BR112016029019B1 - Sistema eletrônico de fornecimento de vapor e método para operar tal sistema - Google Patents

Abstract

sistema eletrônico de fornecimento de vapor e método para operar dito sistema um sistema eletrônico de fornecimento de vapor incluindo: um vaporizador para vaporizar líquido para inalação por um usuário do sistema eletrônico de fornecimento de vapor; uma fonte de alimentação compreendendo uma pilha ou bateria para fornecer energia ao vaporizador; um sensor para medir a taxa de fluxo de ar através do sistema eletrônico de fornecimento de vapor como resultado da inalação pelo usuário; e uma unidade de controle para controlar a energia fornecida ao vaporizador com base em um fluxo de ar cumulativo para esta inalação pelo usuário, em que o fluxo de ar cumulativo é determinado com base nas medições da taxa de fluxo de ar pelo sensor. tal sistema permite ao usuário controlar a quantidade de líquido vaporizado obtida em uma determinada inalação com base no fluxo de ar acumulado para tal inalação.

Description

CAMPO

[0001] A presente divulgação refere-se a sistemas eletrônicos de fornecimento de vapor tais como sistemas eletrônicos de fornecimento de nicotina (por exemplo cigarros eletrônicos).

ANTECEDENTES

[0002] Os sistemas eletrônicos de fornecimento de vapor tais como cigarros eletrônicos geralmente contêm um reservatório de líquido, tipicamente nicotina, que deve ser vaporizado ou de outro modo convertido em um aerossol. Por exemplo, quando um utilizador inala no dispositivo, um aquecedor é ativado para vaporizar uma pequena quantidade de líquido, que é, por conseguinte, inalado pelo utilizador. Mais particularmente, tais dispositivos são normalmente providos com um ou mais orifícios de entrada de ar situados afastados do bocal. Quando um usuário suga o bocal, o ar é aspirado através dos orifícios de entrada e para além da fonte de vapor, tal como o aquecedor fornecido com nicotina ou outro líquido de um cartucho.

[0003] A quantidade de energia fornecida ao aquecedor pode ser controlada para razões operacionais. Por exemplo, WO 2012/109371 descreve um dispositivo que tem modos de funcionamento diferentes, e a seleção do modo de funcionamento depende do intervalo entre sucessivas inalações (uma vez que durante um curto intervalo, o aquecedor pode já estar quente devido a uma tragada anterior). O documento WO 2013/060784 descreve um dispositivo que reduz a energia fornecida ao aquecedor em direção à extremidade de uma inalação de modo a reduzir a condensação indesejada do aerossol dentro do dispositivo.

[0004] Em alguns dispositivos conhecidos, o usuário pode exercer certo grau de controle sobre o funcionamento de um sistema eletrônico de fornecimento de vapor. Tal controle pode, por exemplo, permitir que um usuário altere a potência fornecida ao aquecedor ao girar um disco. No entanto, os mecanismos existentes para controlar uma experiência de utilizador são ainda bastante limitados em termos de flexibilidade, capacidade de resposta e facilidade de utilização.

SUMÁRIO

[0005] Um sistema eletrônico de fornecimento de vapor incluindo um vaporizador para vaporizar líquido para inalação por um usuário do sistema eletrônico de fornecimento de vapor; uma fonte de alimentação que compreende uma pilha ou bateria para fornecer energia ao vaporizador; um sensor para medir a taxa de fluxo de ar através do sistema eletrônico de fornecimento de vapor como resultado da inalação pelo usuário; e uma unidade de controle para controlar a energia fornecida ao vaporizador com base em um fluxo de ar cumulativo para esta inalação pelo usuário, em que o fluxo de ar cumulativo é determinado com base nas medições da taxa de fluxo de ar pelo sensor. Tal sistema permite ao usuário controlar a quantidade de líquido vaporizado obtida em uma determinada inalação com base no fluxo de ar acumulado para tal inalação.

[0006] A abordagem aqui descrita não está restrita a formas de realização específicas tal como a apresentada a seguir, mas inclui e contempla quaisquer combinações apropriadas das características aqui apresentadas. Por exemplo, pode ser proporcionado um sistema eletrônico de fornecimento de vapor de acordo com a abordagem aqui descrita que inclui uma ou mais das várias características descritas a seguir conforme apropriado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] Várias formas de realização da invenção serão agora descritas em detalhe a título de exemplo apenas com referência aos desenhos a seguir:

[0008] A Figura 1 é um diagrama esquemático (explodido) de um sistema eletrônico de fornecimento de vapor tal como um cigarro eletrônico de acordo com algumas formas de realização da invenção.

[0009] A Figura 2 é um diagrama esquemático do corpo do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas formas de realização da invenção.

[0010] A Figura 3 é um diagrama esquemático da seção do vaporizador do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas formas de realização da invenção.

[0011] A Figura 4 é um diagrama esquemático mostrando certos aspectos de uma extremidade da seção de corpo do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas formas de realização da invenção.

[0012] A Figura 5 é um diagrama esquemático dos principais componentes funcionais do corpo do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas formas de realização da invenção.

[0013] A Figura 6 é um fluxograma esquemático que ilustra certos aspectos da operação do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas formas de realização da invenção.

[0014] A Figura 7 é um gráfico que mostra alguns resultados correspondentes à abordagem mostrada na Figura 6 de acordo com algumas formas de realização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015] Como descrito anteriormente, a presente revelação refere-se a um sistema eletrônico de fornecimento de vapor, tal como um cigarro eletrônico. Ao longo da descrição a seguir o termo "cigarro eletrônico" é utilizado; contudo, este termo pode ser utilizado intercambiavelmente com o sistema eletrônico de fornecimento de vapor.

[0016] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema eletrônico de fornecimento de vapor tal como um cigarro eletrônico 10 de acordo com algumas formas de realização da invenção (fora de escala). O cigarro eletrônico possui uma forma geralmente cilíndrica, estendendo-se ao longo de um eixo longitudinal indicado pela linha tracejada LA, e compreende dois componentes principais, nomeadamente um corpo 20 e um cartomizador 30. O cartomizador inclui uma câmara interna contendo um reservatório de nicotina, um vaporizador (como um aquecedor) e um bocal 35. O reservatório pode ser uma matriz de espuma ou qualquer outra estrutura para reter a nicotina até ao momento em que é necessário que seja entregue ao vaporizador. O cartomizador 30 também inclui um aquecedor para vaporizar a nicotina e pode ainda incluir um pavio ou uma unidade semelhante para transportar uma pequena quantidade de nicotina do reservatório para um local de aquecimento sobre ou adjacente ao aquecedor.

[0017] O corpo 20 inclui uma pilha ou bateria recarregável para fornecer energia ao cigarro eletrônico 10 e uma placa de circuito para controlar geralmente o cigarro eletrônico. Quando o aquecedor recebe energia da bateria, conforme controlado pela placa de circuito, o aquecedor vaporiza a nicotina e este vapor é então inalado por um usuário através do bocal.

[0018] O corpo 20 e o cartomizador 30 são destacáveis uns dos outros por separação em uma direção paralela ao eixo longitudinal LA, conforme ilustrado na Figura 1, mas são unidos por uma ligação quando o dispositivo 10 está sendo utilizado, indicada esquematicamente na Figura 1 como 25A e 25B, para proporcionar conectividade mecânica e elétrica entre o corpo 20 e o cartomizador 30. O conector elétrico no corpo 20 que é utilizado para ligar ao cartomizador também serve como uma tomada para ligar um dispositivo de carregamento (não mostrado) quando o corpo é separado do cartomizador 30. A outra extremidade do dispositivo de carregamento pode ser ligada a uma tomada USB para recarregar a pilha no corpo do cigarro eletrônico. Em outras aplicações, pode ser fornecido um cabo para ligação direta entre o conector elétrico no corpo e uma tomada USB.

[0019] O cigarro eletrônico 10 é proporcionado com um ou mais orifícios (não mostrados na Figura 1) para entrada de ar. Estes orifícios conectam-se a uma passagem de ar através do cigarro eletrônico 10 para o bocal 35. Quando um usuário inala através do bocal 35, ar é aspirado para dentro desta passagem de ar através de um ou mais orifícios de entrada de ar, os quais estão convenientemente localizados no exterior do cigarro eletrônico. Este fluxo de ar (ou a alteração resultante na pressão) é detectado por um sensor de pressão que, por sua vez, ativa o aquecedor para vaporizar a nicotina do cartucho. O fluxo de ar atravessa e combina com o vapor de nicotina, e esta combinação de fluxo de ar e vapor de nicotina passa então para fora do bocal 35 para ser inalado por um usuário. O cartomizador 30 pode ser separado do corpo 20 e eliminado quando o fornecimento de nicotina é esgotado (e substituído por outro cartomizador, se desejado).

[0020] Será apreciado que o cigarro eletrônico 10 ilustrado na Figura 1 é apresentado por meio de exemplo, e várias outras aplicações podem ser adotadas. Por exemplo, em algumas formas de realização, o cartucho 30 é fornecido como dois componentes separáveis, nomeadamente um cartucho compreendendo o reservatório de nicotina e o bocal (que pode ser substituído quando a nicotina do reservatório está esgotada) e um vaporizador compreendendo um aquecedor (que está geralmente retido). Como outro exemplo, a unidade de carregamento pode ligar a uma fonte de alimentação adicional ou alternativa, tal como um isqueiro do carro.

[0021] A Figura 2 é um diagrama esquemático (simplificado) do corpo 20 do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas formas de realização da invenção. A Figura 2 pode geralmente ser considerada como uma seção transversal em um plano através do eixo longitudinal LA do cigarro eletrônico. Observe que vários componentes e detalhes do corpo, por exemplo, fiação e modelagem mais complexas, foram omitidos da Figura 2 por motivos de clareza.

[0022] Conforme ilustrado na Figura 2, o corpo 20 inclui uma bateria ou pilha 210 para alimentar o cigarro eletrônico 10, bem como um chip, tal como um circuito integrado de aplicação específica (CIAE) ou microcontrolador para controlar o cigarro eletrônico 10. O CIAE pode ser posicionado ao lado ou em uma extremidade da bateria 210. O CIAE está ligado a uma unidade de sensor 215 para detectar uma inalação na peça de boca 35 (ou, alternativamente, a unidade de sensor 215 pode ser proporcionada no próprio CIAE). Em resposta a tal detecção, o CIAE fornece energia da bateria ou pilha 210 para um aquecedor no cartomizador para vaporizar nicotina para o fluxo de ar que é inalado por um usuário.

[0023] O corpo inclui ainda uma tampa 225 para selar e proteger a extremidade distante (distal) do e-cigarro. Existe um orifício de entrada de ar proporcionado ou adjacente à tampa 225 para permitir que o ar entre no corpo e escoe para além da unidade de sensor 215 quando um utilizador inala na peça de boca 35. Este fluxo de ar permite, assim, à unidade de sensor 215 detectar a inalação do utilizador.

[0024] Na extremidade oposta do corpo 20 da tampa 225 está o conector 25B para unir o corpo 20 ao cartomizador 30. O conector 25B proporciona conectividade mecânica e elétrica entre o corpo 20 e o cartomizador 30. O conector 25B inclui um conector de corpo 240, o qual é metálico (prateado em algumas formas de realização) para servir como um terminal para ligação elétrica (positiva ou negativa) ao cartucho 30. O conector 25B inclui ainda um contato elétrico 250 para proporcionar um segundo terminal para ligação elétrica ao cartucho 30 de polaridade oposta ao primeiro terminal, nomeadamente o conector de corpo 240. O contato elétrico 250 é montado em uma mola helicoidal 255. Quando o corpo 20 é ligado ao cartomizador 30, o conector 25A no cartucho é empurrado contra o contato elétrico 250 de modo a comprimir a mola helicoidal em uma direção axial, isto é, em uma direção paralela (co-alinhada) ao eixo longitudinal LA. Tendo em vista a natureza resiliente da mola 255, esta compressão faz a mola 255 tender a se expandir, o que tem o efeito de empurrar o contato elétrico 250 firmemente contra o conector 25A, ajudando assim a assegurar uma boa conectividade elétrica entre o corpo 20 e o cartucho 30. O conector de corpo 240 e o contato elétrico 250 são separados por um cavalete 260, que é feito de um não condutor (tal como plástico) para proporcionar um bom isolamento entre os dois terminais elétricos. O cavalete 260 é moldado para auxiliar o engate mecânico mútuo dos conectores 25A e 25B.

[0025] A Figura 3 é um diagrama esquemático do cartomizador 30 do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas formas de realização da invenção. A Figura 3 pode geralmente ser considerada como uma seção transversal em um plano através do eixo longitudinal LA do cigarro eletrônico. Observe que vários componentes e detalhes do corpo, por exemplo, fiação e modelagem mais complexas, foram omitidos da Figura 3 por motivos de clareza.

[0026] O cartomizador 30 inclui uma passagem de ar 355 que se estende ao longo do eixo central (longitudinal) do cartomizador 30 desde o bocal 35 até ao conector 25A para unir o cartomizador ao corpo 20. Um reservatório de nicotina 360 é proporcionado em torno da passagem de ar 335. Este reservatório 360 pode ser aplicado, por exemplo, proporcionando-se algodão ou espuma embebido em nicotina. O cartomizador inclui também um aquecedor 365 para aquecer nicotina a partir do reservatório 360 para gerar vapor de nicotina para fluir através da passagem de ar 355 e para fora através do bocal 35 em resposta a um usuário inalando no cigarro eletrônico 10. O aquecedor é alimentado através das linhas 366 e 367, que por sua vez são ligadas a polaridades opostas (positivas e negativas, ou vice-versa) da bateria 210 através do conector 25A (os detalhes da fiação entre as linhas de alimentação 366 e 367 e o conector 25A são omitidos da Figura 3).

[0027] O conector 25A inclui um eletrodo interno 375, que pode ser folheado a prata ou feito de algum outro metal adequado. Quando o cartucho 30 está ligado ao corpo 20, o eletrodo interno 375 entra em contato com o contato elétrico 250 do corpo 20 para proporcionar uma primeira rota elétrica entre o cartomizador e o corpo. Em particular, à medida que os conectores 25A e 25B são acoplados, o eletrodo interno 375 é empurrado contra o contato elétrico 250 de modo a comprimir a mola helicoidal 255, ajudando assim a assegurar um bom contato elétrico entre o eletrodo interno 375 e o contato elétrico 250.

[0028] O eletrodo interno 375 é cercado por um anel isolador 372, o qual pode ser feito de plástico, borracha, silicone ou qualquer outro material adequado. O anel isolador é cercado pelo conector 370 do cartomizador, que pode ser folheado a prata ou feito de algum outro metal ou material condutor adequado. Quando o cartomizador 30 está ligado ao corpo 20, o conector de cartomizador 370 entra em contato com o conector de corpo 240 do corpo 20 para proporcionar uma segunda rota elétrica entre o cartomizador e o corpo. Em outras palavras, o eletrodo interno 375 e o conector de cartucho 370 servem como terminais positivos e negativos (ou vice-versa) para fornecer energia da bateria 210 no corpo ao aquecedor 365 no cartucho através das linhas de alimentação 366 e 367, conforme apropriado.

[0029] O conector de cartomizador 370 é provido de duas alças ou abas 380A, 380B, que se prolongam em direções opostas afastadas do eixo longitudinal do cigarro eletrônico. Estas abas são utilizadas para proporcionar um encaixe de baioneta em conjunto com o conector de corpo 240 para ligar o cartomizador 30 ao corpo 20. Este encaixe de baioneta proporciona uma ligação segura e robusta entre o cartomizador 30 e o corpo 20, de modo que o cartomizador e o corpo sejam mantidos em uma posição relativamente fixa uns aos outros, sem oscilações ou flexões, e a probabilidade de qualquer desconexão acidental é muito pequena. Ao mesmo tempo, o encaixe de baioneta fornece conexão e desconexão simples e rápida por uma inserção seguida de uma rotação para conexão, e uma rotação (no sentido inverso) seguida de retirada para desconexão. Será apreciado que outras formas de realização podem utilizar uma forma diferente de ligação entre o corpo 20 e o cartucho 30, tal como um encaixe por pressão ou uma ligação por parafuso.

[0030] A Figura 4 é um diagrama esquemático de certos detalhes do conector 25B na extremidade do corpo 20 de acordo com algumas formas de realização da invenção (mas omitindo para maior clareza a maior parte da estrutura interna do conector conforme mostrado na Figura 2, tal como o cavalete 260). Em particular, a Figura 4 mostra o alojamento externo 201 do corpo 20, que tem geralmente a forma de um tubo cilíndrico. Este alojamento externo 201 pode compreender, por exemplo, um tubo interno de metal com um revestimento externo de papel ou semelhante.

[0031] O conector de corpo 240 prolonga-se a partir deste alojamento externo 201 do corpo 20. O conector de corpo como mostrado na Figura 4 compreende duas seções principais, uma seção de eixo 241 na forma de um tubo cilíndrico oco, que é dimensionado para encaixar apenas dentro do lado externo do alojamento 201 do corpo 20 e uma seção de lábio 242 que é direcionada em uma direção radialmente para fora, afastada do eixo longitudinal principal (LA) do cigarro eletrônico. Envolvendo a seção de eixo 241 do conector de corpo 240, onde a seção de eixo não se sobrepõe ao alojamento externo 201, está um colar ou manga 290, que está novamente na forma de um tubo cilíndrico. O colar 290 é retido entre a porção de lábio 242 do conector de corpo 240 e o alojamento externo 201 do corpo que, em conjunto, impedem o movimento do colar 290 em uma direção axial (isto é, paralela ao eixo LA). Contudo, o colar 290 está livre para girar em torno da seção de eixo 241 (e, portanto, também o eixo LA).

[0032] Conforme mencionado acima, a tampa 225 é provida com um orifício de entrada de ar para permitir que o ar flua através do sensor 215 quando um usuário inalar no bocal 35. Contudo, a maior parte do ar que entra no dispositivo quando um usuário inalar através do colar 290 e corpo 240 está como indicado pelas duas setas na Figura 4.

[0033] A Figura 5 é um diagrama esquemático dos principais componentes funcionais do corpo 20 do cigarro eletrônico 10 da Figura 1 de acordo com algumas formas de realização da divulgação. Estes componentes podem ser montados na placa de circuito proporcionada dentro do corpo 20, embora, dependendo da configuração particular, em algumas formas de realização um ou mais dos componentes podem em vez disso ser acomodados no corpo para operar em conjunto com a placa de circuito, mas não está/estão fisicamente montados na própria placa de circuito.

[0034] O corpo 20 inclui a unidade de sensor 215 localizada no, ou adjacente ao, percurso de ar através do corpo 20 a partir da entrada de ar para a saída de ar (para o vaporizador). A unidade de sensor 215 inclui um sensor de queda de pressão 562 e um sensor de temperatura 563 (também em, ou adjacente a, esta via de ar). O corpo inclui ainda um pequeno alto-falante 558 e uma tomada elétrica ou conector 5B para ligar ao cartucho 30 ou a um dispositivo de carregamento USB.

[0035] O microcontrolador (por exemplo, um CIAE) 555 inclui uma CPU 550. As operações da CPU 550 e de outros componentes eletrônicos, tais como o sensor de pressão 562, são geralmente controlados, pelo menos em parte, por programas de software que funcionam na CPU (ou outro componente). Tais programas de software podem ser armazenados em memória não volátil, tal como ROM, que pode ser integrada no próprio microcontrolador 555, ou fornecida como um componente separado. A CPU pode acessar a ROM para carregar e executar programas de software individuais conforme necessário. O microcontrolador 555 também contém interfaces de comunicações apropriadas (e software de controle) para se comunicar, conforme apropriado, com outros dispositivos no corpo 10, tais como o sensor de pressão 562.

[0036] A CPU controla o alto-falante 558 para produzir saída de áudio para refletir condições ou estados dentro do cigarro eletrônico, como um aviso de bateria fraca. Diferentes sinais para sinalizar diferentes estados ou condições podem ser proporcionados utilizando tons ou bips de diferentes tonalidades e/ou durações, e/ou proporcionando diversos bipes ou tons.

[0037] Conforme referido anteriormente, o cigarro eletrônico 10 proporciona um percurso de ar a partir da entrada de ar através do cigarro eletrônico, passando pelo sensor de queda de pressão 562 e pelo aquecedor (no vaporizador ou cartomizador 30) para o bocal 35. Assim, quando um usuário inala no bocal do cigarro eletrônico, a CPU 550 detecta tal inalação com base na informação do sensor de queda de pressão. Em resposta a tal detecção, a CPU fornece energia a partir da bateria ou pilha 210 para o aquecedor, que aquece e vaporiza assim a nicotina a partir do pavio para inalação pelo usuário.

[0038] O cigarro eletrônico 10 é configurado para responder a uma inalação de um usuário ou consumidor, de modo que a quantidade e/ou a qualidade do vapor gerado seja controlável pelo consumidor com base no esforço de tragada e/ou volume de tragada. Isto é um tanto semelhante à situação com um cigarro combustível convencional, que responde a uma tragada do consumidor com a matéria particulada total (MPT) que é aproximadamente proporcional ao volume da tragada (para um tipo particular do cigarro). Consequentemente, o esforço de tragada ou o volume da tragada acumulado para uma dada inalação é medido no cigarro eletrônico 10 utilizando a unidade de sensor 215, e o microcontrolador 555 é configurado de modo que o cigarro eletrônico responda ao volume ou esforço medido da tragada, fornecendo mais/menos vapor (conforme apropriado) e/ou uma qualidade de vapor diferente. Isto proporciona ao consumidor uma forma intuitiva de controlar a sua utilização do cigarro eletrônico 10 em termos de produção de vapor, etc.

[0039] A Figura 6 é um fluxograma esquemático que ilustra certos aspectos da operação do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas formas de realização da invenção para proporcionar tal controle do usuário com base no volume ou esforço de tragada. O processamento começa com a detecção do início de uma inalação do usuário (tragada) na operação 610. Tal detecção é feita pela unidade de sensor 215, em particular, pelo sensor de pressão 562, que detecta a queda de pressão causada pelo usuário que aspira o bocal 35. Além disso, utilizando a queda de pressão medida, uma vez detectada uma inalação, pode ser determinada a taxa de fluxo de ar através do cigarro eletrônico (operação 620). Uma determinação mais precisa pode geralmente ser feita se a temperatura do fluxo de ar também estiver incluída (uma vez que a densidade de ar é dependente da temperatura). Por conseguinte, tal temperatura pode ser medida ao mesmo tempo em que a queda de pressão (tal como utilizando o sensor de temperatura 563 incluído na unidade de sensor 215, veja a Figura 5) e esta temperatura medida pode ser incorporada na determinação do fluxo de ar. Se a unidade de sensor não incluir um sensor de temperatura, então uma temperatura fixa (média) pode ser presumida.

[0040] A relação entre queda de pressão e taxa de fluxo de ar (e temperatura, se disponível) pode ser determinada empiricamente e/ou por cálculo/modelagem. No primeiro caso, o cigarro eletrônico pode ser colocado em um dispositivo mecânico que simula a inalação através do bocal. Isto permite então medições de fluxo de ar através do bocal contra a queda de pressão (como determinado pelo sensor de pressão 562), incluindo sensibilidade à temperatura, se desejado, permitindo assim uma relação empírica entre os dois a ser desenvolvida. Alternativamente, a relação entre queda de pressão e taxa de fluxo de ar pode ser modelada com base na forma interna conhecida do cigarro eletrônico, utilizando dinâmica de fluidos, etc. A relação resultante entre queda de pressão e taxa de fluxo de ar (e temperatura, se disponível) determinada empiricamente ou por cálculo/modelagem (ou por uma combinação dos dois) pode então ser fornecida ao microcontrolador, quer como código que aplica uma expressão matemática adequada correspondente à relação, quer como conjunto adequado de valores de dados, por exemplo, na forma de uma tabela de pesquisa armazenada em alguma ROM em, ou pelo menos acessível para, o microcontrolador. Esta relação permite que o microcontrolador 555 determine a taxa de fluxo de ar atual com base na queda de pressão medida a partir do sensor de pressão 562.

[0041] Em outras aplicações, a unidade de sensor 215 pode incluir um monitor de fluxo de ar para medir diretamente o fluxo de ar (em vez da queda de pressão). Em tais aplicações, pode ainda ser desejável determinar empiricamente e/ou por cálculo/modelagem a relação entre o fluxo de ar medido por este monitor e o volume real inalado por um usuário.

[0042] Tendo medido e determinado o fluxo de ar atual na operação 620, o fluxo de ar total ou cumulativo para esta tragada ou inalação é então determinado (operação 630). Este fluxo de ar cumulativo pode ser determinado por meio da soma ou integração do fluxo de ar atual (instantâneo) medido na operação 620 durante a duração da inalação (até então).

[0043] O cigarro eletrônico 10 utiliza agora o volume de inalação cumulativo até então para esta tragada em particular para controlar a saída de vapor nesta mesma tragada (operação 640). Em outras palavras, o cigarro eletrônico suporta uma unidade de controle adaptativa em tempo real para modificar a saída de vapor para o usuário através do bocal 35. Este controle pode ser exercido de várias maneiras, por exemplo: • Fornecendo uma quantidade de aerossol (vapor) que é proporcional ao fluxo de ar acumulado; • Fornecendo uma quantidade de aerossol (vapor) que é proporcional a alguns outros, por exemplo, uma função não linear do fluxo de ar cumulativo, tal como seguir uma relação exponencial ou logarítmica; • Ajustando uma mistura de sabores com o aerossol (vapor) com base no fluxo de ar acumulado; • Ajustando o tamanho das partículas dentro do aerossol (vapor) com base no fluxo de ar acumulado.

[0044] As possibilidades acima são proporcionadas apenas a título de exemplo, e outras maneiras para controlar a saída de vapor do cigarro eletrônico de acordo com o volume de fluxo de ar cumulativo (até então) estarão evidentes para o especialista.

[0045] O microcontrolador 555 é geralmente responsável pela aplicação do controle da saída de vapor desejada com base no fluxo de ar acumulado medido para a tragada atual. Por exemplo, o microcontrolador pode aumentar (ou diminuir) a energia fornecida ao aquecedor 365 para aumentar (ou diminuir) a taxa de produção de vapor ou aerossol. Em algumas aplicações, tal controle de potência pode ser aplicado alterando a corrente (e/ou a tensão) fornecida ao aquecedor. Outras formas de realização podem utilizar uma abordagem diferente, tal como modulação de largura de impulso (MLI). Na MLI, um pulso de energia elétrica é entregue ao aquecedor em cada período de tempo ou janela Tw, onde Tw é selecionado para ser relativamente curto, de modo que o aquecedor não mude significativamente a temperatura durante o intervalo Tw (sem receber qualquer potência). A duração do impulso em si, Tp, é selecionada para ocupar uma fração (ou potencialmente todas) da janela de tempo, isto é Tw > Tp. A quantidade de energia fornecida (em média) para o aquecedor pode ser controlada ajustando Tp, com a provisão máxima de energia ocorrendo quando Tp = Tw.

[0046] Em algumas aplicações, o aquecedor 365 pode compreender múltiplos elementos diferentes que podem ser controlados separadamente, com diferentes sabores vaporizados por diferentes elementos aquecedores. Isto permite então que o microcontrolador altere a mistura de aromas dentro da saída do cigarro eletrônico variando a potência fornecida aos diferentes elementos de aquecimento de acordo com a mistura desejada de sabores.

[0047] O processamento da Figura 6 faz agora uma determinação quanto à existência ou não da inalação (operação 660) - isto pode ser detectado pela ausência de qualquer queda de pressão através da unidade de sensor de pressão 562. Se a inalação for excedida, isto representa o final do processamento para esta tragada em particular. Alternativamente, se uma queda de pressão ainda é detectada, então a inalação ainda está em curso, e o processamento volta para a operação 620. O cigarro eletrônico, então, mede novamente o fluxo de ar da inalação e utiliza essa medida para atualizar o volume de tragada acumulado até agora (operação 630). Isto permite então que a determinação da quantidade de aerossol e do controle do aquecedor sejam atualizadas de acordo com as operações 640 e 650, respectivamente. Este ciclo de processamento continua então como antes até a inalação estar finalmente terminada, tal como detectado na operação 660.

[0048] A Figura 7 é um gráfico que mostra um exemplo de controle da potência de um aquecedor 365 com uma vista para a entrega de uma quantidade cumulativa de aerossol que se equipara (corresponde) ao volume da tragada acumulado utilizando uma relação linear (proporcionalidade) no decurso de uma única inalação. Existem quatro linhas traçadas na Figura 7, que são as seguintes: a) Fluxo de tragada - isto é, a taxa atual de fluxo de ar sendo inalado pelo usuário (linha tracejada, clara) b) Fluxo de ar cumulativo - em efeito, a integral de (a), que representa a quantidade total de fluxo de ar para esta tragada (linha contínua, escura) c) Energia fornecida ao aquecedor - (linha contínua, clara) d) Produção cumulativa de vapor, em efeito, o volume total de vapor produzido até então para esta tragada. O eixo X da Figura 7 é o tempo (segundos), enquanto a escala do eixo Y representa o nível de potência fornecida ao aquecedor em função da fonte de alimentação máxima disponível para o aquecedor - isto é, para cada linha (c) acima. (A escala no eixo Y para as outras três linhas representadas na Figura 7 é arbitrária).

[0049] A quantidade de aerossol ou vapor entregue pelo cigarro eletrônico depende de vários fatores, especialmente a potência entregue ao aquecedor, a temperatura esperada do aquecedor (que é ela própria relacionada com a potência entregue ao aquecedor), a perda de temperatura esperada do aquecedor devido à convenção e radiação, e perda de temperatura devido à evaporação da formulação, isto é, a nicotina ou outro líquido a ser vaporizado. O aerossol administrado é geralmente proporcional à perda de temperatura devido à evaporação da formulação.

[0050] Conforme ilustrado na Figura 7, quando uma tragada é detectada (correspondendo à operação 610 na Figura 6), a energia para o aquecedor é ajustada inicialmente para 100% para levar o cigarro eletrônico até uma temperatura ativa (conforme a linha (c)). Nesta fase, o fluxo de ar da tragada (linha (a)) está aumentando de forma constante. Isto reflete o movimento dos pulmões do usuário, que têm de ser acelerados a partir de uma posição de repouso inicial. À medida que os pulmões aceleram a uma velocidade maior, o fluxo de ar da inalação aumenta.

[0051] No exemplo particular da Figura 7, o microcontrolador 555 é encarregado de ter a saída de vapor cumulativa equivalendo (caminho) à saída de fluxo de ar cumulativo. Deve-se apreciar que isto conduz a uma proporção aproximadamente constante de vapor dentro do fluxo de ar - de modo que quando o utilizador inala mais fortemente para produzir o maior fluxo de ar, a quantidade de vapor inalado (em termos absolutos) está semelhantemente no máximo.

[0052] No início, o fluxo de ar de tragada acumulado (linha (b)) vai adiante da saída de vapor cumulativa (linha (d)), devido ao atraso na produção de vapor enquanto a temperatura do aquecedor é elevada para seu ponto operacional. Uma vez que isto ocorra, após cerca de 0,5 segundos na Figura 7, o vapor começa a ser produzido. Neste ponto, a saída de vapor e, consequentemente, a saída de vapor cumulativa (linha (d)), aumentam rapidamente, alcançando o fluxo de ar acumulado (linha (b)).

[0053] A potência para o aquecedor agora cai para evitar superaquecimento. Contudo, à medida que o fluxo de ar passado pelo aquecedor aumenta (como indicado pela linha (a)), isto permite que o aquecedor vaporize mais líquido (uma vez que o fluxo de ar aumentado extrai o líquido previamente vaporizado do cigarro eletrônico). Isto leva então a exigências de energia aumentadas para o aquecedor e, portanto, um aumento na fonte de alimentação para o aquecedor imediatamente antes de 1s.

[0054] Ao longo do próximo segundo, a taxa de aumento no fluxo de ar (linha (a)) começa a diminuir e, em seguida, eventualmente, a taxa de fluxo de ar em si atinge um pico e começa a cair. A potência do aquecedor (linha (c)) também atinge um pico e então começa a cair neste período. Finalmente, no último segundo da inalação (de 2s para 3s), a taxa de fluxo de ar da inalação cai de forma constante de volta para zero, e novamente a potência do aquecedor (linha (c)) mostra uma diminuição geralmente semelhante.

[0055] Em termos de teoria de controle, podemos representar a taxa de saída de vapor como V(t) e a entrada de potência para o aquecedor como P(t), tal que V(t)=H(P(t)), onde H é uma função de transferência baseada nos fatores discutidos anteriormente, tal como a energia previamente fornecida ao aquecedor, a perda de calor do aquecedor devido à produção de vapor, etc. Se a taxa de fluxo de ar medida for A(t), então o objetivo global para o microcontrolador é que F1(F(t))=F2(A(t)), onde F1 e F2 são funções a serem especificadas e podem incluir um deslocamento de temporização entre a taxa de fluxo de ar (entrada) medida e a saída de vapor. Tomando o exemplo da Figura 7, isto corresponde a ter F1 e F2 tais que:

Onde k é uma constante, e presume-se que a tragada começa em t=0, de modo que o lado esquerdo representa a saída de vapor cumulativa para esta tragada, enquanto que o lado direito representa o fluxo de ar cumulativo em (e através de) o sistema para esta tragada.

[0056] A expressão H-1é inversa de H, e

, onde F-1 é também inversa de F, então

, e portanto temos

. Deve-se apreciar que esta equação pode ser utilizada pelo microcontrolador para determinar a entrada de energia para o aquecedor baseada em (i) a taxa de fluxo de ar medida A(t), (ii) a relação desejada entre a taxa de fluxo de ar e a taxa de saída de vapor V(t), representada pela função F3, e (iii) a relação entre a entrada de potência do aquecedor e a taxa de saída de vapor, representada pela função de transferência H (e seu inverso H-1).

[0057] Conforme aqui descrito, várias formas de realização proporcionam um sistema eletrônico de fornecimento de vapor incluindo um vaporizador para vaporizar líquido para inalação por um utilizador do sistema eletrônico de fornecimento de vapor, uma fonte de alimentação compreendendo uma pilha ou bateria para fornecer energia ao vaporizador; um sensor para medir a taxa de fluxo de ar através do sistema eletrônico de fornecimento de vapor como resultado da inalação pelo usuário; e uma unidade de controle. A unidade de controle controla a energia fornecida ao vaporizador com base em um fluxo de ar cumulativo para esta inalação pelo utilizador, em que o fluxo de ar cumulativo é determinado com base nas medições da taxa de fluxo de ar pelo sensor. Isto permite ao usuário controlar a quantidade de líquido vaporizado obtida em uma determinada inalação com base no fluxo de ar acumulado produzido por tal inalação.

[0058] Deve-se apreciar que a natureza detalhada do controle pode variar de uma aplicação para outra. Por exemplo, conforme descrito anteriormente, o controle pode ser configurado de modo que a saída de vapor cumulativo, isto é, a quantidade global (cumulativa) de líquido vaporizado para esta inalação, controle o fluxo de ar acumulado através do dispositivo. Outra possibilidade (por exemplo) é que, para um fluxo de ar acumulado mais elevado, um elemento aquecedor adicional seja ativado. Isto pode aumentar a saída de vapor, ou alterar a mistura de saída de vapor, tal como alterando as quantidades relativas de dois vapores diferentes na saída de vapor.

[0059] O fluxo de ar acumulado representa o volume total de ar que passou para (através) do sistema até agora, desde o início da inalação. O início da inalação pode ser detectado pelo sensor de fluxo de ar, que também mede a corrente (instantânea) de fluxo de ar durante a inalação. O fluxo de ar cumulativo pode então ser determinado, por exemplo, integrando o fluxo de ar corrente medido desde o início da inalação até à fase atual da inalação. Outro mecanismo possível para determinar o fluxo de ar cumulativo é medir a corrente ou taxa de fluxo de ar instantânea em múltiplas vezes e, em seguida, executar alguma modelagem ou pesquisa para determinar o ar acumulado. Por exemplo, o controle da saída de vapor pode basear-se, em parte, em um valor de fluxo de ar previsto - por exemplo, com base no fluxo de ar acumulado já medido para aquela determinada inalação e/ou medições instantâneas múltiplas do fluxo de ar, mais o conhecimento de uma variação típica da taxa de fluxo de ar com o tempo (isto é, correspondendo à linha (a) na Figura 7).

[0060] Quando são obtidas medições adicionais do fluxo de ar real, estas podem ser comparadas com a taxa de fluxo de ar prevista e qualquer discrepância utilizada para ajustar a futura fonte de alimentação ao aquecedor. Em alguns casos, a taxa de fluxo de ar prevista pode ser baseada em taxas de fluxo de ar medidas para inalações anteriores por esse usuário. A utilização de uma taxa de fluxo de ar prevista desta maneira pode ajudar a melhorar a capacidade de resposta do controle.

[0061] O fluxo de ar acumulado pode ser determinado dentro do próprio sensor, dentro da unidade de controle, ou dentro de qualquer outro componente apropriado do sistema eletrônico de fornecimento de vapor. O fluxo de ar acumulado pode ser determinado explicitamente ou implicitamente, utilizando um ou mais outros parâmetros que servem como um representante para o fluxo de ar cumulativo. Por exemplo, o sensor pode medir a queda de pressão, que pode então ser convertida em um parâmetro que reflete o fluxo de ar acumulado (e, portanto, pode ser utilizado para controlar a energia ao aquecedor) sem determinar explicitamente o fluxo de ar cumulativo propriamente dito.

[0062] Conforme aqui descrito, um usuário pode controlar, pelo menos em parte, o vapor que recebe. Este controle pode ser fornecido de uma forma intuitiva, por exemplo, apenas tragando (inalando) mais intensamente para mais vapor, ou tragando mais suavemente para menos vapor. A natureza intuitiva do controle aumenta sua capacidade de resposta rápida (em tempo real), ou seja, se o usuário muda a taxa de inalação durante uma tragada individual, isso produz uma mudança notável na saída de vapor mesmo durante esta mesma tragada. Por exemplo, com referência à Figura 7, podemos ver que o tempo de resposta do sistema é uma pequena fração de 1s, tipicamente inferior a 0,5 segundo, ou inferior a 0,3 segundo, ou inferior a 0,1 segundo. Esta resposta de tempo representa o atraso ou intervalo de tempo entre uma variação medida no fluxo de ar acumulado e uma alteração correspondente na saída de vapor, com base na modificação da energia fornecida ao aquecedor para refletir o volume da tragada atual. (Há um atraso inicial de cerca de 0,7 segundo na Figura 7 para a saída de vapor cumulativo seguir o volume de fluxo de ar acumulado, mas isto representa a inércia térmica do aquecedor, em vez de um atraso de tempo no circuito de controle). Consequentemente, a ligação entre o volume de tragada e a saída de vapor é prontamente evidente para o usuário, que é, portanto, capaz de aprender rapidamente a explorar esta funcionalidade do dispositivo.

[0063] Além disso, a abordagem aqui descrita pode ser estendida a uma gama de sistemas eletrônicos de fornecimento de vapor, tais como dispositivos de aquecimento sem queima (que podem incluir alguma matéria vegetal ou extrato, por exemplo, folha de tabaco, que é então aquecida ou fornecida com vapor para produzir o vapor desejado). Um exemplo de tal forma alternativa de sistema eletrônico de fornecimento de vapor é descrita em US 2011/0226236, que divulga um inalador contendo um evaporador baseado em uma estrutura planar multifuncional que incorpora tanto um mecanismo de aquecimento como um mecanismo de pavio. Tal sistema proporciona elevada capacidade evaporativa específica para operação intermitente, combinada com elevada eficiência do evaporador (vaporizador). Tal sistema pode incluir ainda um sensor de pressão ou de fluxo de ar para medir o fluxo de ar e uma unidade de controle para controlar a energia fornecida ao mecanismo de aquecimento de acordo com a abordagem aqui descrita.

[0064] A fim de abordar várias questões e avançar a técnica, esta divulgação mostra, a título de ilustração, várias formas de realização nas quais as invenções reivindicadas podem ser praticadas. As vantagens e características da divulgação são apenas uma amostra representativa de formas de realização e não são exaustivas e/ou exclusivas. Elas são apresentadas apenas para auxiliar na compreensão e ensinar as invenções reivindicadas. Deve-se entender que as vantagens, formas de realização, exemplos, funções, características, estruturas e/ou outros aspectos da divulgação não devem ser considerados limitações da divulgação conforme definido pelas reivindicações ou limitações em equivalentes às reivindicações, e que outras formas de realização podem ser utilizadas, e podem ser feitas modificações sem que se afaste do âmbito das reivindicações. Várias formas de realização podem compreender adequadamente, consistir, ou consistir essencialmente em, várias combinações dos elementos, componentes, características, partes, etapas, meios, etc. descritos, que não os aqui especificamente descritos. A divulgação pode incluir outras invenções não reivindicadas presentemente, mas que podem ser reivindicadas no futuro.

Claims (14)

1. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor caracterizado por incluir: um vaporizador configurado para vaporizar líquido para inalação por um usuário do sistema eletrônico de fornecimento de vapor; uma fonte de alimentação compreendendo uma célula ou uma bateria e configurada para fornecer energia ao vaporizador; um sensor configurado para medir a taxa de fluxo de ar através do sistema eletrônico de fornecimento de vapor como resultado de uma inalação única pelo usuário; e uma unidade de controle configurada para controlar a energia fornecida ao vaporizador para a inalação única pelo usuário, em que durante cada iteração de tempo dentro da inalação única o sistema eletrônico de provisão de vapor está adaptado para: medir a atual taxa de fluxo de ar no sensor; atualizar um fluxo de ar cumulativo ao somar as medições do atual fluxo de ar pelo sensor até então durante todas as iterações de tempo dentro da inalação única; e controlar, pela unidade de controle, a potência fornecida ao vaporizador com base no fluxo de ar cumulativo atualizado para a mais recente iteração de tempo dentro da inalação única e uma relação desejada entre o fluxo de ar cumulativo para a inalação única e a quantidade de saída de vapor ao usuário para a inalação única; assim permitindo ao usuário controle sobre a quantidade de líquido vaporizado obtido em uma inalação única com base no fluxo de ar acumulado para essa inalação individual única.

2. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o vaporizador ser um aquecedor que é fornecido com energia da fonte de alimentação para aquecer e assim vaporizar o líquido para inalação por um usuário com base em um sinal fornecido pelo controlador.

3. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a unidade de controle controlar a energia fornecida ao aquecedor para controlar a temperatura do aquecedor.

4. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o líquido ser nicotina.

5. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sensor para medir a taxa de fluxo de ar medir uma queda de pressão, e a unidade de controle estimar uma taxa de fluxo de ar medida a partir da queda de pressão medida.

6. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a unidade de controle determinar o fluxo de ar acumulado com base nas medições de taxa de fluxo de ar pelo sensor.

7. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a unidade de controle estar configurada de modo a que uma saída de vapor cumulativa dentro da inalação única seja mantida aproximadamente proporcional ao fluxo de ar acumulado.

8. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por controlar a potência fornecida ao vaporizador com base em (i) a taxa de fluxo de ar medida A(t), (ii) a relação desejada entre o fluxo de ar cumulativo para determinada inalação e a quantidade de líquido vaporizado fornecido ao usuário para tal inalação e (iii) uma relação de sistema entre a entrada de energia para o vaporizador e a quantidade de líquido vaporizado produzido pelo vaporizador.

9. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por controlar a energia fornecida ao vaporizador com base pelo menos em um fluxo de ar acumulado previsto, em que o fluxo de ar acumulado previsto é derivado da taxa medida de fluxo de ar para determinada inalação e um modelo predeterminado para um perfil de tragada.

10. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por controlar a energia fornecida ao vaporizador para proporcionar ao usuário uma resposta em tempo real em termos de quantidade de saída de vapor em relação ao fluxo de ar cumulativo para a inalação pelo usuário.

11. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por controlar a energia fornecida ao vaporizador para proporcionar ao usuário uma resposta em tempo real de 0,3 segundos ou menos.

12. Método para operar um sistema eletrônico de fornecimento de vapor incluindo um vaporizador para vaporizar líquido para cada uma da série de inalações únicas por um usuário do sistema eletrônico de fornecimento de vapor; uma fonte de alimentação que compreende uma célula ou bateria para fornecer energia ao vaporizador; um sensor e uma unidade de controle para controlar iterativamente a energia fornecida ao vaporizador para cada uma da série de inalações pelo usuário, o referido método sendo caracterizado por compreender, para cada iteração de tempo dentro de cada uma das inalações unitárias: medir através do sensor a taxa do fluxo de ar atual através do sistema eletrônico de fornecimento de vapor como um resultado da inalação pelo usuário; atualizar um fluxo de ar cumulativo pela soma das medições do fluxo de ar atual pelo sensor até então durante a inalação; e controlar através da unidade de controle a energia fornecida ao vaporizador com base na atualização de um fluxo de ar cumulativo para esta iteração e uma relação desejada entre o fluxo de ar acumulado para a inalação pelo usuário e a quantidade de vapor emitida para o usuário para a correspondente inalação unitária; permitindo assim ao usuário o controle da quantidade de líquido vaporizado obtido em uma determinada inalação com base no fluxo de ar acumulado para tal inalação.

13. Sistema de provisão de vapor eletrônico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a relação desejada entre o fluxo de ar cumulativo para a inalação unitária e a quantidade de saída de vapor para o usuário para a inalação unitária incluir: um primeiro estágio durante o qual a energia para o vaporizador é estabelecida para 100%; e um segundo estágio seguindo o primeiro estágio, no qual o controlador é configurado para energizar o vaporizador para fornecer uma proporção aproximadamente constante de vapor dentro do fluxo de ar.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente: controlar a energia fornecida ao vaporizador de modo que durante o primeiro estágio a energia para o vaporizador é estabelecida para 100%; e controlar a energia fornecida para o vaporizador de modo que durante um segundo estágio a energia para o vaporizador é controlada para fornecer uma proporção aproximadamente constante de vapor dentro do fluxo de ar.

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