластического нагревательного элемента.
В вариантах осуществления, в которых нагревательный элемент содержит резистивный нагревательный элемент и пластический нагревательный элемент, указанное множество металлических наночастиц может образовывать резистивный нагревательный элемент.
В вариантах осуществления, в которых пластический нагревательный элемент содержит подложку и слой покрытия, по меньшей мере один слой из подложки и слоя покрытия может образовывать резистивный нагревательный элемент. Подложка может содержать электрически резистивный материал. Электрически резистивный материал может содержать по меньшей мере одно из следующего: электрорезистивный металл и электрорезистивный керамика. Подложка может быть образована из электрорезистивного материала. Подложка может содержать тканый материал, причем множество нитей электрически резистивного материала образуют по меньшей мере часть тканого материала.
В тех вариантах осуществления, в которых генерирующее аэрозоль устройство содержит электрический источник питания и контроллер, контроллер предпочтительно выполнен с возможностью подачи электропитания от электрического источника питания на резистивный нагревательный элемент.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с использованием резистивного нагревательного элемента в дополнение к генерированию тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса из множества металлических наночастиц. Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с использованием резистивного нагревательного элемента в качестве альтернативы генерированию тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса из множества металлических наночастиц.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с использованием резистивного нагревательного элемента в качестве резервной копии для генерирования тепла посредством поверхностного плазмонного резонанса из множества металлических наночастиц. Например, образующее аэрозоль устройство может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с использованием резистивного нагревательного элемента в случае недостаточного нагрева множества металлических наночастиц по поверхностному плазмонному резонансу.
Генерирующее аэрозоль устройство может быть выполнено с возможностью генерирования тепла с использованием резистивного нагревательного элемента в начале цикла нагрева. Иначе говоря, резистивный нагревательный элемент может использоваться для генерирования тепла для повышения температуры нагревательного элемента до начальной рабочей температуры. Устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью уменьшения или завершения подачи электропитания на резистивный нагревательный элемент, когда температура нагревательного элемента достигает начальной рабочей температуры.
Рабочий параметр устройства может влиять на работу одного или более компонентов устройства. Рабочий параметр может содержать одну или более переменных процесса, которые влияют на работу одного или более компонентов устройства. Предпочтительно, один или более компонентов содержат один или более компонентов, используемых устройством для генерирования аэрозоля, такого как нагревательный элемент, или источник питания, выполненный с возможностью подачи питания непосредственно или опосредованно на нагревательный элемент. Например, в некоторых вариантах осуществления рабочий параметр может содержать температуру нагревательного элемента. Рабочий параметр может содержать температурный профиль нагревательного элемента, такой как выходная температура в течение некоторого времени. Температура или профиль температуры могут управляться контроллером, управляющим питанием, подаваемым на нагревательный элемент от источника питания. Питание может подаваться непосредственно на нагревательный элемент. Питание может подаваться опосредованно на нагревательный элемент, например, путем подачи электрической мощности на один или более источников света, которые расположены с возможностью обеспечения света на плазматическую нагревательную поверхность нагревательного элемента. Контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования выходного температуры по меньшей мере участка нагревательного элемента на основе измеренной первой температуры и измеренной второй температуры. В вышеописанных вариантах осуществления, где первое и второе места расположены на разных секциях нагрева вдоль нагревательного элемента, контроллер может быть выполнен с возможностью независимого управления рабочим параметром, связанным с каждым из секций нагрева, на основе соответствующих первой и второй измеренных температур. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью определения распределения температуры через множество нагревательных секций и может отдельно управлять питанием, подаваемым на каждый из множества нагревательных участков, на основе определенного распределения температуры. Таким образом обеспечивается возможность более точного регулирования тепла, вырабатываемого нагревательным элементом. Управление питанием, подаваемым на указанное множество нагревательных секций, может быть достигнуто путем управления подачей электрической мощности на один или более из множества источников света, которые расположены с возможностью обеспечения для подачи питания на каждую из соответствующих секций нагрева нагревательного элемента. Например, если расположен первый источник света для обеспечения света в первую секцию нагрева и второй источник света расположены для обеспечения света во второй секции нагрева, контроллер может быть выполнен с возможностью увеличения количества света, излучаемого вторым источником света, относительно количества света, испускаемого первым источником света, если было определено, что измеренная температура соответствует второй секции нагревательного элемента ниже, чем измеренная температура, соответствующая первой секции нагревательного элемента.
В некоторых вариантах осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью активации или регулирования иным образом количества тепла, рассеиваемого нагревательным элементом при обнаружении воздушного потока. В некоторых вариантах осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью управления рабочим параметром на основе определенного расхода воздуха. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования температуры нагревательного элемента на основе объемной скорости воздушного потока через канал воздушного потока.
В некоторых вариантах осуществления устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать: часть для хранения жидкости, содержащую субстрат, образующий аэрозоль; и насос для накачки субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения жидкости к нагревательному элементу; причем рабочий параметр устройства содержит скорость потока субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения жидкости к нагревательному элементу, при этом контроллер выполнен с возможностью управления скоростью потока субстрата, образующего аэрозоль, на основе измеренной первой температуры и измеренной второй температуры. В некоторых вариантах осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью управления насосом для дозирования регулируемого объема жидкого субстрата на основе первой температуры и второй температуры. В некоторых вариантах осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью управления насосом для дозирования регулируемого объема жидкого субстрата на основе события воздушного потока, такого как объемный расход воздуха через канал воздушного потока. Насос может быть выполнен с возможностью дозирования регулируемого объема жидкого субстрата на основе количества воздушного потока, проходящего через канал воздушного потока. В некоторых вариантах осуществления часть для хранения жидкости может быть сменным картриджем. Например, генерирующее аэрозоль устройство может содержать соединитель для соединения с соединителем, таким как фитинг Люэра, картриджа.
В некоторых вариантах осуществления указанное первое положение представляет собой положение на нагревательном элементе, и первая температура представляет собой температуру нагревательного элемента в первом положении, и указанное второе положение представляет собой положение, расположенное дальше по ходу потока относительно нагревательного элемента, и указанная вторая температура представляет собой температуру окружающей среды канала воздушного потока в указанном втором положении. В некоторых вариантах осуществления устройство содержит третий датчик температуры для измерения третьей температуры в третьем положении вдоль канала воздушного потока, причем указанное третье положение представляет собой положение, расположенное выше по ходу потока относительно нагревательного элемента, и указанная третья температура представляет собой температуру окружающей среды канала воздушного потока в указанном третьем месте, и контроллер выполнен с возможностью управления рабочим параметром устройства на основе первой температуры, второй температуры и третьей температуры. Это может преимущественно позволять контроллеру определять более точную скорость воздушного потока, принимая во внимание температуру нагревателя при сравнении относительных температур или изменений температуры, которые измерены выше по потоку и ниже по потоку относительно нагревательного элемента.
В некоторых вариантах осуществления датчики температуры могут представлять собой датчики температуры на чипе. Датчики температуры могут быть планарными. Датчики температуры могут быть встроены в поверхность нагревательного элемента. Таким образом, использование таких расположенных на чипе датчиков температуры может преимущественно предотвратить избыточное прерывание воздуха, протекающего в канале воздушного потока. В некоторых вариантах осуществления поверхность таких расположенных на чипе датчиков температуры может быть покрыта наночастицами для осуществления поверхностного плазмонного резонанса. Преимущественно включение таких расположенных на чипе датчиков температуры не уменьшает площадь нагрева, доступную для осуществления поверхностного плазмонного резонанса.
Источник питания предпочтительно представляет собой электрический источник питания, который может содержать источник питания постоянного тока. Электрический источник питания может содержать по меньшей мере одну батарею. Указанная по меньшей мере одна батарея может включать перезаряжаемую литий-ионную батарею. Электрический источник питания может содержать другой вид устройства хранения заряда, такой как конденсатор. Электрический источник питания может нуждаться в перезарядке. Электрический источник питания может иметь емкость, которая позволяет накапливать достаточное количество энергии для одного или более применений устройства, генерирующего аэрозоль. Например, электрический источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере электрический источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций.
В вариантах осуществления, в которых устройство, генерирующее аэрозоль, содержит пластический нагревательный элемент и источник света, контроллер может быть выполнен с возможностью инициирования подачи электропитания от электрического источника питания на источник света в начале цикла нагрева. Контроллер может быть выполнен с возможностью прекращения подачей электропитания от электрического источника питания к источнику света в конце цикла нагрева.
Контроллер может быть выполнен с возможностью подачи непрерывной подачи электропитания от электрического источника питания на источник света.
Контроллер может быть выполнен с возможностью подачи прерывистой подачи электропитания от электрического источника питания на источник света. Контроллер может быть выполнен с возможностью подачи импульсного подачи электропитания от электрического источника питания на источник света.
Преимущественно импульсный источник электропитания на источник света может способствовать регулированию общего выхода из источника света за период времени. Предпочтительно, управление общим выходом из источника света в течение периода времени может способствовать регулированию температуры, до которой плазматический нагревательный элемент нагревается поверхностным плазмонным резонансом.
Преимущественно импульсный источник электропитания на источник света может повышать тепловое расслабление свободных электронов, возбужденных поверхностным плазмонным резонансом, по сравнению с другими процессами релаксации, такими как окисление и механическое расслабление. Следовательно, преимущественно импульсный источник электропитания на источник света может увеличить нагрев плазмообразного нагревательного элемента. Предпочтительно, контроллер выполнен с возможностью подачи импульсного подачи электропитания от электрического источника питания на источник света таким образом, чтобы время между последовательными импульсами света от источника света составляло приблизительно 1 пикосекунду или меньше. Другими словами, время между концом каждого импульса света от источника света и началом следующего импульса света от источника света равно или меньше приблизительно 1 пикосекунды.
Контроллер может быть выполнен с возможностью изменения подачи электрической мощности от электрического источника питания на источник света. В тех вариантах осуществления, в которых контроллер выполнен с возможностью подачи импульсного подачи электропитания на источник света, контроллер может быть выполнен с возможностью изменения коэффициента заполнения импульсного источника электропитания. Контроллер может быть выполнен с возможностью изменения ширины импульса и/или периода заполнения.
Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать элемент для перемещения жидкости, выполненный с возможностью транспортировки жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения и в направлении нагревательного элемента. Элемент для транспортировки жидкости может содержать капиллярный фитиль.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать воду.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать вещество для образования аэрозоля. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин, сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин или полиэтиленгликоль.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно из никотина или табачного продукта. Дополнительно или альтернативно жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другое целевое соединение для доставки пользователю. В вариантах осуществления, в которых жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержит никотин, никотин может содержаться в жидком субстрате, образующем аэрозоль, вместе с веществом для образования аэрозоля.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать первый субстрат, образующий аэрозоль, и второй субстрат, образующий аэрозоль. Предпочтительно, нагревательный элемент выполнен с возможностью нагрева как первого образующего аэрозоль субстрата, так и второго образующего аэрозоль субстрата.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусмотрено картридж для хранения жидкости, содержащий соединитель для соединения картриджа для хранения жидкости с устройством, генерирующим аэрозоль, при этом картридж для хранения жидкости содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль, и выполнен с возможностью сжатия при исчерпании субстрата, образующего аэрозоль. Убыли образующего аэрозоль субстрата может не вызвать отрицательного давления в картридже для хранения жидкости. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности предотвращения поступления воздуха внутрь картриджа. В некоторых вариантах осуществления соединитель представляет собой фитинг Люэра.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предусмотрена система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, согласно первому и второму аспектам настоящего изобретения, и изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль. Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать картридж для хранения жидкости, содержащий субстрат, образующий аэрозоль.
В контексте этого документа «устройство, генерирующее аэрозоль» относится к устройству, которое может взаимодействовать с субстратом, образующим аэрозоль, для генерирования аэрозоля.
В контексте этого документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» относится к субстрату, способному высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться в результате нагрева субстрата, образующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может быть частью изделия, генерирующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь любую подходящую конфигурацию и может содержать любой из признаков, более подробно описанных ниже.
В контексте этого документа термин «система, генерирующая аэрозоль» относится к комбинации из устройства, генерирующего аэрозоль, и одного или более изделий, образующих аэрозоль, для использования с устройством. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать дополнительные компоненты, такие как зарядное устройство для перезарядки встроенного блока электропитания в электроуправляемом или электрическом устройстве, генерирующем аэрозоль.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ управления устройством, генерирующим аэрозоль, при этом указанное устройство, генерирующее аэрозоль, содержит нагревательный элемент в канале воздушного потока, проходящем в первом направлении, при этом способ включает этапы: измерения первой температуры в первом положении вдоль канала воздушного потока; измерения второй температуры во втором положении вдоль прохода для потока воздуха; и управления рабочим параметром устройства на основе измеренной первой температуры и измеренной второй температуры, на основе измеренной первой температуры и измеренной второй температуры.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения предоставлено устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее: впускное отверстие для воздуха; выпускное отверстие для воздуха; канал воздушного потока, проходящий в первом направлении между впускным отверстием для воздуха и выпускным отверстием для воздуха; нагревательный элемент в канале воздушного потока для нагревания субстрата, образующего аэрозоль; первый датчик температуры для измерения первой температуры в первом положении вдоль прохода для потока воздуха; и контроллер, выполненный с возможностью управления рабочим параметром устройства на основе по меньшей мере измеренной первой температуры.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта, могут быть в равной степени применимы к другим аспектам настоящего изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны исключительно в качестве примеров со ссылками на прилагаемые графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показан перспективный вид генерирующей аэрозоль системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2a показан покомпонентный вид в перспективе нагревательного узла, показанного на фиг. 1;
на фиг. 2b показан перспективный вид нагревательного узла по фиг. 2b;
фиг. 2c представляет собой вид в разрезе нагревательного узла по фиг. 2a и 2b.
на фиг. 3 показан вид в разрезе нагревательного узла согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 показан перспективный вид нагревательного элемента системы, генерирующей аэрозоль, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 5a показано схематическое изображение рассеяния тепла на нагревательном элементе, показанном на фиг. 4, в первом состоянии, в котором по существу отсутствует поток воздуха через нагревательный элемент; и
на фиг. 5b показано схематическое изображение рассеяния тепла на нагревательном элементе, показанном на фиг. 4, во втором состоянии, при котором подача воздуха втягивается в устройство, генерирующее аэрозоль, через нагревательный элемент.
На фиг. 1 показана образующая аэрозоль система 10, содержащая образующее аэрозоль устройство 20 и часть 100 для хранения жидкости, заключающую в себе жидкий образующий аэрозоль субстрат для использования с образующим аэрозоль устройством 20.
Генерирующее аэрозоль устройство 20 содержит корпус, выполненный с возможностью размещения в нем части 100 для хранения жидкости, например, в отделении для хранения. Часть 100 для хранения жидкости в проиллюстрированном примере по фиг. 1 представляет собой заменяемый картридж, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, такой как жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Заменяемый картридж выполнен с возможностью соединения с дозирующим блоком 60 устройства 20, генерирующего аэрозоль, посредством герметичного соединения 62, такого как соединение Люэра, и трубки 64. Дозирующий блок 60, который в проиллюстрированных примерах содержит насос, обеспечивает управляемую доставку жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к нагревательному узлу 30, где жидкий субстрат нагревается до пара. По мере осуществления пользователем затяжки на мундштуке 66, подача воздуха втягивается в устройство 20, генерирующее аэрозоль, через впускное отверстие 50 для воздуха. Источник воздуха при комнатной температуре конденсирует пар с образованием потока генерируемого аэрозоля. Мундштук 66 образует выпускное отверстие 52 для воздуха. По мере осуществления пользователем затяжки на мундштуке 66, генерируемый аэрозоль может выходить из устройства в рот пользователя. Таким образом, подача воздуха и генерируемый аэрозоль протекают в канале воздушного потока, образованном между впускным отверстием 50 для воздуха и выпускным отверстием 52 для воздуха.
Нагревательный узел 30 в проиллюстрированном варианте осуществления содержит пластический нагревательный элемент. Указанный плазмоэлектрический нагревательный элемент генерирует тепло посредством поверхностного плазмонного резонанса (SPR). Пластические нагревательные элементы обычно содержат множество металлических наночастиц и основаны на возбуждении металлических наночастиц светом, например, видимым светом от источника 40 света. Воздействие падающего света приводит к суммарной колебательной деформации свободных электронов металлических наночастиц и поляризации заряда на поверхности металлических наночастиц. Чтобы ослабить свое первоначальное состояние, наночастицы высвобождают данное лишнее энергии в виде тепла. Как правило, наночастицы, используемые в плазмоидальных нагревателях, имеют размеры частиц, которые равны или меньше длины волны видимого света.
Устройство 20, генерирующее аэрозоль, содержит источник 12 электроэнергии, например, перезаряжаемую литий-ионную батарею. Источник 12 электропитания содержит зарядный порт 16 для зарядки перезаряжаемой батареи. Устройство 10 дополнительно содержит контроллер 14, соединенный с возможностью связи с одним или более источниками света. В проиллюстрированном варианте осуществления источники света содержат светодиод (СИД) 40. Контроллер также соединен с возможностью связи с источником 12 электроэнергии и интерфейсом 26 пользователя. В этом варианте осуществления пользовательский интерфейс 26 содержит механическую кнопку. При активации пользовательского интерфейса 26 контроллер управляет подачей питания от источника 12 электропитания на источник 40 света с целью нагрева нагревательного элемента 30 до требуемой рабочей температуры. В некоторых вариантах осуществления контроллер управляет питанием, подаваемым на источник 40 света, для предоставления профиля нагрева, такого как температурный профиль, нагревательного элемента в течение периода времени, в течение которого устройство 20 используется.
На фиг. 2а-2с показан пример нагревательного узла 30. В изображенном варианте осуществления нагревательный узел 30 содержит нагревательный элемент 32. Источник 40 света расположен таким образом, чтобы излучать свет в направлении нагревательного элемента 32, когда источник 40 света принимает источник электропитания. Нагревательный узел 30 содержит камеру 38, генерирующую аэрозоль, между источником 40 света и нагревательным узлом 30. Образующая аэрозоль камера 38 обеспечивает объем, в котором жидкий субстрат может испаряться для образования аэрозоля с поступающим источником воздуха. Образующая аэрозоль камера 38 образует часть воздушного канала между впускным отверстием 50 для воздуха и выпускным отверстием 52 для воздуха. Канал воздушного потока проходит вдоль первого направления между впускным отверстием 50 для воздуха и выпускным отверстием 52 для воздуха. Первое направление совпадает с продольной осью устройства 20 или по существу параллельно ей.
Нагревательный элемент 32 в проиллюстрированных вариантах осуществления содержит плоский элемент, содержащий материал на основе кремния, например, кварц, который способен поддерживать свою механическую прочность при повышенной температуре. Нагревательный элемент 32 содержит нагревательную поверхность 34, проходящую через по меньшей мере часть нагревательного элемента 32 внутри камеры 38, генерирующей аэрозоль, для нагревания и испарения входящей дозы жидкого субстрата. Нагревательная поверхность 34 содержит множество металлических наночастиц для осуществления поверхностного плазмонного резонанса.
В этом конкретном примере нагревательную поверхность 34 покрывают слоем наночастиц серебра со средним диаметром 100 нм, хотя также применимы наночастицы других размеров. В качестве альтернативы могут быть использованы другие коллоид металла или наночастицы, например, золото или наночастицы платины. Смесь металлических наночастиц также может быть нанесена на нагревательную поверхность 34 для проведения пластического нагрева, такого как смесь золота и наночастиц серебра. Поскольку количество наночастиц представляет собой критический фактор, регулирующий выходной мощности в пластическом нагревателе, предпочтительно обеспечить как можно больше наночастиц на заданной нагревательной поверхности. Следовательно, для повышения плотности наночастиц и, таким образом, для увеличения тепла, генерируемого поверхностным плазмонным резонансом, нагревательная поверхность, в некоторых вариантах осуществления содержит множество слоев наночастиц для создания общего количества доступных металлических наночастиц.
Проиллюстрированный источник света 40 содержит светодиод (СИД) Более конкретно, источник 40 света содержит матрицу светодиодов, каждая из которых предназначена для независимого управления контроллером 14. Например, множество светодиодов могут излучать свет последовательно, с разной интенсивностью или с разными длинами волн. Это обеспечивает изменение повышения температуры по всей нагревательной поверхности. Это особенно полезно, поскольку оно также обеспечивает выборочное локализованное нагревание нагревательной поверхности 34.
Источник 40 света расположен с возможностью выравнивания с нагревательной поверхностью 34 нагревательного элемента 32. Например, источник 40 света наложен, но расположен на расстоянии от нагревательной поверхности 34. Данная компоновка обеспечивает металлические наночастицы с максимальным воздействием падающего света, излучаемого матрицей светодиодов. Например, множество светодиодов в матрице светодиодов могут излучать свет последовательно, с разной интенсивностью или с разными длинами волн. Это обеспечивает изменение температуры на нагревательной поверхности. Это является выгодным, поскольку это также обеспечивает выборочное локализованное нагревание. Это может быть использовано для коррекции локальных колебаний температуры на нагревательной поверхности 34 нагревательного элемента 32. При использовании источник 40 света выполнен таким образом, что нагревательная поверхность 34 нагревается до температуры от 200 до 350 градусов по шкале Цельсия.
Как проиллюстрировано на фиг. 2c, устройство 20 содержит объектив 44 для воздействия на преломление и фокусирующий свет, излучаемый группой светодиодов, в направлении нагревательной поверхности 34. Линза 44 расположена между СИД-источником 40 света и нагревательной поверхностью 34. Например, каждый из светодиодов в матрице 40 светодиодов содержит линзу, образованную как единое целое с СИД. Дополнительная линза 44 расположена над матрицей светодиодов. Отраженный свет может быть сфокусирован или диспергирован посредством линзы 44 для управления, сколько света передается на нагревательную поверхность 34 или их части.
В некоторых других вариантах осуществления в качестве источника света могут использоваться альтернативные источники света. Например, источник света может содержать лазерный диод. Лазерный диод обеспечивает максимальное возбуждение конкретного типа наночастиц. В некоторых вариантах осуществления линза 36 нагревательного узла 30 может быть соединена с световым каналом (не показано), проходящим в направлении окружающей среды, внешней по отношению к корпусу 12 устройства 20, для захвата и передачи света от внешнего источника света, такого как естественный дневной свет или окружающий свет, в направлении нагревательной поверхности 34 нагревательного элемента 32. В таких случаях внешний свет, получаемый на линзе 44, может иметь более низкую интенсивность по сравнению с источником 38 искусственного света. Тем не менее, внешний источник света может быть использован для предварительного нагрева субстрата 102, образующего аэрозоль, до повышенной температуры выше температуры окружающей среды, таким образом, потребление питания на источник 38 искусственного света может быть соответственно уменьшено.
Нагревательный узел 30 содержит жидкостный канал 36 для подачи жидкого субстрата к нагревательной поверхности 34. На фигурах показан один канал 36 для жидкости, имеющий выпускное отверстие, смежное с нагревательной поверхностью 34. Также может быть предусмотрено множество жидких каналов. Использование множества каналов для жидкости может преимущественно расходовать и подавать жидкий субстрат по ширине нагревательной поверхности 34.
Капиллярный фитинг 65 предусмотрен для соединения трубки 64 и жидкостного канала 36. Капиллярный фитинг 65 также образует распределитель для распределения дозы жидкого субстрата равномерно среди множества жидких каналов 36.
Нагревательный узел 30 дополнительно содержит впускное отверстие 50 для воздуха для втягивания в источник воздуха. Указанное впускное отверстие 50 для воздуха сообщается по текучей среде с каналом воздушного потока. По мере осуществления пользователем затяжки на мундштуке 66, подача воздуха втягивается в камеру 38, генерирующую аэрозоль, из окружающей среды, окружающей устройство 20, через впускное отверстие 50 для воздуха. При активации нагревательного элемента 32 воздух, втягиваемый в устройство, является относительно холодным по сравнению с окружающим воздухом внутри устройства вблизи нагревателя. Этот относительно холодный источник воздуха конденсирует по меньшей мере часть испаренного субстрата, образующего аэрозоль, в камере 38 для образования аэрозоля, образуя таким образом поток генерируемого аэрозоля.
Тепло, генерируемое на нагревательной поверхности 34 поверхностным плазмонным резонансом, распространяется на излучение через камеру 38, генерирующую аэрозоль. Это может нагревать СИД-источник 40 света. Преимущественно поток воздуха через камеру 38, генерирующую аэрозоль, через впускное отверстие 50 для воздуха охлаждает источник 40 света, таким образом защищая его от перегрева.
В некоторых вариантах осуществления нагревательная поверхность 34 может содержать множество отдельных нагревательных секций. Это обеспечивает возможность более точного определения температуры поверхности 34 по нагревательной поверхности. В некоторых вариантах осуществления каждая нагревающая секция может иметь различную плотность металлических наночастиц или различного количества слоев наночастиц. Это обеспечивает изменение повышения температуры на разных участках нагревания, когда все нагревательные секции подвергаются воздействию однородного источника света. Это является выгодным, поскольку она обеспечивает выборочное локализованное нагревание. Например, поскольку расположенные выше по ходу потока секции нагрева, расположенные вблизи впускного отверстия 50 для воздуха, более подвержены воздействию в результате сравнительно холодного поступления воздуха, эти секции нагрева могут содержать относительно больше наночастиц по сравнению с ближним нагревательными секциями, ближним к выпускному отверстию 52 для воздуха и мундштуку 66. В некоторых случаях множество секций нагревания также обеспечивают возможность выборочного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, таким образом, позволяя нагревать жидкие субстраты и ароматизирующие композиции по подложке до разных температур.
Часть 100 для хранения жидкости, используемая в проиллюстрированном примере, представляет собой сменный картридж. Заменяемый картридж 100 содержит гибкие боковые стенки и выполнен с возможностью сжатия при израсходовании жидкого образующего аэрозоль субстрата. Убыль жидкого образующего аэрозоль субстрата в картридже 100 не вызывает отрицательного давления в части для хранения жидкости. Следовательно, смещение жидкого субстрата, образующего аэрозоль, не приводит к тому, что пузырьки воздуха повторно входят в картридж 100. Таким образом снижается вероятность прерывистой доставки жидкого субстрата, вызванной такими пузырьками воздуха и кавитацией насоса.
На фиг. 3 показан вид в разрезе еще одного варианта осуществления настоящего изобретения. Камера 38b, генерирующая аэрозоль, может содержать трубчатый корпус 22b. В этом примере устройство 20b, генерирующее аэрозоль, содержит те же компоненты, что и устройство 20, как показано на фиг. 2a-2c. Источник 40b света и линза 44b образованы снаружи трубчатого корпуса 22b. Линза 44b выполнена с возможностью преломления и фокусировки света, излучаемого источником 40b света, на планарную нагревательную поверхность 34b на нагревательном элементе 32b. Часть трубчатого корпуса 22b содержит опору 24b для обеспечения четкой платформы для поддержки нагревательного элемента 32b, такого как планарный нагревательный элемент 32b.
На фиг. 4 показан вид в перспективе, показывающий часть нагревательного узла 30. Нагревательный узел 30 содержит нагревательный элемент 32 и множество датчиков 80, 82, 84 температуры. В проиллюстрированном варианте осуществления множество датчиков температуры содержат датчик 80 нагревательного элемента на нагревательной поверхности 34 для измерения температуры на нагревательном элементе. Множество датчиков 80, 82, 84 температуры дополнительно содержат датчик 82 выше по потоку и расположенный ниже по потоку датчик 84, соответственно расположенные выше по потоку и ниже по потоку относительно нагревательной поверхности 34. В этом примере датчик 82 выше по потоку и датчик 84 ниже по потоку расположены на равном расстоянии от нагревательной поверхности 34 на равном расстоянии от нее для измерения температуры. Температуры, измеряемые датчиком 82 расположенного выше по потоку и расположенным ниже по потоку датчиком 84, могут обладать температурой воздуха, равной или превышающей положение соответствующих датчиков 82, 84, или температурой генерируемого аэрозоля, расположенную на или вблизи положения соответствующих датчиков 82, 84. В контексте данного документа фраза «выше по ходу потока» относится к местоположению, расположенному ближе к впускному отверстию 50 для воздуха, чем к выпускному отверстию 52 для воздуха. В контексте данного документа фраза «ниже по потоку» относится к положению, расположенному ближе к выпускному отверстию 52 для воздуха, чем впускное отверстие 50 для воздуха.
Датчики 80, 82, 84 температуры могут представлять собой датчики температуры на чипе. Такие датчики температуры на чипе являются в целом плоскими и могут быть легко встроены в нагревательный элемент 32. Таким образом, использование этих датчиков температуры на чипе не вызывает избыточного прерывания потока воздуха в камере 38, генерирующей аэрозоль. Кроме того, поверхность таких датчиков температуры на чипе может быть покрыта металлическими наночастицами. Это особенно полезно для датчика 80 нагревательного элемента, поскольку его включение не уменьшает количество поверхности 34 нагрева, доступной для осуществления пластического нагрева.
Контроллер 14 выполнен с возможностью управления рабочим параметром устройства 20 за счет по меньшей мере двух температур вдоль канала воздушного потока. Температура нагревательного элемента 32, измеренная датчиком 80 нагревательного элемента, может быть достаточной для того, чтобы контроллер 14 обеспечивал возможность управления обратной связью на источнике 40 питания. Более конкретно, контроллер 14 может быть выполнен с возможностью управления интенсивностью или скоростью пульсации или сочетанием интенсивности и пульсации света, излучаемого источником 40 света, на основе измеренной температуры нагревателя. Это позволяет управлять температурой нагревательного элемента 32 для сохранения требуемой температуры или в пределах желаемого температурного диапазона. Контроллер может применять традиционное управление температурой на основе измеренной температуры нагревателя.
Использование множества датчиков 80, 82, 84 температуры позволяет получить дополнительную рабочую информацию, такую как температурный градиент по нагревательной поверхности 34, температурный градиент по образующей аэрозоль камере 38 или событие воздушного потока, которое необходимо получить. На основании этого могут быть применены новые механизмы управления. Например, температуры, измеренные в разных местах по образующей аэрозоль камере 38 с помощью датчиков 80, 82, 84 температуры, могут использоваться для определения события воздушного потока, такого как вдох, выдыхание или скорость воздушного потока, такая как объемный расход воздуха, подаваемого воздушным потоком. На фиг. 5а показан профиль температуры воздуха вдоль камеры 38, генерирующей аэрозоль, когда воздушный поток не проходит через канал воздушного потока. Нагревательная поверхность 34 подается падающим светом без осуществления пользователем затяжки на мундштуке. Например, пользователь может взаимодействовать с интерфейсом 26 пользователя для инициирования предварительного нагрева нагревательного элемента 32. Объем ворсистого воздуха вокруг нагревательной поверхности 34 постепенно нагревается нагревательной поверхностью 34, главным образом вследствие естественной конвекции. В результате, температура воздуха, как показано на фиг. 5a, постепенно уменьшается с увеличением расстояния от нагревательной поверхности 34. Как показано на фиг. 5a, распределение температуры нижележащего воздуха вокруг активированного нагревательного элемента 32 является по существу симметричным. Поскольку температура является одинаковой как в направлении выше по потоку, так и в направлении вниз по потоку, датчик 82 выше по потоку и датчик 84 ниже по потоку определяют аналогичные температуры воздуха на каждом конце нагревательной поверхности 34. Такое показание температуры указывает на отсутствие воздушного потока в камере и, таким образом, контроллер может прекратить подачу питания на источник света с целью предотвращения перегрева на нагревательной поверхности 34, а также сбережения энергии.
На фиг. 5b показан другой температурный профиль вдоль камеры 38, генерирующей аэрозоль, когда пользователь делает затяжку на мундштуке. В этом примере происходит протекание запаса 90 воздуха в направлении от датчика 82 выше по потоку к расположенному ниже по потоку датчика 84. Источник окружающего воздуха смещает плавкий воздух на поверхности нагревателя, вызывая, таким образом, уменьшение температуры воздуха, как измерено датчиком 82 выше по потоку. С другой стороны, датчик 84 ниже по потоку обнаружит повышение температуры воздуха, поскольку нагретый воздух и генерируемый аэрозоль переносятся в направлении расположенного ниже по потоку датчика 84 за счет силы сжатия. Относительные изменения температуры воздуха, обнаруживаемые датчиком 82 выше по потоку и датчиком 84 ниже по потоку, связаны с расходом запаса 90 воздуха. Например, более высокий воздушный поток увеличивает разницу температур, обнаруживаемых датчиком 82 расположенного выше по потоку и расположенным ниже по потоку датчиком 84. В результате расход воздуха 90 может быть определен на основе двух температур, например, из-за разницы или соотношения между двумя температурами, измеренными датчиками 82, 84, разнесенными друг от друга. Это измерение может быть использовано в сочетании с датчиком 80 нагревательного элемента для обеспечения более точного определения температурного градиента по нагревательной поверхности 34 нагревательного элемента 32 в образующей аэрозоль камере 38.
Температуру нагревателя, измеренную с помощью датчика 80 нагревательного элемента, в сочетании только с одним из датчиков 82, 84 выше по потоку и ниже по потоку можно использовать при определении скорости потока воздуха на основании энтальпией. Температура ниже по потоку, измеряемая датчиком 84 ниже по потоку, может сравниваться с температурой нагревательного элемента 32 для оценки объема воздуха, протекающего между датчиком 80 нагревательного элемента и расположенным ниже по потоку датчиком 84 температуры. Например, при заданной температуре нагревательного элемента относительно большая скорость воздушного потока приведет к относительно низкой температуре ниже по потоку, измеряемой датчиком 84 ниже по потоку, поскольку нагревательный элемент обеспечивает нагревание в направлении большего объема поступающего воздуха. Дополнительное рассмотрение температуры нагревательного элемента 32 повышает точность расчета скорости потока воздуха.
Контроллер 14 может относиться к информации, хранящейся в запоминающем устройстве, для обработки одной или более температур, измеряемых датчиками 80, 82, 84, или для определения того, как управлять указанным рабочим параметром, на основе одной или более температур или и того, и другого. Память может представлять собой постоянный машиночитаемый носитель. Память может быть частью устройства, генерирующего аэрозоль, или может быть удаленной относительно устройства, такой как запоминающее устройство памяти на облачном сервере. Информация может содержать по меньшей мере одну справочную таблицу. Информация может содержать по меньшей мере один алгоритм. Например, справочная таблица, хранящаяся в памяти, может обеспечивать эмпирическую скорость потока воздуха, соответствующую разным результатам измерения температуры. Справочная таблица может также обеспечивать эмпирическую скорость потока воздуха, соответствующую разным результатам измерения температуры и расстоянию от датчиков температуры.
Контроллер выполнен с возможностью управления рабочим параметром устройства 20 непосредственно на измеренной температуре из множества датчиков 80, 82, 84 температуры. Контроллер может быть выполнен с возможностью управления рабочим параметром устройства 20 косвенно на измеренной температуре из множества датчиков 80, 82, 84 температуры. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью управления рабочим параметром устройства 20 на основе события воздушного потока, такого как скорость воздушного потока, определяемая на основе измеренных температур, описанных выше. Рабочий параметр может содержать множество рабочих параметров. Рабочий параметр может содержать одно или более из следующего: температуру нагревательного элемента 32, температурный профиль нагревательного элемента 32, такой как выходная температура в течение некоторого времени, мощность, подаваемую непосредственно или опосредованно к нагревательному элементу 32, скорость потока жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части 100 для хранения жидкости к нагревательной поверхности 34 и объем дозировки жидкого субстрата, образующего аэрозоль, подаваемого на нагревательную поверхность 34. Как описано выше, температура или профиль температуры нагревательной поверхности 34 может управляться контроллером 14, управляющим питанием, подаваемым от источника 12 электропитания на нагревательный элемент 32 от источника питания к нагревательному элементу 32. Питание может подаваться непосредственно на нагревательный элемент 32. Питание может подаваться опосредованно на нагревательный элемент 32, например, посредством подачи электрической мощности источника 40 света, который выполнен с возможностью подачи света на плазматическую нагревательную поверхность 34 нагревательного элемента 32.
В иллюстративном варианте осуществления устройство 20, генерирующее аэрозоль, выполнено с возможностью управления скоростью потока жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части 100 для хранения жидкости к нагревательной поверхности 34 следующим образом. Во-первых, пользователь активирует источник 40 света путем нажатия на механическую кнопку пользовательского интерфейса 26. Свет испускается источником 40 света и падает падающим на металлические наночастицы нагревательной поверхности 34 для инициирования поверхностного плазмонного резонанса. Поскольку наночастицы на нагревательной поверхности 34 многократно подвергаются поверхностному плазмонному резонансу с последующим термическим расслаблением, температура нагревательной поверхности 34 увеличивается до требуемой рабочей температуры. Как правило, нагревательная поверхность 34 нагревается до рабочей температуры в диапазоне от 200 до 350 градусов по шкале Цельсия.
Контроллер 14 может определять, достигает ли температура нагревательной поверхности 34 нагревательного элемента 32 первой пороговой температурой, такой как желаемая рабочая температура. Когда нагревательная поверхность 34 достигает первой пороговой температуры, контроллер 14 активирует насос блока 60 дозирования для подачи нагревательной поверхности 34 дозой жидкого субстрата, образующего аэрозоль, после достижения требуемой рабочей температуры. Контроллер 14 может прекратить или уменьшить источник питания в источник света, когда температура нагревателя превышает вторую пороговую температуру. Вторая пороговая температура может быть сравнительно выше первой пороговой температуры и может относиться к предопределенному температурному пределу. Следовательно, контроллер 14 может предотвращать перегрев нагревательного элемента.
Контроллер 14 может анализировать отношение, такое как относительные различия или соотношения, между результатами измерения температуры, полученными множеством датчиков 80, 82, 84. Затем на основании этого анализа контроллер 14 определяет мгновенную скорость потока воздуха через камеру 38 для образования аэрозоля.
На основе определенного расхода воздуха контроллер 14 определяет, требуется ли регулировка температуры нагревательной поверхности 34. Например, когда пользователь осуществляет затяжку через мундштук 66, окружающий воздух втягивается через впускное отверстие 50 для воздуха в камеру 38, генерирующую аэрозоль. Этот входящий воздух первоначально оказывает охлаждающее действие на по меньшей мере часть нагревательной поверхности 34 нагревательного элемента 32. Следовательно, после обнаружения вдыхания контроллер 14 может определять, что требуется регулировка температуры, такая как повышение температуры на нагревательной поверхности 34. Когда контроллер определяет, что требуется регулировка температуры, контроллер 14 определяет необходимое количество питания для подачи в источник 40 света для осуществления определенного регулирования температуры. Следовательно, контроллер 14 может регулировать температуру нагревательной поверхности 34 для корректировки для охлаждения, вызванного поступающим источником воздуха, когда пользователь делает затяжку на мундштуке 66. Это способствует поддержанию стабильной рабочей температуры на нагревательной поверхности 34 нагревательного элемента 32, в то время как пользователь управляет устройством. Таким образом обеспечивается возможность предотвращения перегрева нагревательного элемента 32. Перегрев на нагревательной поверхности 34 благодаря колебаниям поступающего воздуха также может быть предотвращен.
В некоторых вариантах осуществления, исходя из определенного расхода воздуха, контроллер может также определять количество субстрата, образующего аэрозоль, требующегося для дозирования на нагревательной поверхности 34. Контроллер 14 затем регулирует работу насоса дозирующего блока 60 для управления скоростью подачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательную поверхность 34. Более конкретно, количество жидкого субстрата, которое может быть введено на нагревательную поверхность 34, может быть пропорционально скорости воздушного потока. Это может обеспечить постоянную концентрацию аэрозоля при каждой затяжке, независимо от того, насколько интенсивно пользователь делает затяжку на мундштуке 66.
В некоторых вариантах осуществления насос дозирующего блока 60 выполнен с возможностью доставки фиксированного количества жидкого субстрата после обнаружения воздушного потока, такого как воздушный поток, указывающий на осуществление пользователем затяжки на мундштуке 66 устройства 20. Например, при обнаружении разности температур между расположенным выше по потоку датчиком 82 и расположенным ниже по потоку датчиком 84 контроллер 14 выдает сигнал на дозирующий блок 60 для доставки фиксированной дозы жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательную поверхность 34. В сравнении с непрерывной системой накачки, где жидкий субстрат, образующий аэрозоль, непрерывно доставляется при активации нагревателя, эта компоновка ограничивает количество аэрозоля, генерируемого за одну затяжку. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержит никотин, и никотин в аэрозоле, доставляемый в каждой затяжке, следовательно, ограничен. Это может обеспечить стабильную доставку никотина на протяжении сеанса использования устройства.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 14 выполнен с возможностью подачи питания на источник 40 света только при обнаружении потока воздуха через камеру 38, генерирующую аэрозоль. В таких вариантах осуществления нагревательная поверхность 34 может быть нагрета только при втягивании генерируемого аэрозоля через камеру 38, генерирующую аэрозоль. Это предотвращает высыхание жидкого субстрата на нагревательной поверхности 34, а также обеспечивает защиту нагревательного узла 30 от перегрева.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 14 выполнен с возможностью отслеживания манеры осуществления затяжек пользователем на основе определенного расхода воздуха. Контроллер 14 может определять скорость затяжки, частоту затяжки, объем затяжки или любую их комбинацию. Затем контроллер 14 может определять общее количество субстрата, образующего аэрозоль, вдыхаемого пользователем за каждый цикл использования. В случае, если образующий аэрозоль жидкий субстрат содержит никотин, контроллер 14 может определять общее количество никотина, вдыхаемого пользователем за каждый цикл использования. Это позволяет реализовывать безопасные пределы для ограничения количества никотина, вдыхаемого пользователем в течение заданного периода времени. Например, образующее аэрозоль устройство 20 может уменьшать дозу образующего аэрозоль жидкого субстрата или может прекращаться в работе, когда пользователь приближается к заданной величине никотина в каждом цикле использования или превышает его.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 14 может ссылаться на отслеживаемый манера осуществления затяжек и изменять управление обратной связью, подаваемое на насос блока 60 дозирования и нагревательный узел 30. Например, контроллер 14 может определять среднюю продолжительность затяжки или среднюю продолжительность между затяжками для конкретного пользователя. Контроллер 14 может впоследствии использовать эту информацию для управления нагревом и дозирования жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Контроллер 14 может автоматически останавливать нагрев и дозирование жидкого субстрата при сокращении средней длительности затяжки. Контроллер 14 также может возвращать нагревательную поверхность 34, когда истечет средняя продолжительность приостановки, завершенная к завершению. Это позволяет осуществлять быстрое генерирование и доставку аэрозоля, при этом улучшая эффективность устройства 20.
В некоторых вариантах осуществления генерирующее аэрозоль устройство 20 содержит лишь два или более датчиков 80, 82, 84 температуры. Такая компоновка уменьшает количество данных, которые необходимо анализировать, таким образом снижая сложность управления технологическими процессами. Например, определение расхода воздуха через камеру 38, генерирующую аэрозоль, может быть достигнуто с использованием только двух датчиков температуры, разнесенных друг от друга. Более конкретно, в одном варианте осуществления обеспечивается лишь датчик 82 выше по потоку и датчик 84 ниже по потоку без датчика 80 нагревательного элемента. Следовательно, регулирование температуры нагревателя и дозирования жидкого субстрата может быть основано на температуре на двух датчиках 82, 84, а также на определенной скорости потока воздуха, как описано в предыдущем варианте осуществления, относящемся к фиг. 5b.
В некоторых вариантах осуществления в устройстве 20, генерирующем аэрозоль, предусмотрены только датчик 80 элемента нагревателя и датчик 84 ниже по потоку. Расход воздуха через камеру 38, генерирующую аэрозоль, может быть определен на основе разницы в температуре нагревателя и температуре воздуха ниже по потоку относительно нагревательной поверхности 34. Более конкретно, скорость воздушного потока может быть определена путем определения величины рассеяния тепла при конкретной температуре нагревательной поверхности 34 нагревательного элемента 32. Контроллер 14 может относиться к справочной таблице, хранящейся в памяти, для повышения точности определения скорости потока воздуха. Справочная таблица обеспечивает эмпирическую скорость потока воздуха, соответствующую разным значениям температуры ниже по потоку и температуры нагревателя. Справочная таблица может также обеспечивать эмпирическую скорость потока воздуха, соответствующую разным значениям температуры, указанным ниже по потоку, разными температурами нагревателя и расстоянием датчика 84 ниже по потоку относительно нагревательной поверхности 34.
В некоторых вариантах осуществления лишь один датчик 82 расположен вблизи нагревательной поверхности 34. Например, значение температуры на расположенном выше по потоку датчике 82 может позволять контроллеру 14 определять частоту и продолжительность каждой затяжки на основе количества охлаждающего материала выше по потоку относительно нагревательной поверхности 34, индуцированной поступающим источником воздуха. Когда воздушный поток не протекает в канале воздушного потока, как показано на фиг. 5a, температура воздуха выше по потоку постепенно нагревается в то время, когда поверхность 34 нагрева активируется. По мере осуществления пользователем затяжки на мундштуке 66, поступающий воздух вызывает погружение в измеренной выше по потоку температуре. Таким образом, временная история или изменение температуры в течение некоторого времени, выше по потоку, указывает поток воздуха и, таким образом, манера осуществления затяжек пользователем. Использование датчика 82 выше по потоку также может служить в качестве автоматического инициатора для нагрева нагревательной поверхности 34 и накачки жидкого субстрата.
В некоторых вариантах осуществления в устройстве 20, генерирующем аэрозоль, предусмотрен лишь датчик 84 ниже по потоку. Более конкретно, датчик 80 нагревательного элемента и датчик 82 выше по потоку исключены. Обращаясь к справочной таблице, контроллер 14 выполнен с возможностью оценки температуры нагревателя от мощности, потребляемой источником 40 света. Затем контроллер может определять скорость воздушного потока на основе разницы в оценочной температуре нагревателя и температуре воздуха, измеренной датчиком 84 ниже по потоку, с использованием способа, описанного в отношении варианта осуществления, показанного на фиг. 5b.
В некоторых вариантах осуществления множество датчиков 80 нагревательного элемента предусмотрены вдоль длины нагревательной поверхности 34. Нагревательная поверхность 34 содержит множество нагревательных секций. Каждый из датчиков 80 нагревательного элемента предусмотрен в соответствующей секции нагрева для обнаружения температуры в месте нагрева. Каждый из нагревательных секций независимо питается посредством соответствующего локального источника света. Например, каждый из локальных источников света представляет собой светодиод в матрице 40 светодиодов.
При использовании отсутствие воздушного потока через камеру 38, генерирующую аэрозоль, приводит в результате к отсутствию воздушного охлаждения на нагревательной поверхности 34, таким образом, температуры секции нагревания, измеренные каждым из датчиков 80 нагревательного элемента, должны возвращаться в одинаковое значение. По мере осуществления пользователем затяжки на мундштуке 66, поступающий воздух охлаждается вниз по части нагревательной поверхности 34, которая находится ближе всего к впускному отверстию для воздуха, таким как расположенная выше по ходу потока поверхность нагрева. Это приводит к разным показателям температуры над множеством датчиков 80 нагревательного элемента через разные секции нагревания. Таким образом, скорость потока воздуха может быть определена на основе относительной разницы между температурой нагревателя, измеренной поперек разных секций нагревания.
Кроме того, множество датчиков 80 нагревательного элемента, установленных вдоль нагревательной поверхности 34, обеспечивает локализацию управления нагревом. Например, контроллер выполнен с возможностью управления питанием, подаваемым на каждый из локальных источников света, на основе соответствующего датчика 80 нагревательного элемента. Это является особенно преимущественным, поскольку больше мощности могут подаваться в локальный источник света для подачи питания на расположенную выше по потоку секцию нагревания с целью компенсации охлаждения, вызванного окружающим воздухом.
Представленные в качестве примера варианты осуществления, описанные выше, предназначены для описания, а не для ограничения. После ознакомления с представленными в качестве примера вариантами осуществления, рассмотренными выше, специалисту в данной области техники будут очевидны другие варианты осуществления, соответствующие вышеописанным представленным в качестве примера вариантам осуществления.