CN103338664A - 具有用于处理液体基质消耗的装置的气雾剂产生系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于接收气雾剂形成基质（115）的电操作气雾剂产生系统（100）。该系统包括：液体储存部分（113），用于储存液体气雾剂形成基质；电加热器（119），该电加热器包括用于加热液体气雾剂形成基质的至少一个加热元件；以及电路（109），该电路设置成监测电加热器的起动，并根据监测的起动来估计在液体储存部分中剩余的液体气雾剂形成基质的量。还提供了一种在电操作气雾剂产生系统中的方法，该电操作气雾剂产生系统包括用于储存液体气雾剂形成基质的液体储存部分和包括用于加热液体气雾剂形成基质的至少一个加热元件的电加热器；该方法包括监测电加热器的起动和根据监测的起动来估计在液体储存部分中剩余的液体气雾剂形成基质的量。

Description

具有用于处理液体基质消耗的装置的气雾剂产生系统
技术领域
本发明涉及一种电操作气雾剂产生系统。特别是，本发明涉及一种电操作气雾剂产生系统，其中，气雾剂形成基质是液体，并容纳于液体储存部分中。
背景技术
WO2007/078273公开了一种电吸烟用具。液体存储在容器中，该容器通过一系列小孔而与加热器蒸发器连通，该加热器蒸发器由电池电源供电。加热器为安装在电绝缘支承件上的螺旋缠绕电加热器形式。使用中，加热器由使用者的嘴起动，以接通电池电源。使用者在烟嘴上的抽吸使空气通过容器中的孔而在加热器蒸发器上方被吸入烟嘴中和随后进入使用者的嘴中。
现有技术的电操作气雾剂产生系统（包括上面所述的吸烟系统）有多个优点，但是仍然有改进设计的可能，特别是涉及储存在容器中的液体气雾剂形成基质的处理。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于接收气雾剂形成基质的电操作气雾剂产生系统，该系统包括：液体储存部分，用于储存液体气雾剂形成基质；电加热器，该电加热器包括用于加热液体气雾剂形成基质的至少一个加热元件；以及电路，该电路设置成监测电加热器的起动，并根据监测的起动来估计在液体储存部分中剩余的液体气雾剂形成基质的量。
气雾剂产生系统布置成使得气雾剂形成基质蒸发以便形成气雾剂。如本领域技术人员已知，气雾剂是固体颗粒或液体液滴悬浮在气体（例如空气）中。
电加热器的起动可以以多种方式来监测，例如通过监测加热元件经过一段时间的温度、加热元件经过一段时间的电阻、或者经过一段时间施加在加热器上的功率、或者两个或更多这些参数的组合。
优选是，电路设置成估计液体气雾剂形成基质的消耗量，并从已知初始量中减去消耗量，以便提供在液体储存部分中剩余的液体气雾剂形成基质的估计值。
优选是，电路设置成通过监测加热元件经过一段时间的温度或电阻来监测电加热器的起动，以便估计气雾剂形成基质的消耗量。优选是，电路设置成根据使加热元件温度或电阻与气雾剂形成基质消耗量相关的第一等式（直到温度或电阻的第一界限值）或者根据使加热元件温度或电阻与气雾剂形成基质消耗量相关的第二等式（高于温度或电阻的第一界限值）来估计气雾剂的消耗量。
优选是，第二等式为线性等式。优选是，第二等式与施加给加热器的功率相关。第二等式优选是计算出通过气雾剂形成基质和保持该气雾剂形成基质的任何元件的热扩散。
优选是，第一等式为非线性等式。优选是，第一等式与施加给加热元件的功率无关。第一等式优选是计算出液体气雾剂形成基质的汽化焓。
第一界限值取决于液体气雾剂形成基质的组分。优选是，第一界限值是液体气雾剂形成基质的沸点，更优选是液体气雾剂形成基质在大气压力下的沸点。
第一等式和第二等式还取决于液体气雾剂形成基质的组分以及系统的特殊特性（例如尺寸和材料特性）和施加给加热器的功率。第一和第二等式因此优选是由经验得出和储存在电路中。多个不同等式可以储存在电路中，用于液体气雾剂形成基质的不同组分和用于不同功率水平。
当然，作为在温度或电阻和基质消耗量之间的关系建模的两个等式的可选方式，可以使用单个更复杂的等式，该等式通过与基质消耗量的经验得出数据相关联而得出。也可选择，当合适时可以使用三个或更多等式。但是本发明人认为，为了准确计算液体基质消耗量，必须考虑加热元件的温度发展以及在高于和低于液体基质的沸点时的不同蒸发性能。还希望提供用于施加给加热器的不同功率水平的不同模型。
提供用于确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量的电路由于多种原因而很有利。例如，当液体储存部分排空或接近排空时，不充分的液体气雾剂形成基质供给电加热器。这可能意味着产生的气雾剂没有所需特性，例如气雾剂颗粒尺寸。这可能导致用户的体验较差。另外，当能够确定液体储存部分何时排空或接近排空时，可以通知用户。然后，用户能够准备更换或重新充装液体储存部分。
对于液体气雾剂形成基质，某些物理特征（例如蒸气压力或基质的粘性）选择为适合用于气雾剂产生系统中。液体优选是包括含烟草的材料，包括挥发性烟草香料混合物，该挥发性烟草香料混合物在加热时从液体中释放。也可选择或者另外，液体可以包含非烟草材料。液体可以包括水、乙醇或其它溶剂、植物提取物、尼古丁溶液以及天然或人工香料。优选是，液体还包括气雾形成剂（former）。合适的气雾形成剂的示例是甘油和丙二醇。
提供液体储存部分的优点是保护在液体储存部分中的液体防止接触到周围空气。在一些实施例中，周围的光也不能进入液体储存部分，因此避免液体退化的危险。而且，能够保持高的卫生水平。当液体储存部分不可重新充装，且在液体储存部分中的液体已经用完或已经减少至预定界限值时，液体储存部分必须由用户更换。在这种更换过程中，必须防止用户对液体的污染。也可选择，液体储存部分可以重新充装。在这种情况下，当在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量减少至预定界限值时，液体储存部分可以重新充装。优选是，液体储存部分布置成保持用于预定次数的吸烟（puff）或加热循环的液体。
电加热器可以包括单个加热元件。也可选择，电加热器可以包括一个以上的加热元件，例如两个、三个、四个、五个、六个或更多的加热元件。加热元件可以合适地布置成最有效地加热液体气雾剂形成基质。
该至少一个电加热元件优选是包括电阻材料。合适的电阻材料包括但不局限于：半导体例如掺杂质的陶瓷、“导电”陶瓷（例如二硅化钼）、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料和金属材料制造的复合材料。这样的复合材料可以包括掺杂质或未掺杂质的陶瓷。合适的掺杂质的陶瓷的示例包括掺杂质的碳化硅。合适的金属的示例包括钛、锆、钽以及来自铂族的金属。合适的金属合金的示例包括不锈钢、康铜、包含镍、钴、铬、铝、钛、锆、铪、铌、钼、钽、钨、锡、镓、锰和铁的合金、以及基于镍、铁、钴的超级合金、不锈钢、
Figure BDA00003604753000041
铁-铝基合金和铁-锰-铝基合金。
Figure BDA00003604753000042
是Titanium Metals公司的注册商标。在复合材料中，电阻材料可以选择地嵌入绝缘材料中或者由绝缘材料封装和涂覆，或者相反，取决于所需的能量传递运动学和外部物理化学特性。加热元件可以包括在两层惰性材料之间绝缘的金属蚀刻箔。在这种情况下，惰性材料可以包括
Figure BDA00003604753000043
、全聚酰亚胺或云母箔。
Figure BDA00003604753000044
是E.I.du Pont de Nemours and Company的注册商标。
该至少一个电加热元件可以采取任意合适形状。例如，该至少一个电加热元件可以采取加热叶片的形式。也可选择，该至少一个电加热元件可以采取具有不同导电部分的壳体或基体的形式，或者电阻金属管的形式。液体储存部分可以包括一次性的加热元件。也可选择，一个或多个加热针或杆（该加热针或杆穿过液体气雾剂形成基质延伸）也可以很合适。也可选择，该至少一个电加热元件可以包括柔性片材。其它可选方案包括加热金属线或细丝，例如Ni-Cr（镍-铬）、铂、钨或合金金属线、或者加热板。也可选择，加热元件可以沉积在刚性载体材料中或载体材料上。
该至少一个电加热元件可以包括散热器或者储热器，该储热器包括能够吸收和储存热量以及随后在一段时间中释放热量以便加热气雾剂形成基质的材料。散热器可以由任意合适材料形成，例如合适的金属或陶瓷材料。优选是，材料具有高热容（明显的热储存材料），或者是能够通过可逆处理（例如高温相变）来吸收和随后释放热量的材料。合适的明显热储存材料包括硅胶、氧化铝、碳、玻璃垫、玻璃纤维、矿物、金属或者合金（例如铝、银或铅）、以及纤维素材料（例如纸张）。通过可逆相变来释放热量的其它合适材料包括石蜡、乙酸钠、萘、蜡、聚环氧乙烷、金属、金属盐、共晶盐混合物或者合金。
散热器或储热器可以布置成使得它与液体气雾剂形成基质直接接触，并能够将储存的热量直接传递给基质。也可选择，储存在散热器或储热器中的热量可以通过热导体（例如金属管）而传递给气雾剂形成基质。
该至少一个加热元件可以通过传导来加热液体气雾剂形成基质。加热元件可以至少局部与基质接触。也可选择，来自加热元件的热量可以通过导热元件而传导给基质。
也可选择，该至少一个加热元件可以向进入的周围空气传热，该周围空气在使用过程中通过电操作气雾剂产生系统而被吸入，该周围空气再加热气雾剂形成基质。周围空气可以在经过气雾剂形成基质之前被加热。也可选择，周围空气可以首先被吸入通过液体基质，然后被加热。
优选是，电操作气雾剂产生系统还包括毛细管芯，用于将液体气雾剂形成基质从液体储存部分传送至电加热器。
优选是，毛细管芯布置成与液体储存部分中的液体接触。优选是，毛细管芯伸入液体储存部分中。在这种情况下，在使用中，液体通过在毛细管芯中的毛细作用而从液体储存部分传递给电加热器。在一个实施例中，毛细管芯具有第一端部和第二端部，该第一端部伸入液体储存部分中，用于与其中的液体接触，电加热器布置成加热在第二端部中的液体。当加热器起动时，在毛细管芯的第二端部处的液体通过加热器的至少一个加热元件而蒸发，以便形成过饱和蒸气。过饱和蒸气与空气流混合并承载在空气流中。在流动过程中，蒸气冷凝以便形成气雾剂，且该气雾剂朝着用户的嘴运送。液体气雾剂形成基质具有物理特性，包括粘性和表面张力，这使得液体能够通过毛细作用而通过毛细管芯来输送。
毛细管芯可以有纤维或海绵状结构。毛细管芯优选是包括一束毛细管。例如，毛细管芯可以包括多个纤维或线或其它细孔管。纤维或线可以大致沿气雾剂产生系统的纵向方向对齐。也可选择，毛细管芯可以包括形成杆形的海绵状或泡沫状材料。杆形状可以沿气雾剂产生系统的纵向方向延伸。芯的结构形成多个小孔或管，液体能够通过毛细作用而通过该小孔或管来输送。毛细管芯可以包括任意合适材料或材料组合。合适材料的示例是毛细管材料，例如海绵或泡沫材料、基于陶瓷或石墨的材料（成纤维或烧结粉末的形式）、泡沫金属或塑料材料、纤维材料（例如由自旋或挤出纤维制造，例如醋酸纤维素、聚酯或者粘接聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维）或者陶瓷。毛细管芯可以有合适的毛细作用和孔隙度，以便用于不同的液体物理特性。液体具有物理特性，包括但不局限于：粘性、表面张力、密度、导热性、沸点和蒸气压力，这使得液体能够通过毛细作用而被传送通过毛细装置。
优选是，该至少一个加热元件成加热金属线或丝的形式，该加热金属线或丝围绕和（可选择地）支承毛细管芯。芯的毛细管特性与液体的特性组合来保证在正常使用过程中，芯总是在加热区域中湿润。当芯干燥时，可能有过热。因此，提供毛细管芯可以很有利，因为它能够测量这种过热，这又能够确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量减少至预定界限值的时间。
毛细管芯和加热器以及（可选的）液体储存部分可以作为单个部件而从气雾剂产生系统中取出。
在一个示例中，电路包括传感器，以便检测表示用户进行吸烟的空气流。在这种情况下，优选地，电路布置成当传感器感测到用户进行吸烟时以预定功率向电加热器提供电流脉冲。根据希望蒸发的液体的量，电流脉冲的持续时间可以预先设置。优选是，电路可为了该目的而编程。在这样的实施例中，电路可以布置成监测电流脉冲的持续时间的总时间，并从该监测的总时间来预计在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量将减少至预定界限值的时间。
电操作气雾剂产生系统还可以包括用于测量该至少一个加热元件的温度的温度传感器和设置成监测该至少一个加热元件的温度（如由温度传感器来感测）的电路。
在另一实施例中，电路布置成测量该至少一个加热元件的电阻，以便由测量的电阻来确定加热元件的温度。
在这样的实施例中，电路可以布置成通过测量通过该至少一个加热元件的电流和横过该至少一个加热元件的电压以及由该测量的电流和电压来确定该至少一个加热元件的电阻而测量该至少一个加热元件的电阻。在这种情况下，电路可以包括具有已知电阻的电阻器，该电阻器与该至少一个加热元件串联，且电路可以布置成通过测量横过已知电阻的电压和由该测量的电压和已知电阻来确定通过该至少一个加热元件的电流而测量通过该至少一个加热元件的电流。
在可选示例中，电路包括可由用户人工操作的开关，以便开始吸烟。电路布置成当用户开始吸烟时向电加热器提供电流脉冲。电流脉冲的持续时间优选是根据希望蒸发的液体量来预先设置。电路优选是可为了该目的而编程。在这样的实施例中，电路可以布置成监测起动该可人工操作开关的总时间，且由该监测的总时间来估计在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量。
电路可以包括用于检测液体储存部分的存在的传感器。该传感器优选是能够区分一种液体储存部分与另一种液体储存部分，因此确定当充满时多少液体气雾剂形成基质容纳于液体储存部分中。传感器还能够根据在液体储存部分上的标记或者液体储存部分的形状或尺寸来确定在液体储存部分中的液体的组分。这与监测的起动结合可以使得电路能够在使用过程中预计在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量。
在优选实施例中，电路布置成当在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量已经减少至预定界限值时停用电加热器。
这很有利，因为一旦没有足够的液体气雾剂形成基质用户就能够不再使用气雾剂产生系统。这将避免产生没有所需特性的气雾剂。这将避免用户的较差体验。
电路可以布置成通过烧断在电加热器和电源之间的电保险丝来停用电加热器。电路可以布置成通过关闭在电加热器和电源之间的开关来停用电加热器。停用电加热器的可选方法对技术人员来说很清楚。
在优选实施例中，电路布置成当在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量已经减少至预定界限值时向用户指示这种情况。这很有利，因为该指示能够使得用户重新充装或更换液体储存部分。
电操作气雾剂产生系统可以包括用户显示器。在这种情况下，指示可以包括在用户显示器上的指示。也可选择，指示可以包括可听见的指示、或者用于用户的任意其它合适类型的指示。
气雾剂产生系统还可以包括电源。优选是，气雾剂产生系统包括壳体。优选是，壳体为细长。当气雾剂产生系统包括毛细管芯时，毛细管芯的纵向轴线和壳体的纵向轴线可以基本平行。壳体可以包括外壳和烟嘴。在这种情况下，所有部件都可以容纳于外壳或烟嘴中。在一个实施例中，壳体包括可取出的插入件，该插入件包括液体储存部分、毛细管芯和加热器。在这样的实施例中，气雾剂产生系统的那些部件可以作为单个部件而从壳体中取出。例如，这对于重新充装或更换液体储存部分很有利。
壳体可以包括任意合适材料或材料组合。合适材料的示例包括金属、合金、塑料或者包含一种或多种那些材料的复合材料、或者适用于食品或药品用途的热塑性塑料，例如聚丙烯、聚醚醚酮（PEEK）和聚乙烯。优选是，材料较轻且并不为脆性。
优选是，气雾剂产生系统为便携式。气雾剂产生系统可以是吸烟系统，且可以有与普通雪茄或香烟相当的尺寸。吸烟系统可以有在大约30mm和大约150mm之间的总长度。吸烟系统可以有在大约5mm和大约30mm之间的外径。
优选是，电操作气雾剂产生系统是电加热吸烟系统。
根据本发明的第二方面，提供了一种方法，它包括：提供电操作气雾剂产生系统，该电操作气雾剂产生系统包括用于储存液体气雾剂形成基质的液体储存部分和包括用于加热液体气雾剂形成基质的至少一个加热元件的电加热器；以及监测电加热器的起动和根据监测的起动来估计在液体储存部分中剩余的液体气雾剂形成基质的量。
优选是，监测电加热器的起动的步骤包括监测加热元件经过一段时间的温度或电阻，以便估计气雾剂形成基质的消耗量。优选是，根据加热元件温度或电阻与气雾剂形成基质消耗量相关的第一等式（直到温度或电阻的第一界限值）或者根据加热元件温度或电阻与气雾剂形成基质消耗量相关的第二等式（高于温度或电阻的第一界限值）来估计气雾剂的消耗量。
优选是，第二等式为线性等式。第二等式优选是计算出通过气雾剂形成基质和保持该气雾剂形成基质的元件的热扩散。
优选是，第一等式为非线性等式。第一等式优选是计算出液体气雾剂形成基质的汽化焓。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于电操作气雾剂产生系统的电路，该电路布置成执行本发明第二方面的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序当在用于电操作气雾剂产生系统的可编程电路上运行时使得该可编程电路执行本发明第二方面的方法。
根据本发明的第五方面，提供了一种计算机可读的储存介质，该储存介质有储存于其上的、根据本发明第四方面的计算机程序。
关于本发明的气雾剂产生系统所述的特征也可以用于本发明的方法。还有，关于本发明的方法所述的特征也可以用于本发明的气雾剂产生系统。
附图说明
下面将参考附图仅通过示例进一步介绍本发明，附图中：
图1表示了具有液体储存部分的电操作气雾剂产生系统的一个示例；
图2是在图1所示类型的装置中对于两种不同液体气雾剂形成基质组分的、总颗粒质量相对于施加的功率的标绘图；
图3是蒸发速率相对于液体组分的温度（直到沸点）的标绘图，还有与标绘点相关联的曲线；
图4是表示在图1所示类型的装置中液体组分的蒸发速率相对于温度的标绘图，表示了用于两种不同功率水平的蒸发速率；
图5是表示在吸烟过程中加热元件的温度的发展的标绘图，其中，不同的标绘图表示在液体气雾剂形成基质消耗的不同阶段；
图6是表示在吸烟过程中的液体蒸发速率和加热元件的相应温度的标绘图；
图7是表示用于吸烟的累积蒸发质量的标绘图；
图8是表示电操作气雾剂产生系统的电加热器的加热元件电阻（在y轴上）和加热元件温度（在x轴上）的标绘图；以及
图9是根据本发明一个实施例的、能够测量加热元件电阻的示意线路图。
具体实施方式
图1表示了具有液体储存部分的电操作气雾剂产生系统的一个示例。在图1中，系统是吸烟系统。图1的吸烟系统100包括壳体101，该壳体101有烟嘴端103和本体端105。在本体端中设有成电池107和电路109形式的电源。吸烟检测系统111也提供为与电路109配合。在烟嘴端中设有：液体储存部分，该液体储存部分成容纳液体115的盒113的形式；毛细管芯117；以及加热器119。应当知道，加热器只是在图1中示意表示。在图1所示的示例实施例中，毛细管芯117的一端伸入盒113中，毛细管芯117的另一端由加热器119包围。加热器通过连接件121而与电路连接，该连接件112可以沿盒113的外部通过（图1中未示出）。壳体101还包括空气进口123、在烟嘴端的空气出口125和气雾剂形成腔室127。
在使用中操作如下。液体115通过毛细作用而从盒113中从芯117的、伸入盒中的端部传送至芯的、由加热器119包围的另一端。当用户在气雾剂产生系统在空气出口125处吸入时，周围空气通过空气进口123而吸入。在图1所示的结构中，吸烟检测系统111感测吸烟，并起动加热器119。电池107向加热器119提供电能，以便加热由该加热器包围的芯117端部。在芯117的该端部中的液体通过加热器119而蒸发，以便产生过饱和蒸气。同时，蒸发的液体由通过毛细作用而沿芯117运动的其它液体来代替。（这有时称为“泵送作用”。）产生的过饱和蒸气与来自空气进口123的空气流混合并夹带在该空气流中。在气雾剂形成腔室127中，蒸气冷凝以便形成可吸入的气雾剂，该气雾剂朝着出口125传送至用户的嘴中。
在图1所示的实施例中，电路109和吸烟检测系统111优选是可编程。电路109和吸烟检测系统111能够用于管理气雾剂产生系统的操作。这帮助控制气雾剂的颗粒尺寸。
图1表示了根据本发明的电操作气雾剂产生系统的一个示例。不过，也可以有多个其它示例。另外，应当知道，图1本身是示意性的。特别是，所示部件并不单独或彼此相对按比例。电操作气雾剂产生系统需要包括或接收容纳在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质。电操作气雾剂产生系统需要某种电加热器，该电加热器有用于加热液体气雾剂形成基质的至少一个加热元件。最后，电操作气雾剂产生系统需要用于确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量的电路。这将在下面参考图2至9来介绍。应当强调，系统并不必须是吸烟系统，且并不必须提供吸烟检测系统。相反，系统可以通过人工起动来操作，例如，用户在进行吸烟时操作开关。例如，壳体的总体形状和尺寸可以变化。而且，系统可以并不包括毛细作用芯。在这种情况下，系统可以包括另外的机构来输送用于蒸发的液体。
不过，在优选实施例中，系统包括毛细管芯，用于将液体从液体储存部分传送给该至少一个加热元件。毛细管芯能够由各种多孔或毛细管材料来制造，且优选是具有已知的、预先限定的毛细管作用。示例包括成纤维或烧结粉末形式的、基于陶瓷或石墨的材料。不同孔隙度的芯能够用于适应不同液体物理特性，例如密度、粘性、表面张力和蒸气压。芯必须适合使得所需量的液体能够输送给加热器。优选是，加热器包括环绕毛细管芯延伸的至少一个加热电线或细丝。
如上所述，根据本发明，电操作气雾剂产生系统包括用于确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量的电路。下面将参考图2至9介绍本发明的实施例。实施例基于图1中所示的示例，尽管它们可用于电操作气雾剂产生系统的其它实施例。
图2是对于两种不同的气雾剂形成基质，在如图1所示的装置中在用户吸烟时产生的气雾剂的总颗粒质量（TPM）的标绘图。具有画为较大正方形的标绘点的标绘图200表示用于液体1的结果，具有表示为较小正方形的标绘点的标绘图210表示用于液体2的结果。标绘图表示了对加热器增加功率的气雾剂产生的效果。可以看见，增加对加热器的功率大致增加了气雾剂的产生。在非常高的功率下气雾剂质量减少，这能够通过保持在气相（而不是形成液滴）的蒸发的质量来解释。
图2还表示了产生的气雾剂的质量也取决于液体气雾剂形成基质的组分。例如，不同组分将有不同沸点和不同粘性。因此，精确估计液体气雾剂形成基质消耗的任何模型必须计算出液体组分和施加给加热器的功率。
气雾剂的产生需要向液体供给足够能量以便使它蒸发。所需的能量称为汽化焓。供给的能量值取决于加热器元件的温度：温度越高，越多能量供给液体。因此，直到液体的沸点，在加热器元件的温度和蒸发速率之间都存在关系。这与向加热器供给的功率无关。图3是表示液体气雾剂形成基质的蒸发速率相对于温度（直到沸点）的标绘图。试验数据标绘为菱形220。还表示了曲线230，该曲线230画有正方形点，该正方形点与试验数据220配合。曲线230成m=AeBT的形式，其中，m是蒸发质量速率，A和B是标定常数，T是加热元件的温度。常数A和B取决于液体组分。
一旦加热元件的温度达到液体的沸点，蒸发速率不再以相同方式增加。这时，来自加热元件的更多能量不会增加液体的温度。不过，当加热元件的温度增加超过沸点时，通过液体基质的热扩散（特别是通过保持基质的任何介质，在该实施例中为毛细管芯）成为重要因素。当加热元件温度升高时，有更大的热扩散速率，因此更多液体基质蒸发。
图4是使用如图1中所示的芯系统的、作为温度的函数的两个不同蒸发速率曲线的标绘图。两个曲线240和250对应于在吸烟过程中供给加热元件的两个不同功率量。在两个曲线240和250中，低于液体沸点的第一部分对应于图3中所示的曲线230。高于沸点时，两个曲线发散。曲线240对应于比曲线250低的功率。两个曲线表示了蒸发速率随温度线性增加，但是增加的速率明显取决于功率。曲线240和250的、高于液体基质的沸点的部分是m=CT+D的形式，其中，m是蒸发速率，C和D是标定常数，T是温度。常数C和D取决于液体组分、施加给加热器的功率以及装置的物理特性，例如芯的组分和尺寸以及加热器的结构。
图4的曲线提供了一种模型，该模型能够用于在加热元件的温度和施加给加热元件的功率已知时计算液体基质的蒸发速率。对于气雾剂产生系统的各个设计，常数A、B、C和D需要由经验得出，且常数C和D必须对于系统能够工作的不同功率水平而得出。
加热元件的温度在各个吸烟过程中变化，并在液体储存部分中的液体量减少时变化。图5是表示在吸烟过程中5个平均温度轮廓的标绘图。加热元件的温度T表示于y轴上，吸烟时间t表示于x轴上。曲线501是第一组吸烟的中间值，各次吸烟具有2秒的吸烟持续时间。类似的，曲线503是第二组吸烟的中间值，曲线505是第三组吸烟的中间值，曲线507是第四组吸烟的中间值，而曲线509是第五组吸烟的中间值。在各曲线中，竖直条（例如以511表示）表示对于这些吸烟在中间值周围的标准偏差。因此，表示了在液体储存部分的寿命中的测量温度的发展。对于全部的蒸发液体配方和对于使用的全部功率水平都观察和确认该性能。
由图5可见，加热元件的温度响应在曲线501、503和505上相当稳定。也就是说，对于前面三组吸烟，在中间值周围的标准偏差相当小。当温度响应稳定时，图4中表示的模型在这期间最准确。在这期间，总是有足够的气雾剂形成基质通过芯输送给加热器。一旦芯变干燥，就观察到不同性能。
图6是在吸烟过程中（在一组吸烟上平均）加热元件的温度轮廓（表示为曲线600）以及使用参考图4所示和所述的模型来计算的相应蒸发速率（表示为曲线610）的视图。
在吸烟过程中蒸发的液体气雾剂形成基质的总质量能够通过对蒸发速率曲线610积分来计算。这样积分能够通过电路使用例如梯形方法来进行。积分的结果在图7中表示。图7再次表示了在吸烟过程中加热元件的温度轮廓600，还将在吸烟中的累积蒸发质量表示为曲线700。
消耗的液体气雾剂形成基质的总量能够通过对于每次吸烟计算的总数进行求和来计算。这个总消耗质量能够从在液体储存部分中的已知初始液体质量中减去，以便提供剩余的液体气雾剂形成基质的量的估计值。剩余量能够作为有意义的数量来向用户表示，例如剩余的估计吸烟次数或者百分数值。
确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量很有利，因为当液体储存部分排空或接近排空时，供给加热器不充分的液体气雾剂形成基质。这可能意味着产生和由用户吸入的气雾剂并没有所需特性，例如气雾剂颗粒尺寸。这可能导致用户的体验较差。另外，有利的是提供一种机构，用户能够由该机构来告知液体储存部分排空或接近排空。然后，用户能够准备更换或重新充装液体储存部分。
电路可以包括传感器，该传感器能够检测液体储存部分的存在，还能够确定液体储存部分的特征，例如多少液体气雾剂形成基质容纳于液体储存部分中以及液体气雾剂形成基质的组分。如在本申请人的待审国际专利申请PCT/IB2009/007969中所述，这可以基于提供于液体储存部分上的识别信息。该信息与由监测加热器的起动而得出的信息一起使得电路能够预计在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量。也可选择，电路并不需要包括传感器。例如，在各液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量可以简单地只是一种和设置为标准量。
本发明能够有多种变化形式。例如，气雾剂产生系统并不需要包括吸烟检测系统。相反，系统可以通过人工起动来操作，例如用户在进行吸烟时操作开关。
根据本发明的第一实施例，温度传感器提供于气雾剂产生系统中并靠近加热元件。电路能够监测通过温度传感器来测量的温度，因此确定在液体储存部分中的液体量，如上所述。该实施例的优点是不需要计算或推导，因为温度传感器直接测量加热元件附近的温度。
根据本发明的第二实施例，在液体储存部分中的液体量通过测量电加热元件的电阻来确定。当加热元件具有合适的电阻特征温度系数时（例如见下面的等式（5）），电阻可以提供电加热元件的温度的测量值。
图8是表示电加热器的加热元件的电阻R（在y轴上）相对于加热元件的温度T（在x轴上）的标绘图。如图8中所示，当加热元件的温度T增加时，电阻R也增加。在选定范围内（在图4中的温度T1和T2之间以及电阻R1和R2之间），温度T和电阻R可以相互成比例。
如上面关于本发明第一实施例所述，如果液体储存部分排空或接近排空，则供给加热器不充分的液体气雾剂形成基质。这意味着任何毛细管芯都将变干燥，且加热元件的温度将增加。图8表示了这样的温度增加可以通过测量加热元件的电阻来确定，因为当温度增加时，测量的电阻也将增加。
图9是表示根据本发明第二实施例怎样测量加热元件电阻的示意电路图。在图9中，加热器901与电池903连接，该电池903提供电压V2。将在特殊温度下测量的加热器电阻是Rheater。具有已知电阻r的附加电阻器905与加热器901串联地插入和连接电压V1。电压V1具有在地电压和电压V2之间的中间值。为了使得微处理器907测量加热器901的电阻Rheater，流过加热器901的电流和横过加热器901的电压都能够确定。然后，下面的公知公式能够用于确定电阻：
V=IR       （1）
在图9中，横过加热器的电压是V2-V1，流过加热器的电流是I。因此：
Rheater=（V2-V1）/I      （2）
附加电阻器905（该附加电阻器905的电阻r为已知）用于确定电流I（再次使用上述（1））。流过电阻器905的电流是I，横过电阻器905的电压是V1。因此：
I=V1/r         （3）
因此，组合（2）和（3）得出：
Rheater=（（V2-V1）/V1）r          （4）
因此，微处理器907能够在气雾剂产生系统使用时测量V2和V1，且已知r值，能够确定在特殊温度下的加热器电阻Rheater。
然后，下面的公式能够用于由在温度T下的测量电阻Rheater来确定温度T：
T=（Rheater/αR0）+T0-（1/α）        （5）
其中，α是加热元件材料的热电阻系数，R0是加热元件在室温T0下的电阻。
该实施例的优点是不需要温度传感器，该温度传感器能够笨重和昂贵。
这样，能够得出加热元件的温度的测量值。这能够用于确定在液体储存部分中的液体量减少至界限值的时间以及估计在液体储存部分中剩余的气雾剂形成基质的绝对量。
在上述实施例中，一旦确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量减少至界限值时，可以采取一个或多个动作。电加热器可以停用。例如，系统能够激发成使得液体储存部分不可使用。例如，当确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量已经减少至界限值时，电路可以熔断在电加热器的至少一个加热元件和电源之间的电保险丝。电保险丝可以提供为包括液体储存部分的可去除部件的一部分。也可选择，当确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量已经减少至界限值时，电路可以切断在电加热器的至少一个加热元件和电源之间的开关。当然，停用电加热器的可选方法也可以。停用电加热器的优点是这样就不能使用气雾剂产生系统了。这使得用户不能吸入没有所需特性的气雾剂。
一旦确定液体储存部分中的液体量减少至界限值的时间，用户就可以被通知。例如，当确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量已经减少至界限值时，电路可以向用户指示这种情况。例如，如果气雾剂产生系统包括用户显示器，则可以通过用户显示器向用户指示液体储存部分排空或接近排空。也可选择或者另外，可听见的声音可以向用户指示液体储存部分排空或接近排空。向用户指示液体储存部分排空或接近排空的可选方法当然也可以。通知用户的优点是用户能够准备更换或重新充装液体储存部分。
因此，根据本发明，电操作气雾剂产生系统包括用于确定在液体储存部分中的液体气雾剂形成基质的量已经减少至预定界限值的时间的电路。关于一个实施例所述的特征也可以用于另一实施例。

Claims (15)

1.一种用于接收气雾剂形成基质的电操作气雾剂产生系统，所述系统包括：
液体储存部分，用于储存液体气雾剂形成基质；
电加热器，所述电加热器包括用于加热液体气雾剂形成基质的至少一个加热元件；以及
电路，所述电路设置成监测电加热器的起动，并根据监测的起动来估计在液体储存部分中剩余的液体气雾剂形成基质的量。
2.根据权利要求1所述的电操作气雾剂产生系统，其中：电路设置成估计液体气雾剂形成基质的消耗量，并从已知初始量中减去消耗量，以便提供在液体储存部分中剩余的液体气雾剂形成基质的估计值。
3.根据权利要求1或2所述的电操作气雾剂产生系统，其中：电路设置成通过监测加热元件经过一段时间的温度或电阻来监测电加热器的起动，以便估计气雾剂形成基质的消耗量。
4.根据权利要求3所述的电操作气雾剂产生系统，其中：电路设置成根据第一等式和第二等式来估计气雾剂的消耗量，所述第一等式建立加热元件温度或电阻与气雾剂形成基质消耗量的关系，直到温度或电阻的第一界限值，所述第二等式在高于温度或电阻的第一界限值时建立加热元件温度或电阻与气雾剂形成基质消耗量的关系。
5.根据权利要求4所述的电操作气雾剂产生系统，其中：第二等式与施加给加热器的功率相关。
6.根据权利要求4或5所述的电操作气雾剂产生系统，其中：第一等式与施加给加热元件的功率无关。
7.根据权利要求4、5或6所述的电操作气雾剂产生系统，其中：第一界限值是液体气雾剂形成基质的沸点。
8.根据权利要求4至7中任意一项所述的电操作气雾剂产生系统，其中：第一等式和第二等式储存在电路中。
9.根据权利要求8所述的电操作气雾剂产生系统，其中：多个不同的第一等式和第二等式储存在电路中，用于液体气雾剂形成基质的不同组分和用于不同功率水平。
10.根据前述任意一项权利要求所述的电操作气雾剂产生系统，其中：电路布置成测量所述至少一个加热元件的电阻，以便由测量的电阻来确定加热元件的温度。
11.根据前述任意一项权利要求所述的电操作气雾剂产生系统，还包括：毛细管芯，用于从液体储存部分向电加热器传送液体气雾剂形成基质。
12.一种方法包括：
提供电操作气雾剂产生系统，所述电操作气雾剂产生系统包括用于储存液体气雾剂形成基质的液体储存部分和包括用于加热液体气雾剂形成基质的至少一个加热元件的电加热器；以及
监测电加热器的起动和根据监测的起动来估计在液体储存部分中剩余的液体气雾剂形成基质的量。
13.一种用于电操作气雾剂产生系统的电路，所述电路布置成执行权利要求12的方法。
14.一种计算机程序，所述计算机程序当在用于电操作气雾剂产生系统的可编程电路上运行时使得所述可编程电路执行权利要求12的方法。
15.一种计算机可读的储存介质，所述储存介质具有储存于其上的、根据权利要求14的计算机程序。
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