CN103889258A - 具有改良的气溶胶生成的气溶胶产生系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种控制气溶胶产生装置中的气溶胶生成的方法，该装置包括：气溶胶形成基材；加热器，加热器包括至少一个用于加热气溶胶形成基材的加热元件；和电源，用于将电量提供给加热元件，该方法包括如下步骤：确定加热元件的温度；调节提供给加热元件的电量以将加热元件的温度保持在期望的温度范围内，其中所述期望的温度范围基于通过或者经过该装置的气体的测量的流速动态地计算。通过控制加热元件的温度，可以产生一致的和合乎需要的特性的气溶胶。

Description

具有改良的气溶胶生成的气溶胶产生系统

技术领域

本发明涉及控制气溶胶生成的方法。本发明还涉及气溶胶产生系统，尤其是涉及电动气溶胶产生系统。本发明发现了这样特别的应用，如一种通过电动发烟系统的至少一个电子元件来控制在气溶胶产生系统中的气溶胶生成的方法。

背景技术

WO-A-2009/132793公开了一种电加热的发烟系统。液体存储在液体存储部分中，毛细管芯(capillary wick)具有第一端部和第二端部，第一端部延伸到液体存储部分中以接触在其中的液体，第二端部伸出液体存储部分。加热元件给毛细管芯的第二端部加热。加热元件为以螺旋形缠绕电加热元件的形式，与电源电连接，并且围绕毛细管芯的第二端部。在使用中，加热元件可以通过用户触发，以接通电源。用户在烟嘴上抽吸，促使空气通过毛细管芯和加热元件被吸入到电加热的发烟系统中，随后进入到用户的嘴中。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的方法，以控制提供给这样的电加热的气溶胶产生系统的电热元件的电量。

关于气溶胶产生装置的一个特别的难题是，不管通过该装置的流量如何变化，都产生具有一致特性的气溶胶。例如，在一个装置中，其中空气流量通过用户的吸入而产生，在单次吸入过程中可能由于用户而在该装置中产生流量变化或者在不同次的吸入之间在该装置中产生流量变化。

无论通过该装置的气体例如空气的空气流量如何变化，在一致的基础上产生具有相同的液滴尺寸和密度的气溶胶将会是有利的。

根据本发明的一个方面，提供了一种控制气溶胶产生装置中的气溶胶生成的方法，该装置包括：

加热器，该加热器包括至少一个加热元件；和

电源，用于为加热元件提供电力，该方法包括如下步骤：

确定加热元件的温度；和

调节给加热元件的电量，以将加热元件的温度保持在期望的温度范围内，其中期望的温度范围值根据通过或者流过该装置的气体的测量流速动态地计算。

优选的是，该装置构造为允许气流通过用户吸入而产生。该装置也可以是电加热的发烟系统。

气溶胶是在气体例如空气中的固体颗粒或者液滴的混悬物。当使用加热元件蒸发基材来产生气溶胶时，气溶胶的产生速度和产生的气溶胶的性质取决于加热元件的温度。加热元件的温度不但由提供给加热元件的功率确定，而且由环境因素确定。特别地，通过加热元件的气体流速对加热元件有显著的冷却作用。

一个具有变化的气流流速的系统的例子是这样的一个系统，其中气流通过用户吸入产生，例如电动发烟系统。用户在单次吸入过程中可能会产生通过该装置的流速的变化，并且各次吸入也可能会产生通过该装置的流速的变化。不同的用户具有不同的吸入行为，而且单个用户在不同的时期具有不同的吸入行为。吸入行为的差异可以在单次吸入中产生，也可以在不同的吸入中产生。因此希望的是具有一种控制方法，其补偿不同的用户和吸入行为。

加热元件的期望的温度范围可以包括单个期望的温度。替代性地，加热元件的温度范围可以跨越例如几十度的摄氏温度。可接受的温度范围是那样的温度：其允许形成具有要求性质的气溶胶。如果温度太高，可能在气溶胶中形成不符合期望的化学物，如果温度太低，基材可能不能充分地蒸发，且在气溶胶内的液滴尺寸也可能太大。

期望的温度范围可能取决于气溶胶形成基材的成分。不同的基材将具有不同的蒸发热焓，并且将在不同的温度遭受化学分解。因此，该方法还可以包括这样的步骤：确定气溶胶形成基材的特征或者特性，和根据特征或者特性计算或选择期望的温度范围。例如，确定气溶胶形成基材的特征的步骤可以包括读取形成在气溶胶形成基材的壳体中或上的气溶胶形成基材的特性指示。一旦已经确定基材的特性，期望的温度范围可以从用于特别的气溶胶形成基材的特性的温度范围数据库中选出。气溶胶形成基材的特性指示可以例如是：条型码或者其他的表面指示；基材壳体的特征，例如形状或者尺寸；或者可以是与基材壳体关联的特征电阻或者电响应。

在电动发烟系统中，例如，对于用户时间长但是缓慢的吸入，可能期望的是，具有较低的加热元件温度，以较低的速率产生气溶胶。在某种程度上模仿常规的端部点燃型可燃卷烟的行为。然而，加热元件的温度保持在较低的阈值水平之上，以确保形成具有理想特性的气溶胶。这样根据通过或者流过该装置的气流流速对加热器温度的调节可以与存储的用于具体的基材成分的温度范围一起使用。因此基于流速的温度调节可以在由基材成分设定的温度范围内进行。

优选的是，仅仅在加热元件已经达到位于期望温度范围内的具体的温度时，才执行调节电量的步骤。例如，可以仅仅在加热元件的温度已经达到预定的温度范围的中点之后，才启动调节的步骤。

替代性地或者附加地，可以仅仅在检测到通过装置的气流超过预定阈值流量之后过去一段具体的时间之后，才执行调节电量的步骤。假定有可用的电源，则希望的是尽快使得加热元件加热。这使得具有期望特性的气溶胶尽可能快地产生。因此，在检测到用户吸入开始之后，可以持续一段具体时间地传送最高功率。

该方法优选的也包括在调节电量以保持加热元件的温度的步骤之后切断或者减少提供给加热元件的电量的步骤。这可以根据在加热元件激活之后的预定时间、检测到的流量或者计算出来的与流量相关的参数来实施。这确保当用户吸入结束时，停止产生气溶胶。

调节电量的步骤可以包括调节脉冲电量信号的频率或者脉冲宽度调制。如果电量是作为脉冲信号提供给加热元件，那么调节脉冲的频率或者脉冲的占空比是将加热元件的温度保持在期望的范围内的有效的方式。

确定加热元件的温度的步骤可以包括确定加热元件的电阻。这使得温度的便利的和准确的表示。替代性地，也可以使用单独的温度传感器。

根据本发明的另一个方面，提供了电动气溶胶产生装置，该装置包括：至少一个加热元件，以从基材形成气溶胶；电源，用于提供电力给加热元件。和电路，该电路用于控制从电源提供给至少一个气溶胶产生单元的电力，其中电路这样设置：

确定加热元件的温度，和调节给加热元件的电力，以将加热元件的温度保持在期望的温度范围内，其中期望的温度范围值根据通过或者流过该装置的气体的测量流速动态地计算。

优选的是，该装置构造为允许气流通过用户吸入产生。

期望的温度范围可以包括单个期望的温度。

该装置可以构造为接收气溶胶形成基材。期望的温度范围可以取决于气溶胶形成基材的成分。不同的基材将具有不同的蒸发温度，并且将在不同的温度遭受化学分解。因此，该装置还可以包括这样的设备，该设备用于确定气溶胶形成基材的特征或者特性，和根据特征或者特性计算或选择期望的温度范围。例如，该装置可以包括这样的设备，其用于读取形成在气溶胶形成基材的壳体中或上的气溶胶形成基材的特性指示，然后可以基于气溶胶形成基材的特性从温度范围数据库中选出期望的温度范围。气溶胶形成基材的特性指示可以例如是：条型码或者其他的表面指示；基材壳体的特征，例如形状或者尺寸；或者可以是与基材壳体关联的特征电阻或者电响应。

电路可以构造为根据加热元件的电阻的判定来确定加热元件的温度。替代性地，该装置可以包括单独的温度传感器。

电路可以包括微控制器。微控制器可以包括PID调节器，用于控制提供给加热元件的电力。

优选的是，电路设置为执行本发明的另一个方面的方法步骤。为了执行本发明的另一个方面的方法步骤，电路可以是硬布线的。然而，更优选的是，电路是可编程的以执行本发明的另一个方面的方法步骤。

加热器可以包括单个加热元件。替代性地，加热器可以是包括一个加热元件的电加热器。替代性地，电加热器可以包括多于一个的加热元件，例如两个，或者三个，或者四个，或者五个，或者六个或者更多加热元件。替代性地，电加热器可以包括用于加热基材的至少一个加热元件。加热元件或者多个加热元件可以适当地布置，从而最大效率地加热气溶胶形成基材。

至少一个电加热元件优选的是包括电阻材料。适当的电阻材料包括但是不限于：半导体例如掺杂的陶瓷、电"传导性"陶瓷(例如，二硅化钼)，碳，石墨，金属，金属合金和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的或者无掺杂的陶瓷。适当的掺杂的陶瓷的例子包括掺杂的碳化硅。适当的金属的例子包括钛，锆，钽和来自铂组的金属。适当的金属合金的例子包括不锈钢，铜镍合金(Constantan)，镍合金，钴合金，铬合金，铝-钛-锆合金，铪合金，铌合金，钼合金，钽合金，钨合金，锡合金，镓合金，锰合金和含铁的合金，和基于镍，铁，钴，不锈钢，铁-铝基合金和铁-锰-铝基合金的超合金。

是美国科罗拉多州丹佛市钛金属公司(Titanium Metals Corporation,1999Broadway Suite4300)的注册商标。在复合材料中，电阻材料可以选择性地嵌入或封装在绝缘材料中或者涂覆以绝缘材料，或者反过来做——根据所需的电量传递动力学和外部物理化学性质。加热元件可以包括金属蚀刻薄片，该薄片设置在两层惰性材料之间而实现绝缘。在那种情况下，惰性材料可以包括

所有的聚酰亚胺或者云母箔。

是美国特拉华19898，1007Market StreetWilmington的E.I.du Pont de Nemoursand Company的注册商标。

替代性地，至少一个电加热元件可以包括红外线加热元件，光子源或者感应加热元件。

至少一个电加热元件可以采取任何适当的形式。例如，至少一个电加热元件可以采取加热叶片的形式。替代性地，至少一个电加热元件可以采取具有不同的电传导部分的壳体或者基材的形式，或者电阻金属管的形式。如果气溶胶形成基材是设置在容器内的液体，则容器可以结合一次性的加热元件。替代性地，贯穿气溶胶形成基材的中心的一个或多个加热针或者棒也是适合的。替代性地，至少一个电加热元件可以是盘(端)加热元件或者盘加热元件与加热针或者棒的组合体。替代性地，至少一个电加热元件可以包括柔性板材料，其设置为围绕或者部分地围绕气溶胶形成基材。其他的替代性选择包括电热丝或者细丝，例如镍铬，铂，钨或者合金丝，或者加热板。可选而非必要的是，加热元件可以沉积在刚性的载体中或者载体上。

至少一个电加热元件可以包括散热器，或者储热器，其包括能够吸收和存储热量的材料，并且随后随着时间将热量散发到气溶胶形成基材。散热器可以由任何适当的材料制造，例如适当的金属或者陶瓷材料。优选的是，材料具有高热容量(可感热存储材料)，或者是能够吸收和随后通过可逆过程例如高温相改变释放热量的材料。适当的可感热存储材料包括硅胶，矾土，碳，玻璃纤维板，玻璃纤维，矿石，金属或者合金例如铝，银或者铅，和纤维素材料例如纸。其他适当的材料通过可逆的相变释放热量，材料包括石蜡，醋酸钠，萘，蜡，聚环氧乙烷，金属，金属盐，低共溶盐或者合金的混合物。

散热器或者储热器可以布置成使得其直接与气溶胶形成基材接触，并且可以将存储的热量直接传递到基材。替代性地，存储在散热器或者储热器中的热量可以通过导热体例如金属管传递到气溶胶形成基材。

至少一个加热元件可以通过传导加热气溶胶形成基材。加热元件可以至少部分地与基材接触，或者与其上沉积有基体的载体接触。替代性地，来自加热元件的热量可以通过热传导元件传导到基材。

替代性地，至少一个加热元件可以将热量传递给进入的环境空气，这样的空气是在使用中通过电加热的气溶胶产生装置吸入的，进入的环境空气则通过对流加热气溶胶形成基材。环境空气可以在流过气溶胶形成基材之前被加热。替代性地，如果气溶胶形成基材是液体基材，环境空气可以首先通过基材吸入，然后被加热。

气溶胶形成基材可以是固体气溶胶形成基材。气溶胶形成基材优选地包括含烟草材料，所述含烟草材料包括挥发性的烟草味复合物，在加热时该复合物从基材释放气味。气溶胶形成基材可以包括非烟草材料。气溶胶形成基材可以包括含烟草材料和不含烟草材料。优选的是，气溶胶形成基材还包括气溶胶形成剂。适当的气溶胶形成剂的例子是甘油和丙二醇。

替代性地，气溶胶形成基材可以是液体气溶胶形成基材。在一个实施例中，电加热的气溶胶产生装置还包括液体存储部分。优选的是，液体气溶胶形成基材是存储在液体存储部分中的。在一个实施例中，电加热的气溶胶产生装置还包括与液体存储部分连通的毛细管芯。还可行的是，毛细管芯用于保持提供的液体，而不需要液体存储部分。在那个实施例中，毛细管芯可以预加载有液体。

优选的是，毛细管芯设置为接触在液体存储部分中的液体。在那种情况下，在使用中，液体通过在毛细管芯中的毛细管作用从液体存储部分朝向至少一个电加热元件传递液体。在一个实施例中，毛细管芯具有第一端部和第二端部，第一端部伸入液体存储部分以与其中的液体接触，至少一个电加热元件设置为加热在第二端中的液体。当加热元件致动时，在毛细管芯的第二端部的液体通过加热元件蒸发以形成过过饱和蒸汽。过饱和蒸汽与气流混合并且由气流携带。在流动过程中，蒸汽冷凝以形成气溶胶，气溶胶朝向用户的嘴输送。加热元件与毛细管芯一起可以提供快速响应，因为该布置可以为加热元件提供大的液体表面面积。根据本发明，因此加热元件的控制可以取决于毛细管芯布置的结构。

液体基材可以被吸收到多孔载体材料中，该多孔载体材料可以由任何适当的吸收塞或者吸收体制成，例如发泡金属或者塑料，聚丙烯，涤纶，尼龙纤维或者陶瓷。在使用电加热的气溶胶产生装置之前，液体基材可以保留在多孔载体材料中，或者替代性地，液体基材材料可以在使用过程中或者就在使用之前释放到多孔载体材料中。例如，液体基材可以提供在胶囊中。胶囊的外壳优选的是在加热时熔化，并且将液体基材释放到多孔载体材料中。胶囊可以可选而非必要地包括组合了液体的固体。

如果气溶胶形成基材是液体基材，则液体具有物理特性。这包括，例如沸点，蒸汽压力和表面张力特性，以使得它们适合于在气溶胶产生装置中使用。至少一个电加热元件的控制可以取决于液体基材的物理特性。液体优选的是包括含烟草材料，其包括挥发性的烟草味复合物，在加热时从液体释放该烟草味复合物。替代性地或者附加地，液体可以包括非烟草材料。液体可以包括水，溶剂，乙醇，植物提取物和自然的或者人造的香料。优选的是，液体还包括气溶胶形成剂。适当的气溶胶形成剂的例子是甘油和丙二醇。

提供液体存储部分的优点在于可以保持高级别的卫生性。利用在液体和电加热元件之间延伸的毛细管芯，使得该装置的结构能够相对简单。液体具有物理特性，包括粘性和表面张力，这允许液体通过毛细管作用经过毛细管芯输送。液体存储部分优选的是容器。液体存储部分可能是不可再充填的。这样，当在液体存储部分中的液体已经消耗完了时，替换气溶胶产生装置。替代性地，液体存储部分是可再充填的。在那种情况下，在液体存储部分再充填一定次数之后，可以替换气溶胶产生装置。优选的是，液体存储部分设置为容纳用于预定次数的抽吸的液体。

毛细管芯可以具有纤维或者海绵状结构。毛细管芯优选的是包括一束毛细管。例如，毛细管芯可以包括多个纤维或者细丝，或者其他的精细的孔管。纤维或者细丝通常可以是与气溶胶产生装置的纵向对齐。替代性地，毛细管芯可以包括形成杆状的海绵状的或者泡沫状的材料。杆状可以沿着气溶胶产生装置的纵向延伸。芯的结构形成多个小的孔或管，通过这些孔或管，液体可以通过毛细管作用输送到电加热元件。毛细管芯可以包括任何适当的材料或者材料的组合。适当的材料的例子是以纤维或者烧结粉末形式的陶瓷或者石墨基材料。毛细管芯可以具有任何适当的毛细作用和孔隙率，以用于不同的液体物理特性，例如密度，粘性，表面张力和蒸汽压力。芯的毛细性质与液体的性质的组合保证了芯在加热区域中始终是湿的。

气溶胶形成基材可以替代性地是任何其他类型的基材，例如气体基材，或任何多种类型的基材的组合。在操作过程中，基材可以完全包含在电加热的气溶胶产生装置内。在那种情况下，用户可以在电加热的气溶胶产生装置的嘴上进行抽吸。替代性地，在操作过程中，基材可以部分地包含在电加热的气溶胶产生装置内。在那种情况下，基材可以形成单独的物品的一部分，并且用户可以直接在该单个的物品上抽吸。

该装置可以包括流量传感器，以探测通过该装置的气体的流速。传感器可以是任何能够探测气流的传感器，例如表示用户吸气的气流。传感器可以是机电装置。替代性地，传感器可以是以下的任一种装置：机械装置，光学装置，光电机械装置，基于微机电系统(MEMS)的传感器和声传感器。传感器可以是热传导流量传感器，压力传感器，风速计，并且应当能够不仅探测气流，而且应当能够测量气流。所以，传感器应当传递表示气流幅度的模拟电信号或数字信息。

电加热的气溶胶产生装置可以包括气溶胶形成腔，其中过饱和蒸汽在该腔内形成气溶胶，然后气溶胶被送入用户的嘴中。优选地，进气口、出气口和腔设置成限定从进气口经过气溶胶形成腔到出气口的气流路线，从而将气溶胶输送到出气口，并且送入用户的嘴中。

优选的是，气溶胶产生装置包括壳体。优选的是，壳体是伸长的。壳体的结构——包括可用于形成冷凝的表面面积——将影响气溶胶的性质，以及是否从该装置产生液体渗漏。壳体可以包括外壳和嘴。在那种情况下，所有的元件可以包含在外壳内或者在嘴内。壳体可以包括任何适当的材料或者材料的组合。适当的材料的例子包括金属、合金、塑料或者包含一种或多种这样的材料的复合材料，或者适合于食品或者药品应用的热塑性塑料，例如聚丙烯聚醚醚酮(PEEK)和聚乙烯。优选的是，材料是轻质的和非脆性的。壳体的材料可以影响形成在壳体上的冷凝量，这进而影响装置的液体渗漏。

优选的是，气溶胶产生装置是便携式的。气溶胶产生装置可以是发烟装置，并且可以具有与传统的雪茄或者卷烟相匹配的尺寸。发烟装置可以具有大约30毫米至大约150毫米的总长度。发烟装置可以具有大约5毫米至大约30毫米之间的外部直径。

根据本发明的电加热的气溶胶产生装置和方法提供的优点在于：加热元件的温度是受控制的，从而为用户提供了一致的和期望的经历，而不要求任何附加的用户或装置作用。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于电动气溶胶产生系统的电路，该电路设置为执行本发明的另一个方面的方法。

优选的是，电路是可编程的以执行本发明的其他方面的方法。替代性地，电路可以是硬连线的，以执行本发明的其他方面的方法。

根据本发明的另一个方面，提供了一种计算机程序，当其在用于电动气溶胶产生系统的可编程电路上运行时，促使可编程电路执行根据本发明的其他方面的方法。

根据本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有根据本发明上述方面的计算机程序。

所描述的涉及本发明的一个方面的特征也可以适用于本发明的其他方面。

附图说明

接下来将参考附图以仅作为举例的方式对本发明作进一步地描述，其中：

图1显示了根据本发明的实施例的电加热的气溶胶产生系统的一个例子。

图2图示了在图1中显示类型系统的典型的加热元件温度分布曲线和典型的流量分布曲线；

图3图示了在图2的抽吸过程中调整提供给加热元件的电力的方法；

图4图示了根据本发明的第一实施例控制加热元件的温度的电路；和

图5图示了通过测量电阻确定电加热元件的温度的技术。

具体实施方式

图1显示电加热的气溶胶产生系统的一个例子。在图1中，系统是具有液体存储部分的发烟系统。图1的发烟系统100包括壳体101，壳体具有嘴端103和本体端105。在本体端中设置了电池107形式的电源，硬件109形式的电路和抽吸检测系统111。在嘴端中设置了筒113形式的包含液体115的液体存储部分、毛细管芯117和包括至少一个加热元件的加热器119。需要注意的是，在图1中仅仅示意性地显示了加热元件。毛细管芯117的一端伸入筒113中，毛细管芯117的另一端由加热元件119围绕。加热元件经由连接部121连接至电路。壳体101也包括在嘴端的进气口123、出气口125和气溶胶形成腔127。

在使用中，操作过程如下：液体115通过毛细作用从筒113、由伸入筒中的芯117的端部输送或者传送到被加热元件119围绕的芯117的另一端。当用户在出气口125对装置吸气时，环境空气通过进气口123吸入。在图1所示的布局中，抽吸检测系统111感测抽吸并且激活加热元件119。电池107将电量提供给加热元件119，以对由加热元件围绕的芯117的端部加热。在芯117的端部中的液体由于加热元件119而蒸发，以产生过饱和蒸汽。同时，蒸发了的液体被通过毛细作用沿着芯117移动的另外的液体所替代(这个有时被称作是"泵送作用")。产生的过饱和蒸汽与来自进气口123的气流混合，并且在该气流中被运送。在气溶胶形成腔127中，蒸汽凝结以形成可吸入的气溶胶，该气溶胶被朝向出气口125输送，并且进入到用户的嘴中。

毛细管芯可以由多种多孔性的或毛细材料制造，并且优选的是具有已知的预定的毛细作用。举例而言包括以纤维或烧结粉末形式的陶瓷或石墨基材料。不同孔隙率的芯可用于适应不同的液体的物理性能，例如密度，粘性，表面张力和蒸汽压力。芯必须是适当的，以使得期望量的液体能被输送给加热元件。芯和加热元件必须是适当的，以使得期望量的气溶胶能被输送给用户。

在图1所示的实施例中，硬件109和抽吸检测系统111优选的是可编程的。硬件109和抽吸检测系统111可以用于管理该装置的操作。这有助于控制气溶胶中的颗粒尺寸。

图1显示了可以以本发明的方式使用的电加热的气溶胶产生系统的一个例子。然而，许多其他的例子也是本发明可用的。该电加热的气溶胶产生系统仅仅需要包括或者接纳气溶胶形成基材，该基材可以通过至少一个电加热元件加热，加热元件通过在电路控制下的电源供电。例如，该系统不必是发烟系统。例如，气溶胶形成基材可以是固体基材，而不是液体基材。替代性地，气溶胶形成基材可以是另一种形式的基材，例如气体基材。加热元件可以采取任何适当的形式。壳体的整体形状和尺寸可以改变，并且壳体可以包括分离的外壳和嘴。当然，其他的改变也是可行的。

如已经提及的，优选的是，电路——包括硬件109和抽吸检测系统111——是可编程的，以控制向加热元件的电力供应。这进而控制温度分布曲线，其影响产生的气溶胶的量和密度。术语"温度分布曲线"指的是在一次抽吸所花时间内加热元件的温度(或者另一种类似的度量，例如，加热元件产生的热量)的图示，如图2所示。替代性地，硬件109和抽吸检测系统111可以是硬布线的以控制提供给加热元件的电量。同样地，这控制温度分布曲线，其影响产生的气溶胶的量和密度。

在图2中的线路200是在用户抽吸过程中通过该系统的空气的流速的图示。抽吸持续大约2秒，流速从零上升，在大约1秒达到最大流速，之后再次降低到零。这是典型的抽吸分布，但是应当清楚的是，在抽吸过程中，在不同的抽吸之间，在不同的用户之间，关于最大流速和流速的变化可能存在很大的差异。

在图中的线210是用户抽吸过程中的加热元件的温度。温度分布曲线210分为三个阶段：最初的阶段215，在这一阶段最大电量被提供给加热元件以快速地升高其温度；调节阶段215，在这一阶段加热元件的温度保持恒定(或者至少保持在可接受的温度范围内)；抽吸的结束阶段220，在这一阶段提供给加热器的电量被切断或者减小。

图3图示了在图2所示的用户抽吸的过程中提供给加热元件的电量。电量以脉冲信号300的形式提供给加热元件。为了调节加热元件的温度，脉冲信号被调制。如图3所示，提供给加热元件的平均电量可以通过以固定的占空比改变电量信号的调制的频率(或者"PFM"-脉冲频率调制)来变化，以使得加热元件的温度保持恒定。

改变施加的电量的另一方式是PWM(脉宽调制)，其包括以恒定的频率改变占空比。占空比是通电的时间与断电的时间的比率。换句话说，是电压脉冲的宽度与电压脉冲之间的时间的比率。5％的低占空比将比95％的占空比提供更少的电量。

如图3所示，在最初阶段215，电量脉冲200在高频下发送，以快速地达到期望的温度。当达到期望的温度时，开始调节阶段220。就在调节阶段开始时，会出现小的局部最大值。这是由于用来调节温度的PID控制模式的固有特性决定的。在感测到已经达到期望的温度和对电量信号进行调制这两者之间有小的延迟，这导致局部最大值的出现。

期望的温度根据流过加热元件的气体流速动态地计算。对于较低的流速，希望具有较低的温度。例如，期望的温度可以基于在加热元件激活之后的一个固定的时间测量的流速来设置，或者可以根据基于之前加热循环计算的平均流量来设置，或者可以基于在加热元件激活之后的固定时间段内的累积的流速来设置。

在调节阶段220，被提供给加热元件的电量脉冲经常是仅仅足够保持期望的温度。这意味着在最初阶段，脉冲以较低的频率发送。然而，当气流流速持续朝着其最大值上升时，空气的冷却效应也加大。这意味着电量脉冲的频率上升，直到达到最大流速，之后流速下降电量脉冲的频率再次减小。

在抽吸的结束阶段220，电量被完全切断。在抽吸结束之前，要做出切断电量供给的决定，从而保证通过抽吸的最后阶段将所产生的所有气溶胶从系统中吹出。因此温度在这个阶段降低，如在气溶胶产生阶段一样。在电量被切断或者减小的点(抽吸的结束阶段开始点)可以是基于例如简单的从激活算起的时间、基于感测的流速、或者基于考虑抽吸分布曲线的更复杂的计算。

图4图示了根据本发明的一个具体实施方式的用于提供所描述的温度调节的控制电路。该系统具有两个部分：包含液体基材115、毛细管芯117和加热器119的可消耗的筒113；和包括电池和电路109的这一装置部分，如参考图1所描述的那样。在图3中仅仅图示了电路元件。

电力从电池接点405通过测量电阻R1和晶体管T1传送给加热元件119。PWM电力信号的调频由微控制器420控制，并且经过其模拟输出425传送到充当简单开关的晶体管T1。

该调节基于PID调节器，它是整合到微控制器420中的软件部分。加热元件的温度(或温度指示)通过测量加热元件的电阻确定。

在微控制器420上的模拟输入430用于收集电阻R1两侧的电压，并且提供流入加热元件的电流的图像。电池电压V+和R1两侧的电压用于计算加热元件电阻变化和/或其温度，如参考图5所描述的那样。

在可消耗的部分中的电阻R3用于标识基材成分。电阻R3和R2是简单分压器，微控制器420通过激活晶体管T2从其模拟输入435收集来自电阻R3和R2的电压电平。然后电压将与电阻R3成比例地变换。用于R3的电阻值和加热元件的对应的温度范围或电阻范围的对照表安置在微控制器内的编址存储器中，并且用于设定PID调节器和加热元件的操作温度等级。

图5是示意性的电路图，图示了可以如何测量在图4中所示类型的系统中的加热元件的电阻。在图5中，加热器501连接至电池503，电池提供电压V2。在特定的温度下测量的加热器电阻是R_heater。与加热器501相串联地插入一附加的电阻505(相当于图4中的R1，具有已知的电阻r)，其连接至位于接地和电压V2之间的电压V1。为了使得微处理器507测量加热器501的电阻R_heater，可以确定通过加热器501的电流和跨越加热器501的电压。然后，下列已知的公式可用于确定电阻：

V＝IR(1)

在图5中，跨越加热器的电压是V2-V1，通过加热器的电流是I。然后：

$R_{\mathrm{heater}}=\frac{V2-V1}{I}---\left(2\right)$

附加的电阻505——其电阻值r是已知的——用于确定电流I，同样利用上述的公式(1)。通过电阻505的电流是I，跨越电阻505的电压是V1，因此：

$I=\frac{V1}{r}---\left(3\right)$

因此，将公式(2)和(3)组合获得：

$R_{\mathrm{heater}}=\frac{(V2-V1)}{V1}r---\left(4\right)$

这样，当气溶胶产生系统在使用时，微处理器507可以测量V2和V1，在获知r的值的情况下，能够确定在具体温度下的加热器的电阻，R_heater。

下面的公式可以用于将温度T与在温度T下的测量的电阻R_heater关联起来。

$T=\frac{R_{\mathrm{heater}}}{{\mathrm{AR}}_0}+T_0-\frac{1}{A}---\left(5\right)$

其中A是加热元件材料的热阻率系数，Ro是加热元件在室温To下的电阻。

该实施例的优点在于不需要可能庞大且昂贵的温度传感器。此外，电阻值可以取代温度而直接被PID调节器使用。如果电阻值保持在期望的范围内，则加热元件的温度也将保持在期望的范围内。因此，加热元件的实际温度不需要进行计算。然而，可以使用单独的温度传感器，并且将其连接到微控制器以提供必要的温度信息。

尽管描述的实施例包括可消耗的部分和装置部分，本发明也适用于其他气溶胶产生装置的结构。还应当清楚的是，加热元件的温度或电阻不必直接测量。例如，加热元件的温度可以基于其他测量的参数例如通过系统的流速进行估算，或者可以从在系统内的部位处测量的气体温度估算。

Claims (13)

1.一种控制气溶胶产生装置中的气溶胶生成的方法，该装置包括：加热器，该加热器包括至少一个加热元件；和电源，用于为加热元件提供电力；该方法包括如下步骤：

确定加热元件的温度；和

调节提供给加热元件的电量以将加热元件的温度保持在期望的温度范围内，其中所述期望的温度范围基于通过或者经过该装置的气体的测量的流速动态地计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望的温度范围取决于接纳在该装置中的气溶胶形成基材的成分。

3.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中调节电量的步骤只有在加热元件已经达到在所述期望的温度范围内的具体的温度时才执行。

4.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中只有在检测到通过该装置的气流超过预定阈值流速之后过去一段特定的时间之后，才执行调节电量的步骤。

5.根据前述权利要求的任一项所述的方法，还包括在调节电量的步骤之后，根据计算获得的与流速相关的参数来切断或者减少提供给加热元件的电量的步骤。

6.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中调节提供给加热元件的电量的步骤包括调节脉冲电量信号的频率或者脉冲宽度调制。

7.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中所述期望的温度范围包括单个期望的温度。

8.一种电动气溶胶产生装置，该装置包括：至少一个加热元件，用于由基材形成气溶胶；电源，用于提供电量到加热元件；和电路，用于控制从电源提供给至少一个气溶胶产生单元的电量，其中电路设置成：

确定加热元件的温度，并且调节提供给加热元件的电量，以将加热元件的温度保持在期望的温度范围内，其中所述期望的温度范围基于通过或者经过该装置的气体的测量的流速动态地计算。

9.根据权利要求8所述的装置，其中该装置构造为允许气流通过所述基材，并且包括流量传感器以检测经过基材的气流，其中所述电路设置为基于所述流量传感器的输出来控制提供给加热元件的电量。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其中该装置是电加热的发烟装置。

11.一种用于电动气溶胶产生装置的电路，该电路设置为执行权利要求1所述的方法。

12.一种计算机程序，其中，当在用于电动气溶胶产生装置的可编程电路上运行时，该程序使可编程电路执行权利要求1至7的任一项所述的方法。

13.一种计算机可读存储介质，其上存储有根据权利要求12所述的计算机程序。

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