Электроуправляемая система генерирования аэрозоля с регулированием производства аэрозоля
Заявленное изобретение относится к способу управления производством аэрозоля в устройстве для генерирования аэрозоля, при этом устройство содержит аэрозоль-генерирующий элемент, на который подается мощность, канал для потока, выполненный с возможностью обеспечения прохождения потока газа за аэрозоль-генерирующий элемент, и датчик потока, выполненный с возможностью обнаружения воздушного потока в канале для потока, включающий стадии: определения значения первого параметра, связанного с изменением скорости потока; и снижение подачи мощности на аэрозоль-генерирующий элемент в зависимости от результата сравнения между значением первого параметра и пороговым значением, при этом первый параметр получают из комбинации второго параметра, являющегося мерой скорости потока, измеренной датчиком потока, и третьего параметра, связанного со скоростью потока, при этом третий параметр представляет собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока или скорость изменения скорости потока, либо выводится из комбинации двух или более параметров, представляющих собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока и скорость изменения скорости потока. Благодаря заявленному способу обеспечивается снижение или задержка производства аэрозоля, основанное не просто на измерении скорости потока, но и на другом показателе, характеризующем изменение характеристик потока. В частности, путем снижения или задержки подачи мощности на аэрозоль-генерирующий элемент перед окончанием периода существования воздушного потока, такого как вдох пользователя, оставшуюся часть потока можно использовать для ликвидации уже образованного аэрозоля, уменьшая конденсацию в устройстве, обеспечивая благоприятные условия эксплуатации. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к способу управления производством аэрозоля. Настоящее изобретение дополнительно относится к системе генерирования аэрозоля, в частности к электроуправляемой системе генерирования аэрозоля. Настоящее изобретение находит конкретное применение в качестве способа управления производством аэрозоля в системе генерирования аэрозоля посредством, по меньшей мере, одного электрического элемента электроуправляемой курительной системы.
В публикации WO-A-2009/132793 раскрыта курительная система с электрическим нагревом. Жидкость хранится на участке хранения жидкости, при этом капиллярный фитиль имеет первый конец, продолжающийся на участок хранения жидкости для соприкосновения в нем с жидкостью, и второй конец, продолжающийся из участка хранения жидкости. Нагревательный элемент нагревает второй конец капиллярного фитиля. Нагревательный элемент выполнен в виде спирально навитого электрического нагревательного элемента, находящегося в электрическом соединении с источником питания, и окружает второй конец капиллярного фитиля. На практике нагревательный элемент может активироваться пользователем для включения источника питания. Затяжка через мундштук пользователем приводит к тому, что воздух втягивается в курительную систему с электрическим нагревом через капиллярный фитиль и нагревательный элемент и далее попадает в ротовую полость пользователя.
Задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного способа управления электрическим нагревательным элементом такой электронагревательной системы генерирования аэрозоля.
Одна из конкретных проблем, связанных с устройствами для генерирования аэрозолей, заключается в конденсации аэрозоля внутри устройства. Аэрозоль может конденсироваться в жидкость в камере конденсации аэрозоля, после чего жидкость может вытекать из устройства. В частности, в устройствах для генерирования (образования) аэрозолей, используемых для вдыхания, возможна утечка жидкости из камеры конденсации аэрозоля, когда устройство не используется, либо когда устройство используется, попадая в рот пользователя. Всякая жидкость, попадающая пользователю в рот, может создавать неприятные ощущения и создавать потенциальные риски.
Еще одна проблема, связанная с конденсацией в устройстве для генерирования аэрозолей, состоит в том, что конденсаты аэрозоля могут мигрировать или осаждаться на элементе генерирования аэрозоля, создавая помехи для его работы. В случае термического испарения, если конденсат аэрозоля далее вторично испаряется, это может привести к химической деградации исходного состава жидкости. В результате может создаваться неприятный вкус или могут образовываться опасные химические вещества.
Желательно минимизировать конденсацию аэрозолей, генерируемых с помощью или внутри таких устройств для генерирования аэрозолей.
Согласно одному аспекту изобретения предложен способ управления производством аэрозоля в устройстве для генерирования аэрозоля, содержащем:
аэрозоль-генерирующий элемент;
канал для потока, выполненный с возможностью обеспечения прохождения воздушного потока за аэрозоль-генерирующий элемент;
и датчик потока, выполненный с возможностью обнаружения воздушного потока в канале для потока,
включающий стадии:
определения значения первого параметра, связанного с изменением расхода воздушного потока; и
изменения подачи мощности на аэрозоль-генерирующий элемент в зависимости от результата сравнения между значением первого параметра и пороговым значением, при этом первый параметр получают из комбинации второго параметра, являющегося мерой скорости потока, измеренной датчиком потока, и третьего параметра, относящегося к скорости потока,
при этом третий параметр представляет собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока или скорость изменения скорости потока либо выводится из комбинации двух или более параметров, представляющих собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока, и скорость изменения скорости потока.
Предпочтительно устройство выполнено с возможностью обеспечения генерирования воздушного потока вдохом пользователя. Предпочтительно стадия определения включает определение значения первого параметра в течение периода вдоха. Предпочтительно стадия изменения подачи мощности включает снижение подачи мощности до нуля.
Аэрозоль представляет собой взвесь твердых частиц или капель жидкости в газе, таком как воздух. Контролируя мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, можно управлять скоростью генерирования аэрозоля. Путем снижения или задержки подачи мощности на аэрозоль-генерирующий элемент перед окончанием периода существования воздушного потока, такого как вдох пользователя или затяжка, оставшуюся часть воздушного потока можно использовать для удаления или ликвидации уже образованного аэрозоля, тем самым уменьшая конденсацию в устройстве. Однако наиболее желательное время для прекращения генерирования аэрозоля зависит от скорости и изменения воздушного потока в течение заданного периода. В отношении устройства, приводимого в действие вдохом пользователя, различные пользователи имеют неодинаковые характеристики вдоха, при этом один и тот же пользователь может иметь неодинаковые характеристики вдоха в разное время. Таким образом, желательно создать способ управления, вносящий поправки или нормализующий различия в поведении пользователей. Заданный порог скорости потока для управления производством аэрозоля не дает в равной степени положительных результатов для удаления произведенного аэрозоля при коротких резких затяжках пользователей и при длинных медленных затяжках. Пороговый поток, пригодный для короткой резкой затяжки, может никогда не достигаться пользователем, совершающим длинные медленные затяжки.
Предпочтительно в настоящем изобретении предложен способ управления производством аэрозоля, и, в частности, снижения или задержки производства аэрозоля, построенный на основе измеренной скорости потока и другого показателя, называемого первым параметром, указывающего на изменение характеристик воздушного потока. Однако это может быть не только измеренная скорость потока, - в основе могут лежать различные параметры затяжки.
Второй параметр может представлять собой параметр, измеряемый не в единицах скорости потока, однако являющийся мерой скорости потока. Например, датчик потока может работать путем определения сопротивления электропроводящей нити в воздушном потоке и, таким образом, второй параметр может представлять собой значение сопротивления, а не скорость потока, рассчитанную на основе значения сопротивления. Иными словами, второй параметр может представлять собой параметр, имеющий постоянное соотношение со скоростью потока, а не саму скорость потока. Изобретение не требует расчета действительной скорости потока.
Если третий параметр представляет собой температуру или максимальную скорость потока, тогда предпочтительно первый параметр пропорционален соотношению между вторым и третьим параметрами.
Если третий параметр представляет собой мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, или скорость изменения скорости потока, первый параметр предпочтительно пропорционален произведению второго и третьего параметров.
В качестве альтернативы, первый параметр может быть просто пропорционален скорости изменения скорости потока.
Однако в отношении первого параметра существует множество возможностей. Наиболее целесообразно, чтобы первый параметр зависел от конструкции устройства для генерирования аэрозоля. Различные конструкции могут обладать различными характеристиками потока при прохождении датчика потока, при этом различные типы устройств для генерирования аэрозоля могут вести себя по-разному. Хотя предпочтительные примеры представляют собой простые произведения или пропорции двух измеренных или выведенных параметров, могут использоваться более сложные комбинации.
Аэрозоль-генерирующий элемент может представлять собой механическое устройство, такое как преобразователь с вибрирующей диафрагмой или пьезоэлектрическое устройство. Однако предпочтительно аэрозоль-генерирующий элемент представляет собой электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент. По меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью нагрева аэрозоль-образующего субстрата для создания аэрозоля.
Если на нагревательный элемент подается постоянная мощность, температура нагревательного элемента представляет собой параметр, отражающий характеристики потока в устройстве. Он может использоваться в качестве третьего параметра. Более низким температурам соответствует высокая скорость потока, поскольку воздушный поток создает эффект охлаждения. Таким образом, температура нагревательного элемента будет повышаться по мере падения скорости потока в конце вдоха пользователя. Сопротивление нагревательного элемента может зависеть от температуры нагревательного элемента, так что сопротивление нагревательного элемента может использоваться в качестве третьего параметра.
Если температура регулируется так, чтобы оставаться постоянной, тогда мощность, подаваемая на нагревательный элемент для поддержания постоянной температуры, является характеристикой скорости потока, а значит, может использоваться в качестве третьего параметра. Чем выше скорость потока, тем выше мощность, необходимая для поддержания заданной температуры. Постоянная температура может иметь заданное значение либо может динамически рассчитываться на основе одного или более других измеряемых параметров, таких как скорость потока.
Согласно другому аспекту предложено электроуправляемое устройство для генерирования аэрозоля, при этом устройство содержит: по меньшей мере, один электрический аэрозоль-генерирующий элемент для образования аэрозоля из субстрата; источник питания для подачи мощности к указанному по меньшей мере одному аэрозоль-генерирующему элементу; и электрическую схему для управления подачей мощности от источника питания к указанному по меньшей мере одному аэрозоль-генерирующему элементу, при этом электрическая схема включает в себя датчик для обнаружения воздушного потока, проходящего через аэрозоль-генерирующий элемент, при этом электрическая схема выполнена с возможностью:
определения значения первого параметра, связанного с изменением расхода воздушного потока; и
снижения или задержки подачи мощности на аэрозоль-генерирующий элемент в зависимости от результата сравнения между значением первого параметра и пороговым значением, при этом первый параметр получают из комбинации второго параметра, являющегося мерой скорости потока, измеренной датчиком потока, и третьего параметра, относящегося к скорости потока,
при этом третий параметр представляет собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока или скорость изменения скорости потока либо выводится из комбинации двух или более параметров, представляющих собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока, и скорость изменения скорости потока.
Предпочтительно устройство выполнено с возможностью обеспечения генерирования воздушного потока вдохом пользователя. Предпочтительно устройство выполнено с возможностью определения значения первого параметра в течение периода вдоха.
Если третий параметр представляет собой температуру или максимальная скорость потока, тогда предпочтительно первый параметр пропорционален соотношению между вторым и третьим параметрами.
Если третий параметр представляет собой мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, или скорость изменения скорости потока, первый параметр предпочтительно пропорционален произведению второго и третьего параметров.
В качестве альтернативы, первый параметр может быть просто пропорционален скорости изменения скорости потока.
Устройство может быть выполнено с возможностью приема аэрозоль-образующего субстрата. Аэрозоль-генерирующий элемент может представлять собой механическое устройство, такое как преобразователь с вибрирующей диафрагмой. Однако предпочтительно аэрозоль-генерирующий элемент представляет собой электрический нагреватель, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент. По меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью нагрева аэрозоль-образующего субстрата для создания аэрозоля.
Если на нагревательный элемент подается постоянная мощность, температура нагревательного элемента представляет собой параметр, отражающий характеристики потока в устройстве. Таким образом, температура может использоваться в качестве третьего параметра. Более низким температурам соответствует высокая скорость потока, поскольку воздушный поток создает эффект охлаждения. Таким образом, температура нагревательного элемента будет повышаться по мере падения скорости потока в конце вдоха пользователя (или в другой период существования воздушного потока). Сопротивление нагревательного элемента может зависеть от температуры нагревательного элемента, так что сопротивление нагревательного элемента может использоваться в качестве третьего параметра.
Если температура регулируется так, чтобы оставаться постоянной, тогда мощность, подаваемая на нагревательный элемент для поддержания постоянной температуры, является характеристикой скорости потока, а значит, может использоваться в качестве третьего параметра. Чем выше скорость потока, тем выше мощность, необходимая для поддержания заданной температуры. Постоянная температура может иметь заданное значение либо может динамически рассчитываться на основе одного или более других измеряемых параметров, таких как скорость потока.
Предпочтительно электрическая схема выполнена с возможностью осуществления стадий способа по предшествующему аспекту изобретения. Для выполнения стадий способа предшествующего аспекта изобретения электрическая схема может быть жестко запрограммированной. Однако более предпочтительно, чтобы электрическая схема была программируемой для выполнения стадий способа предшествующего аспекта изобретения.
Датчик может представлять собой любой датчик, способный детектировать воздушный поток. Датчик может представлять собой электромеханическое устройство. В качестве альтернативы, датчик может представлять собой механическое устройство, оптическое устройство, оптико-механическое устройство, датчик на базе микроэлектромеханических систем или акустический датчик. Датчик может представлять собой теплопроводный датчик потока, датчик давления, анемометр и должен быть способен не только детектировать воздушный поток, но и измерять воздушный поток. Таким образом, датчик должен быть способен передавать аналоговый электрический сигнал или цифровые данные, представляющие амплитуду воздушного потока.
Электрический нагреватель может содержать единственный нагревательный элемент. В качестве альтернативы, электрический нагреватель может содержать более одного нагревательного элемента, например два или три, или четыре, или пять, или шесть, или более нагревательных элементов. Нагревательный элемент или нагревательные элементы могут располагаться должным образом, так чтобы наиболее эффективно нагревать аэрозоль-образующий субстрат.
По меньшей мере, один электрический нагревательный элемент предпочтительно содержит электрорезистивный материал. В число пригодных электрорезистивных материалов входят, но не ограничиваясь перечисленным: полупроводники, такие как легированная керамика, «электропроводящая» керамика (например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, металлические сплавы и композитные материалы, выполненные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированную или беспримесную керамику. В число примеров пригодной легированной керамики входят легированные карбиды кремния. В число примеров пригодных металлов входят титан, цирконий, тантал, и металлы из платиновой группы. В число примеров пригодных металлических сплавов входят нержавеющая сталь, константан, сплавы, содержащие никель, кобальт, хром, алюминий-титан-цирконий, гафний, ниобий, молибден, тантал, вольфрам, олово, галлий, марганец и железо, и суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющая сталь, Timetal®, железо-алюминиевые сплавы и железо-марганцево-алюминиевые сплавы. Timetal® - зарегистрированная торговая марка корпорации Titanium Metals Corporation, 1999 Broadway Suite 4300, Denver, Colorado. В композитных материалах электрорезистивный материал в качестве опции может быть встроен, инкапсулирован в изоляционный материал или покрыт им, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых внешних физико-химических свойств. Нагревательный элемент может содержать протравленную металлическую фольгу, изолированную между двумя слоями инертного материала. В этом случае инертный материал может содержать Kapton®, полиимидную пленку или фольгу из слюды. Kapton® - зарегистрированная торговая марка компании E.I. du Pont de Nemours, 1007 Market Street, Wilmington, Delaware 19898, США.
В качестве альтернативы, по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может содержать инфракрасный нагревательный элемент, источник фотонного излучения или индукционный нагревательный элемент.
По меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может принимать любую пригодную форму. Например по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может принимать форму нагревательной пластины. В качестве альтернативы, по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может принимать форму оболочки или субстрата, имеющего различные электропроводящие участки, либо электрорезистивной металлической трубки. Если аэрозоль-образующий субстрат представляет собой жидкость, находящуюся в контейнере, контейнер может содержать сменный нагревательный элемент. В качестве альтернативы, могут также использоваться одна или более нагревательных игл или один или более стержней, проходящих по центру аэрозоль-образующего субстрата. В качестве альтернативы, по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может представлять собой дисковый (концевой) нагреватель или сочетание дискового нагревателя с нагревательными иглами или стержнями. В качестве альтернативы, по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может содержать гибкий лист материала, выполненный с возможностью окружать или частично окружать аэрозоль-образующий субстрат. В число альтернативных решений входят проволока высокого сопротивления или нить накала, например проволока из Ni-Cr, платины, вольфрама или проволока из сплава, либо нагревательная пластина. В качестве опции нагревательный элемент может быть нанесен на жесткий материал-носитель или внесен в него.
По меньшей мере, один электрический нагревательный элемент может содержать теплопоглотитель или тепловой резервуар, содержащий материал, способный поглощать и сохранять тепло, а затем высвобождать тепло с течением времени в аэрозоль-образующий субстрат. Теплопоглотитель может быть выполнен из любого пригодного материала, такого как пригодный металл или керамический материал. Предпочтительно материал имеет высокую теплоемкость (материал теплового аккумулятора переменной температуры) или представляет собой материал, способный поглощать, а затем высвобождать тепло посредством обратимых процессов, например высокотемпературного фазового перехода. В число пригодных тепловых аккумулирующих материалов переменной температуры входят гель кремниевой кислоты, окись алюминия, углерод, стеклянный мат, стекловолокно, минералы, металл или сплав, такой как алюминиевый, серебряный или свинцовый, и целлюлозный материал, такой как бумага. В число других пригодных материалов, высвобождающих тепло посредством обратимого фазового перехода, входят парафин, ацетат натрия, нафталин, воск, полиэтиленоксид, металл, соль металла, эвтектическая смесь солей или сплав.
Теплопоглотитель или тепловой резервуар может располагаться так, чтобы напрямую соприкасаться с аэрозоль-образующим субстратом, и может переносить накопленное тепло непосредственно в субстрат. В качестве альтернативы, тепло, накопленное в теплопоглотителе или тепловом резервуаре, может передаваться аэрозоль-образующему субстрату посредством проводника тепла, такого как металлическая трубка.
По меньшей мере, один нагревательный элемент может нагревать аэрозоль-образующий субстрат посредством электрической проводимости. Нагревательный элемент может находиться, по меньшей мере, частично в контакте с субстратом либо носителем, на котором субстрат осажден. В качестве альтернативы, тепло от нагревательного элемента может проводиться в теплопроводный элемент.
В качестве альтернативы, по меньшей мере один нагревательный элемент может передавать тепло поступающему окружающему воздуху, втягиваемому через электронагреваемое устройство для генерирования аэрозоля в ходе эксплуатации, который, в свою очередь, нагревает аэрозоль-образующий субстрат путем конвекции. Окружающий воздух может нагреваться перед прохождением через аэрозоль-образующий субстрат. В качестве альтернативы, если аэрозоль-образующий субстрат представляет собой жидкий субстрат, окружающий воздух может сначала втягиваться через субстрат, а затем нагреваться.
Аэрозоль-образующий субстрат может представлять собой твердый аэрозоль-образующий субстрат. Аэрозоль-образующий субстрат предпочтительно содержит табакосодержащий материал, включающий в себя летучие ароматические соединения табака, высвобождаемые из субстрата при нагревании. Аэрозоль-образующий субстрат может содержать нетабачный материал. Аэрозоль-образующий субстрат может содержать табакосодержащий материал, и материал, не содержащий табака. Предпочтительно аэрозоль-образующий субстрат дополнительно содержит формирователь аэрозоля. Примерами пригодных формирователей аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.
В качестве альтернативы, аэрозоль-образующий субстрат может представлять собой жидкий аэрозоль-образующий субстрат. В одном варианте осуществления электронагреваемое устройство для генерирования аэрозоля дополнительно содержит участок хранения жидкости. Предпочтительно жидкий аэрозоль-образующий субстрат хранится на участке хранения жидкости. В одном варианте осуществления электронагреваемое устройство для генерирования аэрозоля дополнительно содержит капиллярный фитиль, сообщающийся с участком хранения жидкости. Существует также возможность, чтобы капиллярный фитиль для удерживания жидкости обеспечивался без участка хранения жидкости. В таком варианте осуществления капиллярный фитиль может быть предварительно загружен жидкостью.
Предпочтительно капиллярный фитиль выполнен с возможностью пребывания в контакте с жидкостью на участке хранения жидкости. В этом случае на практике жидкость поступает с участка хранения жидкости, по меньшей мере, в направлении одного электрического нагревательного элемента благодаря капиллярному действию капиллярного фитиля. В одном варианте осуществления капиллярный фитиль имеет первый конец и второй конец, при этом первый конец продолжается на участок хранения жидкости для соприкосновения в нем с жидкостью, при этом по меньшей мере один электрический нагревательный элемент выполнен с возможностью нагрева жидкости на втором конце. Когда нагревательный элемент приводится в действие, жидкость на втором конце капиллярного фитиля испаряется нагревателем для образования перенасыщенного пара. Перенасыщенный пар смешивается с воздушным потоком и переносится им. В ходе переноса пар конденсируется для образования аэрозоля, и аэрозоль переносится в направлении рта пользователя. Нагревательный элемент в сочетании с капиллярным фитилем может обеспечивать высокое быстродействие, поскольку при такой схеме нагревательный элемент может воздействовать на большую площадь поверхности жидкости. Управление нагревательным элементом согласно изобретению, таким образом, зависит от конструкции капиллярного фитиля.
Жидкий субстрат может абсорбироваться в материал-носитель, который может быть выполнен из любой абсорбирующей вставки или абсорбирующего тела, например пенистого металлического или пластикового материала, полипропилена, терилена, нейлоновых волокон или керамики. Жидкий субстрат может удерживаться в пористом материале-носителе перед использованием электронагреваемого устройства для генерирования аэрозоля или, в качестве альтернативы, жидкий материал-субстрат может высвобождаться в пористый материал-носитель в ходе использования или непосредственно перед ним. Например, жидкий субстрат может предоставляться в капсуле. Оболочка капсулы предпочтительно плавится при нагревании и высвобождает жидкий субстрат в пористый материал-носитель. В качестве опции капсула может содержать твердое тело в сочетании с жидкостью.
Если аэрозоль-образующий субстрат представляет собой жидкий субстрат, жидкость обладает определенными физическими свойствами. В их число входят, например, температура кипения, давление пара, и характеристики поверхностного натяжения, что делает их пригодными для использования в устройстве для генерирования аэрозоля. Управление, по меньшей мере, одним электрическим нагревательным элементом может зависеть от физических свойств жидкого субстрата. Жидкость предпочтительно содержит табакосодержащий материал, в состав которого входят летучие ароматические соединения табака, высвобождаемые из жидкости при нагревании. В качестве альтернативы, или дополнительно жидкость может содержать нетабачный материал. Жидкость может включать в себя воду, растворители, этанол, растительные экстракты, и натуральные или искусственные ароматизаторы. Предпочтительно жидкость дополнительно содержит формирователь аэрозоля. Примерами пригодных формирователей аэрозоля служат глицерин и пропиленгликоль.
Преимущество создания участка хранения жидкости состоит в том, что может поддерживаться высокий уровень гигиены. Использование капиллярного фитиля, продолжающегося между жидкостью и электрическим нагревательным элементом, обеспечивает относительную простоту конструкции устройства. Жидкость обладает физическими свойствами, в том числе вязкостью и поверхностным натяжением, что обеспечивает перенос жидкости через капиллярный фитиль благодаря капиллярному действию. Участок хранения жидкости предпочтительно представляет собой контейнер. Участок хранения жидкости может не быть пополняемым. Таким образом, когда жидкость на участке хранения жидкости использована, участок хранения жидкости или все устройство для генерирования аэрозоля заменяется. В качестве альтернативы, участок хранения жидкости может быть пополняемым. В этом случае устройство для генерирования аэрозоля может заменяться после определенного числа пополнений участка хранения жидкости. Предпочтительно участок хранения жидкости выполнен с возможностью удерживать жидкость для заданного числа затяжек.
Капиллярный фитиль может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный фитиль предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный фитиль может содержать множество волокон или нитей, или других тонких проходных трубок. Волокна или нити могут, в общем, быть уложены в продольном направлении устройства для генерирования аэрозоля. В качестве альтернативы, капиллярный фитиль может содержать губчатый или пенообразный материал, выполненный в форме стержня. Стержневая форма может продолжаться вдоль продольного направления устройства для генерирования аэрозоля. Структура фитиля образует множество малых проходных отверстий или трубок, через которые жидкость может перемещаться к электрическому нагревательному элементу благодаря капиллярному действию. Капиллярный фитиль может содержать любой пригодный материал или комбинацию материалов. Примерами пригодных материалов служат материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков. Капиллярный фитиль может обладать любой пригодной капиллярностью и пористостью, так чтобы удовлетворять различным физическим свойствам жидкости, таким как плотность, вязкость, поверхностное натяжение и давление пара. Капиллярные свойства фитиля в сочетании со свойствами жидкости гарантируют, что фитиль всегда остается влажным в зоне нагрева.
Аэрозоль-образующий субстрат в качестве альтернативы, может представлять собой любой иной субстрат, например газовый субстрат, или любое сочетание субстратов различных видов. В процессе работы субстрат может полностью находиться в электронагреваемом устройстве для генерирования аэрозоля. В этом случае пользователь может затянуться через мундштук электронагреваемого устройства для генерирования аэрозоля. В качестве альтернативы, в процессе работы субстрат может частично содержаться в электронагреваемом устройстве для генерирования аэрозоля. В этом случае субстрат может образовывать часть отдельного изделия, при этом пользователь может затягиваться непосредственно через отдельное изделие.
Предпочтительно электронагреваемое устройство для генерирования аэрозоля представляет собой электронагреваемое курительное устройство.
Электронагреваемое устройство для генерирования аэрозоля может содержать аэрозоль-образующую камеру, в которой аэрозоль образуется из перенасыщенного пара, сам же аэрозоль далее переносится в ротовую полость пользователя. Входной канал для воздуха, выходной канал для воздуха и камера предпочтительно расположены так, чтобы определять путь воздушного потока от входного канала для воздуха к выходному каналу для воздуха через аэрозоль-образующую камеру с целью доставки аэрозоля к выходному каналу для воздуха и далее в ротовую полость пользователя. На стенках аэрозоль-образующей камеры может происходить конденсация. Величина конденсации может зависеть от величины подаваемой мощности, в частности ближе к концу затяжки.
Предпочтительно устройство для генерирования аэрозоля содержит корпус. Предпочтительно корпус является удлиненным. Конструкция корпуса, в том числе площадь поверхности, доступная для образования конденсации, влияет на свойства аэрозоля и на то, будет ли жидкость вытекать из устройства. Корпус может содержать оболочку и мундштук. В этом случае все компоненты могут содержаться либо в оболочке, либо в мундштуке. Корпус может содержать любой пригодный материал или комбинацию материалов. В число примеров пригодных материалов входят металлы, сплавы, пластики или композитные материалы, содержащие один или более таких материалов, либо термопластики, пригодные для применения с пищевыми продуктами или в фармацевтике, например полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно материал должен быть легким и нехрупким. Материал корпуса может влиять на величину конденсации, происходящей на корпусе, которая, в свою очередь, влияет на утечку жидкости из устройства.
Предпочтительно устройство для генерирования аэрозоля является переносным. Устройство для генерирования аэрозоля может представлять собой курительное устройство и может иметь размер, сопоставимый с традиционной сигарой или сигаретой. Общая длина курительного устройства может составлять от около 30 мм до около 150 мм. Наружный диаметр курительного устройства может составлять от около 5 мм до около 30 мм.
Способ и электронагреваемое устройство для генерирования аэрозоля согласно настоящему изобретению обеспечивают преимущество в том, что величина мощности, подаваемой на нагревательный элемент, может подстраиваться под профиль воздушного потока, тем самым улучшая ощущения пользователя и снижая количество аэрозоля, конденсируемого в корпусе устройства, не требуя от пользователя и устройства выполнения каких-либо дополнительных действий.
Согласно другому аспекту изобретения предложена электрическая схема для электроуправляемого устройства для генерирования аэрозоля, при этом электрическая схема выполнена с возможностью осуществления способа по другим аспектам изобретения.
Предпочтительно электрическая схема является программируемой для выполнения способа по другим аспектам изобретения. В качестве альтернативы, электрическая схема может быть жестко запрограммированной для выполнения способа по другим аспектам изобретения.
Согласно другому аспекту изобретения предложена компьютерная программа, которая, будучи исполняемой на программируемой электрической схеме, предназначенной для электроуправляемого устройства для генерирования аэрозоля, приводит к тому, что программируемая электрическая схема реализует способ по другим аспектам изобретения.
Согласно другому аспекту изобретения предложен машиночитаемый носитель информации, на котором хранится компьютерная программа согласно предшествующему аспекту изобретения.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта изобретения, могут применяться к другому аспекту изобретения.
Изобретение будет далее описано лишь в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на Фиг. 1 показан пример электронагреваемого устройства для генерирования аэрозоля;
на Фиг. 2 проиллюстрирован способ управления производством аэрозоля согласно первому варианту осуществления изобретения;
на Фиг. 3 проиллюстрирован способ управления производством аэрозоля согласно первому варианту осуществления для другого профиля затяжки;
на Фиг. 4 проиллюстрирован способ управления производством аэрозоля согласно второму варианту осуществления изобретения;
на Фиг. 5 проиллюстрирован способ управления производством аэрозоля согласно второму варианту осуществления для другого профиля затяжки.
На Фиг. 1 показан пример электронагреваемого устройства для генерирования аэрозоля. На Фиг. 1 устройство представляет собой курительное устройство, имеющее участок хранения жидкости. Курительное устройство 100, представленное на Фиг. 1, содержит корпус 101, имеющий конец 103 с мундштуком и конец 105 корпуса. На конце корпуса предусмотрены электрический источник питания в виде батареи 107, электрическая схема в виде аппаратного средства 109, и устройство 111 обнаружения затяжки. На конце с мундштуком предусмотрены участок хранения жидкости в виде картриджа 113, содержащего жидкость 115, капиллярный фитиль 117, и нагреватель 119, содержащий по меньшей мере один нагревательный элемент. Следует отметить, что нагреватель на Фиг.1 показан лишь схематично. Один конец капиллярного фитиля 117 продолжается в картридж 113, а другой конец капиллярного фитиля 117 окружен нагревателем 119. Нагреватель соединен с электрической схемой посредством соединителей 121. Корпус 101 также включает в себя входной канал 123 для воздуха, выходной канал 125 для воздуха на конце с мундштуком, и аэрозоль-образующую камеру 127.
На практике порядок работы следующий. Жидкость 115 переносится или поступает благодаря капиллярному действию из картриджа 113 от конца фитиля 117, продолжающегося в картридж, на другой конец фитиля 117, окруженный нагревателем 119. Когда пользователь производит вдох через устройство на выходном канале 125 для воздуха, окружающий воздух втягивается через входной канал 123 для воздуха. В конструкции, показанной на Фиг. 1, устройство 111 обнаружения затяжки распознает затяжку и активирует нагреватель 119. Батарея 107 подает энергию на нагреватель 119 для нагрева конца фитиля 117, окруженного нагревателем. Жидкость на этом конце фитиля 117 испаряется нагревателем 119 для образования перенасыщенного пара. Одновременно с этим испаряемая жидкость замещается дополнительной жидкостью, поступающей вдоль фитиля 117 благодаря капиллярному действию. (Иногда это называют "насосным действием"). Образованный перенасыщенный пар смешивается с воздушным потоком и переносится им от входного канала 123 для воздуха. В аэрозоль-образующей камере 127 пар конденсируется для образования вдыхаемого аэрозоля, который переносится в направлении выходного канала 125 и попадает в ротовую полость пользователя.
Капиллярный фитиль может быть выполнен из различных пористых или капиллярных материалов и предпочтительно обладают известной заданной капиллярностью. В число примеров входят материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков. Фитили различной пористости могут использоваться для соответствия различным физическим свойствам жидкости, таким как плотность, вязкость, поверхностное натяжение и давление пара. Фитиль должен удовлетворять требованиям доставки к нагревательному элементу необходимого количества жидкости. Фитиль и нагревательный элемент должны удовлетворять требованиям доставки пользователю необходимого количества аэрозоля.
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, аппаратное средство 109 и устройство 111 обнаружения затяжки предпочтительно являются программируемыми. Аппаратное средство 109 и устройство 111 обнаружения затяжки могут использоваться для управления работой устройства. Это способствует контролю размера частиц аэрозоля.
На Фиг. 1 показан пример электронагреваемого устройства для генерирования аэрозоля, которое может использоваться в настоящем изобретении. Однако в настоящем изобретении могут использоваться и многие другие примеры. Электронагреваемое устройство для генерирования аэрозоля просто должно включать в себя или принимать аэрозоль-образующий субстрат, нагреваемый, по меньшей мере, одним электрическим нагревательным элементом, запитываемым источником питания под управлением электрической схемы. Например, устройство может и не быть курительным устройством. Например, аэрозоль-образующий субстрат может представлять собой твердый субстрат, а не жидкий субстрат. В качестве альтернативы, аэрозоль-образующий субстрат может представлять собой субстрат другого вида, например газовый субстрат. Нагревательный элемент может принимать любую приемлемую форму. Общие форма и размеры корпуса могут изменяться, при этом корпус может содержать отделяемые оболочку и мундштук. Разумеется, возможны также и другие изменения.
Как говорилось ранее, предпочтительно электрическая схема, содержащая аппаратное средство 109 и устройство 111 обнаружения затяжки, является программируемой с целью управления подачей мощности на нагревательный элемент. Это, в свою очередь, влияет на температурный профиль, который окажет влияние на плотность получаемого аэрозоля. Термин "температурный профиль" относится к графическому изображению температуры нагревательного элемента (или иной схожей характеристики, например тепла, генерируемого нагревательным элементом) в зависимости от времени, необходимого для затяжки. В качестве альтернативы, аппаратное средство 109 и устройство 111 обнаружения затяжки могут быть жестко запрограммированы для управления подачей мощности на нагревательный элемент. Опять же это повлияет на температурный профиль, который окажет влияние на плотность генерируемого аэрозоля.
В устройстве для генерирования аэрозоля такого типа, как показан на Фиг. 1, проблемы возникают в том случае, если аэрозоль продолжает вырабатываться, когда воздушный поток через устройство недостаточен для того, чтобы удалить произведенный аэрозоль. Это приводит к конденсации аэрозоля на внутренней части корпуса, который впоследствии может вытекать из устройства в ротовую полость пользователя или на его руки. Это также может приводить к накоплению материала, способного мигрировать на нагревательный элемент, который далее может подвергнуться химической деградации с образованием нежелательных соединений. Например, если подача мощности отключается на том же пороговом значении потока, на котором она включается, генерация аэрозоля будет продолжаться, когда воздушный поток через устройство мал или вообще отсутствует.
На Фиг. 2 проиллюстрирован способ управления подачей мощности на нагреватель, представленный на Фиг. 1, согласно первому варианту осуществления изобретения. Кривая 200 - обнаруженный воздушный поток через устройство в период вдоха пользователя или затяжки. Кривая 210 - температура нагревателя в течение того же периода. Мощность подается на нагреватель при первичном обнаружении воздушного потока через устройство и непрерывно подается на том же уровне до ее отключения. Таким образом, температура нагревателя сначала повышается, пока не достигнет вполне устойчивого уровня, на котором охлаждение воздушного потока находится в равновесии с нагревом, обеспечиваемым источником питания. Ближе к концу затяжки пользователя, по мере того как воздушный поток снижается, температура нагревателя повышается снова более резко. Это объясняется тем, что эффект охлаждения воздушным потоком снижается. Температура нагревателя, таким образом, чувствительна к изменению воздушного потока в процессе затяжки.
Кривая 220 - график температуры нагревателя, приведенный к воздушному потоку. Эта кривая используется для получения нормализованного порогового значения для отключения подачи мощности на нагреватель, которое далее будем называть переменной конца затяжки. Кривая 220 рассчитывается по следующей формуле:
где EP - переменная конца затяжки;
T - температура нагревательного элемента;
Q - воздушный поток;
A - компенсационный коэффициент.
Подача мощности на нагреватель прекращается, когда кривая 220 достигает порогового значения (но только после прохождения максимальной скорости потока). В данном варианте осуществления пороговое значение задано и сохраняется в электрической схеме в ходе изготовления. Однако существует также возможность изменения порогового значения с течением времени для наибольшего соответствия поведению конкретного пользователя. Остановка подачи мощности показана линией 230 через 1,6 секунды после начала затяжки. После того как подача мощности прекращена, температура нагревателя снижается (пунктирная линия 215). Для снижающейся температуры получают соответствующую кривую для переменной конца затяжки, которая показана пунктирной линией 225. Пороговое значение подбирается так, что температура нагревателя снижается в достаточной степени, чтобы существенно уменьшить генерацию аэрозоля вплоть до конца затяжки, но не настолько рано, чтобы не оправдать ожидания пользователя устройства.
На Фиг. 3 показан другой пример согласно первому варианту осуществления, где профиль потока в течение затяжки более сложен. Кривая 300 представляет воздушный поток, кривая 310 представляет температуру нагревателя, а кривая 320 представляет переменную EP конца затяжки, где:
Подача мощности на нагреватель прекращается, когда переменная конца затяжки достигает заданного порогового значения, в данном случае через 1,7 секунды после начала затяжки, как показано линией 330.
Повторная активация нагревателя для последующих затяжек основана на простом пороговом значении для воздушного потока, называемом первым пороговым значением активации. Когда подача мощности для нагрева прекращается, воздушный поток должен уменьшиться до уровня ниже первого порогового значения активации, чтобы пользователь мог выполнить следующую затяжку, и чтобы устройство можно было инициализировать повторно.
Температуру нагревательного элемента можно рассчитать из его электрического сопротивления, которое замеряется непрерывно. Таким образом, при расчете переменной конца затяжки температурную переменную можно заменить величиной электрического сопротивления нагревательного элемента, что снижает объем вычислений для электрической схемы.
Если температура нагревателя регулируется в течение затяжки так, что она удерживается постоянной после того как достигла требуемого температурного значения, температуру нагревателя нельзя использовать для расчета переменной конца затяжки по той причине, что она будет оставаться постоянной вне зависимости от уровня воздушного потока. Таким образом, должна использоваться другая входная переменная. Для расчета переменной конца затяжки может использоваться мощность, подаваемая для поддержания постоянной температуры. Когда воздушный поток снижается, для поддержания постоянной температуры требуется меньшая мощность.
Мощность подается на нагреватель в виде импульсного сигнала. С целью регулировки температуры нагревателя питающее напряжение подвергается модуляции. Модуляция питающего напряжения может выполняться либо путем изменения ширины импульсов питающего напряжения, либо путем изменения частоты импульсов.
Средняя мощность, подаваемая на нагревательный элемент, может варьироваться путем изменения частоты (или "PFM" - частотно-импульсной модуляции) питающего напряжения при фиксированном рабочем цикле для поддержания постоянной температуры нагревательного элемента. В этом случае переменная конца затяжки может рассчитываться следующим образом:
где Q - воздушный поток;
Δf - изменение частоты модуляции;
P - компенсационный коэффициент.
Другой способ изменения подаваемой мощности - PWM (широтно-импульсная модуляция), заключающаяся в изменении рабочего цикла при постоянной частоте. Рабочий цикл представляет собой отношение времени, в течение которого питание включено, к времени, в течение которого питание выключено. Иными словами, отношение ширины импульсов напряжения к времени между импульсами напряжения. Малый рабочий цикл, составляющий 5%, обеспечит подачу значительно меньшей мощности, чем рабочий цикл, составляющий 95%. В этом случае переменная конца затяжки может рассчитываться следующим образом:
где Q - воздушный поток;
Δd - изменение рабочего цикла;
B - компенсационный коэффициент.
Сочетание изменения частоты и рабочего цикла может также использоваться при расчете переменной конца затяжки.
Существует ряд альтернативных способов получения "нормализованного" параметра для сравнения с пороговым значением с целью прекращения подачи мощности на нагреватель или любой альтернативный аэрозоль-генерирующий элемент. Одна из альтернатив заключается в использовании скорости изменения воздушного потока.
На Фиг. 4 показан воздушный поток, и скорость изменения воздушного потока для первого профиля затяжки. Кривая 400 - скорость воздушного потока. Кривая 410 - производная воздушного потока по времени. Пороговое значение для прекращения подачи мощности на нагреватель может устанавливаться при фиксированной скорости изменения воздушного потока, как показано линией 420. Скорость изменения воздушного потока служит параметром нормализации между большими и малыми вдохами.
На Фиг. 5 показано использование скорости изменения воздушного потока и самого воздушного потока для более сложного профиля затяжки. Кривая 500 - скорость воздушного потока, кривая 510 - скорость изменения воздушного потока. Подача мощности на нагреватель прекращается, когда скорость изменения воздушного потока достигает порогового значения. При затяжке, показанной на Фиг. 5, прекращение подачи мощности для нагрева выполняется несколько раз в течение затяжки, как показано линиями 530 и 540. Первое прекращение подачи мощности происходит через 0,6 секунды, второе прекращение подачи мощности - через 1,2 секунды.
Устройство требуется повторно активировать после первой остановки подачи мощности, чтобы оправдать ожидания пользователя. Пороговое значение повторной активации может находиться в точке разрыва непрерывности кривой 550 производной, или когда скорость изменения воздушного потока становится положительной. Когда величина воздушного потока становится ниже первого порогового значения активации, устройство может перезапускаться для обеспечения подачи мощности снова, когда величина воздушного потока превышает первое пороговое значение активации.
Скорость изменения воздушного потока может рассчитываться по следующей формуле:
где Qn - величина воздушного потока, измеренная в момент времени tn.
В число других альтернативных параметров конца затяжки входят Qmax/Q, где Qmax - максимальная зарегистрированная величина воздушного потока в течение затяжки, A/(Q.dQ/dt), AQmax/(Q.dQ/dt) или AT/Q2. Для различных конструкций устройства для генерирования аэрозоля и для разных пользователей могут подходить различные параметры конца затяжки. Какой бы параметр конца затяжки ни использовался, он должен каким-то образом нормализовать различные виды профилей потока, встречающихся при вдохе пользователя. Это предполагает использование параметра, связанного с изменением воздушного потока в течение определенного периода существования потока, при этом, как можно видеть из вышеприведенного примера, такой параметр может быть получен из одного, двух или более измеренных параметров, связанных с воздушным потоком. Пороговое значение должно устанавливаться с возможностью гарантии, что последняя часть вдоха пользователя используется для удаления из устройства образованного аэрозоля.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на электрическое курительное устройство, все генераторы аэрозолей, испарители или ингаляторы, активируемые по требованию, страдают теми же проблемами задержки части образованного аэрозоля в потребляемом корпусе. Соответственно настоящее изобретение может применяться ко всем аэрозольным генераторам, испарителям или ингаляторам, активируемым по требованию.
В случае медицинских устройств, если доза лекарственного вещества, доставляемая пациенту, должна быть оценена и рассчитана, управление производством аэрозоля согласно настоящему изобретению может гарантировать, что весь сгенерированный аэрозоль будет доставлен пациенту. Благодаря прекращению производства аэрозоля до окончания вдоха по существу весь аэрозоль доставляется пациенту, а значит, дозировка лекарственного вещества может контролироваться более точно.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на электронагреваемые аэрозоль-образующие субстраты, в настоящем изобретении могут использоваться другие генераторы аэрозоля. Например, для генерирования аэрозоля может использоваться преобразователь с вибрирующей диафрагмой. При применении такого генератора аэрозоля температурная переменная, используемая с нагревателем для расчета переменной конца затяжки, может заменяться переменными давления, мощности, частоты или амплитуды перемещения исполнительного механизма.
1. Способ управления производством аэрозоля в устройстве для генерирования аэрозоля, содержащем аэрозоль-генерирующий элемент; канал для потока, выполненный с возможностью обеспечения прохождения воздушного потока за аэрозоль-генерирующий элемент; и датчик потока, выполненный с возможностью обнаружения воздушного потока в канале для потока,
включающий стадии:
определения значения первого параметра, связанного с изменением расхода воздушного потока; и
изменения подачи мощности на аэрозоль-генерирующий элемент в зависимости от результата сравнения между значением первого параметра и пороговым значением, при этом первый параметр получают из комбинации второго параметра, являющегося мерой скорости потока, измеренной датчиком потока, и третьего параметра, относящегося к скорости потока,
при этом третий параметр представляет собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока или скорость изменения скорости потока либо выводится из комбинации двух или более параметров, представляющих собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока и скорость изменения скорости потока.
2. Способ по п. 1, в котором третий параметр представляет собой температуру или максимальную скорость потока, включающий стадию получения первого параметра путем расчета соотношения между вторым и третьим параметрами.
3. Способ по п. 1, в котором третий параметр представляет собой мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, или скорость изменения скорости потока, дополнительно включающий стадию получения первого параметра путем вычисления произведения второго и третьего параметров.
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором первый параметр представляет собой скорость изменения скорости потока.
5. Способ по любому из пп. 1-3, в котором аэрозоль-генерирующий элемент представляет собой электронагреваемый нагревательный элемент, при этом первый параметр пропорционален температуре нагревательного элемента, деленной на скорость потока, измеренную датчиком потока.
6. Способ по любому из пп. 1-3, дополнительно включающий стадию повторной подачи мощности на аэрозоль-генерирующий элемент на основе скорости потока, измеренной датчиком потока.
7. Электроуправляемое устройство для генерирования аэрозоля, содержащее по меньшей мере один электрический аэрозоль-генерирующий элемент для образования аэрозоля из субстрата; источник питания для подачи мощности к указанному по меньшей мере одному аэрозоль-генерирующему элементу; и электрическую схему для управления подачей мощности от источника питания к указанному по меньшей мере одному аэрозоль-генерирующему элементу, при этом электрическая схема включает в себя датчик для обнаружения прохождения воздушного потока за аэрозоль-генерирующий элемент, при этом электрическая схема выполнена с возможностью:
определения значения первого параметра, связанного с изменением скорости воздушного потока; и
снижения или задержки подачи мощности на аэрозоль-генерирующий элемент до нуля в зависимости от результата сравнения между значением первого параметра и пороговым значением, при этом первый параметр получают из комбинации второго параметра, характеризующего скорость потока, измеренную датчиком потока, и третьего параметра, относящегося к скорости потока,
при этом третий параметр представляет собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока или скорость изменения скорости потока либо выводится из комбинации двух или более параметров, представляющих собой температуру, мощность, подаваемую к аэрозоль-генерирующему элементу, максимальную измеренную скорость потока, и скорость изменения скорости потока.
8. Устройство по п. 7, в котором аэрозоль-генерирующий элемент представляет собой электронагреваемый нагревательный элемент, при этом первый параметр пропорционален температуре нагревательного элемента, деленной на скорость потока, измеренную датчиком потока.
9. Электрическая схема электроуправляемого устройства для генерирования аэрозоля, выполненная с возможностью осуществления способа по п. 1.
