CN106793836B - 具有燃烧气体检测器的气溶胶生成装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种气溶胶生成装置(100)，其被配置成加热气溶胶形成基质(12)，所述气溶胶生成装置包括电源(16)；加热器(14)；控制器(18)，所述控制器被配置成控制所述电源向所述加热器供应功率；和燃烧气体检测器(20)，其中所述控制器连接到所述燃烧检测器并且被配置成基于来自所述燃烧气体检测器的信号监测燃烧气体含量。所述燃烧气体含量可以被所述控制器使用以在所述燃烧气体含量已超过所期望的水平时向用户提供指示，或可以用于控制过程以调节向加热器供应的功率。

Description

具有燃烧气体检测器的气溶胶生成装置、系统和方法
技术领域
本发明涉及通过加热气溶胶形成基质来操作的气溶胶生成装置和系统。特定地说，本发明涉及气溶胶生成装置和系统，在其中期望使气溶胶形成基质的温度维持在温度范围内，以便确保产生所期望的气溶胶。电加热吸烟装置是这类装置的实例。
背景技术
不论电加热吸烟装置是否被配置成加热液体气溶胶形成基质或固体气溶胶形成基质(例如香烟)，它的一个潜在问题是如果气溶胶形成基质的温度变得过高，那么会发生气溶胶形成基质的燃烧。这会导致在所生成的气溶胶内生成味道不适且一般不合意的化合物。
在用户可以将其自己的气溶胶形成基质插入装置中的系统中，这个问题尤其严重。加热时不同的气溶胶形成基质表现不同。确切地说，发生燃烧的温度将取决于基质的组成和其水分含量而变化。因此，仅使加热器的温度保持在预定温度范围内的装置可能不产生针对可以用于所述装置的所有不同基质的所期望气溶胶。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种气溶胶生成装置和系统，其防止生成高含量的不合需要的气溶胶组分，并且可以使用各种不同并且未知的气溶胶形成基质来操作。
在第一方面中，提供一种被配置成加热气溶胶形成基质的气溶胶生成装置，所述装置包括：
电源；
加热器；
控制器，其被配置成控制电源向加热器供应功率；和
燃烧气体检测器，
其中控制器连接到燃烧检测器并且被配置成基于来自燃烧气体检测器的信号监测燃烧气体含量。
通过监测所生成燃烧气体的含量，控制器具有关于所生成气溶胶的组成的信息，而无需知道关于所使用的气溶胶形成基质的任何情况。燃气检测器可以是例如一氧化碳(CO)检测器或氮氧化物(NOx)检测器。一氧化碳是燃烧的已确立指标，并且特别是不完全燃烧的已确立指标。举例来说，在燃烧的香烟中，较重分子量的挥发性化合物“裂”成更小的分子，例如低分子量烃、一氧化碳和二氧化碳。由于在使用期间，尤其在用户抽吸之间，被输送到燃烧的香烟的氧气不充足而不能用于完全燃烧，因此会出现不完全燃烧。在燃烧期间也常常产生氮氧化物。氮氧化物包含一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，但常常缩写成NOx。在燃烧的生物质中，NOx通常由燃料结合氮产生。举例来说，植物类基质，例如烟草类基质含有大量的硝酸盐。燃烧气体检测器还可以是被配置成检测其它气体的检测器，所述其它气体例如含有一个或多个羧基或醛的气体，由于液体基质组分的燃烧，其可能在使用液体基质的电子烟中不当地生成。
如本文中所使用，术语“燃烧气体含量”可以指气流内燃烧气体的浓度或所检测燃烧气体的绝对量。
当燃烧气体含量超过第一阈值气体含量时，控制器可以被配置成降低对加热器的功率供应。优选地，控制器被配置成将给加热器的功率降低到对降低加热器或气溶胶形成基质的温度具有影响的含量。
替代地或另外，所述装置可以包括一指示器，并且控制器可以被配置成在燃烧气体含量超过第二阈值水平时激活指示器。指示器可以是所述装置上的视觉指示器，例如发光二极管(LED)或音频指示器，例如扬声器。随后用户可以选择中断使用所述装置直到指示器被解除激活。第一阈值水平可以与第二阈值水平相同或不同。
如本文中所使用，术语“气溶胶生成装置”涉及一种与气溶胶形成基质相互作用以生成气溶胶的装置。所述气溶胶形成基质可能是气溶胶生成制品的一部分，例如吸烟制品的一部分。气溶胶生成装置可以是一种吸烟装置，所述吸烟装置与气溶胶生成制品的气溶胶形成基质相互作用，以生成通过用户的口可直接吸入到用户的肺中的气溶胶。
如本文中所使用，术语“气溶胶形成基质”涉及一种能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的基质。这类挥发性化合物可以通过加热气溶胶形成基质而被释放出来。气溶胶形成基质可以便利地是气溶胶生成制品或吸烟制品的一部分。
如本文中所使用，术语“气溶胶生成制品”和“吸烟制品”指的是一种包括能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的气溶胶形成基质的制品。例如，气溶胶生成制品可以是一种吸烟制品，其生成通过用户的口可直接吸入到用户的肺中的气溶胶。气溶胶生成制品可以是一次性的。吸烟制品可以是烟杆或可以包括烟杆。
所述装置可以是电操作装置并且确切地说可以是电加热吸烟装置。
控制器可以被配置成计算预定时间段期间的累积或平均燃烧气体含量，并且将累积或平均燃烧气体含量与一种或多种阈值水平相比较。使用预定时间段(例如5秒或10秒)期间所收集的燃烧气体含量数据降低了假正确结果的可能性。控制器可以被配置成连续地监测燃烧气体含量，并且基于前述预定时间段期间所接收的燃烧气体含量数据来计算移动平均值。
控制器被配置成在燃烧气体含量达到停止水平时停止从电源向加热器供应功率。停止水平可以与第二阈值水平相同或不同。在一个实施例中，停止水平高于第一阈值水平。
控制器可以被配置成在控制器已停止向加热器供应功率后监测燃烧气体含量，并且可以被配置成如果燃烧气体含量仍然高于停止水平，那么激活指示器。这种指示器可以是音频或视觉指示器，并且当燃烧气体含量超过第二阈值时可以与所激活指示器不同。这允许在基质内检测自持燃烧。如果因燃烧而产生的热量足以引起进一步燃烧，而不需要来自加热器的额外热量，那么对用户发出警报并且其可以选择从所述装置中去除基质。
控制器可以被配置成调节电源向加热器供应功率，以维持燃烧气体含量低于第一阈值水平。可以使用反馈回路，使得控制器根据所检测燃烧气体的含量来连续地调节供应到加热器的功率。通过降低供应到加热器的功率，可以降低所生成燃烧气体含量。功率降低的量可以是预定量或可以是基于感测温度来控制的降低量。如前所述，控制器可以计算累积或平均燃烧气体含量以与第一阈值水平比较。这一控制回路可以与其它控制回路和控制策略结合使用，以调节供应到加热器的功率，其可以基于例如感测温度、加热器的电阻和所感测的空气流速。
所述装置可以包括空气入口和空气出口，并且在使用时气溶胶形成基质可以被安置于空气入口与空气出口之间的空气流径中。空气在通过空气入口、穿过或通过气溶胶形成基质到达空气出口时被吸入。在吸烟系统中，用户在空气出口上抽吸以吸入空气并且在其口中生成气溶胶(烟雾)。
燃烧气体检测器可以被定位成检测通过空气入口吸入所述装置中的燃烧气体，本文中称作侧流燃烧气体。在吸烟系统中，这允许检测不被用户直接吸入的“侧流”烟雾内的燃烧气体。
替代地，燃烧气体检测器可以被定位成检测靠近气溶胶形成基质或在其下游的燃烧气体，本文中称作主流燃烧气体。在吸烟系统中，这允许检测被用户直接吸入的“主流”烟雾内的燃烧气体。
用于判定是否降低或停止对加热器的功率供应并且判定是否激活指示器的燃烧气体的阈值水平取决于燃烧气体检测器是否被定位成检测侧流燃烧气体或主流燃烧气体。
如果燃烧气体检测器被配置成检测侧流CO，那么第一、第二和停止阈值可以在每秒0.002mg与0.02mg CO之间，并且优选在每秒0.004mg与0.009mg CO之间。
如果燃烧气体检测器被配置成检测侧流NOx，那么第一、第二和停止阈值可以在每秒0.9μg与4.2μg NOx之间，并且优选在每秒1.8μg与3.7μg NOx之间。
如果燃烧气体检测器被配置成单独检测侧流NO，那么第一、第二和停止阈值可以在每秒0.9μg与4.2μg NO之间，并且优选在每秒1.8与3.7μg NO之间。
如果燃烧气体检测器被配置成检测主流CO，那么第一、第二和停止阈值可以在每秒0.01mg与0.09CO之间，并且优选在每秒0.02与0.04mg CO之间。
如果燃烧气体检测器被配置成检测主流NOx，那么第一、第二和停止阈值可以在每秒0.4μg与1.6μg NOx之间，并且优选在每秒0.7μg与01.4μg NOx之间。
如果燃烧气体检测器被配置成检测主流NO，那么第一、第二和停止阈值可以在每秒0.4μg与1.6μg NO之间，并且优选在每秒0.7μg与01.4μg NO之间。
在所有情况下，停止阈值可以大于第一和第二阈值。
加热器可以包括由电阻材料形成的加热元件。合适的电阻材料包含但不限于：半导体例如掺杂陶瓷、电“传导”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成的复合材料。这类复合材料可以包括掺杂或无掺杂的陶瓷。合适的掺杂陶瓷的实例包含掺杂碳化硅。合适的金属的实例包含钛、锆、钽、铂、金以及银。合适的金属合金的实例包含含不锈钢、含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝合金、含钛合金、含锆合金、含铪合金、含铌合金、含钼合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金、含镓合金、含锰合金、含金合金、含铁合金以及以镍、铁、钴、不锈钢、
Figure BDA0001264123720000051
以及铁-锰-铝类合金为主的超合金。在复合材料中，电阻材料可以任选地嵌入绝缘材料中，由绝缘材料封装或由绝缘材料涂布或者反之亦然，这取决于能量转移的动力学和所需外部理化特性。
在本发明的第一和第二方面两者中，加热器可以包括内部加热元件或外部加热元件或这两者，其中“内部”和“外部”是针对气溶胶形成基质。内部加热元件可以采用任何合适形式。举例来说，内部加热元件可以采用加热片的形式。替代地，内部加热器可以采用具有不同导电部分的套管或基板，或电阻式金属管的形式。替代地，内部加热元件可以是贯穿气溶胶形成基质中心的一个或多个加热针或棒。其它替代方案包含加热线或丝，例如，Ni-Cr(镍-铬)、白金、钨或合金线或加热板。任选地，可以将内部加热元件沉积在刚性载体材料内或沉积在其上。在一个这类实施例中，可以使用具有温度与电阻率间定义关系的金属，形成电阻式加热元件。在这类示例性装置中，金属可在合适的绝缘材料(例如，陶瓷材料)上形成为迹线，然后夹在另一绝缘材料(例如，玻璃)中。以此方式形成的加热器可以用于加热和监控加热元件在操作期间的温度。
外部加热元件可以采用任何合适形式。例如，外部加热元件可以采用在介电基板(例如，聚酰亚胺)上的一个或多个柔性加热箔的形式。可使这类柔性加热箔成形，以与基板容纳空腔的周边一致。替代地，外部加热元件可以采用金属网格、柔性印刷电路板、模制互连装置(MID)、陶瓷加热器、柔性碳纤维加热器的形式，或可以使用涂层技术(例如，等离子体气相沉积)形成于合适的成形基板上。外部加热元件也可以使用具有温度与电阻率间定义关系的金属来形成。在这类示例性装置中，金属可以在两层合适绝缘材料之间形成为迹线。以此方式形成的外部加热元件可以用于加热和监控外部加热元件在操作期间的温度。
加热器有利地通过传导加热气溶胶形成基质。加热器可以至少部分地接触基质或在其上沉积基质的载体。替代地，可以通过导热元件将来自内部或外部加热元件的热传导到基质。
电源可以是任何合适电源，例如，DC电源。在一个实施例中，电源是锂离子电池。替代地，电源可以是镍金属氢化物电池、镍镉电池或锂基电池，例如锂钴、磷酸锂铁、钛酸锂或锂聚合物电池。
控制器可以包括微型控制器。所述微型控制器可以包含用于控制供应到加热器的功率的PID调节器。控制器可以被配置成以电功率脉冲形式给加热器供应功率。控制器可以被配置用于通过改变功率脉冲的工作周期来改变对加热器的功率供应。
优选地，控制器被配置成进行下文陈述的本发明第三方面的方法步骤。为进行本发明第三方面的方法步骤，控制器可以是固线式的。但是更优选地，可对控制器编程以进行本发明第三方面的方法步骤。
燃烧气体检测器优选是微型检测器。
气溶胶生成装置可以包括壳体。优选地，壳体为伸长的。壳体的结构，包含用于冷凝形成的表面区域将影响气溶胶特性和是否存在从装置的液体泄漏。壳体可以包括外壳和烟嘴。在这种情况下，所有组分可以含于外壳或烟嘴中。壳体可以包括任何合适的材料或材料的组合。合适材料的示例包含金属、合金、塑料或含有那些材料中的一种或多种的复合材料、或适于食品或制药应用的热塑性塑料，例如聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)和聚乙烯。优选地，所述材料是且轻型的且是不易破碎的。
优选地，气溶胶生成装置是便携式的。气溶胶生成装置可以是一种吸烟装置并且可以具有与传统雪茄或香烟可比较的尺寸。吸烟装置可以具有在约30mm与约150mm之间的总长度。吸烟装置可以具有在约5mm与约30mm之间的外径。
在第二方面中，提供一种气溶胶生成系统，其包括根据第一方面的气溶胶生成装置，和容纳于所述装置中或耦合到所述装置的气溶胶形成基质。
在本发明的第一和第二方面两者中，在操作期间，可在气溶胶生成装置内完全含有气溶胶形成基质。在这种情况下，用户可以用气溶胶生成装置的烟嘴进行抽吸。
替代地，在操作期间，可以在气溶胶生成装置内部分含有含气溶胶形成基质的吸烟制品。在这种情况下，用户可以直接用吸烟制品进行抽吸。加热元件可被安置在装置中的空腔内，其中所述空腔被配置成接纳气溶胶形成基质，使得在使用时加热元件在气溶胶形成基质内。
吸烟制品的形状可以是基本上圆柱形的。吸烟制品可以是基本上细长的。吸烟制品可以具有一定长度和基本上垂直于长度的周长。气溶胶形成基质的形状可以是基本上圆柱形的。气溶胶形成基质可以是基本上细长的。气溶胶形成基质可以具有一定长度和基本上垂直于长度的周长。
吸烟制品可以具有在约30mm和约100mm之间的总长度。吸烟制品可以具有在约5mm与约12mm之间的外径。吸烟制品可以包括过滤器塞。过滤器塞可以位于吸烟制品的下游端。过滤器塞可以是酯酸纤维素过滤器塞。过滤器塞长度在一个实施例中为约7mm，但可以具有约5mm到约10mm之间的长度。
在一个实施例中，吸烟制品具有约45mm的总长度。吸烟制品可以具有约7.2mm的外径。另外，气溶胶形成基质的长度可以是约10mm。替代地，气溶胶形成基质可以具有约12mm的长度。另外，气溶胶形成基质的直径可以在约5mm与约12mm之间。吸烟制品可以包括外包装纸。另外，吸烟制品可以包括在气溶胶形成基质与过滤器塞之间的间隔。间隔可以是约18mm，但可以在约5mm到约25mm的范围内。通过热交换器将间隔优选地填充在吸烟制品中，所述热交换器在气溶胶从基质穿过吸烟制品到过滤器塞时冷却所述气溶胶。热交换器可以是(例如)聚合物类滤膜，例如卷曲PLA材料。
在本发明的第一和第二方面两者中，气溶胶形成基质可以是固体气溶胶形成基质。替代地，气溶胶形成基质可以包括固体和液体成分两者。气溶胶形成基质可以包括含烟草材料，所述含烟草材料含有加热时从基质释放的挥发性烟草香味化合物。替代地，气溶胶形成基质可以包括非烟草材料。气溶胶形成基质可进一步包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的实例是甘油和丙二醇。
如果气溶胶形成基质是固体气溶胶形成基质，那么固体气溶胶形成基质可以包括(例如)以下各者中的一种或多种：粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或片材，所述片材含有草本植物叶、烟叶、烟草肋料、再造烟草、均质烟草、挤出烟草、落叶烟草和膨胀烟草中的一种或多种。固体气溶胶形成基质可以呈疏松形式，或可以提供在合适容器或匣体中。任选地，固体气溶胶形成基质可以含有在基质加热时释放的额外烟草或非烟草挥发性香味化合物。固体气溶胶形成基质也可以含有胶囊，例如胶囊包含额外烟草或非烟草挥发性香味化合物，且这类胶囊可以在固体气溶胶形成基质加热期间熔化。
如本文中所使用，均质烟草指通过团聚颗粒烟草形成的材料。均质烟草可以呈片材的形式。均质烟草材料可以具有在干重基础上含量大于5％的气溶胶形成剂。替代地，均质烟草材料可以具有在干重基础上按重量计含量在约5％与约30％之间的气溶胶形成剂。均质烟草材料的片材可以通过团聚颗粒烟草形成，所述颗粒烟草通过将烟草叶片和烟草叶梗中的一者或两者研磨或以其它方式粉碎而获得。替代地或另外，均质烟草材料的片材可以包括在(例如)烟草的处理、操作和运送期间形成的烟草尘、碎烟和其它颗粒烟草副产品中的一种或多种。均质烟草材料的片材可以包括为烟草内生粘合剂的一种或多种固有粘合剂、为烟草外生粘合剂的一种或多种外来粘合剂或其组合，以帮助团聚颗粒烟草；替代地或另外，均质烟草材料的片材可以包括其它添加剂，包含但不限于烟草和非烟草纤维、气溶胶形成剂、保湿剂、塑化剂、调味剂、填充剂、水性溶剂和非水性溶剂以及其组合。
任选地，固体气溶胶形成基质可以设置在热稳定载体上或嵌入在热稳定载体中。载体可以采用粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或片材的形式。替代地，载体可以是管状载体，其内表面，或外表面，或内外表面两者上沉积有固体基质薄层。这类管状载体可由(例如)纸、或纸状材料、非织造碳纤维垫、低质量开网金属丝网、或穿孔金属箔或任何其它热稳定的聚合物基质形成。
固体气溶胶形成基质可以以(例如)片材、泡沬、胶或浆的形式沉积在载体的表面上。固体气溶胶形成基质可以沉积在载体的整个表面上，或替代地，可以以图案方式沉积，以便在使用期间提供不均匀的香味递送。
虽然上文参考了固体气溶胶形成基质，但是所属领域的一般技术人员将清楚知道，可以将气溶胶形成基质的其它形式用于其它实施例。例如，气溶胶形成基质可以是液体气溶胶形成基质。液体气溶胶形成基质可以包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的实例是甘油和丙二醇。如果提供液体气溶胶形成基质，那么气溶胶生成装置优选地包括用于留住液体的装置。举例来说，可以在容器中留住液体气溶胶形成基质。替代地或另外，液体气溶胶形成基质可被吸入多孔载体材料中。多孔载体材料可以由任何合适的吸收塞或吸收体形成，例如，发泡金属或塑料材料、聚丙烯、聚酯纤维、尼龙纤维或陶瓷。在使用气溶胶生成装置前，可以将液体气溶胶形成基质留在多孔载体材料中，或者，可以在使用期间或使用前立即将液体气溶胶形成基质材料释放到多孔载体材料中。举例来说，可以将液体气溶胶形成基质设置在胶囊中。胶囊外壳优选地在加热时熔化并将液体气溶胶形成基质释放到多孔载体材料中。胶囊可以任选地含有固体以及液体。
替代地，载体可以是其中已经并入烟草组分的非织造织物或纤维束。非织造织物或纤维束可以包括(例如)碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生型纤维。
在本发明的第三方面中，提供一种控制对加热式气溶胶生成装置中的加热器的功率供应的方法，其包括：
监测所述装置中或所述装置周围的燃烧气体含量；和
如果燃烧气体含量超过燃烧气体的第一阈值水平，那么降低对加热器的功率供应。
所述方法可以进一步包括如果燃烧气体含量超过燃烧气体的第二阈值水平，那么激活所述装置上的指示器。
所述方法可以进一步包括控制对加热器的功率供应，以使燃烧气体含量维持在低于第一阈值水平。
所述方法可以包括在预定时间段内计算累积或平均燃烧气体含量，并且将累积或平均燃烧气体含量与一种或多种第一阈值水平比较。使用预定时间段(例如5秒或10秒)期间所收集的燃烧气体含量数据降低了假正确结果的可能性。所述方法可以包括连续地监测燃烧气体含量，并且基于前述预定时间段期间所接收的燃烧气体含量数据来计算移动平均值。
所述方法可以包括当燃烧气体含量达到停止水平时，停止从电源到加热器的功率供应。停止水平可以与第二阈值水平相同或不同。在一个实施例中，停止水平高于第一阈值水平。
所述方法可以包括在停止向加热器供应功率后，监测燃烧气体含量，并且如果燃烧气体含量仍然高于停止水平，那么激活指示器。这种指示器可以是音频或视觉指示器，并且当燃烧气体含量超过第二阈值时可以与所激活指示器不同。
虽然已通过参考不同方面来描述本发明，但是应清楚，关于本发明的一个方面所描述的特征可适用于本发明的其它方面。
附图说明
将参照附图仅通过举例方式进一步描述本发明，在所述附图中：
图1是根据本发明的第一电加热吸烟装置的示意性说明；
图2是说明由燃烧气体检测器提供的燃烧气体含量信息的一种用途的流程图；
图3是说明由燃烧气体检测器提供的燃烧气体含量信息的另一种用途的流程图；和
图4是根据本发明的替代性加热吸烟装置的示意性说明。
具体实施方式
在图1中，以简化方式显示电加热气溶胶生成装置100的一实施例的组件。确切地说，电加热气溶胶生成装置100的元件在图1中没有按比例来绘制。已省略与理解这个实施例无关的元件，以简化图1。
电加热气溶胶生成装置100包括壳体10和气溶胶形成基质12，例如，香烟。将气溶胶形成基质12推入壳体10内，以与加热器14热接近。气溶胶形成基质12将在不同温度下释放一系列挥发性化合物。通过将电加热气溶胶生成装置100的操作温度控制在低于一些挥发性化合物的释放温度，可以避免这些烟雾成分的释放或形成。
壳体10内具有电能供应16，例如，可充电锂离子电池。控制器18连接到加热元件14和电能供应16。控制器18控制供应到加热元件14的功率，以便调节它的温度。通常，气溶胶形成基质被加热到摄氏250与450度之间的温度。
壳体10包含空腔底部处的空气入口11，所述空腔在容纳气溶胶形成基质12的壳体中。在使用时，用户对香烟进行抽吸，并且通过空气入口11吸入空气，空气通过穿过加热器14的基质12，并且进入其口中。
在所述实施例中，加热元件14是沉积在陶瓷基板上的一个或多个电阻轨道。陶瓷基板呈片形，并且在使用时被插入到气溶胶形成基质12中。
控制器18也连接到燃烧气体检测器20，在这个例子中是一氧化碳(CO)检测器。控制器也连接到视觉指示器22和音频指示器24，所述视觉指示器在这个例子中是LED，所述音频指示器在这个例子中是被配置成发射警告声的扬声器，如将描述。
在图1中所示的实例中，燃烧气体检测器被定位成检测通过空气入口吸入的气流中的CO。这是侧流烟雾。燃烧气体检测器20连续地向控制器提供指示侧流烟雾中的CO的感测含量的信号。
图2说明其中控制器18使用来自检测器的燃烧气体含量的第一过程。在第一步骤200中，控制器接收来自检测器20的燃烧气体含量信号。可以在控制器的每一时钟周期对燃烧气体含量信号进行抽样，并且燃烧气体含量的数字值储存于存储器中。在控制器内，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器。在第二步骤210中，控制器使用检测器在前五秒期间所接收的信号计算平均燃烧气体含量。使用在显著长的时间段内所收集的数据降低了假正确结果的可能性，所述假正确结果是基于所检测燃烧气体含量的随机峰值。前五秒期间的燃烧气体平均含量在图2中被标记为L。
燃烧气体的阈值水平(高于这一水平，用户会被警告)储存于控制器内的非易失性存储器中。这一水平是气溶胶形成基质大量燃烧可能导致的水平。在图2中这指示为L1。在步骤220中，控制器将计算出的平均燃烧气体含量L与L1相比较。如果L大于L1，那么控制器进行到步骤230。在步骤230中，控制器激活指示器22或指示器24(如果其尚未被激活)以警示用户正在发生燃烧。随后用户可以选择停止抽烟或改变其抽吸行为以使基质冷却，或可以选择继续以相同方式抽吸。随后控制器返回到步骤200，再次开始所述过程。
如果在步骤220中控制器确定前五秒期间的燃烧气体平均含量小于L1，那么控制器进行到步骤240。在步骤240中，指示器22被解除激活(如果其还未被解除激活)，并且随后所述过程返回到步骤200。
以这种方式，系统向用户提供关于发生在气溶胶形成基质内的燃烧的信息。
在这个例子中，燃烧气体检测器是CO检测器，并且其被定位成测量侧流烟雾中的CO含量。阈值L1的水平被设定在高于通常在装置的非燃烧使用期间所预期的CO水平下。所燃烧的常规香烟的侧流烟雾中所检测的CO的平均量是约0.02mg/s。阈值L1被设定地非常低，在0.004与0.009mg/s之间。因此在气溶胶形成基质的完全的自持燃烧发生之前，用户将很好地收到一警告。
替代地或另外，可以使用NO或NOx检测器。再次，用于NO和NOx的阈值水平高于在系统的正常非燃烧操作期间所预期的水平，但远低于由常规香烟燃烧产生的NO或NOx的含量。在这个实施例中，NO和NOx的阈值水平L1将均在1.8与3.7μg/s之间。
图3说明一种更复杂的过程，其可以使用来自检测器20的燃烧气体含量由控制器18进行。在第一步骤300中，控制器接收来自检测器20的燃烧气体含量信号。可以在控制器的每一时钟周期对燃烧气体含量信号进行抽样，并且燃烧气体含量的数字值储存于存储器中。在控制器内，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器。在第二步骤310中，控制器使用检测器在前五秒期间接收的信号计算平均燃烧气体含量。前五秒期间的燃烧气体平均含量在图3中再次被标记为L。
在步骤320中，控制器18将平均燃烧气体含量L与停止阈值水平L2相比较。停止阈值水平是燃烧气体的相对较高含量，如将描述，高于所述水平停止向加热器供应功率。如果平均燃烧气体含量L不大于L2，那么控制器移动到步骤330，其中L与下限阈值L1相比。在图2的过程中，L1被设定在与L1大致相同的水平，并且是低于希望保持燃烧气体含量的水平。如果在步骤330中控制器确定L不大于L1，那么控制器返回到步骤300，而不激活任何指示器或调节供应到加热器的功率。但如果在步骤330中控制器确定L大于L1，那么控制器降低供应到加热器的功率，在这个例子中通过降低供应到加热器的功率脉冲的工作周期来进行。随后控制器返回到步骤300并且重复所述循环。燃烧气体含量与功率之间的这个反馈将在所检测燃烧气体的含量低于L1之前具有降低功率的作用，并且在正常操作中将使燃烧气体含量维持在低于L1。
如果在步骤320中控制器确定L大于L2，那么控制器停止向加热器供应功率并且激活指示器22。L2设定在比L1更高的水平下。对于侧流烟雾和CO检测，L2可以设定在约0.01mg/s下。如果超过水平L2，那么其指示发生显著水平的燃烧，将有可能在气溶胶中产生显著量的其它不合需要的组分。对于NO或NOx检测器，阈值L2设定在约4μg/s下。
为确定在气溶胶形成基质中燃烧是否仍发生，甚至在已终止对加热器的功率供应后仍发生，在步骤360中控制器重新计算L。在步骤350后之预定时间，比方说步骤350后5秒，可以进行步骤360。在步骤370中，将经过重新计算的L再次与L2相比较。如果L仍然高于L2，那么其指示在气溶胶形成基质中发生自持燃烧。随后在步骤380中，音频指示器24被激活以指示用户基质不应再使用并且其应从装置中去除基质。所述过程在步骤390结束并且装置断开。如果经过重新计算的L低于L2，那么控制器从步骤370直接进行到步骤390，并且装置被断电。
当最终用户有可能在装置中使用其挑选的气溶胶形成基质而非为用于所述装置经过特定设计并且由制造商认可的气溶胶形成基质时，参照图2和图3所描述的过程可能特别必要。加热式烟草产品中所使用的香烟通常含有甘油或另一种气溶胶形成剂，并且因此与常规香烟和松散切割烟草(loose cut tobacco)相比具有相对高的水分含量，如果烟草的香烟时间长的话尤其如此。与相对更湿的基质相比，干气溶胶形成基质将在更低的温度下燃烧。此外，装入装置中的气溶胶形成基质的量将影响使加热器达到既定温度所需的功率的量。
图4说明根据本发明的吸烟系统的替代类型，其允许用户在装置中使用松散烟草或其它基质。装置400包括炉室415，在炉室中装松散烟草412。炉子通过加衬炉室414的柔性加热器414加热。控制器418控制从电池410到加热器414的电功率供应。如图1装置中所描述，控制器也连接到CO检测器420、LED指示器422和音频指示器424。可以通过移开盖子413、将一定量的烟草装入炉室中并且随后重新放回盖子来将松散烟草装入炉子中。
装置400具有烟嘴432，在其上用户进行抽吸以将空气和生成的气溶胶吸入到装置中。空气被吸入装置中，通过空气入口411进入炉室，随后空气流过管道430，经过CO检测器420到达烟嘴432，并且随后进入用户的口中。可以在入口411中和到达管道430的入口处提供过滤器元件(图中未示)，以防止烟草阻断空气流径。
来自加热式气溶胶生成基质的蒸气被夹带在气流中并且吸入到管道中，与空气经过CO检测器。蒸气浓缩在气流中，形成气溶胶。
在这个实施例中可以看出，燃烧气体检测器420被配置成检测在气溶胶形成基质下游的直接通入用户口中的气体。这称作主流烟雾。因为在这个实施例中燃烧气体检测器检测主流烟雾，因此图2和图3的过程中所使用的阈值水平需要被设定成高于其用于描述于图1中的类型的装置(其中燃烧气体检测器被定位成检测侧流烟雾)的水平。
在这个例子中，燃烧气体检测器是CO检测器并且阈值L1的水平被设定在高于通常在装置的非燃烧用途期间所预期的CO含量的水平下。所燃烧的常规香烟的主流烟雾中所检测的CO的平均量是约0.09mg/s。因此主流烟雾的阈值L1被设定地非常低，在0.02与0.04mg/s之间。水平L2的阈值设定在约0.07mg/s下。
替代地或另外，可以使用NO或NOx检测器。再次，用于NO和NOx的阈值水平高于在系统的正常非燃烧操作期间所预期的水平，但远低于由常规香烟燃烧产生的NO或NOx的含量。在检测主流烟雾的这个实施例中，NO和NOx的阈值水平L1将均在0.7与1.4mg/s之间。L2的阈值水平可以设定在约1.5μg/s下。
应明确，上文所描述的示例性实施例是举例说明而不是限制性的。考虑到上述的示例性实施例，现在所属领域的普通技术人员将理解到与上文示例性实施例一致的其它实施例。

Claims (15)

1.一种气溶胶生成装置，其被配置成加热气溶胶形成基质，所述装置包括：
电源；
加热器；
控制器，其被配置成控制所述电源向所述加热器供应功率；和
燃烧气体检测器，
其中所述控制器连接到所述燃烧气体检测器并且被配置成基于来自所述燃烧气体检测器的信号监测燃烧气体含量，和其中所述控制器被配置成当所述燃烧气体含量超过第一阈值气体含量时降低对所述加热器的功率供应。
2.根据权利要求1所述的气溶胶生成装置，其进一步包括指示器，其中所述控制器被配置成当所述燃烧气体含量超过第二阈值水平时激活所述指示器。
3.根据权利要求中1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述装置是电加热吸烟装置。
4.根据权利要求中1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述燃烧气体检测器是一氧化碳(CO)检测器或氮氧化物(NOx)检测器。
5.根据权利要求中1所述的气溶胶生成装置，其中所述控制器被配置成计算预定时间段期间的累积或平均燃烧气体含量，并且将所述累积或平均燃烧气体含量与所述第一阈值水平相比较。
6.根据权利要求中2所述的气溶胶生成装置，其中所述控制器被配置成计算预定时间段期间的累积或平均燃烧气体含量，并且将所述累积或平均燃烧气体含量与所述第一或第二阈值水平相比较。
7.根据权利要求中1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述控制器被配置成当所述燃烧气体含量达到停止水平时停止所述电源向所述加热器供应功率。
8.根据权利要求7所述的气溶胶生成装置，其中所述控制器被配置成在所述控制器已停止向所述加热器供应功率后监测所述燃烧气体含量，并且被配置成如果所述燃烧气体含量仍然高于所述停止水平，那么激活指示器。
9.根据权利要求中1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述控制器被配置成调节所述电源向所述加热器供应功率，以维持所述燃烧气体含量低于阈值水平。
10.根据权利要求中1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述装置包括空气入口和空气出口，并且其中在使用时所述气溶胶形成基质被安置于所述空气入口与所述空气出口之间的空气流径中，并且其中所述燃烧气体检测器被安置成检测通过所述空气入口吸入的燃烧气体。
11.根据权利要求1或2所述的气溶胶生成装置，其中所述装置包括空气入口和空气出口，并且其中在使用时所述气溶胶形成基质被安置于所述空气入口与所述空气出口之间的空气流径中，并且空气通过所述空气入口被吸入，经过或通过所述气溶胶形成基质到达所述空气出口，并且其中所述燃烧气体检测器被安置成检测所述气溶胶形成基质附近或下游的燃烧气体。
12.一种气溶胶生成系统，其包括根据权利要求1到11中任一项所述的气溶胶生成装置，和容纳于所述装置中或耦合到所述装置的气溶胶形成基质。
13.根据权利要求12所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶形成基质包括含烟草材料，所述含烟草材料含有加热时从所述基质释放的挥发性烟草香味化合物。
14.根据权利要求13所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶形成基质是固体基质。
15.一种控制向加热式气溶胶生成装置中的加热器供应功率的方法，其包括：
监测所述装置中或所述装置周围的燃烧气体含量；和
如果所述燃烧气体含量超过燃烧气体的阈值水平，那么降低对所述加热器的功率供应。
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