Обнаружение аэрозоль-образующего субстрата в генерирующем аэрозоль устройстве

Изобретение относится к генерирующему аэрозоль устройству, которое содержит нагревательный элемент, выполненный для нагревания аэрозольобразующего субстрата; источник электроэнергии, соединенный с нагревательным элементом; и контроллер, соединенный с нагревательным элементом и с источником электроэнергии, причем данный контроллер выполнен для регулирования мощности, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, чтобы поддерживать температуру нагревательного элемента при целевой температуре, и выполнен для сравнения величины мощности, поступающей к нагревательному элементу, или энергии, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, с пороговым значением мощности или энергии для обнаружения присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента. Технический результат заключается в предотвращении активации нагревательного элемента, когда субстрат не присутствует. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее описание относится к генерирующим аэрозоль устройствам и, в частности, к генерирующим аэрозоль устройствам для вдыхания пользователем, таким как курительные устройства. Настоящее описание относится к устройству и к способу обнаружения присутствия или свойств аэрозольобразующего субстрата в генерирующем аэрозоль устройстве экономичным и надежным путем.

Традиционные сигареты с зажигаемым концом производят дым в результате горения табака и обертки, которое происходит при температурах, которые могут превышать 800°C в процессе затяжки. При этих температурах табак термически разлагается посредством пиролиза и горения. При горении табака производится тепло, а также образуются различные газообразные продукты горения и дистилляты. Эти продукты втягиваются через сигарету, охлаждаются и конденсируются, образуя дым, содержащий вкусы и ароматы, ощущаемые в процессе курения. При температуре горения производятся не только вкусы и ароматы, но также и множество нежелательных соединений.

Известны электронагревательные курительные устройства, которые, по существу, представляют собой генерирующие аэрозоль системы, которые работают при менее высоких температурах, чем традиционные сигареты с зажигаемым концом. Пример такого электрического курительного устройства описанный в международной патентной заявке WO 2009/118085. Международная патентная заявка WO 2009/118085 описывает электрическую курительную систему, в которой аэрозольобразующий субстрат нагревается посредством нагревательного элемента в целях получения аэрозоля. Температуру нагревательного элемента регулируют в пределах заданного температурного интервала для обеспечения того, чтобы никакие нежелательные летучие соединения не образовывались и не выделялись из субстрата при одновременном выделении желательных летучих соединений.

Оказывается желательным создание функции обнаружения субстрата в генерирующем аэрозоль устройстве, например, в генерирующем аэрозоль курительном устройстве, экономичным и надежным путем. Обнаружение субстрата можно использовать, например, чтобы предотвращать активацию нагревательного элемента, когда субстрат не присутствует, а также чтобы предотвращать нагревание неподходящих субстратов.

Согласно одному варианту выполнения, предлагается генерирующее аэрозоль устройство, содержащее:

нагревательный элемент, выполненный для нагревания аэрозольобразующего субстрата;

источник электроэнергии, соединенный с нагревательным элементом; и

контроллер, соединенный с нагревательным элементом и с источником электроэнергии, причем данный контроллер выполнен для регулирования мощности, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, чтобы поддерживать температуру нагревательного элемента при целевой температуре, и выполнен для сравнения величины мощности, поступающей к нагревательному элементу, или энергии, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, с пороговым значением мощности или энергии для обнаружения присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента.

При упоминании в настоящем документе термин «генерирующее аэрозоль устройство» означает устройство, которое взаимодействует с аэрозольобразующим субстратом в целях получения аэрозоля. Аэрозольобразующий субстрат может представлять собой часть генерирующего аэрозоль изделия, например, часть курительного изделия. Генерирующее аэрозоль устройство может представлять собой курительное устройство, которое взаимодействует с аэрозольобразующим субстратом генерирующего аэрозоль изделия в целях получения аэрозоля, который непосредственно вдыхается в легкие курильщика через рот курильщика. Генерирующее аэрозоль устройство может представлять собой держатель.

При упоминании в настоящем документе термин «аэрозольобразующий субстрат» означает субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться посредством нагревания аэрозольобразующего субстрата. Аэрозольобразующий субстрат может предпочтительно представлять собой часть генерирующего аэрозоль изделия или курительного изделия.

При упоминании в настоящем документе термины «генерирующее аэрозоль изделие» и «курительное изделие» означают изделие, включающее аэрозольобразующий субстрат, который способен высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Например, генерирующее аэрозоль изделие может представлять собой курительное изделие, которое производит аэрозоль, который непосредственно вдыхается в легкие курильщика через рот курильщика. Генерирующее аэрозоль изделие может быть предназначено для одноразового использования. Далее в настоящем документе используется, как правило, термин «курительное изделие». Курительное изделие можно представлять собой или может включать табачный стержень.

Значение мощности или энергии может представлять собой любое значение мощности или энергии, включающее среднюю мощность в течение заданного периода времени или в течение заданного числа циклов измерения, скорость изменения мощности или энергии или совокупное значение мощности или энергии, поступающей в течение заданного периода времени или в течение заданного числа циклов измерения.

Согласно одному варианту выполнения, значение энергии представляет собой нормированную энергию в течение заданного периода времени. Согласно еще одному варианту выполнения, значение энергии представляет собой скорость уменьшения нормированной энергии в течение заданного периода времени.

Величина мощности или энергии, которая требуется для достижения и сохранения заданной температуры нагревательного элемента, зависит от скорости потери тепла от нагревательного элемента. Она в значительной степени зависит от среды, окружающей нагревательный элемент. Если субстрат находится вблизи или вступает в контакт с нагревательным элементом, он будет влиять на скорость потери тепла от нагревательного элемента по сравнению с ситуацией, в которой отсутствует субстрат вблизи нагревательного элемента. Согласно одному варианту выполнения, устройство выполнено для приема аэрозольобразующего субстрата в контакте с нагревательным элементом. Нагревательный элемент затем теряет тепло, поступающее к субстрату посредством теплопроводности. Устройство может быть сконструировано таким образом, что субстрат окружает нагревательный элемент в процессе использования.

Контроллер может быть выполнен для снижения до нуля мощности, поступающей к нагревательному элементу от источника электроэнергии, если значение мощности или энергии составляет менее чем пороговое значение мощности или энергии. Если величина энергии, которая требуется для поддержания температуры нагревательного элемента при целевой температуре, составляет менее чем ожидаемая величина, это может быть обусловлено тем, что аэрозольобразующий субстрат не присутствует в устройстве, или в устройстве может присутствовать субстрат, который представляет собой неподходящий субстрат, такую как бывший в употреблении субстрат. Бывший в употреблении субстрат, как правило, имеет меньшее содержание воды и меньшее содержание аэрозольобразующего вещества, чем новый субстрат и, таким образом, потребляет меньше энергии от нагревательного элемента. В любом случае, обычно оказывается желательным прекращение поступления мощности к нагревателю.

Источник электроэнергии может представлять собой любой подходящий источник электроэнергии, например, источник электроэнергии постоянного тока, такой как аккумулятор. Согласно одному варианту выполнения, источник электроэнергии представляет собой литий-ионный аккумулятор. В качестве альтернативы, источник электроэнергии может представлять собой никель-металлогидридный аккумулятор, никель-кадмиевый аккумулятор, или аккумулятор на основе лития, например, литий-кобальтовый, литий-железофосфатный или литий-полимерный аккумулятор. Мощность может поступать к нагревательному элементу в форме импульсного сигнала. Величину мощности, которая поступает к нагревательному элементу, можно регулировать посредством изменения рабочего цикла или ширины импульсного сигнала мощности.

Контроллер может быть выполнен для мониторинга температуры нагревательного элемента на основе измерения электрического сопротивления нагревательного элемента. Это позволяет определять температуру нагревательного элемента без необходимости дополнительного сенсорного оборудования.

Температуру нагревателя можно наблюдать с заданными периодами времени, например, каждые несколько миллисекунд. Это можно осуществлять в непрерывном режиме или только в течение периодов, когда мощность поступает к нагревательному элементу.

Устройство может включать блок вывода данных и контроллер, выполненный для выполнения записи обнаруженного присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента в блок вывода данных. Записи об обнаружении субстрата могут оказаться полезными для предотвращения использования ненадлежащих данных в процессе клинического анализа. Например, генерирующее аэрозоль устройство может включать беспроводное радиоустройство, присоединенное к контроллеру, или панель универсальной последовательной шины (USB), которая присоединена к контроллеру. В качестве альтернативы, генерирующее аэрозоль устройство может быть предназначено для передачи информации из запоминающего устройства во внешнее запоминающее устройство в заряжающем аккумулятор устройстве каждый раз, когда генерирующее аэрозоль устройство перезаряжается через подходящие информационные соединения. Для этой цели устройство может быть обеспечено специальными контактами.

Устройство может также включать энергонезависимое запоминающее устройство. Контроллер может быть выполнен для хранения записей об обнаружении субстрата в запоминающем устройстве. Запоминающее устройство может обеспечивать временное хранение данных записей, прежде чем они будут переданы в более крупное постоянное внешнее запоминающее устройство или непосредственно в устройство обработки данных.

Согласно одному варианту выполнения, контроллер выполнен для записи сигнала обнаружения присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента в блок вывода данных в процессе операции зарядки источника электроэнергии. Устройство может быть присоединено к зарядному устройству, имеющему большее запоминающее устройство для более долгосрочного хранения записей об обнаружении субстрата.

Устройство может представлять собой электрическое курительное устройство. Генерирующее аэрозоль устройство может представлять собой электронагревательное курительное устройство, включающее электрический нагреватель. Термин «электрический нагреватель» означает один или несколько электрических нагревательных элементов.

Электрический нагреватель может включать единственный нагревательный элемент. В качестве альтернативы, электрический нагреватель может включать более чем один нагревательный элемент. Нагревательный элемент или нагревательные элементы можно располагать соответствующим образом, чтобы наиболее эффективно нагревался аэрозольобразующий субстрат.

Электрический нагреватель может включать имеющий электрическое сопротивление материал. Подходящие имеющие электрическое сопротивление материалы включают, но не ограничиваются этим, полупроводники, такие как легированные керамические материалы, электропроводящие керамические материалы (такие как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, металлические сплавы и композитные материалы, состоящие из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут включать легированные или нелегированные керамические материалы. Примеры подходящих легированных керамических материалов включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы платиновой группа. Примеры подходящих металлических сплавов включают нержавеющую сталь, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец-, золото- и железосодержащие сплавы, и сверхпрочные сплавы на основе никеля, железо, кобальт, нержавеющая сталь, титановые сплавы Timetal® и сплавы на основе железа, марганца и алюминия. В композитных материалах, имеющий электрическое сопротивление материал может необязательно окружать, инкапсулировать или покрывать изоляционный материал, или наоборот, в зависимости от требуемых кинетических параметров переноса кинетики и внешних физико-химических свойств. В качестве альтернативы, электрический нагреватель может включать инфракрасный нагревательный элемент, источник света или индуктивный нагревательный элемент.

Электрический нагреватель может принимать любую подходящую форму. Например, электрический нагреватель может принимать форму нагревательного клинка. В качестве альтернативы, электрический нагреватель может принимать форму оболочки или подложки, имеющей различные электропроводящие части, или имеющей электрическое сопротивление металлической трубки. В качестве альтернативы, один или несколько нагревательных игл или стержней, которые проходят через центр аэрозольобразующего субстрата, могут быть такими, как уже описано. В качестве альтернативы, электрический нагреватель может представлять собой дисковый (торцевой) нагреватель или сочетание дискового нагревателя и нагревания с помощью игл или стержней. Другие альтернативы включают нагревательную проволоку или нить, например, содержащую Ni-Cr (сплав никеля и хрома), платину, золото, серебро, вольфрам или их сплав проволоку или нагревательную плитку. Необязательно нагревательный элемент можно помещать внутрь или наносить на поверхность материала носителя. Согласно одному такому варианту выполнения, имеющий электрическое сопротивление нагревательный элемент можно изготавливать с использованием металла, имеющего определенное соотношение между температурой и удельным сопротивлением. В таком примерном устройстве металл может содержаться в форме дорожки на подходящем изоляционном материале, таком как керамический материал, и затем помещаться между слоями другого изоляционного материала, такого как стекло. Нагреватели, изготовленные таким способом, можно использовать для одновременного нагревания и мониторинга температуры нагревателей в процессе работы.

Электрический нагреватель может включать теплоотвод, или тепловой резервуар, включающий материал, способный поглощать и сохранять тепло и впоследствии высвобождать тепло с течением времени в аэрозольобразующий субстрат. Теплоотвод можно изготавливать, используя любой подходящий материал, такой как подходящий металлический или керамический материал. Согласно одному варианту выполнения, материал имеет высокую теплоемкость (тепловой аккумулятор переменной температуры) или представляет собой материал, способный поглощать и впоследствии высвобождать тепло в ходе обратимого процесса, такого как высокотемпературный фазовый переход. Подходящие в качестве теплового аккумулятора переменной температуры материалы включают силикагель, оксид алюминия, углерод, стеклоткань, стекловолокно, минералы, металлы или сплавы, такие как алюминий, серебро или свинец, и целлюлозный материал, такой как бумага. Другие подходящие материалы, которые высвобождают тепло в ходе обратимого фазового перехода, включают парафин, ацетат натрия, нафталин, воск, полиэтиленоксид, металл, соль металла, эвтектические смеси солей или сплавы.

Теплоотвод или тепловой резервуар можно располагать таким образом, что он находится в непосредственном контакте с аэрозольобразующим субстратом и может передавать сохраненное тепло непосредственно субстрату. В качестве альтернативы, тепло, сохраняемое в теплоотводе или тепловом резервуаре, можно передавать аэрозольобразующему субстрату с использованием теплового проводника, такого как металлическая трубка.

Электрический нагреватель может нагревать аэрозольобразующий субстрат посредством теплопроводности. В процессе использования электрический нагреватель может находиться, по меньшей мере, в частичном контакте с субстратом или носителем, на который нанесен субстрат. В качестве альтернативы, тепло от электрического нагревательного элемента можно передавать субстрату посредством теплопроводящего элемента.

Согласно одному варианту выполнения, мощность поступает в электрический нагреватель до тех пор, пока нагревательный элемент или элементы электрического нагревателя не достигают температуры, составляющей около от 250°C до 440°C. Можно использовать любой подходящий температурный датчик и контур управления, чтобы регулировать нагревание нагревательного элемента или элементов до достижения температуры, составляющей около от 250°C до 440°C, включая нагреватель двойного назначения, обсуждаемый выше. В этом заключается отличие от традиционных сигарет, в котором температура горения табака и сигаретной обертки может достигать 800°C.

Контроллер может включать программируемый микропроцессор. Согласно еще одному варианту выполнения, контроллер может включать специализированную электронную микросхему, такую как программируемая вентильная матрица (FPGA) или специализированная интегральная микросхема (ASIC). Как правило, можно использовать любое устройство, способное производить сигнал, способный регулировать нагревательный элемент согласно вариантам выполнения, обсуждаемым в настоящем документе. Согласно одному варианту, контроллер выполнен для мониторинга разности между температурой нагревательного элемента и заданной температурой, чтобы обнаруживать изменение воздушного потока, проходящего через нагревательный элемент, как показатель вдыхания пользователем.

Аэрозольобразующий субстрат может содержаться в курительном изделии. В процессе работы курительное изделие, содержащее аэрозольобразующий субстрат, может полностью содержаться внутри генерирующего аэрозоль устройства. В таком случае курильщик может осуществлять затяжку через мундштук генерирующего аэрозоль устройства. Мундштук может представлять собой любую часть генерирующего аэрозоль устройства, которая помещается в рот курильщика для непосредственного вдыхания аэрозоля, который производит генерирующее аэрозоль изделие или генерирующее аэрозоль устройство. Аэрозоль направляется в рот курильщика через мундштук. В качестве альтернативы, в процессе работы курительное изделие, содержащее аэрозольобразующий субстрат, может частично содержаться внутри генерирующего аэрозоль устройства. В таком случае курильщик может осуществлять затяжку непосредственно через мундштук курительного изделия.

Курительное изделие может иметь практически цилиндрическую форму. Курительное изделие может быть практически продолговатым. Курительное изделие может иметь длину и окружность, практически перпендикулярную длине. Аэрозольобразующий субстрат может иметь практически цилиндрическую форму. Аэрозольобразующий субстрат может быть практически продолговатым. Аэрозольобразующий субстрат может также иметь длину и окружность, практически перпендикулярную длине. Аэрозольобразующий субстрат может находиться в скользящем резервуаре генерирующего аэрозоль устройства таким образом, что длина аэрозольобразующего субстрата является практически параллельной направлению воздушного потока в генерирующем аэрозоль устройстве.

Курительное изделие может иметь суммарную длину, составляющую от около 30 мм до около 100 мм. Курительное изделие может иметь внешний диаметр, составляющий от около 5 мм до около 12 мм. Курительное изделие может включать стержень фильтра. Стержень фильтра может находиться у расположенного ниже по потоку конца курительного изделия. Стержень фильтра может представлять собой стержень ацетатцеллюлозного фильтра. Согласно одному варианту выполнения, длина стержня составляет около 7 мм, но стержень может иметь длину, составляющую от около 5 мм до около 10 мм.

Согласно одному варианту выполнения, курительное изделие имеет суммарную длину, составляющую около 45 мм. Курительное изделие может иметь внешний диаметр, составляющий около 7,2 мм. Кроме того, аэрозольобразующий субстрат может иметь длину, составляющую около 10 мм. В качестве альтернативы, аэрозольобразующий субстрат может иметь длину, составляющую около 12 мм. Кроме того, диаметр аэрозольобразующего субстрата может составлять от около 5 мм до около 12 мм. Курительное изделие может включать внешнюю бумажную обертку. Кроме того, курительное изделие может включать разделяющее пространство между аэрозольобразующим субстратом и стержнем фильтра. Длина данного разделителя может составлять около 18 мм, но можно находиться в интервале от около 5 мм до около 25 мм.

Аэрозольобразующий субстрат может представлять собой твердый аэрозольобразующий субстрат. В качестве альтернативы, аэрозольобразующий субстрат может одновременно включать твердый и жидкий компоненты. Аэрозольобразующий субстрат может включать содержащий табак материал, в состав которого входят летучие соединения, имеющие табачный аромат, которые высвобождаются из субстрата при нагревании. В качестве альтернативы, аэрозольобразующий субстрат может включать нетабачный материал. Аэрозольобразующий субстрат может дополнительно включать образующее аэрозоль вещество, которое способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля. Примеры подходящих образующих аэрозоль веществ представляют собой глицерин и пропиленгликоль.

Если аэрозольобразующий субстрат представляет собой твердый аэрозольобразующий субстрат, этот твердый аэрозольобразующий субстрат может включать, например, одну или несколько из следующих форм: порошок, гранулы, таблетки, обрезки, спагетти, полоски или листы, содержащие один или несколько из следующих материалов: листья растений, табачные листья, фрагменты жилок табачных листьев, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак и взорванный табак. Твердый аэрозольобразующий субстрат может присутствовать в рыхлой форме, или ее может содержать подходящий контейнер или картридж. Необязательно, твердый аэрозольобразующий субстрат может содержать дополнительные обладающие табачным или нетабачным ароматом летучие соединения, которые высвобождаются при нагревании субстрата. Твердый аэрозольобразующий субстрат может также содержать капсулы, которые, например, включают дополнительные обладающие табачным или нетабачным ароматом летучие соединения, и такие капсулы могут плавиться в процессе нагревания твердой аэрозольобразующего субстрата.

При упоминании в настоящем документе термин «гомогенизированный табак» означает материал, получаемый посредством агломерации измельченного табака. Гомогенизированный табак может присутствовать в форме листа. Гомогенизированный табачный материал может иметь содержание аэрозольобразующего вещества, которое составляет более чем 5% по отношению к сухой массе. Гомогенизированный табачный материал может, в качестве альтернативы, иметь содержание аэрозольобразующего вещества, которое составляет от 5% до 30% по отношению к сухой массе. Листы гомогенизированного табачного материала можно изготавливать посредством агломерации измельченного табака, получаемого путем помола или измельчения другим способом одного или обоих материалов, включающих листовые пластинки табачных листьев и жилки табачных листьев. В качестве альтернативы или дополнения, листы гомогенизированного табачного материала могут включать один или несколько из следующих материалов: табачная пыль, табачная мелочь и другие измельченные табачные побочные продукты, которые образуются, например, в процессе обработки, погрузки и транспортировки табака. Листы гомогенизированного табачного материала могут включать одно или несколько собственных связующих веществ, то есть табачных эндогенных связующих веществ, одно или несколько внешних связующих веществ, то есть табачных экзогенных связующих веществ, или их сочетание, чтобы способствовать агломерации измельченного табака; в качестве альтернативы или дополнения, листы гомогенизированного табачного материала могут включать другие добавки, в том числе, но не ограничиваясь этим, табачные и нетабачные волокна, образующие аэрозоль вещества, увлажняющие вещества, пластификаторы, ароматизирующие вещества, наполнители, водные и неводные растворители и их сочетания.

Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения, аэрозольобразующий субстрат включает складчатый гофрированный лист гомогенизированного табачного материала. При упоминании в настоящем документе термин «гофрированный лист» обозначает лист, имеющий множество практически параллельных морщин или складок. Предпочтительно, когда изготавливают генерирующее аэрозоль изделие, практически параллельные морщины или складки проходят вдоль или параллельно продольной оси генерирующего аэрозоль изделия. Это преимущественно способствует складывание гофрированного листа гомогенизированного табачного материала для изготовления аэрозольобразующего субстрата. Однако следует понимать, что гофрированные листы гомогенизированного табачного материала для включения в генерирующее аэрозоль изделие могут, в качестве альтернативы или дополнения, иметь множество практически параллельных морщин или складок, которые проходят под острым или тупым углом к продольной оси генерирующего аэрозоль изделия при изготовлении генерирующего аэрозоль изделия. Согласно определенным вариантам выполнения, аэрозольобразующий субстрат может включать складчатый лист гомогенизированного табачного материала, который является практически равномерно текстурированным практически на всей своей поверхности. Например, аэрозольобразующий субстрат может включать складчатый гофрированный лист гомогенизированного табачного материала, включающий множество практически параллельных морщин или складок, которые проходят с практически равными интервалами по всей ширине листа.

Необязательно твердый аэрозольобразующий субстрат может быть нанесен на поверхность или внедрен в объем термически устойчивого носителя. Носитель может принимать следующие формы: порошок, гранулы, таблетки, обрезки, спагетти, полоски или листы. В качестве альтернативы, носитель может представлять собой трубчатый носитель, имеющий тонкий слой твердого субстрата, нанесенной на его внутреннюю поверхность или на его внешнюю поверхность, или одновременно на его внутреннюю и внешнюю поверхности. Такой трубчатый носитель может представлять собой, например, бумажный или подобный бумаге материал, нетканый углеродный волокнистый материал, имеющее низкую плотность и открытую сетку металлическое сито, перфорированная металлическая фольга или любая другая термически устойчивая полимерная матрица.

Твердый аэрозольобразующий субстрат может быть нанесен на поверхность носителя в форме, например, листа, пеноматериала, геля или суспензии. Твердый аэрозольобразующий субстрат может быть нанесен на всю поверхность носителя, или, в качестве альтернативы, он может быть нанесен в форме рисунка, чтобы обеспечивать неравномерную доставку аромата в процессе использования.

Хотя выше описаны твердые аэрозольобразующие субстраты, специалисту будет понятно, что и другие формы аэрозольобразующего субстрата можно использовать в других вариантах выполнения. Например, аэрозольобразующий субстрат может представлять собой жидкий аэрозольобразующий субстрат. Если предусмотрен жидкий аэрозольобразующий субстрат, генерирующее аэрозоль устройство предпочтительно включает средство удерживания жидкости. Например, жидкий аэрозольобразующий субстрат может удерживаться в контейнере. В качестве альтернативы или дополнения, жидкий аэрозольобразующий субстрат может абсорбироваться в пористом материале носителя. Пористый материал носителя можно изготавливать, используя любой подходящий абсорбирующий стержень или элемент, например, вспененный металлический или пластмассовый материал, полипропилен, терилен, нейлоновые волокна или керамический материал. Жидкий аэрозольобразующий субстрат может содержаться в пористом материале носителя перед использованием генерирующего аэрозоль устройства, или, в качестве альтернативы, материал жидкого аэрозольобразующего субстрата может высвобождаться в пористый материал носителя в процессе или непосредственно перед использованием. Например, жидкий аэрозольобразующий субстрат может содержаться в капсуле. Оболочка капсулы предпочтительно плавится при нагревании и высвобождает жидкий аэрозольобразующий субстрат в пористый материал носителя. Капсула также может (необязательно) содержать твердый материал в сочетании с жидкостью.

В качестве альтернативы, носитель может представлять собой нетканый материал или пучок волокон, в который внедрены табачные компоненты. Нетканый материал или пучок волокон может включать, например, углеродные волокна, натуральные целлюлозные волокна или волокна из производных целлюлозы.

Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно включать впуск воздуха. Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно включать выпуск воздуха. Генерирующее аэрозоль устройство может дополнительно включать конденсационную камеру, которая позволяет изготавливать аэрозоль, имеющий желательные характеристики.

Генерирующее аэрозоль устройство предпочтительно представляет собой удерживаемое в руке генерирующее аэрозоль устройство, которое курильщику удобно держать между пальцами одной руки. Генерирующее аэрозоль устройство может иметь практически цилиндрическую форму. Генерирующее аэрозоль устройство может иметь многоугольное поперечное сечение и выступающую кнопку, изготовленную на одной грани: согласно данному варианту выполнения, внешний диаметр генерирующего аэрозоль устройства может составлять от около 12,7 мм до около 13,65 мм при измерении от плоской грани до противоположной плоской грани; от около 13,4 мм до около 14,2 мм при измерении от ребра до противоположного ребра (то есть от пересечения двух граней на одной стороне генерирующего аэрозоль устройства до соответствующего пересечения на другой стороне) и от около 14,2 мм до около 15 мм при измерении от верха кнопки на противоположной нижней плоской грани. Длина генерирующего аэрозоль устройства может составлять около от 70 мм до 120 мм.

Согласно другому аспекту вариант выполнения, предлагается способ обнаружения присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата в генерирующем аэрозоль устройстве, причем данное генерирующее аэрозоль устройство включает нагревательный элемент, выполненный для нагревания аэрозольобразующего субстрата, и источник электроэнергии, соединенный с нагревательным элементом, включающий:

регулирование мощности, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, чтобы поддерживать температуру нагревательного элемента при целевой температуре, сравнение значение мощности, поступающей к нагревательному элементу, или энергии, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, с пороговым значением мощности или энергии, и определение присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента на основе результата стадии сравнения.

Значение мощности или энергии может представлять собой любое значение мощности или энергии, включающее среднюю мощность в течение заданного периода времени или в течение заданного числа циклов измерения, скорость изменения мощности или энергии или совокупное значение мощности или энергии, поступающей в течение заданного периода времени или в течение заданного числа циклов измерения.

Согласно одному варианту выполнения, значение энергии представляет собой нормированную энергию в течение заданного периода времени. Согласно еще одному варианту выполнения, значение энергии представляет собой скорость уменьшения нормированной энергии в течение заданного периода времени.

Способ может дополнительно включать стадию снижения до нуля мощности, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, если значение мощности или энергии составляет менее чем пороговое значение мощности или энергии. Если величина энергии, которая требуется для поддержания температуры нагревательного элемента при целевой температуре, составляет менее чем ожидаемая величина, это может быть обусловлено тем, что аэрозольобразующий субстрат не присутствует в устройстве, или в устройстве может присутствовать субстрат, который представляет собой неподходящий субстрат, такой как бывший в употреблении субстрат. В любом случае, обычно оказывается желательным прекращение поступления мощности к нагревателю.

Способ может включать стадию мониторинга температуры нагревательного элемента на основе измерения электрического сопротивления нагревательного элемента.

Согласно следующему варианту выполнения, предлагается считываемая компьютером программа, которая при выполнении на компьютере или другом подходящем устройстве обработки данных осуществляет способ описанный выше. Настоящее описание включает варианты выполнения, которые можно реализовать как программный продукт, подходящий для выполнения на генерирующем аэрозоль устройстве, имеющем программируемый контроллер, а также другие требуемые элементы аппаратного обеспечения.

Далее будут подробно описаны примеры со ссылкой на сопровождающие чертежи, в числе которых:

фиг. 1 представляет схематический чертеж, иллюстрирующий основные элементы генерирующего аэрозоль устройства согласно одному варианту выполнения;

фиг. 2 представляет схематический чертеж, иллюстрирующий управляющие элементы согласно одному варианту выполнения;

фиг. 3 представляет график, иллюстрирующий различные величины нормированной энергии, которую должна поступать к нагревательному элементу для поддержания температуры на заданном уровне для нового, старого и отсутствующего субстрата вблизи нагревательного элемента; и

фиг. 4 иллюстрирует последовательность управления для обнаружения присутствия соответствующего субстрата устройстве.

На фиг. 1 упрощенным образом представлена внутренняя конструкция электронагревательной генерирующей аэрозоль системы 100 согласно варианту выполнения. В частности, элементы электронагревательной генерирующей аэрозоль системы 100 не изображены в соответствии с действительным масштабом. Элементы, которые не имеют значения для понимания системы, были исключены, чтобы упростить фиг. 1.

Электронагревательная генерирующая аэрозоль система 100 включает оболочку 10 и аэрозольобразующий субстрат 2, например, сигарету. Аэрозольобразующий субстрат 2 вставлен внутри оболочки 10 и находится под воздействием тепла нагревательного элемента 20. Аэрозольобразующий субстрат 2 высвобождает разнообразные летучие соединения при различных температурах. Некоторые из летучих соединений, высвобождаемых из аэрозольобразующего субстрата 2, образуются только в процессе нагревания. Каждое летучее соединение высвобождается при превышении характерной для него температуры высвобождения. Посредством регулирования максимальной рабочей температуры электронагревательной генерирующей аэрозоль системы 100 на уровне ниже температуры высвобождения некоторых летучих соединений, можно предотвратить высвобождение или образование этих составляющих дым веществ.

Кроме того, оболочка 10 включает источник электропитания 40, например, перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор. К контроллеру 30 присоединены нагревательный элементу 20, источник электропитания 40, детектор затяжки 32 и графический пользовательский интерфейс 36, например, дисплей.

Контроллер 30 регулирует пользовательский интерфейс 36, на котором представлены данные о системе, например, заряд аккумулятора, температура, состояние аэрозольобразующего субстрата 2, другие сообщения или их сочетания.

Детектор затяжки 32 представляет собой необязательный элемент, который обнаруживает воздушный поток в устройстве, как показатель затяжки, осуществляемой пользователем. Детектор затяжки передает сигнал о такой затяжке в контроллер 30. Контроллер 30 затем регулирует максимальную рабочую температуру нагревательного элемента 20. Температуру нагревательного элемента можно определять, используя специализированный температурный датчик. Однако, согласно данному варианту выполнения, температура нагревательного элемента определяется посредством измерения его электрического удельного сопротивления. Электрическое сопротивление провода данной длины зависит от его температуры. Удельное сопротивление ρ увеличивается при увеличении температура. Фактическая характеристика удельного сопротивления ρ изменяется в зависимости от точного состава сплава и геометрический конфигурация нагревательного элемента 20, и эмпирически определяемое соотношение можно использовать в контроллере. Таким образом, знание удельного сопротивления ρ в любой данный момент времени можно использовать для вычисления фактической рабочей температуры нагревательного элемента 20.

Сопротивление нагревательного элемента R=V/I, где V представляет собой напряжение, приложенное к нагревательному элементу, и I представляет собой силу тока, проходящего через нагревательный элемент 20. Сопротивление R зависит от конфигурации нагревательного элемента 20, а также температуры и выражается следующим соотношением:

,

где ρ(T) представляет собой зависящее от температуры удельное сопротивление, L представляет собой длину, и S представляет собой площадь поперечного сечения нагревательного элемента 20. Значения L и S являются постоянными для данной конфигурации нагревательного элемента 20, и их можно измерять. Таким образом, для данной конструкции нагревательного элемента значение R пропорционально ρ(T).

Удельное сопротивление ρ(T) нагревательного элемента можно выразить в полиномиальной форме следующим образом:

,

где ρ₀ представляет собой удельное сопротивление при стандартной температуре T₀, и α₁ и α₂ представляют собой are полиномиальные коэффициенты.

Таким образом, если известны длина и поперечное сечение нагревательного элемента 20, можно определять сопротивление R и, следовательно, удельное сопротивление ρ при данной температуре, измеряя напряжение V, приложенное к нагревательному элементу, и силу тока I. Температуру можно просто определять, путем использования справочной таблицы, которая характеризует температурную зависимость удельного сопротивления для рассматриваемого нагревательного элемента, или путем оценки полинома согласно представленному выше уравнению (2) выше. Согласно одному варианту выполнения, данный процесс можно упростить, представляя кривую температурной зависимости удельного сопротивления ρ в форме одной или нескольких, предпочтительно двух аппроксимаций в температурном интервале, применяемом для табака. Это упрощает оценку температуры, которая является желательной, с использованием контроллера 30, имеющего ограниченные вычислительные возможности.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую управляющие элементы устройства на фиг. 1. Фиг. 2 также представляет соединение генерирующего аэрозоль устройства с внешним устройством 58. Контроллер 30 включает измерительный блок 50 и управляющий блок 52. Измерительный блок выполнен для определения сопротивления R нагревательного элемента 20.

Измерительный блок 50 передает результаты измерения сопротивления в управляющий блок 52. Управляющий блок 52 затем регулирует поступление мощности от аккумулятора 40 к нагревательному элементу 20 посредством переключателя 54. Контроллер может включать микропроцессор, а также отдельные электронные компоненты.

При подготовке к регулированию температуры выбирают значение для заданной рабочей температуры электронагревательной генерирующей аэрозоль системы 100. Выбор осуществляется на основе температуры высвобождения летучих соединений, которые должны и не должны высвобождаться. Это заданное значение затем сохраняется в управляющем блоке 52. Управляющий блок 52 включает энергонезависимое запоминающее устройство 56.

Контроллер 30 регулирует нагревание нагревательного элемента 20 посредством регулирования поступления электроэнергии от аккумулятора к нагревательному элементу 20. Посредством переключатель 54 мощность поступает в форме импульсного сигнала. Ширину импульса или продолжительность рабочего цикла сигнала можно регулировать, используя управляющий блок 52, чтобы изменять величину энергии, которая поступает к нагревательному элементу.

В процессе использования контроллер 30 измеряет удельное сопротивление ρ нагревательного элемента 20. Контроллер 30 затем преобразует удельное сопротивление нагревательного элемента 20 в значение фактической рабочей температуры нагревательного элемента посредством сравнения измеряемого удельного сопротивления ρ со справочной таблицей. Это можно осуществлять, используя измерительный блок 50 или управляющий блок 52. На следующей стадии контроллер 30 сравнивает полученную фактическую рабочую температуру с заданной рабочей температурой. Если фактическая рабочая температура оказывается ниже заданной рабочей температуры, управляющий блок 52 передает нагревательному элементу 20 дополнительную электроэнергию для повышения фактической рабочей температуры нагревательного элемента 20. Если фактическая рабочая температура оказывается выше заданной рабочей температуры, управляющий блок 52 уменьшает поступление электроэнергии к нагревательному элементу 20 для снижения фактической рабочей температуры до уровня заданной рабочей температуры.

Управляющий блок может осуществлять любой подходящий процесс управления для регулирования температуры, такой как простой термостатический контур обратной связи или пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID) процесс управления.

Величина энергии, которая требуется для достижения заданной температуры и поддержания нагревательный элемент при заданной температуре зависит от присутствия или отсутствия материала субстрата 2 вблизи нагревательного элемента 20, а также от свойств субстрата. Фиг. 3 представляет изменение нормированной энергии, поступающей к нагревательному элементу, в зависимости от времени. Кривая 60 представляет нормированную энергию, когда в устройстве находится новый субстрат, и кривая 61 представляет нормированную энергию, когда никакой субстрат не находится в устройстве. Нормированная энергия представляет собой энергию, поступающую в течение фиксированного периода времени, которая нормирована по отношению к начальному уровню энергии. Нормированное значение энергии сокращает до минимума влияние условий окружающей среды, таких как температура, воздушный поток и влажность окружающей среды.

Можно видеть, что в обоих случаях мощность, поступающая к нагревательному элементу, монотонно уменьшается в течением времени после начального периода высокой мощности для доведения нагревательного элемента до заданной температуры. Однако фиг. 3 представляет, что через 10 секунд величина энергии, которая поступает в случае нового субстрата в устройстве, около в два раза превосходит величину энергии, которая поступает, когда никакой субстрат не присутствует в устройстве. Разность поступающей энергии между новым и ранее нагреваемым субстратом меньше, но она все же может быть обнаружена. Согласно одному варианту выполнения, можно измерять разность нормированной энергии через 5 секунд и точно определять, присутствует ли субстрат или нет.

Контроллер способен вычислять нормированную энергию, поступающую к нагревательному элементу вплоть до заданного времени, после этого он способен определять, присутствует ли ожидаемый или соответствующий субстрат в устройстве.

Фиг. 4 иллюстрирует пример процесса управления, который можно осуществлять, используя управляющий блок 52 для определения того, присутствует ли субстрат в устройстве или нет. Данный процесс представляет собой циклический процесс, который начинается на стадии 400. На стадии 410 номер цикла увеличивается на единицу. В начале процесса номер цикла равняется нулю. Каждый раз при прохождении через управляющий контур, номер цикла увеличивается на стадии 410. На стадии 420 процесс разветвляется в зависимости от значения номера цикла. В начальном цикле, когда номер цикла равняется одному, процесс переходит на стадию 430. На стадии 430 начальная энергия, т.е. энергия, поступившая в нагреватель до этого времени, устанавливается как энергия. Эту начальную энергию используют для нормирования последующих значений энергии. Процесс затем переходит на стадию 440 и возвращается на стадию 410. Последующие циклы осуществляются непосредственно от стадии 420 до стадии 440 до тех пор, пока не будет достигнут цикл принятия решения. Каждый цикл можно осуществлять с фиксированным временным интервалом, например, каждые две секунды. Цикл принятия решения соответствует времени, когда контроллер предназначен должен сравнивать нормированную энергию с ожидаемым или пороговым значением для определения того, присутствует ли субстрат или нет. Пороговое значение нормированной энергии проиллюстрировано штриховой линией 64 на фиг. 3. В данном примере цикл принятия решения представляет собой пятый цикл, который происходит через 10 секунд после того, как устройство включается. В цикле принятия решения процесс протекает от стадии 420 до стадии 450. На стадии 450 нормированная энергия вычисляется как энергия, поступившая после того, как устройство было включено, деленная на произведение начальной энергии и номера цикла принятия решения (в данном примере он равен пяти). Вычисленную нормированную энергию затем сравнивают с пороговым значением на стадии 460. Если нормированная энергия превышает пороговое значение, то управляющий блок определяет, что соответствующий субстрат присутствует, и можно продолжать использование устройства. Если нормированная энергия не превышает порогового значения, управляющий блок определяет, что субстрат не присутствует (или присутствует несоответствующий субстрат), и управляющий блок затем прекращает поступление мощности к нагревательному элементу, удерживая переключатель 54 в открытом положении.

Процесс, проиллюстрированный на фиг. 4, представляет собой только один пример процесса определения того, что соответствующий субстрат присутствует в генерирующем аэрозоль устройстве. Можно использовать другие значения мощности или энергии, которая поступает к нагревательному элементу, и можно также использовать нормированные или ненормированные данные. Момент времени, в который осуществляется определение, также представляет собой предмет выбора. Преимущество раннего определения в целях выполнения раннего действия, если это необходимо, должно быть уравновешено необходимостью получения надежного результата.

Значение мощности или энергии можно сравнивать с множеством пороговых значений. Это можно использовать, чтобы различать различные типы субстрата или несоответствующий субстрат и отсутствие любого субстрата.

Помимо того, что их можно использовать для динамического регулирования генерирующего аэрозоль устройства, данные обнаружения субстрата, которые определяет контроллер 30, могут оказаться полезными для целей анализа в клинических исследованиях. Фиг. 2 иллюстрирует соединение контроллера 30 и внешнего устройства 58. данные об обнаружении субстрата можно передавать во внешнее устройство 58 (вместе с любыми другими полученными данными) и можно далее передавать из устройства 58 в другие внешние устройства для обработки или хранения данных. Генерирующее аэрозоль устройство может включать любой подходящий блок вывода данных. Например, генерирующее аэрозоль устройство может включать беспроводное радиоустройство, присоединенное к контроллеру 30 или запоминающему устройству 56, или панель универсальной последовательной шины (USB), присоединенную к контроллеру 30 или запоминающему устройству 56. В качестве альтернативы, генерирующее аэрозоль устройство может быть предназначено для передачи информации из запоминающего устройства во внешнее запоминающее устройство в заряжающем аккумулятор устройстве каждый раз, когда генерирующее аэрозоль устройство перезаряжается через подходящие информационные соединения. Зарядное устройство аккумулятора может обеспечивать большее запоминающее устройство для более продолжительного хранения информации о затяжках, и его можно впоследствии присоединять к подходящему устройству обработки данных или к коммуникационной сети.

Описанные выше примерные варианты выполнения являются иллюстративными, но не ограничительными. После рассмотрения обсуждаемых выше примерных вариантов выполнения другие варианты выполнения, которые согласуются с вышеупомянутыми примерными вариантами выполнения, становятся теперь очевидными для обычного специалиста в данной области техники.

1. Генерирующее аэрозоль устройство, содержащее:

нагревательный элемент, выполненный для нагревания аэрозольобразующего субстрата;

источник электроэнергии, соединенный с нагревательным элементом; и

контроллер, соединенный с нагревательным элементом и с источником электроэнергии, причем данный контроллер выполнен для регулирования мощности, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, чтобы поддерживать температуру нагревательного элемента при целевой температуре, и выполнен для сравнения величины мощности, поступающей к нагревательному элементу, или энергии, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, с пороговым значением мощности или энергии для обнаружения присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента.

2. Устройство по п. 1, в котором величина энергии представляет собой нормированную энергию или скорость уменьшения нормированной энергии в течение заданного периода времени.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором контроллер выполнен для снижения до нуля мощности, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, если величина мощности или энергии меньше пороговой величины мощности или энергии.

4. Устройство по п. 1 или 2, причем данное устройство выполнено для приема аэрозольобразующего субстрата в контакте с нагревательным элементом.

5. Устройство по п. 1 или 2, в котором контроллер выполнен для мониторинга температуры нагревательного элемента на основе величины электрического сопротивления нагревательного элемента.

6. Устройство по п. 1 или 2, причем данное устройство представляет собой электрическое курительное устройство.

7. Устройство по п. 1 или 2, причем данное устройство включает блок вывода данных, а контроллер выполнен для записи сигнала обнаружения присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента в блок вывода данных.

8. Устройство по п. 7, в котором контроллер выполнен для записи сигнала обнаружения присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента в блок вывода данных в процессе операции зарядки источника электроэнергии.

9. Способ обнаружения присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата в генерирующем аэрозоль устройстве, причем генерирующее аэрозоль устройство включает нагревательный элемент, выполненный для нагревания аэрозольобразующего субстрата, и источник электроэнергии, соединенный с нагревательным элементом, включающий:

регулирование мощности, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, чтобы поддерживать температуру нагревательного элемента при целевой температуре, сравнение величины мощности, поступающей к нагревательному элементу, или энергии, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, с пороговым значением мощности или энергии, и определение присутствия аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента или свойства материала аэрозольобразующего субстрата вблизи нагревательного элемента на основе результата стадии сравнения.

10. Способ по п. 9, дополнительно включающий стадию снижения до нуля мощности, поступающей к нагревательному элементу, от источника электроэнергии, если величина мощности или энергии меньше пороговой величины мощности или энергии.

11. Способ по п. 9 или 10, в котором величина энергии представляет собой нормированную энергию или скорость уменьшения нормированной энергии в течение заданного периода времени.

12. Способ по п. 9 или 10, дополнительно включающий стадию мониторинга температуры нагревательного элемента на основе величины электрического сопротивления нагревательного элемента.

13. Генерирующее аэрозоль устройство, содержащее электрически соединенные нагревательный элемент, источник электроэнергии и контроллер, в котором контроллер выполнен с возможностью хранения и выполнения компьютерной программы для осуществления способа по любому из пп. 9-12.