BR112017019913B1

BR112017019913B1 - Método para controle de aquecimento em um sistema gerador de aerossol e sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente

Info

Publication number: BR112017019913B1
Application number: BR112017019913-0A
Authority: BR
Inventors: Dominique BERNAUER; Pascal Talon
Original assignee: Philip Morris Products S.A.
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2023-01-17
Also published as: HUE044316T2; PL3282871T3; EP3282871A1; PL3533351T3; MY186867A; WO2016166064A1; ZA201704863B; MX2017012842A; EP3282871B1; JP2018514197A; US10667329B2; TW201637514A; RU2694930C2; EP3533351B1; JP6808639B2; SG11201708374UA; KR102610457B1; RS59030B1; JP2021045162A; CN107407941B

Abstract

DISPOSITIVO E MÉTODO PARA CONTROLAR UM AQUECEDOR ELÉTRICO PARA LIMITAR A TEMPERATURA DE ACORDO COM PERFIL DE TEMPERATURA DESEJADO AO LONGO DO TEMPO. São fornecidos o método e o sistema para controlar o aquecimento em um sistema gerador de aerossol (100) que compreende um aquecedor (14). O método compreende comparar um parâmetro medido (R), indicativo da temperatura do aquecedor (14), com um valor alvo (Ralvo) para esse parâmetro; se o parâmetro medido (R) exceder o valor alvo (Ralvo) por mais ou igual a uma primeira quantidade, então, impedir um fornecimento de energia ao aquecedor (14) por um primeiro período de tempo; e se o parâmetro medido exceder o valor alvo, mas por menos do que a primeira quantidade, então, impedir o fornecimento de energia ao aquecedor para um segundo período de tempo, mais curto do que o primeiro período de tempo. Isso permite resfriamento rápido do aquecedor quando necessário.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um aquecedor elétrico e um método e um dispositivo para controlar o aquecedor para evitar os picos de temperatura acima de um perfil de temperatura predeterminado. A invenção refere-se mais especificamente a um aquecedor elétrico configurado para aquecer um substrato formador de aerossol, a um método e a um dispositivo para evitar o sobreaquecimento indese- jado do substrato formador de aerossol. O dispositivo e o método descritos são especificamente aplicáveis a dispositivos para fumar aquecidos eletricamente.

[002] Os cigarros tradicionais produzem fumaça como resultado da combustão do tabaco e do invólucro, o que ocorre sob temperaturas que podem ultrapassar os 800 graus Celsius durante uma tragada. Sob essas temperaturas, o tabaco é termicamente degradado por piró- lise e combustão. O calor de combustão libera e gera vários produtos de combustão gasosos e destilados do tabaco. Os produtos são aspirados através do cigarro, e se resfriam e se condensam para formar uma fumaça que contém os sabores e aromas associados ao ato de fumar. Sob temperaturas de combustão, além dos sabores e aromas, são gerados também diversos compostos indesejáveis.

[003] Sistemas para fumar aquecidos eletricamente, que funcio nam em temperaturas mais baixas, são conhecidos. Ao aquecer a uma temperatura mais baixa, o substrato formador de aerossol (que no caso de um dispositivo para fumar tem como base o tabaco) não sofre combustão, e são gerados muito menos compostos indesejáveis.

[004] É desejável em tais sistemas para fumar aquecidos eletri camente, e em outros sistemas geradores de aerossol aquecidos ele- tricamente, para garantir o tanto quanto possível que a combustão do substrato não ocorra, mesmo em condições ambientais extremas e em padrões de utilização extremos. Portanto, é desejável controlar a temperatura do elemento ou dos elementos de aquecimento no dispositivo para reduzir o risco de combustão ainda durante o aquecimento até uma temperatura suficiente para garantir um aerossol desejável.

[005] Também é desejável que os sistemas geradores de aeros sol aquecidos eletricamente sejam capazes de produzir um aerossol que é consistente com o passar do tempo. Esse é especificamente o caso quando o aerossol é destinado ao consumo humano, por exemplo, em um dispositivo para fumar aquecido. Isso pode ser difícil em dispositivos nos quais um substrato esgotável é aquecido continuamente ou repetidamente durante um período, uma vez que as propriedades do substrato formador de aerossol podem mudar consideravelmente com o aquecimento contínuo ou repetido, tanto em relação à quantidade e à distribuição dos componentes formadores de aerossol restantes no substrato quanto à temperatura do substrato. Particularmente, um usuário de um dispositivo de aquecimento contínuo ou re-petido pode experimentar uma diminuição constante no sabor, no gosto e na sensação do aerossol à medida que o substrato é esgotado no formador do aerossol que proporciona a nicotina e, em certos casos, o sabor. Dessa forma, ocorre um fornecimento consistente de aerossol com o passar do tempo, de modo que o primeiro aerossol fornecido seja consideravelmente comparável a um aerossol final fornecido durante a operação.

[006] A fim de produzir um aerossol consistente, pode ser dese jável controlar a temperatura do substrato de acordo com o perfil de temperatura em particular e temporal. Um sistema e método para conseguir isto são divulgados em WO2014/102091. No entanto, um perfil em que uma temperatura alvo para as mudanças de substrato forma- dor de aerossol abruptamente e em particular cai abruptamente, requer um processo de controle rápido para controlar a temperatura do aquecedor usada para aquecer o substrato.

[007] É um objeto da presente descrição para fornecer um siste ma gerador de aerossol e o método que fornece o controle rápido de um aquecedor elétrico para permitir que um perfil de temperatura desejada a ser seguido sem sobreaquecimento.

[008] Em um primeiro aspecto da descrição presente, é fornecido um método para controle de aquecimento em um sistema gerador de aerossol que compreende um aquecedor, compreendendo:

[009] comparar um parâmetro medido, indicativo da temperatura do aquecedor, com um valor alvo para esse parâmetro;

[0010] se o parâmetro medido exceder o valor alvo em mais do que, ou igual a uma primeira quantidade, então, impedir um fornecimento de energia ao aquecedor por um primeiro período de tempo; e

[0011] se o parâmetro medido exceder o valor alvo, mas por me nos do que a primeira quantidade, então, impedindo o fornecimento de energia ao aquecedor por um segundo período de tempo, mais curto do que o primeiro período de tempo.

[0012] O método pode compreender variar o valor alvo com o tempo. O método pode compreender variar de forma descontínua o valor alvo com o tempo. Repentinamente, as mudanças de etapa no valor alvo, representativo de uma mudança em uma temperatura alvo, exigem mudanças repentinas no fornecimento de energia ao aquecedor. Fornecer períodos diferentes para impedir que o fornecimento de energia dependendo da quantidade através da qual o parâmetro medido exceda um valor alvo, é possível reduzir rapidamente a temperatura do aquecedor quando o valor alvo cair abruptamente e reduzir mais gradualmente quando o valor alvo for constante ou apenas mudando gradualmente a temperatura.

[0013] O método fornece uma maneira simples e altamente res- ponsiva de controlar a temperatura de aquecedor. Os sistemas geradores de aerossol anteriores tendem a usar o controle Proporcional- Integral-Derivativo (PID) para o aquecedor. No entanto, o controle PID é relativamente dispendioso e, assim, tem um tempo de resposta mais longo e às vezes sofre de problemas excesso, particularmente em sistemas acionados por tragada. O controle PID também requer a otimização dos coeficientes de PID para atender o projeto de sistema em particular, o que exige extenso trabalho analítico em um laboratório.

[0014] Vantajosamente, o método compreende, se o parâmetro medido não exceder o valor alvo, fornecendo potência ao aquecedor.

[0015] Em adição a controlar a potência fornecida ao aquecedor com base no parâmetro medido, a potência fornecida ao aquecedor pode ser controlada limitando-se a quantidade de potência que pode ser fornecida ao aquecedor em um determinado período de tempo. Isso impede que muita energia seja fornecida a um substrato formador de aerossol, mesmo que a temperatura do aquecedor permaneça em ou abaixo de um nível alvo. O método pode compreender o fornecimento de energia ao aquecedor como pulsos de corrente elétrica e se o parâmetro medido não exceder o valor alvo, determinar se o fornecimento de energia seria resultado do ciclo de trabalho dos pulsos de corrente elétrica que excedem o ciclo de trabalho máximo sobre um primeiro período de tempo e fornecer potência ao aquecedor somente se o fornecimento de energia não resultar no ciclo de trabalho dos pulsos de corrente elétrica excedendo o ciclo de trabalho máximo.

[0016] O parâmetro medido é a resistência elétrica do aquecedor. Isso tem a vantagem de eliminar a necessidade de um sensor separado. No entanto, isso também significa que a fim de fornecer uma medida da temperatura do aquecedor, a potência deve ser aplicada ao aquecedor, aquecimento, assim, o substrato formador de aerossol. Nesse sentido, a fim de fornecer resfriamento rápida do aquecedor, é desejável não medir a resistência do aquecedor durante o período do primeiro ou do segundo período de tempo.

[0017] O sistema gerador de aerossol pode ser um sistema para fumar aquecido eletricamente. O sistema para fumar aquecido eletricamente pode ser configurado para aquecer um substrato formador de aerossol, tal como um substrato de tabaco.

[0018] Em um segundo aspecto da descrição, é fornecido um dis positivo gerador de aerossol aquecido eletricamente que compreende:

[0019] um aquecedor;

[0020] uma fonte de alimentação elétrica; e

[0021] um controlador; em que o controlador está configurado pa ra: comparar um parâmetro medido, indicativo de temperatura do aquecedor com um valor alvo para esse parâmetro; e

[0022] se o parâmetro medido exceder o valor alvo por mais de ou igual a uma primeira quantidade, impedir um fornecimento de energia ao aquecedor por um primeiro período de tempo; e

[0023] se o parâmetro medido exceder o valor alvo, mas por me nos do que a primeira quantidade, então, impedir o fornecimento de energia ao aquecedor por um segundo período de tempo, mais curto do que o primeiro período de tempo.

[0024] O dispositivo pode ser configurado para receber um subs trato formador de aerossol em uso.

[0025] O controlador pode ser configurado para variar o valor de destino com o tempo de acordo com um perfil de destino desejado armazenado na memória. O perfil de destino armazenado na memória pode ser modificado com base em parâmetros medidos, tais como um tipo de substrato formador de aerossol no dispositivo, ou o comportamento de tragada de um usuário ou a identidade de um usuário.

[0026] O controlador pode ser configurado para variar descontinu- amente o valor alvo com o tempo.

[0027] O controlador pode ser configurado para fornecer potência ao aquecedor da fonte de alimentação, se o parâmetro medido não exceder o valor alvo.

[0028] O controlador pode ser configurado para fornecer potência ao aquecedor como pulsos de corrente elétrica, e se o parâmetro medido não exceder o valor alvo, determinar se o fornecimento de energia seria resultado do ciclo de trabalho dos pulsos de corrente elétrica que excedem o ciclo de trabalho máximo sobre um primeiro período de tempo e fornecer potência ao aquecedor somente se o fornecimento de energia não resultar no ciclo de trabalho dos pulsos de corrente elétrica excedendo o ciclo de trabalho máximo.

[0029] O parâmetro medido pode ser a resistência elétrica do aquecedor. O controlador pode ser configurado para medir a resistência do aquecedor durante períodos quando a potência for fornecida ao aquecedor.

[0030] O sistema pode ser um sistema para fumar aquecido eletri camente.

[0031] Se o controlador estiver organizado para fornecer potência ao elemento de aquecimento como pulsos de corrente elétrica, a potência fornecida para o elemento de aquecimento pode, então, ser ajustada mediante ajuste do ciclo de trabalho da corrente elétrica. O ciclo de trabalho pode ser ajustado por meio da alteração da largura do pulso ou da frequência dos pulsos ou de ambos. Como alternativa, o controlador pode ser disposto de uma maneira que forneça potência ao elemento de aquecimento como um sinal contínuo de CC.

[0032] O controlador pode compreender um meio de detecção configurado para medir a temperatura do elemento de aquecimento ou uma temperatura próxima ao elemento de aquecimento para fornecer uma temperatura medida.

[0033] O controlador pode compreender ainda um meio para iden tificação de uma característica de um substrato formador de aerossol no dispositivo e uma memória contendo uma tabela de consulta com instruções de controle de potência e características correspondentes do substrato formador de aerossol.

[0034] Em ambos o primeiro e o segundo aspecto da invenção, o aquecedor pode compreender um material com resistência elétrica. Os materiais eletricamente resistivos adequados incluem, mas não estão limitados a: semicondutores, tais como cerâmicas dopadas, cerâmicas eletricamente “condutoras" (tais como, por exemplo, dissiliceto de mo- libdênio), carbono, grafite, metais, ligas metálicas e materiais compostos feitos de um material cerâmico e de um material metálico. Tais materiais compostos podem compreender cerâmicas dopadas ou não dopadas. Exemplos de cerâmicas dopadas adequadas incluem carbonetos de silício dopados. Exemplos de metais adequados incluem titânio, zircônio, tântalo, platina, ouro e prata. Exemplos de ligas metálicas adequadas incluem aço inoxidável, ligas contendo níquel, cobalto, cromo, alumínio, titânio, zircônio, háfnio, nióbio, molibdênio, tântalo, tungstênio, estanho, gálio, manganês, ouro e ferro, e superligas à base de níquel, ferro, cobalto, aço inoxidável, Timetal® e ligas à base de ferro, manganês e alumínio. Nos materiais compostos, o material eletricamente resistivo pode estar, opcionalmente, incorporado, encapsulado ou revestido com material isolante ou vice-versa, dependendo da cinética da transferência de potência e das propriedades fisioquímicas externas exigidas.

[0035] No primeiro e segundo aspecto da invenção, o aquecedor pode compreender um elemento de aquecimento interno ou um elemento de aquecimento externo ou ambos elementos de aquecimento interno e externo, em que “interno” e “externo” referem-se ao substrato formador de aerossol. Um elemento de aquecimento interno pode as- sumir qualquer forma adequada. Por exemplo, um elemento de aquecimento interno pode assumir a forma de uma lâmina de aquecimento. A lâmina de aquecimento pode ser formada a partir de um substrato cerâmico com uma ou mais faixas de aquecimento resistivas, formadas a partir de platina ou outro material adequado, depositado em um ou ambos os lados da lâmina. Alternativamente, o aquecedor interno pode assumir a forma de um estojo ou substrato com diferentes porções eletrocondutoras ou um tubo metálico com resistência elétrica. Alternativamente, o elemento de aquecimento interno pode ser uma ou mais agulhas ou hastes de aquecimento que passam através do centro do substrato formador de aerossol. Outras alternativas incluem um fio ou filamento de aquecimento, por exemplo, um fio de Ni-Cr (níquel- cromo), platina, tungstênio ou fio de liga ou uma placa de aquecimento. Opcionalmente, o elemento de aquecimento interno pode ser colocado dentro de um material transportador rígido ou sobre ele. Em tal modalidade, o elemento de aquecimento com resistência elétrica pode ser formado usando um metal que tenha uma relação definida entre a temperatura e a resistividade. Em um exemplo de tal dispositivo, o metal pode ser formado como uma faixa de um material isolante adequado, como um material cerâmico e então colocado entre outro material isolante, como um vidro. Os aquecedores formados desse modo podem ser utilizados tanto para aquecer quanto para monitorar a temperatura dos elementos de aquecimento durante o funcionamento.

[0036] Um elemento de aquecimento externo pode assumir qual quer forma adequada. Por exemplo, um elemento de aquecimento externo pode assumir a forma de uma ou mais folhas flexíveis de aquecimento em um substrato dielétrico, tal como poli-imida. As folhas de aquecimento flexíveis podem ser moldadas para se ajustar ao perímetro da cavidade de recebimento de substrato. Como alternativa, um elemento de aquecimento externo pode assumir a forma de uma ou mais grades metálicas, uma placa de circuito impresso flexível, um dispositivo de interconexão moldado (Moulded Interconnect Device - MID), aquecedor de cerâmica, aquecedor de fibra de carbono flexível, ou pode ser formado utilizando uma técnica de revestimento, tal como deposição de vapor por plasma, em um substrato de forma adequada. Um elemento de aquecimento externo pode também ser formado usando um metal que tenha uma relação definida entre a temperatura e a resistividade. Em um exemplo de tal dispositivo, o metal pode ser formado como uma faixa entre duas camadas de materiais isolantes adequados. Um elemento de aquecimento externo formado desse modo pode ser usado tanto para aquecer quanto para monitorar a temperatura do elemento de aquecimento externo durante o funcionamento.

[0037] O aquecedor aquece de forma vantajosa o substrato for mador de aerossol por meio de condução. O aquecedor pode estar pelo menos parcialmente em contato com o substrato ou com o transportador em que o substrato é depositado. Alternativamente, o calor proveniente de um elemento de aquecimento interno ou externo pode ser conduzido ao substrato por meio de um elemento condutor de calor.

[0038] Durante o funcionamento, no primeiro e segundo aspectos da invenção, um substrato formador de aerossol pode estar completamente contido dentro do dispositivo gerador de aerossol. Nesse caso, um usuário pode baforar no bocal de um dispositivo gerador de aerossol. De modo alternativo, durante o funcionamento, um artigo para fumar que contenha um substrato formador de aerossol pode estar parcialmente contido dentro do dispositivo gerador de aerossol. Nesse caso, o usuário pode baforar diretamente no artigo para fumar. O elemento de aquecimento pode ser posicionado dentro de uma cavidade no dispositivo, sendo que a cavidade é configurada para receber um substrato formador de aerossol de modo que, durante a utilização, o elemento de aquecimento fique dentro do substrato formador de aerossol.

[0039] O artigo para fumar pode ser substancialmente de forma cilíndrica. O artigo para fumar pode ser substancialmente alongado. O artigo para fumar pode ter um comprimento e uma circunferência substancialmente perpendiculares ao comprimento. O substrato formador de aerossol pode ser substancialmente de forma cilíndrica. O substrato formador de aerossol pode ser substancialmente alongado. O substrato formador de aerossol pode também ter um comprimento e uma circunferência substancialmente perpendiculares ao comprimento.

[0040] O artigo para fumar pode ter um comprimento total entre cerca de 30 mm e cerca de 100 mm. O artigo para fumar pode ter um diâmetro externo entre cerca de 5 mm e cerca de 12 mm. O artigo para fumar pode compreender um plugue de filtro. O plugue de filtro pode estar localizado na extremidade a jusante do artigo para fumar. O plu- gue do filtro pode ser um plugue de filtro de acetato de celulose. Em uma modalidade, o tampão do filtro possui cerca de 7 mm de comprimento, mas pode ter um comprimento entre cerca de 5 mm e cerca de 10 mm.

[0041] Em uma modalidade, o artigo para fumar tem um compri mento total de aproximadamente 45 mm. O artigo para fumar pode ter um diâmetro externo de aproximadamente 7,2 mm. Além disso, o substrato formador de aerossol pode ter um comprimento de aproximadamente 10 mm. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode ter um comprimento de aproximadamente 12 mm. Adicionalmente, o substrato formador de aerossol pode ter um diâmetro entre cerca de 5 mm e cerca de 12 mm. O artigo para fumar pode compreender um invólucro de papel externo. Além disso, o artigo para fumar pode compreender uma separação entre o substrato formador de aerossol e o plugue do filtro. A separação pode ser de cerca de 18 mm, mas pode estar no intervalo de cerca 5 mm e cerca de 25 mm. Prefe-rencialmente, a separação é preenchida no artigo para fumar por um trocador de calor que resfria o aerossol à medida que este passa pelo artigo para fumar, do substrato para o plugue de filtro. O trocador de calor pode ser, por exemplo, um filtro baseado em polímero, como um material de plástico polilático (PLA) corrugado.

[0042] No primeiro e segundo aspectos da invenção, o substrato formador de aerossol pode ser um substrato formador de aerossol sólido. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode compreender componentes sólidos e líquidos. O substrato formador de aerossol pode compreender um material contendo tabaco, contendo compostos flavorizantes de tabaco voláteis, que são liberados do substrato mediante aquecimento. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode compreender um material não derivado do tabaco. O substrato formador de aerossol pode compreender ainda um formador de aerossol. Exemplos de formadores de aerossol adequados são a glicerina e o propilenoglicol.

[0043] Se o substrato formador de aerossol for um substrato for mador de aerossol sólido, o substrato formador de aerossol poderá compreender, por exemplo, um ou mais destes: pó, grânulos, péletes, pedaços, filamentos, tiras ou folhas contendo um ou mais destes: folha de ervas, folha de tabaco, fragmentos de galhos de tabaco, tabaco reconstituído, tabaco homogeneizado, tabaco extrudado, tabaco reconstituído e tabaco expandido. O substrato formador de aerossol sólido pode estar na forma solta ou pode ser fornecido em um recipiente ou cartucho adequado. Opcionalmente, o substrato formador de aerossol sólido pode conter compostos aromatizantes adicionais voláteis de tabaco ou não derivados de tabaco, para serem liberados mediante o aquecimento do substrato. O substrato formador de aerossol sólido pode também conter cápsulas que, por exemplo, incluem os compos- tos aromatizantes adicionais voláteis de tabaco ou não derivados do tabaco, e tais cápsulas podem fundir durante o aquecimento do substrato formador de aerossol sólido.

[0044] Conforme usado neste documento, o tabaco homogeneiza do refere-se ao material formado pelo aglomerado de tabaco em partículas. O tabaco homogeneizado pode estar na forma de uma folha. O material de tabaco homogeneizado pode ter um conteúdo de formador de aerossol superior a 5% em peso seco. Alternativamente, o material de tabaco homogeneizado pode ter um conteúdo de formador de aerossol entre 5% e 30% em peso com base no peso seco. As folhas de material de tabaco homogeneizado podem ser formadas por um aglomerado de partículas de tabaco obtidas por moagem, ou outra forma de trituração, das lâminas e dos caules da folha de tabaco. Alternativa ou adicionalmente, as folhas do material de tabaco homogeneizado podem compreender um ou mais dentre pó de tabaco, resíduos de tabaco e outros subprodutos de tabaco em partículas formadas durante, por exemplo, o tratamento, manuseio e envio do tabaco. Folhas de material de tabaco homogeneizado podem compreender um ou mais aglutinantes intrínsecos, ou seja, aglutinantes endógenos de tabaco, um ou mais aglutinantes extrínsecos, ou seja, aglutinantes exógenos de tabaco, ou uma combinação deles, a fim de ajudar a aglomerar as partículas de tabaco; alternativa ou adicionalmente, as folhas de material de tabaco homogeneizado podem compreender outros aditivos incluindo, mas sem limitação, fibras e tabaco e não tabaco, formadores de aerossol, umectantes, plastificantes, aromatizantes, preenchedores, solventes aquosos e não aquosos e combinações destes.

[0045] Opcionalmente, o substrato formador de aerossol sólido pode ser fornecido ou incorporado em um transportador termicamente estável. O transportador pode ter a forma de pó, grânulos, péletes, filamentos, pedaços, tiras ou folhas. Alternativamente, o transportador pode ser um transportador tubular e compreender uma fina camada do substrato sólido depositada em sua superfície interna ou em sua superfície externa ou em suas superfícies interna e externa. Tal transportador tubular pode ser formado, por exemplo, por um papel, ou material semelhante a papel, uma manta de fibra de carbono não tecida, uma tela metálica de malha aberta de massa baixa, uma folha metálica perfurada ou qualquer outra matriz polimérica termicamente estável.

[0046] O substrato formador de aerossol sólido pode ser deposita do sobre a superfície do transportador na forma de, por exemplo, uma folha, espuma, gel ou pasta. O substrato formador de aerossol sólido pode ser depositado sobre toda a superfície do transportador ou, alternativamente, pode ser depositado em um padrão para proporcionar uma distribuição de aroma não uniforme durante a utilização.

[0047] Embora tenha sido feita referência a substratos de forma ção de aerossol sólidos anteriormente nesta descrição, será evidente para aquele versado na técnica que outras formas de substrato formador de aerossol podem ser utilizadas com outras modalidades. Por exemplo, o substrato formador de aerossol pode ser um substrato formador de aerossol líquido. Se um substrato formador de aerossol líquido é fornecido, o dispositivo gerador de aerossol compreende, preferencialmente, meios para reter o líquido. Por exemplo, o substrato formador de aerossol líquido pode ser retido em um recipiente. Alternativa ou adicionalmente, o substrato formador de aerossol líquido pode ser absorvido em um material transportador poroso. O material transportador poroso pode ser feito de qualquer plugue ou corpo absorvente adequado, por exemplo, um material de espuma de metal ou de espuma de plástico, polipropileno, terileno, fibras de náilon ou cerâmica. O substrato formador de aerossol líquido pode ser retido no material transportador poroso antes da utilização do dispositivo gerador de aerossol ou, como alternativa, o material do substrato formador de aerossol líquido pode ser liberado no material transportador poroso durante ou imediatamente antes da utilização. Por exemplo, o substrato formador de aerossol líquido pode ser fornecido em uma cápsula. O cartucho da cápsula derrete preferencialmente mediante aquecimento liberando o substrato formador de aerossol líquido no material transportador poroso. A cápsula pode compreender, opcionalmente, um sólido em combinação com o líquido.

[0048] Alternativamente, o transportador pode ser um agrupamen to de tecido não tecido ou de fibras nos quais foram incorporados componentes do tabaco. O tecido não tecido ou feixe de fibras pode compreender, por exemplo, fibras de carbono, fibras de celulose natural ou fibras derivadas de celulose.

[0049] No primeiro e no segundo aspecto da invenção, o dispositi vo gerador de aerossol pode ainda compreender uma fonte de energia para fornecer energia ao elemento de aquecimento. A fonte de energia pode ser qualquer fonte de energia adequada, por exemplo, uma fonte de tensão CC. Em uma modalidade, a fonte de alimentação é uma bateria de íons de lítio. Alternativamente, a fonte de alimentação pode ser uma bateria de níquel-hidreto metálico, uma bateria de níquel cádmio ou uma bateria com base de lítio, por exemplo, lítio-cobalto, lítio-ferro-fosfato, titanato de lítio ou uma bateria de polímero de lítio.

[0050] O controlador pode compreender um microprocessador e vantajosamente compreende um microprocessador programável. O controlador pode compreender uma memória não-volátil. O dispositivo pode compreender uma interface configurada para permitir a transferência de dados para e a partir o controlador dos dispositivos externos. A interface pode permitir a transferência por upload de software do controlador para executar no microprocessador programável. A interface pode ser uma interface com fios, tal como uma porta microUSB, ou pode ser uma interface sem fio.

[0051] Em um terceiro aspecto da invenção, apresenta-se um cir cuito elétrico para um dispositivo gerador de aerossol acionado eletricamente, disposto de uma maneira que permita a realização do método do primeiro aspecto da invenção.

[0052] Em um quarto aspecto da invenção, apresenta-se um pro grama de computador que, quando executado nos circuitos elétricos programáveis para um dispositivo gerador de aerossol acionado eletricamente, faz com que os circuitos elétricos programáveis realizem um método do primeiro aspecto da invenção. Em um quinto aspecto da invenção, apresenta-se um meio de armazenamento legível por computador com um programa de computador armazenado, de acordo com o quarto aspecto da invenção.

[0053] Exemplos da invenção serão, então, descritos detalhada mente tendo como referência os desenhos anexos nos quais:

[0054] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um dispositivo gerador de aerossol;

[0055] A Figura 2 ilustra uma evolução de um limite de ciclo de trabalho máximo durante uma sessão de fumo usando um dispositivo do tipo mostrado na Figura 1;

[0056] A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um perfil de temperatura para um elemento de aquecimento, de acordo com uma modalidade da invenção;

[0057] A Figura 4 é uma ilustração esquemática de uma distribui ção de aerossol constante resultante do perfil de temperatura da Figura 3;

[0058] A Figura 5 ilustra um perfil de temperatura alvo, de acordo com a presente invenção.

[0059] A Figura 6 é um diagrama esquemático de um circuito de controle de temperatura para um dispositivo do tipo mostrado na Figura 1; e

[0060] A Figura 7 é um diagrama de fluxo que ilustra um processo de controlo de acordo com uma modalidade da invenção.

[0061] Na Figura 1, os componentes de uma forma de realização de um dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 100 são mostrados de forma simplificada. Especificamente, os elementos do dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 100 não estão desenhados em escala na Figura 1. Os elementos que não são relevantes para a compreensão desta modalidade foram omitidos para simplificar a Figura 1.

[0062] O dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 100 compreende uma carcaça 10 e um substrato formador de aerossol 12, por exemplo um cigarro. O substrato formador de aerossol 12 é empurrado para dentro da carcaça 10 para ficar em proximidade térmica com o elemento de aquecimento 14. O substrato formador de aerossol 12 irá liberar uma variedade de compostos voláteis sob temperaturas diferentes. Ao controlar a temperatura máxima de funcionamento do dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 100 para estar abaixo da temperatura de liberação de alguns dos compostos voláteis, a liberação ou formação desses constituintes da fumaça pode ser evitada.

[0063] Dentro da carcaça 10 há uma fonte de energia elétrica 16, por exemplo, uma bateria de íons de lítio recarregável. Um microcon- trolador 18 é conectado ao elemento de aquecimento 14, à fonte de alimentação elétrica 16 e a uma interface de usuário 20, por exemplo, um botão ou visor. O microcontrolador 18 tem software incorporado para controla a potência fornecida ao elemento de aquecimento 14, a fim de regular sua temperatura. Geralmente, o substrato formador de aerossol é aquecido a uma temperatura entre 250 e 450 graus centígrados.

[0064] O microcontrolador fornece potência ao elemento de aque- cimento como pulsos de corrente elétrica. O microcontrolador pode ser programado para limitar o ciclo de trabalho máximo permitido dos pulsos de corrente. Pode haver um ciclo de trabalho máximo absoluto, neste exemplo, de 95% e um ciclo de trabalho máximo variável com base em um perfil armazenado temporal, de modo que o ciclo de trabalho máximo permitido mude com tempo após a ativação do elemento de aquecimento. A Figura 2 ilustra o progresso de uma sessão para fumar usando um dispositivo do tipo mostrado na Figura 1 um exemplo em que, para simplicidade de ilustração, a temperatura alvo é constante. A temperatura-alvo do elemento de aquecimento está indicada na linha 30, e como pode ser visto é mantida a 375oC durante a sessão de fumo, que tem a duração de seis minutos no total. A sessão de fumo é dividida em fases pelo microcontrolador, com diferentes limites de ciclo de trabalho máximo em diferentes fases. O ciclo de trabalho, neste contexto, significa a porcentagem de tempo que a potência sendo fornecida. No exemplo ilustrado na Figura 2, em uma primeira fase, o ciclo de trabalho é limitado a 95% durante 30 segundos. Durante esse período, o elemento de aquecimento está sendo aumentado para a temperatura-alvo. Em uma segunda fase, novamente de 30 segundos, o ciclo de trabalho é limitado a 65%. Menos energia é necessária para manter a temperatura do elemento de aquecimento do que para aquecê-lo. Em uma terceira fase de 30 segundos, o ciclo de trabalho é limitado a 60%. Em uma quarta fase de 90 segundos, o ciclo de trabalho é limitado a 55%, em uma quinta fase de 60 segundos, o ciclo de trabalho é limitado a 50%, e na sexta fase de 120 segundos, o ciclo de trabalho é limitado a 45%.

[0065] Conforme o substrato formador de aerossol é esgotado menos calor é removido por vaporização, de modo que menos potência é necessária para manter a temperatura do elemento de aquecimento na temperatura alvo. Além disso, a temperatura das partes cir- cundantes do dispositivo aumenta com o tempo, e assim elas absorvem menos energia com o tempo. Sendo assim, para reduzir a possibilidade de combustão, a energia máxima permitida é reduzida com o tempo para uma determinada temperatura-alvo. Como regra geral, a potência máxima permitida ou o ciclo de trabalho máximo, dividido pela temperatura alvo, é reduzido progressivamente com o tempo após ativação do elemento de aquecimento durante uma sessão única de fumo.

[0066] No entanto, é geralmente desejável ter uma variação de temperatura ao longo de um ciclo de fumar. A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um perfil de temperatura para um elemento de aquecimento. A linha 60 representa a temperatura do elemento de aquecimento com o passar do tempo.

[0067] Em uma primeira fase 70, a temperatura do elemento de aquecimento é elevada a partir de uma temperatura ambiente até uma primeira temperatura 62. A temperatura 62 está dentro de uma faixa permitida de temperaturas, entre uma temperatura mínima 66 e uma temperatura máxima 68. A mudança de temperatura permitida é definida de modo que os compostos voláteis desejados sejam vaporizados do substrato, mas os componentes indesejados, vaporizados a temperaturas superiores, não sejam vaporizados. A faixa permitida de temperaturas também está abaixo da temperatura na qual ocorre a combustão do substrato sob operações normais de condição, ou seja, temperatura, pressão, umidade, comportamento de baforada do usuário e composição do ar.

[0068] Em uma segunda fase 72, a temperatura do elemento de aquecimento é reduzida até uma segunda temperatura 64. A segunda temperatura 64 está dentro da faixa permitida de temperatura, mas é inferior à primeira temperatura.

[0069] Em uma terceira fase 74, a temperatura do elemento de aquecimento aumenta progressivamente até um momento de desativação 76. A temperatura do elemento de aquecimento permanece dentro da faixa permitida durante toda a terceira fase.

[0070] A Figura 4 é uma ilustração esquemática do perfil de distri buição de um constituinte de aerossol chave com o perfil de temperatura linear do elemento de aquecimento, conforme ilustrado na Figura 3. Após um aumento inicial no fornecimento, depois da ativação do elemento de aquecimento, o fornecimento permanece constante até que o elemento de aquecimento seja desativado. O aumento da temperatura na terceira fase compensa o esgotamento do formador de aerossol do substrato.

[0071] A Figura 5 ilustra um exemplo de perfil de temperatura alvo com base no perfil de temperatura atual mostrado na Figura 3, em que as três fases da operação podem ser vistas claramente. Em uma primeira fase 70, a temperatura-alvo é definida em T0. O elemento de aquecimento recebe energia a fim de aumentar a temperatura do elemento de aquecimento até T0 o mais rápido possível. No momento t1 a temperatura-alvo é alterada para T1, o que significa que a primeira fase 70 é encerrada e a segunda fase começa. A temperatura-alvo é mantida em T1 até o momento t2. No momento t2 a segunda fase é encerrada e a terceira fase 74 começa. Durante a terceira fase 74, a temperatura-alvo aumenta de forma linear, junto com o aumento do tempo até o momento t3, no qual a temperatura-alvo é T2 e a energia não é mais fornecida ao elemento de aquecimento.

[0072] A Figura 6 ilustra os circuitos de controle utilizados para fornecer a regulação de temperatura descrita de acordo com uma modalidade da invenção.

[0073] O aquecedor 14 é conectado à bateria por meio da conexão 22. A bateria 16 fornece uma tensão V2. Em séries com o elemento de aquecimento 14, um resistor adicional 24, com resistência conhecida r, é inserido e conectado a uma tensão V1 intermediária entre terra e tensão V2. A modulação de frequência da corrente é controlada pelo microcontrolador 18 e entregue por meio de sua saída analógica 30 para o transistor 26, que atua como um comutador simples.

[0074] A regulação é parte do software integrado no microcontro- lador 18, conforme será descrito. Uma indicação da temperatura do elemento de aquecimento (nesse exemplo a resistência elétrica do elemento de aquecimento) é determinada pela medição da resistência elétrica do elemento de aquecimento. A indicação da temperatura é usada para ajustar a corrente fornecida ao elemento de aquecimento afim de manter o elemento de aquecimento perto de uma temperatura alvo. A indicação da temperatura é determinada em uma frequência escolhida para coincidir com o tempo exigido para o processo de controle e pode ser determinada tanto quanto uma vez a cada 1 ms.

[0075] A entrada analógica 21 no microcontrolador 18 é usada pa ra coletar a tensão V2 no lado de bateria do aquecedor 14. A entrada analógica 23 no microcontrolador é usada para coletar a tensão V1 no lado de terra do aquecedor. A entrada analógica 25 no microcontrola- dor fornece a imagem da corrente elétrica I que fluem no resistor adi- cional 24 e no elemento de aquecimento 14.

[0076] A resistência do aquecedor a ser medido a uma determina da temperatura é Raquecedor. Para que o microprocessador 18 meça a resistência Raquecedor do aquecedor 14, podem ser determinadas tanto a corrente através do aquecedor 14 quanto a tensão através do aquecedor 14. Então, a lei de Ohm pode ser usada para determinar a resistência:

[0077] Na Figura 6, a tensão através do aquecedor é V2-V1 e a corrente através do aquecedor é I. Assim:

[0078] O resistor adicional 24, cuja resistência r é conhecida, é usado para determinar a corrente I, novamente usando (1) mencionado acima. A corrente através do resistor 24 é I, e a tensão através do resistor 24 é V1. Assim:

[0079] Portanto, combinando (2) e (3) dá:

[0080] Desse modo, o microprocessador 18 pode medir V2 e V1, já que o sistema gerador de aerossol está sendo usado e, conhecendo o valor de r, pode-se determinar a resistência do aquecedor a uma de-terminada temperatura, Raquecedor.

[0081] A resistência do aquecedor está correlacionada com a tem peratura. Uma aproximação linear pode ser utilizada para relacionar a temperatura T com a resistência medida Raquecedor à temperatura T de acordo com a seguinte fórmula:

[0082] em que A é o coeficiente de resistividade térmica do mate rial do elemento de aquecimento, e R0 é a resistência do elemento de aquecimento à temperatura ambiente T0.

[0083] Assim que a temperatura do elemento de aquecimento po de ser comparada a uma temperatura alvo armazenada em memória e pode ser determinada se, e por quanto, a temperatura real excede a temperatura alvo.

[0084] No entanto, no processo de controle não é necessário cal cular a temperatura. De fato, não é nem necessário calcular Raquecedor. Em vez do microcontrolador 18 determinar se V2-V1 for menor ou igual a I*Ralvo onde Ralvo é um perfil de resistência do alvo. Isso evita a necessidade de realizar os cálculos de divisão e, então, reduz o núme- ro de ciclos computacionais necessários. Ralvo pode ser calculado no início de cada fase de um perfil de aquecimento, com base no perfil de temperatura alvo armazenado na memória e valores de calibração de aquecedor.

[0085] Outros métodos, mais complexos, para aproximar a relação entre a resistência e a temperatura podem ser usados se uma aproximação linear simples não for suficientemente precisa durante a faixa de temperaturas de funcionamento. Por exemplo, em outra forma de realização, uma relação pode ser derivada com base em uma combinação de duas ou mais aproximações lineares, cada uma cobrindo uma faixa de temperatura diferente. Esse esquema baseia-se em três ou mais pontos de calibração de temperatura em que é medida a resistência do aquecedor. Para as temperaturas intermediarem os pontos de calibração, os valores de resistência são interpolados com base nos valores dos pontos de calibração. As temperaturas do ponto de calibração são escolhidas para cobrir a faixa de temperatura esperada do aquecedor durante o funcionamento.

[0086] Uma vantagem dessas formas de realização é que não é necessário nenhum sensor de temperatura, que pode ser volumoso e caro. Além disso, o valor de resistência pode ser usado diretamente pelo microcontrolador em vez da temperatura. Se o valor de resistência for realizado dentro de um intervalo desejado, o mesmo ocorrerá com a temperatura do elemento de aquecimento. Desse modo, a temperatura real do elemento de aquecimento não precisa ser calculada. No entanto, é possível utilizar um sensor de temperatura separado e conectá-lo ao microcontrolador para fornecer a informação de temperatura necessária.

[0087] A Figura 7 ilustra um processo de controle que pode ser usado para controlar a temperatura de um aquecedor para garantir que o mesmo controle um perfil de temperatura alvo tal como o perfil mostrado na Figura 5 e fica abaixo de um ciclo de trabalho máximo, conforme ilustrado na Figura 2 durante todo o processo de aquecimento.

[0088] O processo de controle é um ciclo de controle tendo um pe ríodo de 1 ms. O processo é iniciado na etapa 100 fornecendo-se corrente ao elemento de aquecimento para 500 μs. É necessário que o aquecedor esteja ligado por esse período a fim de registrar uma observação de temperatura. Em seguida, na etapa 110 a resistência do elemento de aquecimento R é comparada com uma resistência alvo (ou, como explicado, a tensão através do elemento de aquecimento é comparada a I* Ralvo). Se R for menor ou igual a Ralvo, então, o processo se move para a etapa 120, em que é verificado se fornecer um pulso adicional da corrente resultaria no ciclo de trabalho da potência fornecida excedendo um ciclo de trabalho permitido máximo sobre 50 ms anterior. Se o fornecimento de mais pulso de corrente não resultar no ciclo de trabalho máximo permitido será excedido, então, um pulso adicional de 500 μs de duração é fornecido ao elemento de aquecimento na etapa 130 antes do processo retornar para a etapa 100. Se o fornecimento de mais pulso de corrente resultar no ciclo de trabalho máximo permitido será excedido, então, o processo procederá para a etapa 140, em que nenhuma corrente é fornecida ao aquecedor por 1 ms, correspondendo a um ciclo do ciclo de controle, antes de retornar para a etapa 100.

[0089] Se na etapa 110 for determinado que R é maior do que Ral- vo, então, o processo move-se para a etapa 150, em que é verificado se R é maior que Ralvo por uma quantidade correspondente a uma temperatura igual ou superior a 100C. Se não, então, o processo começa a etapa 160 em que a potência é impedida de ser fornecida ao elemento de aquecimento para 7 ms. Se R for maior que Ralvo por uma quantidade correspondente a uma temperatura igual ou superior a 100C, então, o processo procede para a etapa 170, em que a potência é impedida de ser fornecida ao elemento de aquecimento para 100 ms. Esse período muito mais longo de retenção de potência para o elemento de aquecimento antes de reverificar os resultados de temperatura em refrigeração mais rápida, que é necessária quando a temperatura alvo cai rapidamente. Devido ao fato de que o processo de verificação da temperatura de elemento de aquecimento inerentemente envolve o fornecimento de energia ao elemento de aquecimento, não é desejável verificar a temperatura com mais frequência quando a refrigeração rápida for necessária.

[0090] É claro que no processo ilustrado na Figura 7, afim de que um pulso de corrente seja fornecido ao aquecedor, dois testes devem ser passados. O primeiro teste é que a temperatura de aquecedor não está acima do alvo e o segundo teste é que o fornecimento de um pulso de corrente não resultará no ciclo de trabalho máximo permitido sendo excedido. Esse segundo teste fornece uma verificação que o substrato formador de aerossol não está sendo superaquecido.

[0091] Deve ficar claro que as modalidades exemplares descritas acima são ilustrativas, mas não limitantes. Considerando as modalidades exemplares discutidas acima, outras modalidades consistentes com as modalidades exemplares acima tornar-se-ão evidentes aos versados na técnica.

Claims

1. Método para controle de aquecimento em um sistema gerador de aerossol (100) que compreende um aquecedor (14), caracterizado pelo fato de que compreende: comparar um parâmetro medido (R), indicativo da temperatura do aquecedor, com um valor alvo (Ralvo) para esse parâmetro; se o parâmetro medido (R) exceder o valor alvo (Ralvo) em mais do que, ou igual a uma primeira quantidade, então, impedir um fornecimento de energia ao aquecedor (14) por um primeiro período de tempo; e se o parâmetro medido (R) exceder o valor alvo (Ralvo), mas por menos do que a primeira quantidade, então, impedindo o fornecimento de energia ao aquecedor (14) por um segundo período de tempo, mais curto do que o primeiro período de tempo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende variar o valor alvo (Ralvo) com o tempo.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende variar descontinuamente o valor alvo (Ral- vo) com o tempo.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende, se o parâmetro medido (R) não exceder o valor alvo (Ralvo), fornecer potência ao aquecedor.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende o fornecimento de energia ao aquecedor (14) como pulsos de corrente elétrica e em que, compreendendo, se o parâmetro medido não exceder o valor alvo (Ralvo), determinar se o fornecimento de energia seria resultado do ciclo de trabalho dos pulsos de corrente elétrica que excedem o ciclo de trabalho máximo sobre um primeiro período de tempo e fornecer potência ao aquecedor somente se o fornecimento de energia não resultar no ciclo de trabalho dos pulsos de corrente elétrica excedendo o ciclo de trabalho máximo.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o parâmetro medido (R) é a resistência elétrica do aquecedor (14).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o sistema gerador de aerossol (100) é um sistema para fumar aquecido eletricamente.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o sistema para fumar aquecido eletricamente é um substrato de tabaco.

9. Sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente (100), caracterizado pelo fato de que compreende: um aquecedor (14); uma fonte de alimentação elétrica; e um controlador (18); em que o controlador está configurado para: comparar um parâmetro medido (R), indicativo de temperatura do aquecedor com um valor alvo (Ralvo) para esse parâmetro; e se o parâmetro medido (R) exceder o valor alvo (Ralvo) por mais de ou igual a uma primeira quantidade, impedir um fornecimento de energia ao aquecedor por um primeiro período de tempo; e se o parâmetro medido (R) exceder o valor alvo (Ralvo), mas por menos do que a primeira quantidade, então, impedir o fornecimento de energia ao aquecedor (14) por um segundo período de tempo, mais curto do que o primeiro período de tempo.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o controlador (18) é configurado para variar o valor alvo (Ralvo) com o tempo de acordo com um perfil alvo desejado armazenado na memória.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o controlador (18) é configurado para variar de forma descontínua o valor alvo (Ralvo) com o tempo.

12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o controlador (18) é configurado para fornecer potência ao aquecedor (14) da fonte de alimentação, se o parâmetro medido (R) não exceder o valor alvo (Ralvo).

13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 12, caracterizado pelo fato de que o controlador (18) é configurado para fornecer potência ao aquecedor (14) como pulsos de corrente elétrica, e em que, se o parâmetro medido (R) não exceder o valor alvo (Ralvo), determinar se o fornecimento de energia seria resultado do ciclo de trabalho dos pulsos de corrente elétrica que excedem o ciclo de trabalho máximo sobre um primeiro período de tempo e fornecer potência ao aquecedor (14) somente se o fornecimento de energia não resultar no ciclo de trabalho dos pulsos de corrente elétrica excedendo o ciclo de trabalho máximo.

14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 13, caracterizado pelo fato de que o parâmetro medido (R) é a resistência elétrica do aquecedor (14) e em que o controlador (18) é configurado para medir a resistência elétrica do aquecedor (14) durante os períodos em que a potência é fornecida ao aquecedor.

15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 9 a 14, caracterizado pelo fato de que o sistema é um sistema para fumar aquecido eletricamente.