УПРАВЛЕНИЕ НАГРЕВАТЕЛЕМ
HEATER CONTROL

Настоящее изобретение относится к управлению нагревателем. Конкретные раскрытые примеры относятся к управлению нагревателем в электрически нагреваемой системе, генерирующей аэрозоль. Аспекты настоящего изобретения направлены на электрически нагреваемую систему, генерирующую аэрозоль, и способ эксплуатации электрически нагреваемой системы, генерирующей аэрозоль. Некоторые описанные примеры относятся к системе, которая может обнаруживать аномальные изменения электрического сопротивления нагревательного элемента, что может указывать на неблагоприятные условия на нагревательном элементе. Неблагоприятные условия могут, например, указывать на исчерпание уровня субстрата, образующего аэрозоль, в системе. В некоторых описанных примерах система может быть эффективной с нагревательными элементами с разным электрическим сопротивлением. В других примерах обнаруженные параметры электрического сопротивления могут использоваться для определения или выбора того, как система может функционировать. Некоторые аспекты и признаки настоящего изобретения могут быть применимы к электрически нагреваемым курительным системам.
В документе WO 2012/085203 раскрыта электрически нагреваемая курительная система, содержащая часть для хранения жидкости для хранения жидкого субстрата, образующего аэрозоль; электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева жидкого субстрата, образующего аэрозоль; и электрическую схему, выполненную с возможностью определения исчерпания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на основании соотношения между мощностью, подаваемой на нагревательный элемент, и результирующим изменением температуры нагревательного элемента. В частности, электрическая схема выполнена с возможностью расчета скорости повышения температуры нагревательного элемента, причем высокая скорость повышения температуры свидетельствует о высыхании фитиля, который передает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в нагреватель. Система сравнивает скорость повышения температуры с пороговым значением, сохраняемым в запоминающем устройстве во время изготовления. Если скорость повышения температуры превышает пороговое значение, то система может прекратить подачу питания на нагреватель.
В системе из документа WO 2012/085203 может использоваться электрическое сопротивление нагревательного элемента для расчета температуры нагревательного элемента, что является преимуществом, заключающимся в том, что не требуется специальный датчик температуры. Однако система по-прежнему требует хранения порогового значения, которое зависит от сопротивления нагревательного элемента, и поэтому оптимизирована для нагревательных элементов, имеющих конкретное электрическое сопротивление или диапазон сопротивления.
Однако может быть желательно, чтобы система работала с разными нагревателями. Обычно в системе типа, описанного в документе WO 2012/085203, нагреватель предусмотрен в одноразовом картридже вместе с источником жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Нагревательные элементы в разных картриджах могут иметь разные электрические сопротивления. Это может быть результатом производственных допусков в картриджах того же типа, или потому что для использования в системе доступны разные конструкции картриджей для обеспечения разных ощущений пользователя. Система из документа WO 2012/085203 оптимизирована для нагревателя, имеющего известное конкретное электрическое сопротивление, используемое в системе, которое определяется во время изготовления системы.
Было бы желательно иметь альтернативную систему для определения высыхания нагревателя или других неблагоприятных условий на нагревателе в электрически нагреваемой системе, генерирующей аэрозоль, и, в частности, системе, которая может работать с разными нагревателями.
В электрически нагреваемых системах, генерирующих аэрозоль, имеющих часть постоянного устройства и расходную часть, которая содержит субстрат, образующий аэрозоль, также было бы желательно иметь возможность легко определить, является ли расходная часть «подлинной» или является расходной частью, которая считается изготовителем устройства совместимой с устройством. Это справедливо как в системах, в которых нагреватель является частью расходной части, так и в системах, в которых нагреватель является частью постоянного устройства.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, содержащая:
электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль;
блок питания; и
электрическую схему, соединенную с электрическим нагревателем и блоком питания и содержащую запоминающее устройство, причем электрическая схема выполнена с возможностью:
измерения начального электрического сопротивления электрического нагревателя;
измерения последующего электрического сопротивления электрического нагревателя после измерения начального электрического сопротивления;
определения разности между начальным электрическим сопротивлением и последующим электрическим сопротивлением;
определения неблагоприятного условия, когда определенная разность между последующим электрическим сопротивлением и начальным электрическим сопротивлением больше, чем максимальное пороговое значение, или меньше, чем минимальное пороговое значение, хранящиеся в запоминающем устройстве; и
управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании того, определено ли наличие неблагоприятного условия, или предоставления индикации, если определено наличие неблагоприятного условия.
Одним из неблагоприятных условий в системе, генерирующей аэрозоль, или устройстве, генерирующем аэрозоль, является недостаточный или исчерпанный субстрат, образующий аэрозоль, на нагревателе. В общем, чем меньше субстрата, образующего аэрозоль, доставляется в нагреватель для испарения, тем выше будет температура нагревательного элемента для данного подаваемого питания. Для данного питания процесс изменения температуры нагревательного элемента в течение цикла нагрева или развитие этого процесса изменения в течение нескольких циклов нагрева могут быть использованы для регистрации того, произошло ли исчерпание количества субстрата, образующего аэрозоль, на нагревателе и, в частности, недостаточно ли на нагревателе субстрата, образующего аэрозоль.
Другим неблагоприятным условием является наличие поддельного или несовместимого нагревателя или поврежденного нагревателя в системе, которая имеет воспроизводимый или одноразовый нагреватель. Если сопротивление нагревательного элемента возрастает быстрее, чем ожидалось для данного подаваемого питания, возможно, это связано с тем, что нагреватель является поддельным и имеет электрические свойства, отличные от подлинного нагревателя, или это может быть связано с тем, что нагреватель каким-то образом поврежден. В любом случае электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагреватель.
Другим неблагоприятным условием является наличие в системе поддельного, несовместимого, или старого, или поврежденного субстрата, образующего аэрозоль. Если сопротивление нагревательного элемента возрастает быстрее, чем ожидалось для данного подаваемого питания, это может быть связано с тем, что субстрат, образующий аэрозоль, является поддельным или старым и поэтому имеет более высокое или низкое содержание влаги, чем ожидалось. Например, если используется твердый субстрат, образующий аэрозоль, если он очень старый или неправильно хранился, он может стать сухим. Если субстрат суше, чем ожидалось, на испарение будет использоваться меньше энергии, чем ожидалось, и температура нагревателя будет повышаться быстрее. Это приведет к неожидаемому изменению электрического сопротивления нагревательного элемента.
Путем использования разности между результатами измерения начального сопротивления и последующего сопротивления электрического нагревателя, системе не нужно определять фактическую температуру нагревательного элемента или иметь какую-либо предварительно сохраненную информацию о сопротивлении нагревательного элемента при данной температуре. Это позволяет использовать разные разрешенные нагреватели в системе и допускает отклонения абсолютного сопротивления нагревателя того же типа из-за производственных допусков, не вызывая неблагоприятного условия. Это также позволяет обнаруживать несовместимый нагреватель.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального электрического сопротивления нагревательного элемента и электрического сопротивления нагревательного элемента в момент времени после первоначальной подачи питания на электрический нагреватель от блока питания. Начальное электрическое сопротивление можно измерить перед первым использованием нагревателя. Если начальное сопротивление измеряется перед первым использованием нагревателя, можно предположить, что нагревательный элемент находится при приблизительно комнатной температуре в момент измерения. Поскольку ожидаемое изменение сопротивления со временем может зависеть от начальной температуры нагревательного элемента, измерение начального сопротивления при комнатной температуре или близкой к комнатной позволяет установить более узкие диапазоны ожидаемого поведения.
Начальное сопротивление может быть рассчитано как начальное измеренное сопротивление минус предполагаемое паразитное сопротивление, возникающее вследствие наличия других электрических компонентов и электрических контактов внутри системы.
Система может содержать устройство и картридж, соединенный с возможностью съема с устройством, причем блок питания и электрическая схема находятся в устройстве, а электрический нагреватель и субстрат, образующий аэрозоль, находятся в съемном картридже. В данном контексте картридж, «соединенный с возможностью съема» с устройством, означает, что картридж и устройство могут быть соединены и отсоединены друг от друга без значительного повреждения как устройства, так и картриджа.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью обнаружения вставки и удаления картриджа из устройства. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального электрического сопротивления нагревателя при первоначальной вставке картриджа в устройство, но до того, как произошел значительный нагрев. Электрическая схема может сравнивать измеренное начальное сопротивление с диапазоном допустимого электрического сопротивления, хранящимся в запоминающем устройстве. Если начальное сопротивление выходит за пределы допустимого сопротивления, его можно считать поддельным, несовместимым или поврежденным. В этом случае электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания до тех пор, пока картридж не будет удален и заменен другим картриджем.
С устройством можно использовать картриджи, имеющие разные свойства. Например, с устройством можно использовать два разных картриджа, имеющих нагреватели разного размера. Больший нагреватель может использоваться для доставки большего количества аэрозоля пользователям, имеющим такое личное предпочтение.
Картридж может быть заправляемым или может быть выполнен с возможностью удаления при исчерпании субстрата, образующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Субстрат, образующий аэрозоль, в качестве альтернативы может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которое при использовании способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля и при рабочей температуре системы по существу устойчиво к термической деградации. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны из уровня техники и включают, помимо всего прочего: 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. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.
Картридж может содержать жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Для жидкого субстрата, образующего аэрозоль, определенные физические свойства, например давление пара или вязкость субстрата, выбираются таким образом, чтобы быть пригодными для использования в системе, генерирующей аэрозоль. Жидкость предпочтительно содержит табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые высвобождаются из жидкости при нагреве. Альтернативно или дополнительно жидкость может содержать нетабачный материал. Жидкость может включать воду, этанол или другие растворители, растительные экстракты, растворы никотина и натуральные или искусственные ароматизаторы. Предпочтительно жидкость дополнительно содержит вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Преимущество предоставления части для хранения жидкости заключается в том, что жидкость в части для хранения жидкости защищается от окружающего воздуха. В некоторых вариантах осуществления окружающее освещение также не может проникать в часть для хранения жидкости, вследствие чего может быть исключено ухудшение свойств жидкости, вызванное светом. Более того, может поддерживаться высокий уровень гигиены.
Предпочтительно часть для хранения жидкости выполнена с возможностью вмещения жидкости для заданного количества затяжек. Если часть для хранения жидкости является незаправляемой, и жидкость в части для хранения жидкости была израсходована, часть для хранения жидкости должна быть заменена пользователем. Во время такой замены необходимо предотвратить загрязнение пользователя жидкостью. В качестве альтернативы часть для хранения жидкости может быть заправляемой. В этом случае система, генерирующая аэрозоль, может быть заменена после определенного количества заправок части для хранения жидкости.
В качестве альтернативы субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым субстратом. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматные соединения табака, которые высвобождаются из субстрата при нагреве. В качестве альтернативы субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
Если субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой твердый субстрат, образующий аэрозоль, то твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, одно или несколько из следующего: порошок, гранулы, шарики, крупицы, тонкие трубки, полоски или листы, содержащие одно или несколько из следующего: травяные листья, табачные листья, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак, формованный листовой табак и взорванный табак. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может иметь рассыпную форму или может быть предоставлен в подходящей таре или картридже. При необходимости твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматные соединения, предназначенные для высвобождения при нагревании субстрата. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать капсулы, которые содержат, например, дополнительные табачные или нетабачные летучие ароматные соединения, и такие капсулы могут плавиться во время нагревания твердого субстрата, образующего аэрозоль.
В контексте данного документа термин «гомогенизированный табак» относится к материалу, образованному путем агломерации сыпучего табака. Гомогенизированный табак может иметь форму листа. Содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять более 5% по сухому весу. В качестве альтернативы содержание вещества для образования аэрозоля в гомогенизированном табачном материале может составлять от 5% до 30% по сухому весу. Листы гомогенизированного табачного материала можно формировать путем агломерирования сыпучего табака, полученного размалыванием или иным измельчением слоев табачного листа или жилок табачного листа, или того и другого. В качестве альтернативы или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или несколько из табачной пыли, табачной мелочи и других сыпучих табачных побочных продуктов, образующихся, например, при обработке, обращении и доставке табака. Листы гомогенизированного табачного материала могут содержать одно или несколько собственных связующих, т. е. табачных эндогенных связующих, одно или несколько внешних связующих, т. е. табачных экзогенных связующих, или их сочетание, что способствует агломерированию сыпучего табака; в качестве альтернативы или дополнительно листы гомогенизированного табачного материала могут содержать другие добавки, включая, но без ограничения, табачные и нетабачные волокна, вещества для образования аэрозоля, увлажнители, пластификаторы, ароматизаторы, наполнители, водные и неводные растворители и их сочетания.
При необходимости твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен на термостабильном носителе или встроен в него. Носитель может иметь форму порошка, гранул, шариков, крупиц, тонких трубочек, полосок или листов. В качестве альтернативы носитель может представлять собой трубчатый носитель, содержащий тонкий слой твердого субстрата, нанесенный на его внутреннюю поверхность или на его наружную поверхность, или как на его внутреннюю, так и на наружную поверхности. Такой трубчатый носитель может быть выполнен, например, из бумаги или подобного бумаге материала, нетканого мата из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками, или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостабильной полимерной матрицы.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на поверхность носителя в форме, например, листа, пеноматериала, геля или суспензии. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на всю поверхность носителя или, в качестве альтернативы, может быть нанесен узором с целью обеспечения неоднородной доставки ароматного вещества во время использования.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью обнаружения вставки и удаления субстрата, образующего аэрозоль, из устройства. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального электрического сопротивления нагревателя при первоначальной вставке субстрата, образующего аэрозоль, в устройство, но до того, как произошел значительный нагрев. Электрическая схема может сравнивать измеренное начальное сопротивление с диапазоном допустимого электрического сопротивления, хранящимся в запоминающем устройстве. Если начальное сопротивление выходит за пределы допустимого сопротивления, субстрат, образующий аэрозоль, может считаться поддельным, несовместимым или поврежденным. В этом случае электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания до тех пор, пока субстрат, образующий аэрозоль, не будет удален и заменен.
Электрический нагреватель может содержать один нагревательный элемент. В качестве альтернативы электрический нагреватель может содержать более одного нагревательного элемента, например два, или три, или четыре, или пять, или шесть, или больше нагревательных элементов. Нагревательный элемент или нагревательные элементы могут быть расположены соответствующим образом, чтобы наиболее эффективно нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль.
По меньшей мере один электрический нагревательный элемент предпочтительно содержит электрически резистивный материал. Подходящие электрически резистивные материалы включают, помимо всего прочего: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящую» керамику (такую как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композиционные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композиционные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы. Примеры подходящих металлических сплавов включают нержавеющую сталь, константан, сплавы, содержащие никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы, и суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal, сплавы на основе железа и алюминия, и сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal представляет собой зарегистрированную торговую марку компании Titanium Metals Corporation. В композиционных материалах электрически резистивный материал может быть при необходимости встроен в изолирующий материал, инкапсулирован в него или покрыт им, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых внешних физико-химических свойств. Нагревательный элемент может содержать металлическую травленую фольгу, изолированную между двумя слоями инертного материала. В этом случае инертный материал может содержать Kapton, полностью полиимид или фольгу из слюды. Kapton представляет собой зарегистрированную торговую марку компании E.I. du Pont de Nemours and Company.
По меньшей мере один электрический нагревательный элемент может иметь любую подходящую форму. Например, по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может иметь форму нагревательной пластины. В качестве альтернативы по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может иметь форму короба или субстрата, имеющего разные электропроводящие части, или форму электрически резистивной металлической трубки. Часть для хранения жидкости может содержать одноразовый нагревательный элемент. В качестве альтернативы могут также подойти одна или несколько нагревательных игл или стержней, которые проходят через жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В качестве альтернативы по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может содержать гибкий лист материала. Другие альтернативы включают нагревательную проволоку или нить, например Ni-Cr (хромоникелевую), платиновую, вольфрамовую или проволоку из сплавов или нагревательную пластину. Необязательно нагревательный элемент может быть нанесен внутри или снаружи на жесткий несущий материал.
В одном варианте осуществления нагревательный элемент содержит сетку, матрицу или тканый материал из электрически проводящих нитей. Электрически проводящие нити могут образовывать пустоты между нитями, и пустоты могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм.
Электрически проводящие нити могут образовывать сетку размером от 160 до 600 меш по стандарту США (+/- 10%) (т. е. от 160 до 600 нитей на дюйм (+/- 10%)). Ширина пустот предпочтительно составляет от 75 мкм до 25 мкм. Процентное соотношение открытой площади сетки, которое является отношением площади пустот к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25 до 56%. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы электрически проводящие нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу.
Электрически проводящие нити могут иметь диаметр от 10 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 50 мкм и более предпочтительно от 8 мкм до 39 мкм. Нити могут иметь круглое поперечное сечение или могут иметь сплющенное поперечное сечение.
2
Площадь сетки, матрицы или тканого материала из электрически проводящих нитей может быть небольшой, предпочтительно менее или равной 25 мм, позволяя встраивать его в удерживаемую рукой систему. Сетка, матрица или тканый материал из электрически проводящих нитей могут иметь, например, прямоугольную форму и размеры 5 мм на 2 мм. Предпочтительно сетка или матрица электрически проводящих нитей занимает площадь от 10% до 50% площади нагревателя в сборе. Более предпочтительно, сетка или матрица электрически проводящих нитей занимает площадь от 15 до 25% площади нагревателя в сборе.
Нити могут быть образованы путем травления листового материала, такого как фольга. Это может быть особенно преимущественным в том случае, если нагреватель в сборе содержит матрицу из параллельных нитей. Если нагревательный элемент содержит сетку или тканый материал из нитей, нити могут быть получены по отдельности и связаны вместе.
Предпочтительными материалами для электропроводящих нитей являются нержавеющая сталь марок 304, 316, 304L и 316L.
По меньшей мере один нагревательный элемент может нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, за счет проводимости. Нагревательный элемент может по меньшей мере частично находиться в контакте с субстратом. В качестве альтернативы тепло от нагревательного элемента может быть проведено к субстрату посредством теплопроводного элемента.
Предпочтительно при использовании субстрат, образующий аэрозоль, находится в контакте с нагревательным элементом.
Предпочтительно электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, дополнительно содержит капиллярный материал для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из части для хранения жидкости в электрический нагревательный элемент.
Предпочтительно капиллярный материал расположен для вхождения в контакт с жидкостью в части для хранения жидкости. Предпочтительно капиллярный фитиль проходит в часть для хранения жидкости. В этом случае при использовании в капиллярном фитиле жидкость перемещается за счет капиллярного действия из части для хранения жидкости в электрический нагреватель. В одном варианте осуществления капиллярный фитиль имеет первый конец и второй конец, причем первый конец проходит в часть для хранения жидкости для контакта с жидкостью в ней, и во втором конце расположен электрический нагреватель с возможностью нагревания жидкости. При активации нагревателя жидкость во втором конце капиллярного фитиля испаряется под действием по меньшей мере одного нагревательного элемента нагревателя с образованием перенасыщенного пара. Перенасыщенный пар смешивается с потоком воздуха и перемещается в нем. Во время прохождения потока пар конденсируется с образованием аэрозоля, и аэрозоль перемещается по направлению ко рту пользователя. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, обладает физическими свойствами, включая вязкость и поверхностное натяжение, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярный фитиль за счет капиллярного действия.
Капиллярный фитиль может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный фитиль предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный фитиль может содержать несколько волокон или нитей или другие тонкие трубки. Волокна или нити могут быть, как правило, выровнены в продольном направлении системы, генерирующей аэрозоль. Альтернативно капиллярный фитиль может содержать губкообразный или пенообразный материал, который выполнен в форме стержня. Стержень может проходить вдоль продольного направления системы, генерирующей аэрозоль. Структура фитиля образует несколько небольших каналов или трубок, через которые может транспортироваться жидкость за счет капиллярного действия. Капиллярный фитиль может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов представляют собой капиллярные материалы, например, губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков, вспененный металлический или пластиковый материал, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетатцеллюлозные, полиэфирные, или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный фитиль может иметь любые подходящие капиллярность и пористость с тем, чтобы использовать его с жидкостями с разными физическими свойствами. Жидкость имеет физические свойства, включая, помимо всего прочего, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярное устройство за счет капиллярного действия.
Нагревательный элемент может быть выполнен в виде нагревательной проволоки или нити, охватывающей и, необязательно, поддерживающей капиллярный фитиль. Капиллярные свойства фитиля в сочетании со свойствами жидкости во время нормального использования при наличии большого количества субстрата, образующего аэрозоль, обеспечивают всегда влажное состояние фитиля в зоне нагрева.
В качестве альтернативы, как описано, нагревательный элемент может содержать сетку, образованную из нескольких электропроводящих нитей. Капиллярный материал может проходить внутрь пустот между нитями. Нагреватель в сборе может втягивать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, внутрь пустот за счет капиллярного действия.
Корпус может содержать два или более различных капиллярных материалов, при этом первый капиллярный материал, находящийся в контакте с нагревательным элементом, имеет более высокую температуру термического разложения, а второй капиллярный материал, находящийся в контакте с первым капиллярным материалом, но не находящийся в контакте с нагревательным элементом, имеет более низкую температуру термического разложения. Первый капиллярный материал эффективно действует как разделитель, отделяющий нагревательный элемент от второго капиллярного материала, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих его температуру термического разложения. В данном контексте «температура термического разложения» означает температуру, при которой материал начинает разлагаться и терять массу в результате образования газообразных продуктов. Второй капиллярный материал может преимущественно занимать больший объем, чем первый капиллярный материал, и может удерживать большее количество субстрата, образующего аэрозоль, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может иметь лучшие капиллярные свойства, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может являться менее дорогостоящим или иметь более высокую заполняемость, чем первый капиллярный материал. Второй капиллярный материал может представлять собой полипропилен.
Источником питания может быть любой подходящий источник питания, например источник напряжения постоянного тока. В одном варианте осуществления источник питания представляет собой литий-ионную батарею. В качестве альтернативы источник питания может представлять собой никель-металлогидридную батарею, никель-кадмиевую батарею или батарею на основе лития, например литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею. В качестве альтернативы источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может требовать перезарядки и может обладать емкостью, которая позволяет накапливать достаточно энергии для одного или нескольких сеансов генерирования аэрозоля; например, источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности непрерывного генерирования аэрозоля в течение приблизительно шести минут, что соответствует обычному времени, затрачиваемому на выкуривание обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может обладать достаточной емкостью для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревателя.
Предпочтительно система, генерирующая аэрозоль, содержит корпус. Предпочтительно корпус является удлиненным. Корпус может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композиционные материалы, содержащие один или несколько из таких материалов, или термопластмассы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно указанный материал является легким и нехрупким.
Предпочтительно электрически нагреваемая система, генерирующая аэрозоль, является портативной. Электрически нагреваемая система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Электрически нагреваемая система, генерирующая аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Электрически нагреваемая система, генерирующая аэрозоль, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Электрическая схема предпочтительно содержит микропроцессор и более предпочтительно программируемый микропроцессор. Система может содержать порт ввода данных или беспроводной приемник, позволяющий загружать программное обеспечение в микропроцессор. Электрическая схема может содержать дополнительные электрические компоненты. Система может содержать датчик температуры.
Если обнаружено неблагоприятное условие, система может только предоставить пользователю индикацию, что обнаружено неблагоприятное условие. Это может быть сделано путем визуального, звукового или тактильного предупреждения. В качестве альтернативы или в дополнение электрическая схема может автоматически ограничивать или иным образом управлять питанием, подаваемым на нагреватель, когда обнаружено неблагоприятное условие.
Существует несколько способов, с помощью которых электрическая схема может иметь возможность управлять питанием, подаваемым на электрический нагреватель, если обнаружено неблагоприятное условие. Если к нагревательному элементу доставляется недостаточно субстрата, образующего аэрозоль, или твердый субстрат, образующий аэрозоль, становится сухим, тогда может быть желательным уменьшение или прекращение подачи питания на нагреватель. Это может иметь целью как обеспечить предоставление пользователю подходящего и приятного ощущения, так и снизить риски перегрева и образования нежелательных соединений в аэрозоле. Подача питания на нагреватель может быть прекращена или ограничена. Подача питания может быть прекращена или ограничена на короткий период времени. Однако предпочтительно подача питания может быть прекращена или ограничена до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
Например, сначала на нагреватель во время затяжки могут подаваться импульсы мощностью 6 Вт. При определении неблагоприятного условия во время затяжки, блок питания может быть ограничен импульсами мощностью 5 Вт в течение оставшейся части затяжки. В некоторых вариантах осуществления электрическая схема может быть выполнена с возможностью подачи импульсов неограниченной мощностью 6 Вт на нагреватель в ходе последующих затяжек, пока не будут определены дополнительные неблагоприятные условия. Однако в других предпочтительных вариантах осуществления электрическая схема может быть выполнена с возможностью подачи импульсов с ограниченной мощностью 5 Вт на нагреватель в ходе последующих затяжек, пока не будут заменены нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
Система может содержать детектор затяжки для обнаружения момента, когда пользователь выполняет затяжку из системы, причем детектор затяжки соединен с электрической схемой, и при этом электрическая схема выполнена с возможностью подачи питания от блока питания к нагревательному элементу при обнаружении затяжки детектором затяжки, и при этом электрическая схема выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия во время каждой затяжки.
Детектор затяжки может быть специальным детектором затяжки, который непосредственно измеряет поток воздуха через устройство, например, детектором затяжки на основе микрофона, или может обнаруживать затяжки косвенно, например, на основании изменений температуры в устройстве или изменений электрического сопротивления нагревательного элемента.
1
1
1
1
1
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью подачи заданного питания на нагревательный элемент в течение интервала времени Δt после первоначального обнаружения затяжки или первоначальной подачи питания на нагреватель, и электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения изменения электрического сопротивления нагревательного элемента на основании измерения электрического сопротивления нагревательного элемента в момент времени t во время каждой затяжки. Интервал времени Δt может быть выбран сразу после первоначального обнаружения затяжки или вскоре после первой подачи питания на нагреватель. Это особенно преимущественно при первом использовании после замены расходного картриджа, если схема обнаруживает несовместимый или поддельный нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль. Например, обычная затяжка может иметь длительность 3 с, а время отклика детектора затяжки может составлять приблизительно 100 мс. Тогда Δt может быть выбрано в диапазоне от 100 мс до 500 мс в течение интервала затяжки до того, как температура нагревателя стабилизируется. В качестве альтернативы интервал времени Δt может быть выбран, когда ожидается, что температура нагревательного элемента будет стабилизирована.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагревательный элемент от блока питания, если неблагоприятное условие определено для заданного количества последовательных или следующих друг за другом затяжек пользователя. Заданное количество последовательных или следующих друг за другом затяжек может представлять собой любое подходящее количество. Например, заданное количество последовательных или следующих друг за другом затяжек может составлять 1, 2, 3, 4, 5 или 6. Предпочтительно заданное количество последовательных или следующих друг за другом затяжек составляет 3.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия, ограничения или предотвращения подачи питания на нагреватель при наличии неблагоприятного условия и продолжения предотвращения или уменьшения подачи питания на нагревательный элемент до исчезновения неблагоприятного условия.
В системе с жидкостью и фитилем чрезмерное затягивание может привести к высыханию фитиля, поскольку жидкость не может быть достаточно быстро возмещена вблизи нагревателя. В этих обстоятельствах желательно ограничить подачу питания на нагреватель, чтобы нагреватель не становился слишком горячим и не производил нежелательные аэрозольные составляющие. Как только обнаружено неблагоприятное условие, питание нагревателя может быть прекращено до последующей затяжки пользователя.
Аналогичным образом чрезмерное затягивание может не позволить нагревателю охлаждаться, как ожидалось, между затяжками, что приводит к постепенному нежелательному повышению температуры нагревателя от затяжки к затяжке. Это справедливо для систем на основе жидких или твердых субстратов, образующих аэрозоль. Для замедления нежелательного повышения температуры нагревателя от затяжки к затяжке, когда неблагоприятное условие определено, электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения или ограничения подачи питания в течение оставшейся части затяжки, а также продолжения ограничения подачи питания на нагревательный элемент для последующих затяжек до исчезновения неблагоприятного условия. Электрическая схема может быть дополнительно выполнена с возможностью отключения нагревательного элемента или постоянного или необратимого предотвращения или блокирования подачи питания на нагревательный элемент от блока питания, если неблагоприятное условие определено для заданного количества последовательных или следующих друг за другом затяжек пользователя. В контексте настоящего документа термин «отключение» относится к прекращению работы нагревательного элемента. Например, электрическая схема может быть выполнена с возможностью обеспечения перегорания плавкого предохранителя, соединенного с нагревательным элементом, если неблагоприятное условие определено для трех следующих друг за другом затяжек.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагревательный элемент в течение заданного интервала времени остановки при наличии неблагоприятного условия.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагреватель до тех пор, пока не будет заменена расходная часть, содержащая субстрат, образующий аэрозоль, или нагреватель.
В качестве альтернативы или в дополнение электрическая схема может быть выполнена с возможностью вычисления, достигла ли разность между начальным сопротивлением и последующим сопротивлением максимального порогового значения или минимального порогового значения, и сравнения времени, затраченного на то, чтобы разность достигла порогового значения, с сохраненным значением времени, и определения наличия неблагоприятного условия и предотвращения или уменьшения подачи питания на нагреватель, если время, затраченное на достижение порогового значения меньше, чем значение сохраненного времени, или если разность не достигает порогового значения за ожидаемый интервал времени. Если пороговое значение достигнуто быстрее, чем ожидалось, это может указывать на сухой нагревательный элемент или сухой субстрат или может указывать на несовместимый, поддельный или поврежденный нагреватель. Аналогично, если пороговое значение не достигается в течение ожидаемого интервала времени, это может указывать на поддельный или поврежденный нагреватель или субстрат. Это может обеспечить возможность быстрого определения поддельного, поврежденного или несовместимого нагревателя или субстрата.
Помимо индикации сухих состояний на нагревательном элементе, обнаружение неблагоприятного условия может являться признаком нагревателя, обладающего электрическими свойствами за пределами диапазона ожидаемых свойств. Это может быть связано с тем, что нагреватель неисправен из-за накопления материала на нагревателе в течение его срока службы или из-за того, что он является неразрешенным или поддельным нагревателем. Например, если изготовитель использовал нагревательные элементы из нержавеющей стали, можно ожидать, что эти нагревательные элементы будут обладать начальным электрическим сопротивлением при комнатной температуре в определенном диапазоне электрического сопротивления. Кроме того, можно ожидать, что разность между начальным электрическим сопротивлением нагревателя и последующим сопротивлением нагревателя будет иметь конкретное значение, поскольку оно связано с материалом нагревательного элемента. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда разность между начальным электрическим сопротивлением нагревателя и последующим электрическим сопротивлением нагревателя находится за пределами диапазона ожидаемых значений, и с возможностью ограничения или предотвращения подачи питания на нагреватель на основании результата. Это может предотвращать использование некоторых неразрешенных нагревателей.
Для создания разных стратегий управления для разных условий могут использоваться несколько разных пороговых значений. Например, для установки границ, для которых требуется замена нагревателя субстрата до подачи дальнейшего питания, могут использоваться наибольшее пороговое значение и наименьшее пороговое значение. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагреватель до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль, если разность превышает наибольшее пороговое значение или меньше наименьшего порогового значения. Одно или несколько промежуточных пороговых значений могут использоваться для обнаружения поведения чрезмерного затягивания, приводящего к сухим состояниям на нагревателе. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на нагреватель в течение определенного интервала времени или до последующей затяжки пользователя, если превышено промежуточное пороговое значение, но не превышено наибольшее пороговое значение. Одно или несколько промежуточных пороговых значений могут также использоваться для инициирования выдачи индикации пользователю того, что субстрат, образующий аэрозоль, почти исчерпан и будет нуждаться в замене в ближайшее время. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью предоставления индикации, которая может быть видимой, слышимой или тактильной, если превышено промежуточное пороговое значение, но не превышено наибольшее пороговое значение.
Одним способом обнаружения поддельного, поврежденного или несовместимого нагревателя является проверка сопротивления нагревателя или скорости изменения сопротивления нагревателя при первом использовании или вставке нагревателя в устройство или систему. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального сопротивления нагревательного элемента в течение заданного интервала времени после подачи питания на нагреватель. Заданный интервал времени может быть коротким интервалом времени и может составлять от 50 мс до 200 мс. Для нагревателя, содержащего сетчатый нагревательный элемент, заданный интервал времени может составлять приблизительно 100 мс. Предпочтительно заданный интервал времени составляет от 50 мс до 150 мс. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения начального сопротивления нагревателя в качестве отдельной процедуры для подачи питания на нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, с использованием значительно меньшей мощности, или может измерять начальное сопротивление нагревателя в течение первых нескольких моментов, когда нагреватель активирован, до того, как произошел значительный нагрев. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью сравнения начального сопротивления нагревателя с диапазоном допустимых значений, и если начальное сопротивление находится за пределами диапазона допустимых значений, электрическая схема может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на электрический нагреватель, или предоставления индикации до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
Если начальное сопротивление находится в пределах диапазона допустимых значений, то электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения наличия приемлемого нагревателя и управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании наличия приемлемого нагревателя, или предоставления индикации в случае отсутствия приемлемого нагревателя.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения наличия приемлемого нагревателя в течение одной секунды с момента первоначальной подачи питания на нагреватель.
Согласно второму аспекту предусмотрен нагреватель в сборе для использования в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, такой как электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, согласно первому аспекту, или электрически управляемом устройстве, генерирующем аэрозоль, причем нагреватель в сборе содержит:
электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент; и
электрическую схему, соединенную с электрическим нагревателем и содержащую запоминающее устройство, причем электрическая схема выполнена с возможностью:
измерения начального электрического сопротивления электрического нагревателя;
измерения последующего электрического сопротивления электрического нагревателя после измерения начального электрического сопротивления;
определения разности между начальным электрическим сопротивлением и последующим электрическим сопротивлением;
определения, когда определенная разность между последующим электрическим сопротивлением и начальным электрическим сопротивлением электрического нагревателя больше, чем максимальное пороговое значение, или меньше, чем минимальное пороговое значение, хранящееся в запоминающем устройстве; и
управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании того, определено ли наличие неблагоприятного условия, или предоставления индикации при наличии неблагоприятного условия.
Нагреватель в сборе может быть выполнен с возможностью использования в системе, генерирующей аэрозоль, и может быть выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, при использовании.
Согласно третьему аспекту предлагается электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, для использования в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, такой как электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, согласно первому аспекту, причем электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, содержит:
блок питания; и
электрическую схему, соединенную с блоком питания и содержащую запоминающее устройство, причем электрическая схема выполнена с возможностью:
соединения с электрическим нагревателем электрически управляемой системы, генерирующей аэрозоль, при использовании;
измерения начального электрического сопротивления электрического нагревателя;
измерения последующего электрического сопротивления электрического нагревателя после измерения начального электрического сопротивления;
определения разности между начальным электрическим сопротивлением и последующим электрическим сопротивлением;
определения наличия неблагоприятного условия, когда определенная разность между последующим электрическим сопротивлением и начальным электрическим сопротивлением больше, чем максимальное пороговое значение, или меньше, чем минимальное пороговое значение, хранящиеся в запоминающем устройстве; и
управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании того, определено ли наличие неблагоприятного условия, или предоставления индикации, если определено наличие неблагоприятного условия.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается электрическая схема для электрически управляемой системы, генерирующей аэрозоль, такой как электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, согласно первому аспекту, или электрически управляемого устройства, генерирующего аэрозоль, такого как электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, согласно третьему аспекту, причем при использовании электрическая схема соединена с электрическим нагревателем и блоком питания, электрическая схема содержит запоминающее устройство и выполнена с возможностью:
измерения начального электрического сопротивления электрического нагревателя и
измерения последующего электрического сопротивления электрического нагревателя после измерения начального электрического сопротивления;
определения разности между начальным электрическим сопротивлением и последующим электрическим сопротивлением;
определения неблагоприятного условия, когда определенная разность между последующим электрическим сопротивлением и начальным электрическим сопротивлением больше, чем максимальное пороговое значение, или меньше, чем минимальное пороговое значение, хранящиеся в запоминающем устройстве; и
управления питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании того, определено ли наличие неблагоприятного условия, или предоставления индикации, если определено наличие неблагоприятного условия.
При использовании электрическая схема может быть дополнительно соединена с детектором затяжки для обнаружения момента, когда пользователь выполняет затяжку из системы, и электрическая схема может быть дополнительно выполнена с возможностью:
определения, когда электрическая схема соединена с электрическим нагревателем;
измерения начального сопротивления электрического нагревателя в пределах заданного интервала времени после соединения электрической схемы с электрическим нагревателем;
подачи питания от блока питания на нагревательный элемент при обнаружении затяжки детектором затяжки;
измерения последующего сопротивления электрического нагревателя в пределах заданного интервала времени после начала подачи питания от блока питания на электрический нагреватель;
определения разности между последующим сопротивлением и начальным сопротивлением;
сравнения разности между последующим сопротивлением и начальным сопротивлением по меньшей мере с одним из максимального порогового значения и минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве;
определения наличия неблагоприятного условия, если разность больше, чем максимальное пороговое значение, или меньше, чем минимальное пороговое значение; и
ограничения питания, подаваемого на электрический нагреватель во время затяжки, если определено наличие неблагоприятного условия, или предотвращения подачи питания на электрический нагреватель в течение оставшейся части затяжки на основании того, определено ли наличие неблагоприятного условия.
В некоторых вариантах осуществления электрическая схема может быть дополнительно выполнена с возможностью:
сохранения результата определения неблагоприятного условия в запоминающем устройстве;
определения количества следующих друг за другом результатов определения неблагоприятных условий на основании сохраненных результатов определения неблагоприятных условий; и
отключения картриджа, если определенное количество следующих друг за другом результатов определения неблагоприятных условий больше, чем максимальное пороговое значение.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью отключения картриджа при помощи любых подходящих средств. Например, электрическая схема может быть выполнена с возможностью обеспечения перегорания плавкого предохранителя, соединенного с электрическим нагревателем.
Согласно пятому аспекту предлагается способ управления подачей питания на электрический нагреватель электрически управляемой системы, генерирующей аэрозоль, такой как электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, согласно первому аспекту, или электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, такое как электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, согласно третьему аспекту, причем система или устройство содержат электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, причем способ включает:
подачу питания на электрический нагреватель;
измерение начального электрического сопротивления электрического нагревателя;
измерение последующего электрического сопротивления электрического нагревателя после измерения начального электрического сопротивления;
определение разности между начальным электрическим сопротивлением и последующим электрическим сопротивлением;
определение неблагоприятного условия, когда определенная разность между последующим электрическим сопротивлением и начальным электрическим сопротивлением больше, чем максимальное пороговое значение, или меньше, чем минимальное пороговое значение; и
управление питанием, подаваемым на электрический нагреватель, на основании того, определено ли наличие неблагоприятного условия, или предоставление индикации, если определено наличие неблагоприятного условия.
Способ может включать измерение начального электрического сопротивления нагревательного элемента и измерение электрического сопротивления нагревательного элемента в момент времени после первоначальной подачи питания на электрический нагреватель от блока питания.
Способ может включать подачу постоянной мощности на нагреватель при подаче питания. В качестве альтернативы может подаваться переменная мощность в зависимости от других рабочих параметров. В этом случае пороговое значение может зависеть от мощности, подаваемой на нагреватель.
Способ может включать определение начального электрического сопротивления перед первым использованием нагревателя. Если начальное сопротивление определяется перед первым использованием нагревателя, можно предположить, что нагревательный элемент находится при приблизительно комнатной температуре. Поскольку ожидаемое изменение сопротивления со временем может зависеть от начальной температуры нагревательного элемента, измерение начального сопротивления при комнатной температуре или близкой к комнатной позволяет установить более узкие диапазоны ожидаемого поведения.
Способ может включать вычисление начального сопротивления как измеренного начального сопротивления минус предполагаемое паразитное сопротивление, возникающее вследствие наличия других электрических компонентов и электрических контактов внутри системы.
Электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, может содержать детектор затяжки для обнаружения момента, когда пользователь выполняет затяжку из системы, и способ может включать подачу питания из блока питания на нагревательный элемент при обнаружении затяжки детектором затяжки, определение наличия неблагоприятного условия во время каждой затяжки и предотвращение подачи питания на нагревательный элемент от блока питания при наличии неблагоприятного условия для заданного количества последовательных затяжек пользователя.
Способ может включать предотвращение подачи питания на нагревательный элемент от блока питания при наличии неблагоприятного условия.
Способ может включать постоянное определение наличия неблагоприятного условия, предотвращение подачи питания на нагреватель при наличии неблагоприятного условия и продолжение предотвращения подачи питания на нагревательный элемент до исчезновения неблагоприятного условия.
Способ может включать предотвращение подачи питания на нагревательный элемент в течение заданного интервала времени остановки при наличии неблагоприятного условия.
В качестве альтернативы или в дополнение способ может включать непрерывное вычисление того, вышла ли разность за пределы максимального порогового значения или минимального порогового значения, и сравнение времени, необходимого для достижения порогового значения, с сохраненным значением времени, и если время, необходимое для достижения порогового значения, меньше, чем сохраненное значение времени, определение неблагоприятного условия и управление подачей питания на нагреватель.
В некоторых вариантах осуществления электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, может дополнительно содержать съемный картридж и устройство, выполненное с возможностью размещения в нем съемного картриджа с возможностью извлечения, причем съемный картридж содержит электрический нагреватель и жидкий субстрат, образующий аэрозоль, и устройство содержит блок питания и электрическую схему, причем электрическая схема соединена с детектором затяжки для обнаружения момента, когда пользователь выполняет затяжку из системы. В этих вариантах осуществления способ может дополнительно включать:
измерение начального сопротивления электрического нагревателя перед обнаружением затяжки детектором затяжки;
подачу питания от блока питания на нагревательный элемент при обнаружении затяжки детектором затяжки;
измерение последующего сопротивления электрического нагревателя в пределах заданного интервала времени после начала подачи питания от блока питания на электрический нагреватель;
определение разности между последующим сопротивлением и начальным сопротивлением;
сравнение разности между последующим сопротивлением и начальным сопротивлением по меньшей мере с одним из максимального порогового значения и минимального порогового значения, хранящихся в запоминающем устройстве;
определение наличия неблагоприятного условия, если разность больше, чем максимальное пороговое значение, или меньше, чем минимальное пороговое значение; и
ограничение питания, подаваемого на электрический нагреватель во время затяжки, если определено наличие неблагоприятного условия, или предотвращение подачи питания на электрический нагреватель в течение оставшейся части затяжки, если определено наличие неблагоприятного условия.
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает:
определение, когда электрическая схема соединена с электрическим нагревателем; и
измерение начального сопротивления электрического нагревателя в пределах заданного интервала времени после соединения с электрическим нагревателем.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения предлагается способ обнаружения несовместимого или поврежденного нагревателя электрически управляемой системы, генерирующей аэрозоль, такой как электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль, согласно первому аспекту, или электрически управляемого устройства, генерирующего аэрозоль, такого как электрически управляемое устройство, генерирующее аэрозоль, согласно третьему аспекту, причем система или устройство содержат электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, причем способ включает:
подачу питания на электрический нагреватель;
измерение начального электрического сопротивления электрического нагревателя;
измерение последующего электрического сопротивления электрического нагревателя после измерения начального электрического сопротивления;
определение разности между начальным электрическим сопротивлением и последующим электрическим сопротивлением;
определение несовместимого или поврежденного нагревателя, когда определенная разность между последующим электрическим сопротивлением и начальным электрическим сопротивлением больше, чем максимальное пороговое значение, или меньше, чем минимальное пороговое значение, или когда разность достигает порогового значения, сохраненного в запоминающем устройстве, за пределами ожидаемого интервала времени.
Способ может включать предотвращение подачи питания на электрический нагреватель или предоставление индикации до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль, если определено, что нагреватель является несовместимым нагревателем.
Способ может дополнительно включать измерение начального сопротивления нагревателя или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя в течение заданного интервала времени после подачи питания на нагреватель, сравнение начального сопротивления нагревателя или начальной скорости изменения сопротивления нагревателя с диапазоном допустимых значений, и если начальное сопротивление или начальная скорость изменения сопротивления выходит за пределы диапазона допустимых значений, то предотвращение подачи питания на электрический нагреватель или предоставление индикации до тех пор, пока не будет заменен нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль.
Заданный интервал времени может быть коротким интервалом времени и может составлять от 50 мс до 200 мс. Для нагревателя, содержащего сетчатый нагревательный элемент, заданный интервал времени может составлять приблизительно 100 мс. Предпочтительно заданный интервал времени составляет от 50 мс до 150 мс.
Определение начальной скорости изменения сопротивления в течение заданного интервала времени может быть достигнуто путем получения нескольких результатов измерения сопротивления в разные моменты времени в течение заданного интервала времени и вычисления скорости изменения сопротивления на основании нескольких результатов измерения сопротивления.
Способ может дополнительно включать обнаружение момента, когда нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль, вставлены в систему. Способ может быть выполнен сразу после обнаружения того, что нагреватель или субстрат, образующий аэрозоль, был вставлен в систему.
Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения предлагается компьютерный программный продукт, непосредственно загружаемый во внутреннее запоминающее устройство микропроцессора, содержащего части кода программного обеспечения для выполнения этапов согласно пятому или шестому аспекту, когда указанный продукт запущен на микропроцессоре в электрически управляемой системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и блок питания для подачи питания на электрический нагреватель, причем микропроцессор соединен с электрическим нагревателем и блоком питания.
Компьютерный программный продукт может быть предоставлен в виде загружаемого фрагмента программного обеспечения или записан на машиночитаемый носитель данных.
Согласно восьмому аспекту предлагается машиночитаемый носитель данных, на котором хранится компьютерная программа согласно седьмому аспекту.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта изобретения, могут быть применены к другим аспектам настоящего изобретения. В частности, признаки, описанные в отношении первого аспекта, могут быть применимы ко второму, третьему и четвертому аспектам настоящего изобретения. Признаки, описанные в отношении первого, второго, третьего и четвертого аспектов настоящего изобретения, также могут быть применены к пятому, шестому и седьмому аспектам настоящего изобретения.
Далее настоящее изобретение будет описано лишь на примере, со ссылками на сопроводительные графические материалы, где:
на фиг. 1a-1d показаны схематические иллюстрации системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа для использования в системе, показанной на фиг. 1a-1d;
на фиг. 3 показан подробный вид нитей нагревателя, на котором показан мениск жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями;
на фиг. 4 показана схематическая иллюстрация изменения сопротивления нагревателя во время затяжки пользователя;
на фиг. 5 показана электрическая принципиальная схема, на которой показано, как можно измерить сопротивление нагревательного элемента;
на фиг. 6 показан способ управления после обнаружения неблагоприятного условия;
на фиг. 7 показана схематическая иллюстрация первой альтернативной системы, генерирующей аэрозоль;
на фиг. 8 показана схематическая иллюстрация второй альтернативной системы, генерирующей аэрозоль; и
на фиг. 9 показана блок-схема, иллюстрирующая способ обнаружения неразрешенного, поврежденного или несовместимого нагревателя.
На фиг. 1a-1d показаны схематические иллюстрации электрически нагреваемой системы, генерирующей аэрозоль, содержащей картридж, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1a показан схематический вид устройства 10, генерирующего аэрозоль, и отдельного картриджа 20, которые вместе образуют электрически нагреваемую систему, генерирующую аэрозоль.
Картридж 20 содержит субстрат, образующий аэрозоль, и выполнен с возможностью помещения в полость 18 внутри устройства. Картридж 20 должен быть выполнен с возможностью замены пользователем, если субстрат, образующий аэрозоль, предоставленный в картридже, исчерпан. На фиг. 1a показан картридж 20 сразу перед вставкой в устройство, при этом стрелка 1, показанная на фиг. 1a, указывает на направление вставки картриджа.
Устройство 10, генерирующее аэрозоль, является портативным и имеет размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Устройство 10 содержит главную часть 11 и мундштучную часть 12. Главная часть 11 содержит батарею 14, такую как литий-железо-фосфатная батарея, электрическую схему 16 и полость 18. Электрическая схема 16 содержит программируемый микропроцессор. Мундштучная часть 12 соединена с главной частью 11 посредством шарнирного соединения 21 и может перемещаться между открытым положением, как показано на фиг. 1, и закрытым положением, как показано на фиг. 1d. Мундштучную часть 12 располагают в открытом положении, чтобы обеспечить вставку и извлечение картриджей 20, и располагают в закрытом положении, когда система должна использоваться для генерирования аэрозоля. Мундштучная часть содержит множество впускных отверстий 13 для воздуха и выпускное отверстие 15. При использовании пользователь делает затяжку со стороны выпускного отверстия для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 13 для воздуха через мундштучную часть в выпускное отверстие 15 и впоследствии в рот или легкие пользователя. Внутренние перегородки 17 предоставлены для того, чтобы вынуждать воздух протекать через мундштучную часть 12 мимо картриджа.
Полость 18имеет круглое поперечное сечение и такой размер, чтобы вмещать корпус 24 картриджа 20. Электрические соединители 19 предоставлены по сторонам полости 18 для предоставления электрического соединения между управляющей электроникой 16 и батареей 14 и соответствующими электрическими контактами на картридже 20.
На фиг. 1b показана система, показанная на фиг. 1a, со вставленным в полость 18 картриджем и удаленным покрытием 26. В этом положении электрические соединители прижимаются к электрическим контактам на картридже.
На фиг. 1c показана система, показанная на фиг. 1b, с полностью удаленным покрытием 26 и перемещенной в закрытое положение мундштучной частью 12.
На фиг. 1d показана система, показанная на фиг. 1c, с находящейся в закрытом положении мундштучной частью 12. Мундштучная часть 12 удерживается в закрытом положении механизмом фиксации. Мундштучная часть 12 в закрытом положении удерживает картридж в электрическом контакте с электрическими соединителями 19 таким образом, что при использовании поддерживается хорошее электрическое соединение независимо от ориентации системы.
На фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа 20. Картридж 20 содержит, в целом, круглый цилиндрический корпус 24, который имеет размер и форму, выбранные для помещения в полость 18. Корпус содержит капиллярный материал 27, 28, который пропитан жидким субстратом, образующим аэрозоль. В данном примере субстрат, образующий аэрозоль, содержит 39% по весу глицерина, 39% по весу пропиленгликоля, 20% по весу воды и ароматизаторов и 2% по весу никотина. Капиллярный материал является материалом, который активно передает жидкость от одного конца к другому, и может быть изготовлен из любого подходящего материала. В данном примере капиллярный материал образован из полиэфира.
Корпус имеет открытый конец, к которому прикреплен нагреватель в сборе 30. Нагреватель в сборе 30 содержит субстрат 34, имеющий отверстие 35, образованное в нем, пару электрических контактов 32, прикрепленных к субстрату и отделенных друг от друга зазором 33, и множество электрически проводящих нитей 36 нагревателя, заполняющих отверстие и прикрепленных к электрическим контактам на противоположных сторонах отверстия 35.
Нагреватель в сборе 30 покрыт съемным покрытием 26. Покрытие содержит непроницаемый для жидкости лист пластмассы, который приклеен к нагревателю в сборе, но который может быть легко снят. Выступ предоставлен на стороне покрытия для обеспечения пользователю возможности взяться за покрытие при его снятии. Теперь специалисту в данной области техники будет очевидно, что, несмотря на то, что приклеивание описано в качестве способа крепления непроницаемого листа пластмассы к нагревателю в сборе, могут быть использованы другие способы, известные специалистам в данной области техники, включая термосварку или ультразвуковую сварку, при условии, что покрытие может быть легко удалено потребителем.
Картридж по фиг. 2 содержит два отдельных капиллярных материала 27, 28. Диск первого капиллярного материала 27 предоставлен для контакта с нагревательным элементом 36, 32 при использовании. Большая часть второго капиллярного материала 28 предоставлена на противоположной стороне первого капиллярного материала 27 относительно нагревателя в сборе. Как первый капиллярный материал, так и второй капиллярный материал удерживают жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Первый капиллярный материал 27, который находится в контакте с нагревательным элементом, имеет более высокую температуру термического разложения (по меньшей мере 160°C или выше, такую как приблизительно 250°C), чем второй капиллярный материал 28. Первый капиллярный материал 27 эффективно действует как разделитель, отделяющий нагревательный элемент 36, 32 от второго капиллярного материала 28, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих его температуру термического разложения. Перепад температур в первом капиллярном материале таков, что второй капиллярный материал подвергается воздействию температур ниже его температуры теплового разложения. Второй капиллярный материал 28 может быть выбран таким образом, чтобы обладать лучшими капиллярными свойствами, чем первый капиллярный материал 27, обладать способностью удерживать больше жидкости на единицу объема, чем первый капиллярный материал, и быть дешевле первого капиллярного материала. В данном примере первый капиллярный материал представляет собой теплостойкий материал, такой как стекловолокно или материал, содержащий стекловолокно, и второй капиллярный материал представляет собой полимер, такой как подходящий капиллярный материал. Приведенные в качестве примера подходящие капиллярные материалы включают капиллярные материалы, рассмотренные в данном документе, и в альтернативных вариантах осуществления могут включать полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полиэтилентерефталат (PET).
Капиллярный материал 27, 28 преимущественно ориентирован в корпусе 24 таким образом, чтобы передавать жидкость в нагреватель в сборе 30. Когда картридж собран, нити 36, 37, 38 нагревателя могут находиться в контакте с капиллярным материалом 27, и поэтому субстрат, образующий аэрозоль, может быть непосредственно передан в сетчатый нагреватель. На фиг. 3 показан подробный вид нитей 36 нагревателя в сборе, на котором показан мениск 40 жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями 36 нагревателя. Как показано, субстрат, образующий аэрозоль, находится в контакте с большей частью поверхности каждой нити, так что большая часть тепла, сгенерированного нагревателем в сборе, проходит непосредственно в субстрат, образующий аэрозоль.
Таким образом, при нормальной работе жидкий субстрат, образующий аэрозоль, контактирует с большой частью поверхности нитей 36 нагревателя. Однако, когда большая часть жидкого субстрата в картридже была использована, в нити нагревателя будет доставляться меньше жидкого субстрата, образующего аэрозоль. При меньшем количестве жидкости для испарения энтальпией испарения поглощается меньше энергии, и больше энергии, подаваемой на нити нагревателя, направляется на повышение температуры нагревательных нитей. Так как нагревательный элемент высыхает, скорость повышения температуры нагревательного элемента при заданном подаваемом питании будет возрастать. Нагревательный элемент может высыхать, потому что субстрат, образующий аэрозоль, в картридже почти израсходован, или потому что пользователь выполняет очень продолжительные или очень частые затяжки, и жидкость не может доставляться к нитям нагревателя так же быстро, как испаряется.
При использовании нагреватель в сборе работает за счет резистивного нагрева. Ток проходит через нити 36 под управлением управляющей электроники 16 для нагрева нитей до требуемого температурного диапазона. Сетка или матрица нитей имеет значительно более высокое электрическое сопротивление, чем электрические контакты 32 и электрические соединители 19, так что высокие температуры локализуются на нитях. В этом примере система выполнена с возможностью генерирования тепла за счет подачи электрического тока в нагреватель в сборе в ответ на затяжку пользователя. В другом варианте осуществления система может быть выполнена с возможностью непрерывного генерирования тепла, когда устройство находится в состоянии «включено». Различные материалы для нитей могут подходить для различных систем. Например, в системе с непрерывным нагревом подходящими являются нити из Ni-Cr, поскольку они имеют относительно низкую удельную теплоемкость и совместимы с нагревом с использованием низкого тока. В системе, активируемой при затяжке, в которой тепло генерируется кратковременными вспышками с использованием импульсов высокого тока, нити из нержавеющей стали, имеющие высокую удельную теплоемкость, могут являться более подходящими.
Система содержит датчик затяжки, выполненный с возможностью обнаружения момента, когда пользователь втягивает воздух через мундштучную часть. Датчик затяжки (не изображен) соединен с управляющей электроникой 16, и управляющая электроника 16 выполнена с возможностью подачи тока на нагреватель в сборе 30 только при определении того, что пользователь осуществляет затяжку из устройства. Любой подходящий датчик потока воздуха может использоваться как датчик затяжки, например, микрофон или датчик давления.
Чтобы обнаружить это увеличение скорости изменения температуры, электрическая схема 16 выполнена с возможностью измерения электрического сопротивления нитей нагревателя. Нити нагревателя в этом примере выполнены из нержавеющей стали и имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Это означает, что при повышении температуры нитей нагревателя возрастает их электрическое сопротивление. Следует понимать, что в других вариантах осуществления нити нагревателя могут быть выполнены из материала, имеющего отрицательный коэффициент сопротивления, вследствие чего, при повышении температуры нитей нагревателя их электрическое сопротивление снижается.
1
1
P
0
1
1
2
1
2
1
На фиг. 4 показана схематическая иллюстрация изменения сопротивления нагревателя во время затяжки пользователя. Ось x представляет собой время после первоначального обнаружения затяжки пользователя и результирующей подачи питания на нагреватель. Ось y представляет собой электрическое сопротивление нагревателя в сборе. Можно видеть, что нагреватель в сборе обладает начальным сопротивлением R до того, как происходит любой нагрев. R состоит из паразитного сопротивления R, обусловленного электрическими контактами 32 и электрическими соединителями 19 и контактом между ними, и сопротивления нитей нагревателя R. При подаче питания на нагреватель во время затяжки пользователя, температура нагревательных нитей повышается, и поэтому электрическое сопротивление нагревательных нитей увеличивается. Как изображено, в момент времени t, после прохождения интервала времени Δt от подачи питания на нагреватель от блока питания, сопротивление нагревателя в сборе составляет R. Таким образом, изменение электрического сопротивления нагревателя в сборе от начального сопротивления до сопротивления в момент времени t составляет ΔR=R-R.
P
P
P
В этом примере предполагается, что паразитное сопротивление R не изменяется, когда нити нагревателя нагреваются. Это связано с тем, что R обусловлено ненагретыми компонентами, такими как электрические контакты 32 и электрические соединители 19. Значение R считается одинаковым для всех картриджей, и значение сохраняется в запоминающем устройстве электрической схемы.
1
2
1
max
Для обнаружения быстрого увеличения температуры нитей нагревателя, указывающего на сухое состояние на нитях нагревателя, можно отслеживать изменение сопротивления нитей нагревателя. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения изменения сопротивления путем определения разности между результатами измерения начального электрического сопротивления R нитей нагревателя перед подачей питания на нагревательные элементы, другими словами, перед затяжкой, и результатами измерения электрического сопротивления R нитей нагревателя после прохождения заданного интервала времени Δt, после которого питание подается на нити нагревателя. В дополнение, электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения того, является ли изменение сопротивления указанием неприемлемо быстрого увеличения температуры, путем сравнения разности ΔR с заданным максимальным пороговым значением ΔR.
2
1
max
1
1ref
R и R - измеренные значения, а ΔR хранится в запоминающем устройстве. В идеале значение R измеряется до того, как произойдет нагрев, другими словами, перед первой активацией нагревателя. Это начальное измеренное значение может использоваться для всех последующих затяжек, чтобы избежать любой ошибки, возникающей из-за остаточного тепла от предыдущих затяжек. Таким образом, начальное измеренное электрическое сопротивление перед нагревом обозначается как R.
1ref
1
1ref
1ref
R может измеряться только один раз для каждого картриджа, и для определения того, когда вставлен новый картридж, используется система обнаружения, или R может измеряться каждый раз при включении системы. Однако предпочтительно электрическая схема выполнена с возможностью периодического получения обновленных результатов измерения R после прохождения заданных интервалов времени, в течение которых питание не подается на нити нагревателя. Заданный интервал времени составляет, как правило, 3 минуты, но может быть любым подходящим периодом времени, необходимым для охлаждения нитей нагревателя от их рабочей температуры обратно до комнатной температуры. Периодические обновления R могут обеспечивать повторную калибровку электрической схемы для компенсации изменений температуры окружающего воздуха и изменений состояния нитей нагревателя.
В этом примере программное обеспечение, запущенное на микропроцессоре в электрической схеме, выполняет следующее сравнение для определения неблагоприятного условия:
2
1ref
max
(1)
Если R> R+ΔR, то на нагревателе сухое состояние
min
1
2
1ref
min
Аналогичным образом могут быть обнаружены другие неблагоприятные условия, кроме сухого состояния нагревателя. Например, если в системе используется картридж, содержащий нагреватель, выполненный из материала, имеющего другой температурный коэффициент сопротивления, электрическая схема может обнаружить это и может быть выполнена с возможностью не подавать питание на него. В настоящем примере нити нагревателя выполнены из нержавеющей стали. Картридж, содержащий нагреватель, выполненный из Ni-Cr, будет иметь более низкий температурный коэффициент сопротивления, что означает, что его сопротивление будет расти медленнее при повышении температуры. Таким образом, в запоминающем устройстве электрической схемы может храниться минимальное пороговое значение сопротивления ΔR, которое соответствует самому медленному повышению температуры в интервал времени Δt, ожидаемому для нагревательного элемента из нержавеющей стали. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, соответствующего неразрешенному картриджу, находящемуся в системе, если изменение сопротивления между R и R меньше, чем минимальное пороговое значение ΔR.
2
1ref
1ref
Таким образом, система может быть выполнена с возможностью сравнения разности между R и R с сохраненным верхним пороговым значением и сохраненным нижним пороговым значением для определения неблагоприятных условий. R также можно сравнить с пороговым значением или пороговыми значениями, чтобы проверить, что оно находится в ожидаемом диапазоне. Может быть даже более одного верхнего сохраненного порогового значения, и при этом выполняются разные действия в зависимости от того, какое верхнее пороговое значение превышено. Например, если превышено самое верхнее пороговое значение, схема может предотвратить дальнейшую подачу питания до замены нагревателя и/или субстрата. Это может указывать на полное исчерпание субстрата, или на повреждение, или несовместимый нагреватель. Нижнее пороговое значение может использоваться для определения того, когда субстрат почти исчерпан. Если это нижнее пороговое значение превышено, но верхнее пороговое значение не превышено, тогда схема может просто предоставить индикацию, например, светящийся светодиод, показывающий, что в скором времени потребуется замена субстрата.
1ref
2
Разность между R и R может постоянно отслеживаться, чтобы определить, достаточно ли нагреватель охлаждается между затяжками. Если разность не опускается ниже порогового значения охлаждения между затяжками, так как пользователь затягивается очень часто, электрическая схема может предотвратить или ограничить подачу питания на нагреватель до тех пор, пока разность не опустится ниже порогового значения охлаждения. В качестве альтернативы может быть проведено сравнение между максимальным значением разности во время затяжки и минимальным значением для разности после затяжки, чтобы определить, происходит ли достаточное охлаждение.
1
2
1ref
2
Кроме того, разность между R и R может постоянно отслеживаться и момент времени, в котором она достигает порогового значения, сравнивается с временным пороговым значением. Если разность между R и R достигает порогового значения намного быстрее или медленнее, чем ожидалось, то это может указывать на неблагоприятное условие, такое как несовместимый нагреватель. Скорость изменения также может быть определена и сравнена с пороговым значением. Если разность возрастает очень быстро или очень медленно, это может указывать на неблагоприятное условие. Эти методики могут обеспечить возможность очень быстрого обнаружения несовместимых нагревателей.
V2
R
V2
r
V1
R
нагреватель
нагреватель
На фиг. 5 показана принципиальная электрическая схема, на которой показано, как можно измерить сопротивление нагревательного элемента. На фиг. 5 нагреватель 501 соединен с батареей 503, которая предоставляет напряжение .  - сопротивление нагревателя, которое должно быть измерено в определенное время.Последовательно с нагревателем 501 в промежутке между землей и напряжением  вставлен добавочный резистор 505 с известным сопротивлением , соединенный с напряжением . Для того чтобы микропроцессор 507 мог измерить сопротивление  нагревателя 501, могут быть определены как ток через нагреватель 501, так и напряжение на нагревателе 501. Тогда для определения сопротивления можно использовать следующую хорошо известную формулу:
(2)
V2-V1
I
На фиг. 5 напряжение на нагревателе составляет , а ток через нагреватель равен . Таким образом:
(3)
(2)
Добавочный резистор 505, чье сопротивление r известно, используется для определения тока I, снова используя уравнение , приведенное выше. Ток через резистор 505 равен I, а напряжение на резисторе 505 равно V1. Таким образом:
(4)
(5)
(6)
Итак, объединение  и  дает:
(5)
V2
V1
r
R
нагреватель
Таким образом, микропроцессор 507 может измерять  и , по мере того, как используется система, генерирующая аэрозоль, и, зная значение , может определять сопротивление нагревателя  в разные моменты времени.
Электрическая схема может управлять подачей питания на нагреватель несколькими разными способами после обнаружения неблагоприятного условия. В качестве альтернативы или в дополнение электрическая схема может просто предоставить индикацию пользователю, что было обнаружено неблагоприятное условие. Система может содержать светодиод или дисплей или может содержать микрофон, и эти компоненты могут использоваться для выдачи пользователю предупреждения о неблагоприятном условии.
1
2
3
4
1
2
3
4
max
На фиг. 6 показан способ управления для системы, активируемой при затяжке, согласно настоящему изобретению. На фиг. 6 показаны четыре следующие друг за другом затяжки, P, P, P и P. Первая затяжка P представляет собой нормальную затяжку, при которой отсутствует аномальное условие. Все три последующие затяжки P, P и P представляют собой аномальные затяжки, которые превышают верхнее пороговое значение ΔR.
1
1
1
1
1ref
2
3
4
1
1
1ref
2
1
3
затяжка
Каждая затяжка обнаружена в момент времени t, в который питание подается на нити нагревателя. Сопротивление нитей нагревателя в момент времени t показано как R. Начальное сопротивление R нитей нагревателя для первой затяжки P1 равно начальному эталонному сопротивлению R, которое было измерено перед началом нагрева. Последующие аномальные затяжки P, P и P демонстрируют начальное сопротивление R в момент времени t, которое выше начального эталонного сопротивления R. Это указывает, что у нитей нагревателя не было достаточно времени для охлаждения обратно до комнатной температуры между затяжками. Сопротивление нитей нагревателя измеряется в момент времени t, после прохождения заданного интервала времени Δt после обнаружения затяжки. Каждая затяжка заканчивается в момент времени t и длится в течение общего интервала времени Δt.
h
2
3
4
В способе управления на фиг. 6 электрическая схема прекращает подачу питания на нагреватель, как только будет определено, что верхнее пороговое значение превышено, до тех пор, пока пользователь не закончит затяжку. Это показано в момент времени t для второй, третьей и четвертой затяжек P, P и P. Это может быть полезным для предотвращения слишком высокой температуры нагревателя, даже если пользователь слишком сильно затягивается. Помимо прекращения питания, может быть предоставлена индикация того, что достигнуто пороговое значение.
3
4
max
Когда обнаруживается новая затяжка пользователя, питание снова подается на нагреватель. Это показано для затяжек P и P. Одиночный случай превышения верхнего порогового значения может быть результатом очень продолжительной затяжки пользователя, но несколько последовательных затяжек, во время которых превышается верхнее пороговое значение, более вероятно будут результатом того, что картридж становится пустым. Таким образом, в этом примере, если ΔR превышает верхнее пороговое значение ΔR в течение конкретного количества следующих друг за другом затяжек, как правило, 3 затяжек, картридж отключается за счет обеспечения перегорания плавкого предохранителя в картридже. Следует понимать, что картридж может быть отключен другими способами, например, электрическая схема может блокировать подачу дополнительного питания на нити нагревателя до тех пор, пока картридж не будет заменен или повторно заполнен, или пока пользователь не выполнит операцию сброса.
В большинстве вариантов осуществления картриджи могут быть извлечены из устройств. Пользователь может извлекать картридж из устройства, когда в картридже закончился жидкий субстрат, образующий аэрозоль, чтобы утилизировать или повторно заполнить картридж. Пользователь также может извлекать картридж, который является частично пустым и все еще содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль.
1ref
Пользователь может вставлять использованный картридж в устройство. Например, пользователь может вставлять повторно заполненный или частично пустой картридж в устройство. Когда пользователь вставляет недавно использованный картридж в устройство, у нагревателя может не быть достаточно времени, чтобы охладиться до комнатной температуры после предыдущего использования. Если электрическая схема устройства измеряет начальное сопротивление R нитей нагревателя, когда нити нагревателя все еще горячие, это может исказить определение неблагоприятных условий электрической схемой, а также может привести к нагреву нитей нагревателя до нежелательной температуры.
1ref
Таким образом, электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения того, является ли стабильной температура нагревателя недавно вставленного картриджа. Другими словами, электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения того, имеет ли нагреватель недавно вставленного картриджа пониженную температуру, как правило, комнатную температуру. Это может по существу предотвращать или препятствовать измерению электрической схемой начального сопротивления R нитей нагревателя, когда нити нагревателя являются горячими.
В большинстве вариантов осуществления электрическая схема выполнена с возможностью определения, когда картридж размещен в устройстве. Таким образом, электрическая схема выполнена с возможностью определения, когда картридж извлечен из устройства и когда картридж вставлен в устройство.
p1
p2
2
Когда электрическая схема определяет, что картридж вставлен в устройство, электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения предварительного сопротивления R нитей нагревателя. Электрическая схема также может быть выполнена с возможностью измерения последующего предварительного сопротивления R нитей нагревателя после прохождения заданного интервала времени ΔT, как правило, составляющего от приблизительно 1 с до приблизительно 2 с.
p
p1
p2
p
p
p
2
p
pmin
p
pmin
В этом случае электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения разности ΔR между измеренными предварительными сопротивлениями R, R. Если температура нитей нагревателя является стабильной, разность величин ǀΔRǀ должна быть небольшой или нулевой. Однако если величина разности ǀΔRǀ является относительно большой, это указывает, что температура нитей нагревателя не является стабильной. Если разность ǀΔRǀ является относительно большой, это указывает, что нити нагревателя являются горячими и охлаждаются за интервал времени ΔT. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью сравнения разности ΔR с минимальным пороговым значением ΔR и определения того, является ли температура нитей нагревателя стабильной, на основании сравнения. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения того, что температура нитей нагревателя не является стабильной, если разность ǀΔRǀ больше, чем минимальное пороговое значение ΔR. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью выполнения следующего сравнения:
p2
p1
pmin
(6)
Если ǀR- Rǀ > ΔR, то температура нагревателя не является стабильной, ,
p2
p1
pmin
где R и R - измеренные значения, а ΔR хранится в запоминающем устройстве.
p
pmin
p
pmin
Также следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления электрическая схема может быть выполнена с возможностью сравнения величины разности ǀΔRǀ с минимальным пороговым значением ΔR. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения того, что температура нитей нагревателя не является стабильной, если величина разности ǀΔRǀ больше, чем минимальное пороговое значение ΔR.
1ref
p2
p
p1
p
pmin
Если электрическая схема определяет, что температура нитей нагревателя не является стабильной, электрическая схема может предотвращать подачу питания на нити нагревателя и может не измерять и не сохранять начальное сопротивление R. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью периодического или непрерывного измерения последующего предварительного сопротивления R, определения разности ΔR с начальным предварительным сопротивлением R и сравнения разности ΔR с минимальным пороговым значением ΔR до тех пор, пока разность не будет находиться на ожидаемом уровне для нитей нагревателя при стабильной температуре, которая близка к нулю насколько это возможно.
1ref
Если электрическая схема определяет, что температура нитей нагревателя является стабильной, электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения начального эталонного сопротивления R и выполнения обычных процессов, описанных выше.
p1
p
p1
1ref
Также следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления электрическая схема может быть выполнена с возможностью периодического измерения одного предварительного сопротивления R после вставки нового картриджа и определения разности ΔR между предварительным сопротивлением R и предыдущим эталонным сопротивлением R, которое было измерено и сохранено для предыдущего картриджа, перед извлечением предыдущего картриджа.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на систему на основе картриджа с сетчатым нагревателем, такие же способы обнаружения неблагоприятных условий можно использовать в других системах, генерирующих аэрозоль.
На фиг. 7 проиллюстрирована альтернативная система, которая также использует жидкий субстрат и капиллярный материал в соответствии с настоящим изобретением. Электрически нагреваемая система 100, генерирующая аэрозоль, показанная на фиг. 7, содержит корпус 101, имеющий мундштучный конец 103 и конец 105 главной части. На конце главной части предусмотрен электрический блок питания в виде батареи 107 и электрическая схема 109. Совместно с электрической схемой 109 также предоставлена система 111 обнаружения затяжки. На мундштучном конце предоставлена часть для хранения жидкости в виде картриджа 113, содержащего жидкость 115, капиллярный фитиль 117 и нагреватель 119. Следует обратить внимание, что на фиг. 7 нагреватель показан только схематически. Один конец капиллярного фитиля 117 проходит в картридж 113, а другой конец капиллярного фитиля 117 окружен нагревателем 119. Нагреватель соединен с электрической схемой посредством соединений 121, которые могут проходить вдоль наружной стороны картриджа 113 (не показано на фиг. 7). Корпус 101 также содержит впускное отверстие 123 для воздуха, выпускное отверстие 125 для воздуха на мундштучном конце и камеру 127 для образования аэрозоля.
При использовании работа происходит следующим образом. Жидкость 115 передается за счет капиллярного действия из картриджа 113 с конца фитиля 117, который проходит в картридж, на другой конец фитиля, который окружен нагревателем 119. Когда пользователь затягивается через систему, генерирующую аэрозоль, на выпускном отверстии 125 для воздуха, окружающий воздух втягивается через впускное отверстие 123 для воздуха. При компоновке, показанной на фиг. 7, система 111 обнаружения затяжки обнаруживает затяжку и активирует нагреватель 119. Батарея 107 подает электрическую энергию на нагреватель 119 для нагрева конца фитиля 117, окруженного нагревателем. Жидкость на этом конце фитиля 117 испаряется нагревателем 119 для создания перенасыщенного пара. В то же время испаряемая жидкость заменяется другой жидкостью, движущейся по фитилю 117 за счет капиллярного действия. Полученный перенасыщенный пар смешивается с потоком воздуха и перемещается в нем из впускного отверстия 123 для воздуха. В камере 127 для образования аэрозоля пар конденсируется с образованием вдыхаемого аэрозоля, который переносится к выпускному отверстию 125 и в рот пользователя.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 7, электрическая схема 109 и система 111 обнаружения затяжки являются программируемыми, как в варианте осуществления, показанном на фиг. 1a-1d.
Капиллярный фитиль может быть выполнен из разных пористых или капиллярных материалов и предпочтительно имеет известную заданную капиллярность. Примеры включают материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков. Для соответствия разным физическим свойствам жидкости, таким как плотность, вязкость, поверхностное натяжение и давление пара, могут использоваться фитили разной пористости. Фитиль должен быть подходящим, чтобы необходимое количество жидкости могло быть доставлено в нагреватель, когда часть для хранения жидкости содержит достаточно жидкости.
Нагреватель содержит по меньшей мере одну нагревательную проволоку или нить, проходящую вокруг капиллярного фитиля.
Как и в системе, описанной со ссылкой на фиг. 1-3, капиллярный материал, образующий фитиль, может высыхать вблизи нагревательной проволоки, если жидкость в картридже израсходована или если пользователь выполняет очень продолжительные глубокие затяжки. Таким же образом, как описано со ссылкой на систему на фиг. 1-3, изменение сопротивления нагревательной проволоки во время первой части каждой затяжки может быть использовано для определения наличия неблагоприятного условия, такого как сухой фитиль.
Система типа, проиллюстрированного на фиг. 7, может иметь значительные различия в сопротивлении нагревателя, даже между картриджами того же типа, из-за различий длины нагревательной проволоки, обернутой вокруг фитиля. Настоящее изобретение является особенно преимущественным, так как не требует, чтобы электрическая схема сохраняла максимальное значение сопротивления нагревателя в качестве порогового значения; вместо этого используется увеличение сопротивления относительно начального измеренного сопротивления.
На фиг. 8 проиллюстрирована еще одна система, генерирующая аэрозоль, которая может осуществлять настоящее изобретение. Вариант осуществления на фиг. 8 представляет собой электрически нагреваемое табачное устройство, в котором нагревается, но не сжигается, твердый субстрат на основе табака для получения аэрозоля для вдыхания. На фиг. 8 компоненты устройства 700, генерирующего аэрозоль, показаны упрощенным образом и вычерчены не в масштабе. Элементы, которые не являются существенными для понимания данного варианта осуществления, для упрощения фиг. 8 были опущены.
Электрически нагреваемое устройство 200, генерирующее аэрозоль, содержит корпус 203 и субстрат 210, образующий аэрозоль, например сигарету. Субстрат 210, образующий аэрозоль, проталкивают внутрь полости 205, образованной корпусом 203, для термического соприкосновения с нагревателем 201. Субстрат 210, образующий аэрозоль, высвобождает ряд летучих соединений при разных температурах. Управляя рабочей температурой электрически нагреваемого устройства 200, генерирующего аэрозоль, так, чтобы она была ниже температуры высвобождения некоторых из летучих соединений, можно избежать высвобождения или образования составляющих дыма.
Внутри корпуса 203 имеется электрический блок 207 питания, например перезаряжаемая литий-ионная батарея. Электрическая схема 209 соединена с нагревателем 201 и электрическим блоком 207 питания. Электрическая схема 209 управляет питанием, подаваемым на нагреватель 201, для регулирования его температуры. Детектор 213 образования аэрозоля может обнаруживать присутствие и идентичность субстрата 210, образующего аэрозоль, в термическом соприкосновении с нагревателем 201 и сигнализирует о наличии субстрата 210, образующего аэрозоль, в электрическую схему 209. Предоставление детектора субстрата является необязательным. Датчик 211 воздушного потока предоставлен внутри корпуса и соединен с электрической схемой 209 для определения скорости воздушного потока через устройство.
В описанном варианте осуществления нагреватель 201 представляет собой электрически резистивную дорожку или дорожки, нанесенные на керамическую подложку. Керамическая подложка имеет форму пластинки, и при использовании ее вставляют в субстрат 210, образующий аэрозоль. Нагреватель является частью устройства и может использоваться для нагрева многих разных субстратов. Однако нагреватель может быть заменяемым компонентом, а сменные нагреватели могут иметь разное электрическое сопротивление.
Система типа, описанного на фиг. 8, может быть системой с непрерывным нагревом, в которой температура нагревателя поддерживается на целевой температуре, пока система находится во включенном состоянии, или она может быть системой, активируемой затяжкой, с температурой нагревателя повышающейся за счет подачи большей мощности в интервалы, когда обнаруживается затяжка.
В случае системы, активируемой затяжкой, ее работа очень похожа на описанную со ссылкой на предыдущие варианты осуществления. Если субстрат является сухим в непосредственной близости от нагревателя, сопротивление нагревателя будет повышаться быстрее для данной подаваемой мощности, чем если бы субстрат все еще содержал вещества для образования аэрозоля, которые могут испаряться при относительно низкой температуре.
1
2
1
В случае системы с непрерывным нагревом сначала происходит падение температуры нагревателя при затяжке пользователя из системы из-за охлаждающего действия воздушного потока, прошедшего через нагреватель. Сопротивление нагревателя может быть измерено, когда впервые обнаруживается затяжка, и записано как R, а последующее сопротивление R, когда система возвращает нагреватель обратно к целевой температуре, может быть измерено после прохождения интервала времени Δt после обнаружения затяжки, таким же образом, как описано. Затем ΔR может быть вычислена, как описано выше, и сравнена с сохраненным пороговым значением, как описано выше, для определения того, является ли субстрат сухим вблизи нагревателя. Субстрат может быть сухим, потому что он был исчерпан при использовании, или потому что он старый или неправильно хранился, или потому что он является поддельным и имеет влажность, отличающуюся от подлинного субстрата, образующего аэрозоль.
Система на фиг. 8 содержит в электрической схеме 209 предупреждающий светодиод 215, который загорается при обнаружении неблагоприятного условия.
1ref
1
1
На фиг. 9 показана блок-схема, иллюстрирующая способ обнаружения неразрешенного, поврежденного или несовместимого нагревателя. На первом этапе 300 обнаруживают введение в устройство картриджа, содержащего нагреватель. Затем на этапе 300 измеряют электрическое сопротивление нагревателя R. Это происходит в заданный интервал времени после подачи питания на нагреватель, например 100 мс. На этапе 320 измеренное сопротивление R сравнивают с диапазоном ожидаемых или допустимых сопротивлений. Диапазон допустимых сопротивлений учитывает производственные допуски и различия между подлинными нагревателями и субстратами. Если R находится за пределами ожидаемого диапазона, то способ переходит к этапу 330, на котором предоставляют индикацию, такую как звуковой сигнал, и предотвращают подачу питания на нагреватель, поскольку он считается несовместимым с устройством. Затем способ возвращается к этапу 300, ожидая обнаружение вставки нового картриджа.
1ref
В качестве альтернативы или в дополнение, для измерения начального сопротивления R на этапе 300 начальная скорость изменения сопротивления может быть измерена в течение заданного интервала времени, например 100 мс, после подачи питания на нагреватель. Это может быть сделано путем получения нескольких результатов измерения сопротивления в разные моменты времени в течение заданного интервала времени, а затем вычисления начальной скорости изменения сопротивления из нескольких результатов измерения сопротивления и моментов времени, в которые эти результаты измерения были получены. Точно так же, как конкретная конструкция нагревателя будет иметь начальное сопротивление в диапазоне допустимых значений, можно ожидать, что конкретная конструкция нагревателя будет иметь начальную скорость изменения сопротивления для данной подаваемой мощности в пределах допустимого диапазона скорости изменения значений сопротивления. Вычисленная начальная скорость изменения сопротивления может быть сравнена с допустимым диапазоном скорости изменения значений сопротивления, и если вычисленная скорость изменения сопротивления находится за пределами допустимого диапазона, то способ переходит к этапу 330.
1ref
1
1
Если на этапе 320 определяют, что R находится в диапазоне ожидаемого сопротивления, то способ переходит к этапу 340. На этапе 340 на нагреватель подают питание в течение интервала времени Δt, после чего вычисляют разность ΔR. Преимущественно Δt выбирают как короткий интервал времени, до значительного генерирования аэрозоля. На этапе 350 значение ΔR сравнивают с диапазоном ожидаемых или допустимых значений. Диапазон ожидаемых значений опять учитывает отклонения при изготовлении нагревателя и субстрата в сборе. Если значение ΔR выходит за пределы ожидаемого диапазона, нагреватель считается несовместимым, и способ переходит на этап 330, как описано выше, и затем возвращается к этапу 300. Если значение ΔR находится в ожидаемом диапазоне, то способ переходит к этапу 360, на котором на нагреватель подают питание, чтобы обеспечить возможность генерации аэрозоля по требованию пользователя.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на три разных типа электрически нагреваемых систем, генерирующих аэрозоль, должно быть ясно, что оно применимо к другим электрически нагреваемым системам, генерирующим аэрозоль.
Также должно быть ясно, что настоящее изобретение может быть осуществлено как компьютерный программный продукт для выполнения на программируемых контроллерах в существующих системах, генерирующих аэрозоль. Компьютерный программный продукт может быть предоставлен в виде загружаемого фрагмента программного обеспечения или на машиночитаемом носителе данных, например компакт-диске.
Вышеописанные приведенные в качестве примера варианты осуществления являются иллюстративными, а не ограничительными. Учитывая вышеописанные приведенные в качестве примера варианты осуществления, специалисту в данной области техники будут понятны другие варианты осуществления, соответствующие вышеописанным приведенным в качестве примера вариантам осуществления.