ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩАЙ АЭРОЗОЛЬ, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ПИТАНИЯ НА НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ И ВНУТРЕННЕЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО МИКРОПРОЦЕССОРА
ELECTRIC SYSTEM GENERATING AEROSOL, METHOD OF CONTROL OF POWER SUPPLY TO HEATING ELEMENT IN ELECTRIC SYSTEM AND INTERNAL MICROPROCESSOR STORAGE DEVICE

Настоящее изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль. В частности, настоящее изобретение относится к обнаружению сухого нагревательного элемента или другого нежелательного условия в системе, генерирующей аэрозоль.
В некоторых устройствах, генерирующих аэрозоль, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, доставляется из части для хранения жидкости к электрическому нагревательному элементу. При нагреве до целевой температуры субстрат, образующий аэрозоль, испаряется с образованием аэрозоля. Жидкий субстрат обычно доставляется к нагревательному элементу посредством фитиля. Когда количество субстрата, образующего аэрозоль, в фитиле израсходовано, нагревательный элемент может перегреваться, негативно воздействуя на качество аэрозоля. Это особенно важно в системах, генерирующих аэрозоль, которые выполнены с возможностью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем.
В WO2012/085203 раскрыта система, генерирующая аэрозоль, которая отслеживает повышение температуры на нагревательном элементе, причем быстрое повышение температуры нагревателя указывает на высыхание в фитиле. Конкретнее, система сравнивает скорость повышения температуры с пороговым значением, сохраняемым в запоминающем устройстве. Если скорость повышения температуры превышает пороговое значение, то система прекращает подачу питания на нагревательный элемент. Устройство, раскрытое в WO2012/085203, отслеживает температуру нагревателя на основе электрического сопротивления нагревателя и тем самым устраняет потребность в специальном датчике температуры.
В WO2016/1050922 и WO2018/019533 раскрыты более сложные способы обнаружения израсходования субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательном элементе. В WO2016/1050922 описана система, которая основана на соотношении или процентах изменения электрического сопротивления в отношении заданного начального электрического сопротивления. Начальное электрическое сопротивление учитывает паразитное сопротивление, возникающее вследствие наличия вспомогательных компонентов, таких как электрические контакты и соединения, а также электрического сопротивления нагревательного элемента перед нагревом. Это приводит к более точному и чувствительному обнаружению израсходования субстрата. В WO2018/019533 раскрыта система, не учитывающая начального нагревательного сопротивления. Скорее, она измеряет абсолютное увеличение электрического сопротивления во время нагрева и выполнена с возможностью отключения, когда увеличение электрического сопротивления превышает заданный порог. Это обеспечивает возможность функционального и надежного использования одного и того же механизма обнаружения в широком диапазоне нагревательных элементов и систем, генерирующих аэрозоль.
Однако все эти технологии для обнаружения израсходования субстрата, образующего аэрозоль, требуют существенного повышения температуры нагревателя с целью обнаружения изменения в полученном электрическом сопротивлении, или они могут работать медленно.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предложена электрическая система, генерирующая аэрозоль, содержащая: нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; источник питания для подачи питания на нагревательный элемент; датчик температуры для измерения температуры на нагревательном элементе; и электрическую схему, соединенную с нагревательным элементом, датчиком и источником питания, при этом электрическая схема содержит запоминающее устройство и выполнена с возможностью: регулирования подачи питания на нагревательный элемент на основе измеренной температуры, полученной от датчика температуры; определения неблагоприятного условия, когда i) скорость изменения питания, подаваемого на нагревательный элемент, требуемого для достижения или поддержания заданной температуры или ii) уменьшение питания, подаваемого на нагревательный элемент, требуемого для достижения или поддержания заданной температуры в течение последовательных циклов нагрева, выходит за пределы заданного диапазона, при этом указанный заданный диапазон сохранен в запоминающем устройстве; и управления питанием, подаваемым на нагревательный элемент, на основе того, присутствует ли неблагоприятное условие, или обеспечения указания в случае присутствия неблагоприятного условия.
В контексте данного документа «электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль» означает систему, которая генерирует аэрозоль из одного или более субстратов, образующих аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержаться в картридже. Преимущество предоставления картриджа состоит в том, что субстрат, образующий аэрозоль, защищен от окружающей среды. Более того, может поддерживаться высокий уровень гигиены. Система может содержать устройство для нагрева одного или более субстратов, образующих аэрозоль. Электрическая система, генерирующая аэрозоль, может содержать дополнительные компоненты, такие как зарядный блок для перезарядки встроенного источника электропитания в электрическом устройстве, генерирующем аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой систему, выполненную с возможностью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем, такую как ингалятор, персональный испаритель или электронная сигарета.
В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» означает субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться путем нагрева субстрата, образующего аэрозоль.
Преимущественно электрическая схема может определять неблагоприятное условие, такое как израсходование субстрата, образующего аэрозоль, или неисправности системы, путем отслеживания подачи питания на нагревательный элемент. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения израсходования жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательном элементе. Термин «израсходование» в контексте данного документа означает либо недостаточное количество субстрата, образующего аэрозоль, предусмотренное на нагревательном элементе, либо полное израсходование субстрата, образующего аэрозоль. В любом случае это может привести к «сухому» нагревательному элементу, противоположному «влажному» нагревательному элементу, который насыщен жидким субстратом, образующим аэрозоль. Например, когда картридж пуст или почти пуст, возможна недостаточная подача жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательный элемент. Это может означать, что создаваемый аэрозоль не будет обладать требуемыми свойствами, например, размером аэрозольных частиц или химическим составом. Это может привести к тому, что пользователь будет испытывать неудовлетворительные ощущения.
При обнаружении неблагоприятного условия электрическая схема может прекратить подачу питания. Это является преимущественным, поскольку пользователь больше не сможет пользоваться системой, генерирующей аэрозоль, после обнаружения высыхания нагревательного элемента. Таким образом может быть исключено образование аэрозоля, не обладающего требуемыми свойствами. И таким образом, будут исключены негативные ощущения для пользователя. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью деактивации нагревательного элемента путем расплавления электрического предохранителя между нагревательным элементом и источником электропитания. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью деактивации нагревательного элемента путем размыкания переключателя между нагревательным элементом и источником электропитания. Альтернативные способы деактивации нагревательного элемента будут очевидны специалисту в данной области техники.
В качестве альтернативы или в дополнение электрическая схема может предоставить указание пользователю для оповещения пользователя о неблагоприятном условии. Указание может представлять собой одно или более из следующего: звуковая индикация, визуальная индикация, механическая индикация, такая как вибрация, обонятельная индикация или любые другие известные средства, известные специалистам в данной области техники. Затем пользователь может подготовиться к замене или повторной заправке картриджа.
Преимущественно электрическая схема может определять неблагоприятное условие на основе отслеживания питания, подаваемого на нагревательный элемент. В общем, чем меньше субстрата, образующего аэрозоль, доставляется в нагреватель для испарения, тем выше будет температура нагревательного элемента для заданного подаваемого питания. Следовательно, питание, необходимое на нагревательном элементе для поддержания или достижения целевой температуры, соответственно, может быть уменьшено при израсходовании субстрата, образующего аэрозоль. Это связано с тем, что нагревательный элемент может потребоваться для нагрева меньшего количества субстрата, образующего аэрозоль, или, в случае пустого картриджа, вообще без субстрата, образующего аэрозоль.
Следовательно, электрическая схема может определять неблагоприятное условие путем отслеживания скорости изменения питания, подаваемого на нагревательный элемент, требующейся для достижения или поддержания заданной температуры. Например, неблагоприятное условие может быть определено при обнаружении внезапного скачка или падения в подаче питания при поддержании целевой температуры. Преимущественно этот способ может обеспечить более быстрое обнаружение неблагоприятного условия, поскольку неблагоприятное условие может быть легко определено даже перед тем, как подача питания достигнет заданного порогового значения, как раскрыто в системах известного уровня техники. Кроме того, данный способ не основан на отслеживании абсолютного увеличения подачи питания, таким образом, может обеспечиваться преимущество, состоящее в возможности определения неблагоприятного условия с большей независимостью от окружающих условий, а также возможности использования различных субстратов.
В качестве альтернативы или дополнительно, электрическая схема может определять неблагоприятное условие путем отслеживания уменьшения требуемой подачи питания или, более конкретно, минимальной требуемой подачи питания, для достижения или поддержания заданной температуры в течение последовательных циклов нагрева. «Циклы нагрева» в данном контексте означают периоды подачи питания на нагревательный элемент. Как правило, каждый цикл нагрева соответствует затяжке, осуществляемой пользователем. Благодаря различиям между разными нагревательными элементами и комбинациями субстрата, питание, необходимое для поддержания постоянной температуры, может отличаться в разных системах, генерирующих аэрозоль. Следовательно, путем сравнения минимальной подачи питания при заданном цикле нагрева с питанием, подаваемым в предыдущих циклах нагрева в той же самой системе, генерирующей аэрозоль, электрическая схема может обнаружить небольшие изменения в потреблении питания. Это преимущественно может позволить обнаружить неблагоприятное условие раньше.
Необязательно электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия лишь после того, как температура на нагревательном элементе возросла от начальной температуры до целевой температуры. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия только после того, как целевая температура нагревательного элемента поддерживалась в течение заданного времени. Более конкретно, питание, необходимое для поднятия температуры нагревательного элемента от начальной до целевой, может отличаться, в частности, в зависимости от окружающих условий. Следовательно, если определение неблагоприятного условия основано на подаче питания в течение этих периодов, такое определение может быть менее надежным. В отличие от этого, когда нагревательный элемент поддерживается при целевой температуре, можно наблюдать постоянный и стабильный уровень подачи питания. Подача питания может отклоняться от стабильного значения только при наличии неблагоприятного условия, например, израсходования субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательном элементе или неисправности в системе, генерирующей аэрозоль. Таким образом, электрическая схема может определять неблагоприятное условие, как только температура нагревательного элемента достигла и поддерживается на уровне целевой температуры. Предпочтительно электрическая схема может определять неблагоприятное условие, как только обнаруженное сопротивление достигнет заданного значения, указывающего на целевую температуру.
Заданный диапазон может быть основан на максимальном пороговом значении скорости изменения в подаче питания. Неблагоприятное условие может определяться тогда, когда скорость изменения в подаче питания превышает указанное максимальное пороговое значение. Это может преимущественно обеспечить возможность осуществления небольших колебаний в подаче питания, если отсутствует неблагоприятное условие из-за изменений в условиях окружающей среды.
В качестве альтернативы, заданный диапазон основан на минимальном пороговом значении уменьшения минимального питания, подаваемого на протяжении последовательных циклов нагрева. Неблагоприятное условие может быть определено тогда, когда уменьшение питания, подаваемого на нагревательный элемент в течение последовательных циклов нагрева, увеличивается выше минимального порогового значения. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности незначительного уменьшения подачи питания в течение последовательных циклов нагрева перед определением неблагоприятного условия.
В контексте данного документа термин «нагревательный элемент» означает электрический нагревательный элемент, получающий питание от встроенного источника электропитания. Электрический нагревательный элемент может содержать единственный нагревательный элемент. Альтернативно, нагревательный элемент может содержать более одного отдельного 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.
Нагревательный элемент может представлять собой резистивный нагревательный элемент. По меньшей мере один электрический нагревательный элемент предпочтительно содержит электрически резистивный материал. Подходящие электрически резистивные материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящая» керамика (как, например, дисилицид молибдена); углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные 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 композитных материалах электрически резистивный материал может быть необязательно встроен в изоляционный 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, фольгу, полностью состоящую из полиимида или слюды. Kapton представляет собой зарегистрированную торговую марку компании E.I. du Pont de Nemours and Company.
Резистивный нагревательный элемент может иметь форму сетки, матрицы или полотна из электропроводных нитей. Электропроводные нити могут образовывать промежутки между нитями, и пустоты могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм. Электропроводные 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 промежутков предпочтительно составляет от 75 мкм до 25 мкм. Процентная доля открытой площади сетки, которая является отношением площади промежутков 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 электропроводные нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу. Электропроводные нити могут иметь диаметр от 8 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 электропроводных нитей может быть небольшой, предпочтительно менее или равной 25 мм, позволяя встраивать их в удерживаемую рукой систему. Сетка, матрица или тканый материал из электропроводных нитей могут иметь, например, прямоугольную форму и размеры 5 мм на 2 мм. Предпочтительно сетка или матрица электропроводных нитей занимает площадь от 10% до 50% площади нагревателя в сборе. Более предпочтительно сетка или матрица электропроводных 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 электропроводных нитей являются нержавеющие стали марок 304, 316, 304L и 316L.
В качестве альтернативы упорядоченной сетчатой структуре по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может иметь форму резистивной нагревательной катушки или короба или субстрата, имеющего разные электропроводящие части, или форму электрически резистивной металлической трубки. Нагреватель может быть расположен таким образом, чтобы окружать по меньшей мере часть картриджа, когда картридж помещен в полости устройства, генерирующего аэрозоль. Картридж 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.
По меньшей мере один нагревательный элемент может нагревать субстрат, образующий аэрозоль, посредством 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.
По меньшей мере один нагревательный элемент может передавать тепло во входящий окружающий воздух, втягиваемый во время использования через электрическую систему, генерирующую аэрозоль, который, в свою очередь, нагревает субстрат, образующий аэрозоль. Окружающий воздух может нагреваться до его прохождения через субстрат, образующий аэрозоль. Альтернативно, окружающий воздух может вначале втягиваться сквозь субстрат и затем нагреваться.
Резистивный нагревательный элемент может функционировать как датчик температуры. Например, если указанный по меньшей мере один нагревательный элемент имеет подходящие характеристики температурного коэффициента сопротивления, благодаря измерению электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента, будет обеспечена возможность определения температуры нагревательного элемента. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента путем измерения тока, проходящего через указанный по меньшей мере один нагревательный элемент, и напряжения на указанном по меньшей мере одном нагревательном элементе и определения электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента на основе измеренных тока и напряжения. В этом случае электрическая схема может содержать резистор, имеющий известное сопротивление и соединенный последовательно с указанным по меньшей мере одним нагревательным элементом, и электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения тока, проходящего через указанный по меньшей мере один нагревательный элемент, путем измерения напряжения на указанном резисторе с известным сопротивлением и определения тока, проходящего через указанный по меньшей мере один нагревательный элемент на основе измеренного напряжения и известного сопротивления. Таким образом, может отсутствовать необходимость во включении датчика температуры, который может занимать полезное место в системе, генерирующей аэрозоль, а также может быть дорогим. Следует подчеркнуть, что электрическое сопротивление в данном варианте осуществления используется как в качестве нагревательного элемента, так и датчика.
Субстрат, образующий аэрозоль, может быть в жидкой фазе при комнатной температуре. В контексте данного документа термины «жидкий» и «твердый» относятся к состоянию субстрата, образующего аэрозоль, при комнатной температуре. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть текучей жидкостью при комнатной температуре. 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.
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, может альтернативно 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 может представлять собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которое при использовании способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля и которое при рабочей температуре системы по существу устойчиво к термической деградации. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерола; 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.
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.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержаться в повторно заправляемой части для хранения жидкости в устройстве, генерирующем аэрозоль, или он может представлять собой одноразовый картридж в системе, генерирующей аэрозоль. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, содержится в одноразовом картридже в системе, генерирующей аэрозоль. Указанный картридж может быть заменен после одного сеанса использования или он может быть заменен после нескольких сеансов использования. Это может позволить пользователю заменить израсходованный картридж безопасным и эффективным образом.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может доставляться из картриджа к нагревательному элементу с помощью механического устройства, например, ручного насоса или электрического насоса.
Предпочтительно электрическая система, генерирующая аэрозоль, дополнительно содержит капиллярный фитиль для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в нагревательный элемент. Это может уменьшить количество подвижных частей в устройстве, генерирующем аэрозоль, и, таким образом, может повысить надежность, а также уменьшить вес и стоимость.
Необязательно, капиллярный фитиль расположен с возможностью контакта с жидкостью в картридже. Необязательно, капиллярный фитиль проходит в картридж. В этом случае при использовании жидкость может быть перемещена из картриджа в нагревательный элемент за счет капиллярного действия в капиллярном фитиле. В одном варианте осуществления капиллярный фитиль может содержать первый конец и второй конец, причем первый конец может проходить в картридж для контакта с жидкостью в нем, и нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью нагрева жидкости во втором конце. Когда нагревательный элемент активирован, жидкость на втором конце капиллярного фитиля может испаряться под действием по меньшей мере одного нагревательного элемента с образованием перенасыщенного пара. Перенасыщенный пар может смешиваться с потоком воздуха и перемещается в нем. Во время прохождения потока пар конденсируется с образованием аэрозоля, и аэрозоль может перемещаться по направлению ко рту пользователя. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может обладать 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 может образовывать 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 может иметь 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. Капиллярные свойства фитиля в сочетании со свойствами жидкого субстрата, образующего аэрозоль, во время нормального использования при наличии большого количества субстрата, образующего аэрозоль, могут обеспечивать всегда влажное состояние фитиля в зоне нагрева.
Капиллярный фитиль и нагревательный элемент и, необязательно, картридж могут быть выполнены с возможностью извлечения из системы, генерирующей аэрозоль, в виде одного компонента.
Система может содержать устройство, генерирующее аэрозоль, и съемный картридж, причем источник питания и электрическая схема находятся в устройстве, а нагревательный элемент может находиться в съемном картридже, и при этом картридж содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью соединения с источником питания и электрической схемой посредством соответствующих соединителей. Нагревательный элемент может представлять собой одноразовый нагревательный элемент. Нагревательный элемент может быть заменяемым съемным картриджем.
Необязательно, с устройством можно использовать картриджи, имеющие разные свойства. Например, с устройством могут быть предоставлены два разных картриджа, имеющих нагревательные элементы разного размера. Например, для доставки большего количества аэрозоля может использоваться нагревательный элемент с более высокой расчетной мощностью. Для уменьшения частоты замены картриджа может использоваться картридж большей емкости.
Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит корпус. Предпочтительно корпус является удлиненным. Если устройство, генерирующее аэрозоль, содержит капиллярный фитиль, то продольная ось капиллярного фитиля и продольная ось корпуса могут быть по существу параллельными.
Корпус может состоять из любого подходящего материала или комбинации материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более из таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно материал является легким и нехрупким.
Необязательно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит пользовательское устройство ввода. Пользовательское устройство ввода может содержать по меньшей мере одно из нажимной кнопки, колеса прокрутки, сенсорной кнопки, сенсорного экрана и микрофона. Пользовательское устройство ввода может позволять пользователю управлять одним или более аспектами работы устройства, генерирующего аэрозоль. Пользовательское устройство ввода может позволить пользователю активировать подачу электропитания на нагреватель, деактивировать подачу электропитания на нагреватель или и то, и другое.
Необязательно, электрическая схема 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.
Необязательно, система, генерирующая аэрозоль, дополнительно содержит детектор затяжки для обнаружения момента, когда пользователь выполняет затяжку из системы. Детектор затяжки может быть соединен с электрической схемой. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью подачи питания от источника питания на нагревательный элемент при обнаружении затяжки детектором затяжки, так что каждая затяжка соответствует циклу нагрева. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия в ходе каждого цикла нагрева. Детектор затяжки может образовывать пользовательское устройство ввода на устройстве, генерирующем аэрозоль. Иначе говоря, для пользователя может не потребоваться нажатие на механическую кнопку с целью начала цикла нагрева.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать мундштук. Мундштук может быть выполнен с возможностью соединения с корпусом устройства, генерирующего аэрозоль, или картриджем. Необязательно, мундштук выполнен для соединения с устройством, генерирующим аэрозоль, при этом сочетание устройства, генерирующего аэрозоль, и мундштука может имитировать форму и размеры сгораемого курительного изделия, такого как сигарета, сигара или сигарилла. Предпочтительно, в таких вариантах осуществления сочетание устройства, генерирующего аэрозоль, и мундштука может имитировать форму и размеры сигареты.
Источник питания может являться любым подходящим источником питания, например, источником напряжения постоянного тока, таким как батарея. Источник питания может представлять собой литий-ионную батарею, никель-металл-гидридную батарею, никель-кадмиевую батарею или батарею на основе лития, например литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею.
Необязательно, источник питания может представлять собой перезаряжаемую литий-ионную батарею. Источник электропитания может содержать другой вид устройства хранения заряда, такой как конденсатор. Источник электропитания может нуждаться в перезарядке. Источник электропитания может иметь емкость, которая позволяет накапливать достаточное количество энергии для одного или более применений устройства, генерирующего аэрозоль. Например, источник электропитания может обладать достаточной емкостью для обеспечения непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник электропитания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью инициирования подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель в начале цикла нагрева. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью прекращения подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель в конце цикла нагрева.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью непрерывной подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью прерывистой подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью импульсной подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель.
Преимущественно импульсная подача электропитания на нагреватель может способствовать управлению общей выходной мощностью от нагревателя во время некоторого периода времени. Преимущественно управление общей мощностью нагревателя в течение некоторого периода времени может способствовать регулированию температуры.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью изменения подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью изменения рабочего цикла импульсной подачи электропитания. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью изменения по меньшей мере одного из ширины импульса и периода рабочего цикла.
Необязательно, система, генерирующая аэрозоль, является портативной. Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой курительную систему и может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Курительная система может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Курительная система может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ управления подачей питания на нагревательный элемент в электрической системе, генерирующей аэрозоль, включающий: измерение температуры на нагревательном элементе; регулирование подачи питания на нагревательный элемент на основе измеренной температуры; определение неблагоприятного условия, когда i) скорость изменения в подаче питания на нагревательный элемент, требуемого для достижения или поддержания заданной температуры или ii) уменьшение в подаче питания, требуемого для достижения или поддержания заданной температуры в течение последовательных циклов нагрева, выходит за пределы заданного диапазона, при этом указанный заданный диапазон сохранен в запоминающем устройстве; и управления подачей питания на нагревательный элемент на основе того, присутствует ли неблагоприятное условие, или обеспечения указания в случае неблагоприятного условия.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предусмотрен компьютерный программный продукт, непосредственно загружаемый во внутреннее запоминающее устройство микропроцессора, содержащий части кода программного обеспечения для выполнения этапов согласно второму аспекту, когда указанный продукт запущен на микропроцессоре в электрической системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, датчик для измерения температуры на нагревательном элементе и источник питания для подачи питания на нагревательный элемент, причем микропроцессор соединен с нагревательным элементом, датчиком и источником питания.
Во избежание сомнений, признаки, описанные выше в отношении одного аспекта настоящего изобретения, могут быть применены также и к другим аспектам настоящего изобретения.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта, могут быть в равной степени применены к другим аспектам настоящего изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны исключительно в качестве примеров со ссылками на прилагаемые графические материалы, в которых:
на фиг. 1a, 1b, 1c и 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 в сборе в картридже, показанном на фиг. 2, на котором показан мениск жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями;
фиг. 4 представляет собой график, показывающий изменение электрического сопротивления нагревателя в сборе во время нескольких затяжек;
на фиг. 5 показан график, показывающий изменение в подаче питания на нагреватель в сборе, соответствующее множеству затяжек, как показано на фиг. 4;
на фиг. 6 показан график, показывающий разницу в минимальной подаче питания на нагреватель в сборе, соответствующую множеству затяжек, как показано на фиг. 4-5; и
на фиг. 7 показан график, показывающий скорость изменения в подаче питания на нагреватель в сборе, соответствующую множеству затяжек, как показано на фиг. 4-6 .
На фиг. 1a-1d показаны схематические иллюстрации электрически нагреваемой системы, генерирующей аэрозоль, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Система, генерирующая аэрозоль, содержит устройство 10, генерирующее аэрозоль, и картридж 20.
Картридж 20 содержит субстрат, образующий аэрозоль, в корпусе 24 картриджа, и выполнен с возможностью помещения в полость 18 внутри устройства. Картридж 20 представляет собой одноразовый картридж. Пользователь может заменять картридж 20, когда находящийся в картридже субстрат, образующий аэрозоль, израсходован. Картридж содержит съемное уплотнение 26 для обеспечения герметичного уплотнения корпуса 24 картриджа. Это обеспечивает возможность экранирования субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в корпусе 24 картриджа, от окружающей среды перед его первым использованием. 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. 1a, 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 всасывание или 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 18 имеет круглое поперечное сечение и такой размер, чтобы вмещать в себя корпус 24 картриджа 20. Электрические соединители 19 предоставлены по сторонам полости 18 для обеспечения 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 съемным уплотнением 26. В этом положении электрические соединители прижимаются к электрическим контактам на картридже.
На фиг. 1c показана система, показанная на фиг. 1b, с удаленным съемным уплотнением 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. Корпус 24 картриджа, 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 представляет собой материал, который активно передает жидкость от одного конца к другому на основании относительных различий в концентрации жидкости. Капиллярный материал может быть выполнен из любого подходящего материала. В этом примере капиллярный материал выполнен из сложного полиэфира.
Корпус 24 картриджа 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 уплотнением 26. Съемное уплотнение 26 содержит непроницаемый для жидкости лист пластмассы, который приклеен к нагревателю в сборе 30, но который может быть легко снят. На боковой стороне съемного уплотнения 26 предоставлен выступ, чтобы предоставить пользователю возможность захвата съемного уплотнения 26 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 тепловую склейку 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 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 30, 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 36, так что большая часть тепла, сгенерированного нагревателем в сборе 30, 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 36 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 36 нагревателя, направляется на повышение температуры нитей нагревателя. Аналогичным образом, энергия, необходимая для поддержания целевой температуры, также уменьшается по мере высыхания нитей 36 нагревателя. Нити 36 нагревателя могут высыхать, потому что субстрат, образующий аэрозоль, в картридже израсходован. В качестве альтернативы, но менее вероятно, нити 36 нагревателя могут высыхать, потому что пользователь осуществляет крайне продолжительные или частые затяжки, и жидкость не может доставляться к нитям 36 нагревателя так же быстро, как испаряется.
При использовании нагреватель в сборе 30 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. Это сводит к минимуму потери тепла на другие части устройства 10, генерирующего аэрозоль. В этом примере система выполнена с возможностью генерирования тепла за счет подачи электрического тока в нагреватель в сборе 30 в ответ на затяжку пользователя.
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 увеличение температуры, электрическая схема 16 выполнена с возможностью измерения электрического сопротивления нитей нагревателя. Нити 36 нагревателя в этом примере выполнены из нержавеющей стали и имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Дополнительно, поскольку тепло генерируется кратковременными вспышками с использованием импульсов высокого тока, в такой системе, активируемой при затяжке, нити из нержавеющей стали, имеющие относительно высокую удельную теплоемкость, являются идеальными.
При повышении температуры нитей 36 нагревателя возрастает их электрическое сопротивление. Следует понимать, что в других вариантах осуществления нити 36 нагревателя могут быть выполнены из материала, имеющего отрицательный коэффициент сопротивления, вследствие чего, при повышении температуры нитей нагревателя их электрическое сопротивление уменьшается.
Фиг. 4 представляет собой график, показывающий изменение сопротивления нагревателя, обнаруживаемое во время нескольких затяжек пользователя. Каждая из затяжек длится в течение длительности затяжки ∆t. Ось x представляет время, а ось y представляет электрическое сопротивление на нагревателе в сборе 30. На фиг. 4 изменение электрического сопротивления обнаружено в трех разных циклах нагрева, каждый из которых соответствует затяжке, осуществляемой пользователем: 1) во время цикла 500 нагрева, в течение которого нити 36 нагревателя насыщаются субстратом, образующим аэрозоль, например, при нормальной эксплуатации; 2) во время цикла 502 нагрева, при котором нитям 36 нагревателя обеспечивается недостаточная подача субстрата, образующего аэрозоль, например, жидкий субстрат не полностью восполнен в нитях 36 нагревателя; и 3) во время цикла 504 нагрева, при котором в нитях 36 нагревателя израсходован субстрат, образующий аэрозоль. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения того, что оба цикла 502 и 504 нагрева содержат неблагоприятные условия. В качестве альтернативы электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения того, что только цикл 504 нагрева является неблагоприятным условием.
Ref
Ref
Ref
P
0
0
0=
Ref
P
P
0
Нагреватель в сборе 30 имеет начальное сопротивление R. Указанное начальное сопротивление Rявляется собственной характеристикой нагревателя в сборе 30. Оно означает эталонное сопротивление нагревателя в сборе 30 при комнатной температуре. Начальное сопротивление R представляет собой комбинацию паразитного сопротивления R и сопротивление нитей R нагревателя при комнатной температуре. Следовательно, R можно определить из RR - R. Конкретнее, паразитное сопротивление R представляет собой сопротивление, возникающее вследствие электрических контактов 32 и электрических соединителей 19 и контактов между ними. R представляет собой сопротивление нитей 36 нагревателя при температуре окружающей среды.
Ref
Ref
Ref
Ref
Ref
Начальное сопротивление Rнового картриджа 20 измеряют по меньшей мере один раз до применения любого нагрева. Для определения момента вставки нового картриджа 20 используется система обнаружения. В некоторых случаях R может измеряться только один раз для каждого картриджа. R может измеряться каждый раз при включении системы. В этом варианте осуществления электрическая схема выполнена с возможностью периодического получения обновленных результатов измерения R после прохождения заданных интервалов времени, в течение которых питание не подается на нити 36 нагревателя. Каждый из заданных интервалов времени длится 3 минуты, но может быть выбран любым подходящим периодом времени, необходимым для охлаждения нитей 36 нагревателя от их рабочей температуры обратно до температуры окружающей среды. Такие периодические обновления R повторную калибруют электрическую схему для компенсации изменений температуры окружающей среды, а также состояния нитей 36 нагревателя.
P
P
P
P
При подаче питания на нагреватель в сборе 30 во время затяжки пользователя, температура нитей 36 нагревателя возрастает от температуры окружающей среды. Это приводит к повышению электрического сопротивления R нитей 36 нагревателя. Однако паразитное сопротивление R считается постоянным. Это связано с тем, что R обусловлено ненагретыми компонентами, такими как электрические контакты 32 и электрические соединители 19. Кроме того, значение R считается одинаковым для всех картриджей и на него не будут воздействовать изменения в отношении другого картриджа. Значение паразитного сопротивления R для конкретного устройства 20, генерирующего аэрозоль, сохраняется в запоминающем устройстве электрической схемы.
T
T
0
T
Ref
P
Сопротивление нитей 36 нагревателя линейно связано с его температурой. Следовательно, температура нагревателя в сборе может регулироваться путем регулирования сопротивления R на значении целевого сопротивлении R на основе коэффициента K, где R = (R)·K или R =(R - R)·K. K может представлять собой заданное значение и храниться в запоминающем устройстве электрической схемы.
Ref
Ref
На фиг. 4 показано изменение электрического сопротивления ∆R в нагревателе в сборе 30 по мере его нагрева от температуры окружающей среды до целевой температуры нагревателя, которая впоследствии поддерживается, во время затяжек пользователя. Каждый из циклов 500, 502, 504 нагрева соответствует затяжке пользователя и имеет длительность ∆t. В приведенном примере каждый цикл нагрева начинается с нагревателя в сборе 30 при температуре окружающей среды и сопротивления R нагревателя в сборе. Однако это не всегда может происходить, поскольку нагреватель в сборе 30 может не полностью охлаждаться между затяжками. Следовательно, электрическое сопротивление R при фактическом использовании может начинаться на уровне, который выше, чем R. Однако температура или соответствующее электрическое сопротивление R нагревателя в сборе 30 в начале цикла нагрева не является существенным. Это связано с тем, что электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда нагреватель в сборе 30 достиг своей целевой температуры.
T
0
Нагреватель в сборе 30 в цикле 500 нагрева насыщен жидким субстратом, образующим аэрозоль. Это характеризует нормальное рабочее условие. В данном примере температура нагревателя в сборе 30 выполнена с возможностью регулирования посредством коэффициента K 1,2. В начале цикла нагрева электрическая схема подает электрическую энергию на нагреватель в сборе 30 при измерении сопротивления R нагревателя. Этот период нагрева может называться фазой нагрева. Во время фазы нагрева электрическая схема может продолжать подачу питания на нагреватель в сборе 30 до тех пор, пока измеренное сопротивление R нагревателя не покажет R, которое в данном случае составляет 1,2 R.
T
T
Как только R достигнуто, электрическая схема может продолжать подавать питание, либо на сниженном уровне, либо прерывисто, для регулирования сопротивления R нагревателя на уровне целевого сопротивления R нагревателя. Это приводит к постоянной температуре нагревателя. Этот период поддержания температуры может называться фазой поддержания. Во время такой фазы поддержания R сопротивление нагревателя регулируют таким образом, чтобы оно оставалось при постоянном значении.
Коэффициент K может быть заводской настройкой в качестве значения по умолчанию. Коэффициент K коррелирует с целевой температурой нитей 36 нагревателя по умолчанию. В дополнение, пользователь может регулировать коэффициент K из его значения по умолчанию с использованием пользовательского устройства ввода, например набора механических кнопок или колеса прокрутки. Это позволяет пользователям регулировать целевую температуру нагревателя согласно своим собственным предпочтениям.
T
Если нагреватель в сборе принимает меньшее количество жидкого субстрата, скорость повышения температуры dT/dt на нитях 36 нагревателя увеличивается во время фазы нагрева. Соответственно, скорость повышения сопротивления, dR/dt, на нитях 36 нагревателя в течение этого периода также увеличивается. Такая ситуация может возникать, например, в случае, если жидкий субстрат не может быть полностью восполнен на нитях 36 нагревателя. Это проиллюстрировано в цикле 502 нагрева по фиг. 4. Нити 36 нагрева имеют недостаточное количество жидкого субстрата. Во время фазы нагрева цикла 502 нагрева скорость повышения электрического сопротивления dR/dt является более высокой, чем в ходе цикла 500 нагрева. Скорость повышения электрического сопротивления dR/dt возрастает еще больше в случае, если нити 36 нагревателя полностью израсходованы жидким субстратом, как показано в цикле 504 нагрева по фиг. 4. В некоторых случаях вследствие отсутствия жидкого субстрата температура нагревателя возрастает настолько быстро, что нагреватель в сборе 30 не может рассеивать тепло достаточно быстро, что приводит к повышению электрического сопротивления выше R. Это можно видеть в цикле 504 нагрева.
В одном варианте осуществления электрическая схема выполнена с возможностью прекращения подачи питания на нагреватель в сборе после обнаружения скорости увеличения электрического сопротивления dR/dt, превышающей верхнее пороговое значение. Например, такое верхнее пороговое значение может представлять собой скорость повышения электрического сопротивления, которая наблюдается только тогда, когда картридж опустошен. Кроме того, для пользователя может быть выполнено визуальное предупреждение, такое как мигающий LED-сигнал, предлагающее заменить картридж.
Подача питания на нагреватель 30 в сборе также может быть использована для определения расходования субстрата, образующего аэрозоль, на нитях 36 нагревателя. Это проиллюстрировано с помощью циклов 510, 512 и 514 нагрева, показанных на фиг. 5, каждый из которых показывает питание, подаваемое во время циклов 500, 502 и 504 нагрева на фиг. 4. Подаваемое питание определяют на основе изменения питания, ∆W, в пределах конкретного интервала времени. Например, подаваемое питание определяют каждые 100 мс.
Цикл 510 нагрева показывает изменение в подаче питания во время затяжки, при этом нить 36 нагревателя насыщена жидким субстратом. Можно видеть, что подача питания постепенно повышается до самого высокого уровня в течение периода нагрева. Это обеспечивает возможность быстрого нагрева нагревателя в сборе 30. В некоторых случаях подача питания может начаться со своего самого высокого уровня в начале цикла нагрева, что обеспечивает даже более быстрый нагрев.
Затем подача питания уменьшается и стабилизируется на более низком уровне во время фазы поддержания. Электрическая схема устанавливает заданный предел 516 подачи питания, предназначенный для ограничения максимальной подачи питания на нагреватель в сборе 30. Предел 516 подачи питания образует пассивный предохранительный механизм для предотвращения перегрева. В приведенном примере предел 516 питания является изменяемым, при этом предел во время фазы нагрева является высоким по сравнению с пределом во время фазы поддержания, соответственно.
Цикл 512 нагрева показывает изменение в подаче питания во время затяжки, где на нить нагревателя подается недостаточное количество жидкого субстрата. Подача питания во время фазы нагрева в цикле 512 нагрева аналогична питанию, подаваемому, когда нити 36 нагревателя насыщены жидким субстратом, как показано в цикле 510 нагрева. Однако, поскольку приток жидкого субстрата не может пополнять испаренный субстрат на нитях 36 нагревателя, подача, необходимая для поддержания нагревателя в сборе 30 на его целевом уровне постепенно уменьшается к концу затяжки пользователя.
Цикл 514 нагрева показывает изменение в подаче питания во время затяжки, когда жидкий субстрат на нити нагревателя израсходован. Благодаря отсутствию жидкого субстрата, питание, подаваемое на нагреватель в сборе 30 во время фазы нагрева, значительно ниже, чем питание в циклах 510 и 512 нагрева. Аналогично циклу 512 нагрева, поскольку жидкий субстрат на нитях 36 нагревателя израсходован, питание, необходимое для поддержания его целевой температуры, быстро снижается к концу затяжки пользователя.
min
Электрическая схема выполнена с возможностью обнаружения недостаточного количества жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя во время фазы поддержания на основе уменьшения подаваемого питания. Более конкретно, после достижения нагревателем в сборе 30 целевого сопротивления, характеризующего целевую температуру, подача питания постепенно уменьшается до тех пор, пока она не достигнет заданного минимального порогового значения P питания. Затем электрическая схема определяет недостаточный уровень жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя, как показано в цикле 512 нагрева, или как показано в цикле 514 нагрева, когда картридж опустошен.
min
T
min
В отличие от этого, нити нагревателя, которые насыщены жидким субстратом, требуют большего питания, чем минимальное пороговое значение P питания для поддержания своего электрического сопротивления R на уровне целевого сопротивления R. Таким образом, потребление питания ниже заданного минимального порогового значения P питания, может быть достигнуто только в случае отсутствия жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя.
min
В этом варианте осуществления электрическая схема выполнена с возможностью прекращения подачи питания сразу же после обнаружения того, что подача питания упала ниже минимального порогового значения P питания.
В качестве альтернативы, при обнаружении недостаточного количества жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя электрическая схема не прекращает подачу питания немедленно. Вместо этого электрическая схема может продолжать подачу питания для одной или более дополнительных затяжек. Например, электрическая схема может продолжать подачу питания для двух дополнительных затяжек. Это позволяет электрической схеме продолжать отслеживать подачу питания в последовательных затяжках, чтобы подтвердить израсходование субстрата на нитях 36 нагревателя.
min
min
offset
В другом варианте осуществления израсходование жидкого субстрата может быть определено путем отслеживания уменьшения минимальной подачи питания в течение последовательных затяжек. Более конкретно, электрическая схема может сравнивать минимальную подачу P питания с записанными в каждой из последовательных затяжек. Тогда электрическая схема может определять неблагоприятное условие, когда разность между минимальной подачей P питания в течение последовательных циклов превышает пороговое значение смещения ∆P. Это показано на фиг. 6, где показана подача питания в течение трех последовательных циклов нагрева, соответствующих трем следующим последовательным затяжкам пользователя: 1) во время цикла 520 нагрева, в котором нити нагревателя насыщаются субстратом, образующим аэрозоль, что является нормальным рабочим условием; 2) во время цикла 522 нагрева, в котором на нити нагревателя подается недостаточное количество субстрата, образующего аэрозоль; и 3) во время цикла 524 нагрева, когда на нитях нагревателя израсходован субстрат, образующий аэрозоль.
min1
min
min1
min
min
offset
В нормальных рабочих условиях, когда нити 36 нагревателя насыщены жидким субстратом, образующим аэрозоль, минимальная подача питания во время затяжки представляет собой P. Если все последующие затяжки в пределах конкретного сеанса происходят при нормальной работе, минимальная подача питания P, зарегистрированная во время каждого цикла нагрева будет составлять приблизительно P. То есть при нормальном рабочем условии зарегистрированная минимальная подача P питания от затяжки к затяжке по существу постоянна. Смещение минимальной подачи P питания, как ожидается, очень мало. В частности, когда нити 36 нагревателя насыщены жидким субстратом, смещение минимальной подачи питания не будет превышать заданного порогового значения ∆P.
min
min2
min1
min2
min1
offset
min2
min1
offset
Однако количество доступного жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в картридже уменьшается при каждой последующей затяжке. Когда картридж почти пуст, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, начинает расходоваться на нитях 36 нагревателя. В этом случае минимальная подача P питания, зарегистрированная во время затяжки, уменьшается при каждой последующей затяжке. Например, Pпредставляет собой минимальную подачу питания, зарегистрированную во время второго цикла 522 нагрева, которая ниже, чем P, зарегистрированная во время предыдущего цикла нагрева. В этом случае разница между P и P превышает заданное пороговое значение ∆P, так что P < (P - ∆P). Следовательно, электрическая схема определяет, что в нагревателе в сборе присутствует недостаточный запас жидкого субстрата. В результате электрическая схема немедленно прекращает подачу питания на нити 36 нагревателя и указывает пользователю на необходимость замены пустого картриджа.
min3
min3
min2
offset
min3
min2
offset
min
В качестве альтернативы, электрическая схема может продолжать отслеживать минимальную подачу питания по меньшей мере для одного или нескольких циклов нагрева. В этом случае P регистрируют в ходе третьего цикла 524 нагрева, следующего за вторым циклом 522 нагрева. В этом случае разница между P и P снова превышает заданное пороговое значение ∆P, так что P < (P - ∆P). Поскольку минимальная подача P питания продолжает уменьшаться в последующих циклах, электрическая схема определяет, что жидкий субстрат на нитях 36 нагревателя израсходован. В результате электрическая схема прекращает подачу питания на нагреватель в сборе 30 и указывает пользователю на необходимость замены пустого картриджа.
min
min1
min3
min1
min3
min1
offset
min3
min1
offset
В качестве альтернативы электрическая схема может быть выполнена с возможностью сравнения зарегистрированной минимальной подачи P питания с подачей питания, зарегистрированной во время первого цикла 520 нагрева, т. е. P. В этом случае электрическая схема выполнена с возможностью сравнения P с P. Если разность между P и P превышает заданное пороговое значение ∆P, так что P < (P - ∆P), электрическая схема определяет, что жидкий субстрат на нитях 36 нагревателя израсходован. Это гарантирует, что сравнение всегда выполняется в отношении картриджа, который является новым или по меньшей мере, в котором не израсходован жидкий аэрозоль.
minAV
min
minAV
min
minAV
offset
min
minAV
offset
n
n
В качестве альтернативы, электрическая схема может сравнивать минимальное питание, подаваемое при скользящем среднем для минимального питания P подаваемого за  предыдущих циклов нагрева, где n представляет собой положительное целое число больше 1. Например, электрическая схема выполнена с возможностью усреднения значения P, регистрируемого за последние  затяжек для получения указанного скользящего среднего P. Если разность между P и P превышает заданное пороговое значение ∆P, так что P < (P - ∆P), электрическая схема определяет, что жидкий субстрат на нитях 36 нагревателя израсходован. Это гарантирует, что сравнение с меньшей вероятностью будет зависеть от колебаний условий.
Уменьшение минимального питания, подаваемого во время фазы поддержания, является хорошим показателем недостаточного количества жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя. Однако электрическая схема не может определить неблагоприятное условие до тех пор, пока подача питания не уменьшится ниже минимального порогового значения питания. То есть, ответ на указанное неблагоприятное условие не может быть немедленно выдан. В другом варианте осуществления электрическая схема выполнена с возможностью определения недостаточного количества жидкого субстрата из первой производной подачи питания от времени, dP/dt. Это показано на фиг. 7, где показана скорость изменения подачи питания во время трех циклов нагрева, соответствующих затяжкам пользователя: 1) во время цикла 530 нагрева, когда нити 36 нагревателя насыщаются субстратом, образующим аэрозоль, что является нормальным рабочим условием; 2) во время цикла 532 нагрева, когда на нити 36 нагревателя подается недостаточное количество субстрата, образующего аэрозоль; и 3) во время цикла 534 нагрева, когда на нитях нагревателя израсходован субстрат, образующий аэрозоль.
T
При нормальной работе, когда нити нагревателя насыщаются жидким субстратом, как показано в цикле 530 нагрева, dP/dt постепенно уменьшается по мере нагрева нагревателя в сборе 30. Как только электрическое сопротивление достигает целевого сопротивления R и поддерживается на этом уровне, dP/dt остается на более или менее постоянном уровне. Это обусловлено тем, что количество испарения субстрата сохраняется постоянным при целевой температуре.
T
min
min
Однако, если присутствует недостаточное количество жидкого субстрата, как показано в цикле 532 нагрева, dP/dt уменьшается с целью поддержания электрического сопротивления на уровне целевого сопротивлении R. Электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда dP/dt снижается ниже заданного минимального порогового значения dP/dt скорости изменения. Например, резкая потеря запаса жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя приведет к быстрому уменьшению подачи питания. Это приводит к снижению значения dP/dt. В серьезных случаях dP/dt снижается ниже заданного минимального порогового значения dP/dt скорости изменения.
min
В наихудшем случае, когда в картридже полностью израсходован жидкий субстрат, как показано в цикле 524 нагрева, dP/dt уменьшается быстрее и поэтому время для достижения dP/dt короче. Чем суше нити 36 нагревателя, тем быстрее происходит обнаружение неблагоприятного условия, и тем быстрее подача питания может быть остановлена или уменьшена.
Каждый из способов, описанных в различных вариантах осуществления, может быть применен для определения неблагоприятного условия. Альтернативно указанное определение неблагоприятного условия может быть основано на сочетании нескольких описанных способов. Система, генерирующая аэрозоль, может быть выполнена с возможностью использования различных способов определения неблагоприятного условия в разных режимах. Описанные способы могут также использоваться во внутреннем диагностическом инструменте системы.