CN108601406A - 具有液位确定的气溶胶生成系统和确定气溶胶生成系统中的液位的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种电操作气溶胶生成系统(100)，其包括：液体存储部分(113)，其存储能够生成气溶胶的液体(115)；电加热器(119)；毛细管芯(117)，其定位于所述液体存储部分(113)中的所述液体(115)与所述电加热器(119)之间且被配置成将液体(115)从所述液体存储部分(113)传送到所述电加热器(119)；和电路(109)，其连接到所述电加热器(119)，所述电路(109)被配置成：响应于用户输入而在蒸发时段内启动所述电加热器(119)以蒸发所述毛细管芯(117)中的液体(115)；在所述蒸发时段之后的第一预定时间在第二时段内启动所述加热器(119)；在所述第二时段期间记录所述加热器(119)的温度测量；和基于所述温度测量确定所述液体存储部分(113)中的液位。

Description

具有液位确定的气溶胶生成系统和确定气溶胶生成系统中的 液位的方法

技术领域

本发明涉及一种电操作气溶胶生成系统。具体地说，本发明涉及一种电操作气溶胶生成系统，其中气溶胶形成基质是液体且含于液体存储部分中。

背景技术

WO 2012/085203 A1公开一种具有液体存储部分的电加热吸烟系统。所述液体存储部分包含液体气溶胶形成基质且连接到蒸发器，所述蒸发器包括由电池电源供电的电加热器。电加热器通过用户在衔嘴上抽吸而被启动。蒸发器中所含有的加热过的气溶胶形成基质由经过启动的加热器蒸发。通过用户抽吸而沿着或通过蒸发器吸取的空气夹带且冷却蒸汽以生成气溶胶。所生成的气溶胶被吸取到衔嘴中且随后进入用户口中。基于施加于加热元件的功率与启动所述加热元件后所引起的加热元件温度改变之间的关系来确定液体气溶胶形成基质的耗减量。将所确定的耗减量指示给用户。

此途径依赖于如下事实：当加热元件附近存在较少液体时，对于给定的所施加功率，将以较高速率加热加热元件。因此，如果液体气溶胶形成基质被耗减到当用户启动加热器时加热元件附近的液体存在显著缩减的含量，那么当液体存储部分充满液体时，相比于在常规条件下，加热元件将存在明显地较高温度改变。这意味着可仅在液体存储部分中的液体的含量已经明显地耗减时确定液体耗减。这还意味着可仅在用户正在衔嘴上抽吸时确定液位。

期望的是提供尤其在液体存储部分几乎未空的时候更精确地确定液体存储部分中的液位的气溶胶生成系统。

发明内容

在本发明的第一方面，提供一种电操作气溶胶生成系统，其包括：

液体存储部分，其存储可生成气溶胶的液体；

电加热器；

毛细管芯，其定位于液体存储部分中的液体与电加热器之间且被配置成将液体从液体存储部分传送到电加热器；和

电路，其连接到电加热器，所述电路被配置成：

响应于用户输入而在蒸发时段内启动电加热器以蒸发毛细管芯中的液体，

在蒸发时段之后的第一预定时间，在第二时段内启动加热器，

在第二时段期间或紧接着第二时段之后，记录加热器的温度测量，和

基于温度测量确定液体存储部分中的液位。

在蒸发时段期间，管芯中的液体通过由电加热器产生的热蒸发。这意味着来自液体存储部分的液体将通过毛细作用被吸取到毛细管芯中以代替已经蒸发的液体。液体被吸取到管芯中的速率取决于液体存储部分中的液位。如果液体存储部分中存在大量液体，那么液体将以比在液体存储部分中仅存在少量剩余液体的情况下快的速率被吸取到管芯中。

如本文中所使用的“液位”指代液体存储部分中的一定量的液体。其可以是最大液体量的百分比或比例或其可以是绝对液体量。所述量可以是液体的质量或体积，或载体材料内的液体的密度。

如所描述，对于施加到电加热器的给定功率，加热器温度的增加的速率取决于加热器周围的环境且尤其取决于加热器附近的液体量。当加热元件附近存在较少液体时，对于给定的所施加功率，加热元件将被加热到较高温度。因此，在第二时段期间或紧接在第二时段之后所进行的温度测量提供关于管芯中的液体量的信息且因此提供液体在蒸发时段之后被吸取到管芯中的速率。温度测量优选地在第二时段期间进行，但可紧接在第二时段之后进行。在此内容背景中，“紧接在之后”意味着第二时段后的0秒与2秒之间。如果在第二时段之后进行温度测量，那么其优选地是在第二时段之后的0秒与0.5秒之间进行。

电操作气溶胶生成系统可以是电操作吸烟系统。电操作气溶胶生成系统可被配置成通过衔嘴部分将气溶胶递送给用户。用户可在衔嘴部分上吸入以将空气吸取到系统中且将所生成气溶胶吸取到系统之外而进入用户的嘴中。气流由于用户吸入可被检测到且用作开始蒸发时段的触发器。蒸发时段还可在取决于检测到的通过系统的气流的时间结束。

第一预定时间有利地短于管芯中的一定量的液体在蒸发时段之后达到平衡所需的时间。这意谓温度测量是在液体仍芯吸到毛细管芯上时进行且温度测量与液体的芯吸速率直接相关。平衡在此内容背景中意味着如下状况：其中液体不再被吸取到管芯中，因为管芯饱和或已与液体存储部分内的液体达到流体静力平衡。

然而，达到平衡所需的时间可取决于液体存储部分内的液位。第一预定时间有可能例如当液体存储部分相对充满液体时大于管芯中的一定量的液体在蒸发时段之后在一些状况期间达到平衡所需的时间，且第一预定时间有可能仅在液体存储部分变为空的时短于管芯中的一定量的液体在蒸发时段之后达到平衡所需的时间。

有利的是，电路被配置成启动加热器，使得加热器的温度在第二时段期间低于液体的蒸发温度。这意味着可在不蒸发大量液体的情况下进行液位确定。此降低液体消耗且降低所生成的气溶胶在系统内凝结的可能性，因为其尚未通过用户吸入而被吸出。

有利的是，在第二时段内启动加热器的步骤仅在第一预定时间期间在不存在另外用户输入的情况下实行。有利的是，在第二时段内启动加热器的步骤包括将预定功率施加到加热器。

通过在用户未在装置上吸入时的时段期间测量加热器温度，可获得更可靠的测量。加热器的温度不仅可取决于加热器附近的液体量而且亦取决于其它因素，所述因素中的一个可能是经过加热器的气流速率。由于用户抽烟而经过加热器的气流可对加热器具有冷却效应。当由于用户吸入的气流在吸入间且在用户间不一致时，此不可避免地使得用户吸入期间的基于温度的液位的确定较不可靠。通过在用户不在吸入时的时间测量温度，测量与用户吸入强度无关。

确定此类型的系统中的液位的大多数先前方法依赖于通过监测加热器启动来测量液体消耗。那需要了解初始液位且依赖于存储随时间的加热器启动数据。本发明不需要存储任何加热器启动数据或了解初始液位。这对于液体存储部分可由用户再填充到不同水平的系统尤其有利。

电路可被配置成在第二时段之后的第二预定时间在第三时段内启动加热器，在第三时段期间记录加热器的温度测量，和基于第三时段期间的加热器的温度测量与第二时段期间的加热器的温度测量的组合确定液体存储部分中的液位。具体地说，液体存储部分中的液位可基于第三时段期间的加热器的温度测量与第二时段期间的加热器的温度测量之间的差。

第三时段期间的加热器的温度测量和第二时段期间的加热器的温度测量指示那些时间的加热器附近的液体量。那些测量之间的差因此提供芯吸速率的量度。此布置具有如下优点：其与蒸发时段结束时的加热器周围的液体量无关。尽管蒸发时段结束时的加热器附近的剩余的液体量通常非常一致(且低)，但如果蒸发时段已经极短(由于例如短的或中止的用户吸入)，那么加热器附近的管芯中可存在剩余的异常高的液位。

作为替代方案或另外，蒸发时段的长度或在蒸发时段期间施加的总功率(或蒸发时段的一些其它参数)可被考虑到液位的确定中。可假设蒸发时段越长或蒸发时段期间施加的功率越大，则蒸发时段结束时加热器附近的液体越少。此可被考虑到基于单个温度测量的芯吸速率的计算中。

有利的是，电路被配置成启动加热器，使得加热器的温度在第三时段期间低于液体的蒸发温度。

优选地，第一预定时间、第一时段和第二预定时间的总和短于管芯中的一定量的液体在蒸发时段之后达到平衡所需的时间。这意味着当在第三时段期间测量加热器温度时，在液体仍芯吸到毛细管芯上时进行温度测量。

所述系统可包括一个或多个毛细管芯。一个或多个毛细管芯被布置成将液体气溶胶形成基质从液体存储部分传递到加热器。一个或多个毛细管芯可包括毛细管材料。毛细管材料是主动地将液体从材料的一端传送到另一端的材料。

毛细管材料的结构可包括多个小孔或小管，液体可通过毛细作用输送通过所述小孔或小管。毛细管材料可具有纤维状结构。毛细管材料可具有海绵状结构。毛细管材料可包括毛细管束。毛细管材料可包括多个纤维。毛细管材料可包括多条线。毛细管材料可包括细孔管。纤维、线与细孔管通常可对准以将液体传送到气溶胶生成装置。毛细管材料可包括纤维、线与细孔管的组合。毛细管材料可包括海绵状材料。毛细管材料可包括泡沫状材料。

毛细管材料可包括任何合适材料或材料的组合。合适材料的实例是海绵或泡沫材料；呈纤维或烧结粉末形式的陶瓷或石墨类材料；泡沫金属或塑料材料；例如由纺织或挤出纤维制成的纤维状材料，例如乙酸纤维素、聚酯或粘结聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维或陶瓷。毛细管材料可具有任何合适的毛细作用和多孔性，以便结合不同的液体物理属性来使用。液体气溶胶形成基质具有包括但不限于粘度、表面张力、密度、热导率、沸点和原子压力的物理属性，这允许通过毛细作用将液体输送通过毛细管材料。

一个或多个毛细管芯可具有第一端部和第二端部。第一端部可延伸到液体存储部分中以将容纳在液体存储部分中的液体吸取到加热器。第二端部可延伸到气溶胶生成系统的空气通路中。第二端部可包括一个或多个加热元件。第一端部和第二端部可延伸到液体存储部分中。加热器可包括一个或多个加热元件，所述一个或多个加热元件可被配置在第一端部与第二端部之间的管芯的中心部分处。在使用中，当在蒸发时段期间启动一个或多个加热元件时，一个或多个毛细管芯中的液体在一个或多个加热元件处和周围被蒸发。加热元件可包括加热丝或长丝。加热丝或长丝可支撑或包围一个或多个毛细管芯的一部分。

液体可具有物理属性，包含粘度，这允许液体通过毛细作用被输送通过一个或多个毛细管芯。

液体可包括尼古丁。含尼古丁的液体可以是尼古丁盐基质。液体可包括植物类材料。液体可包括烟草。液体可包括含烟草的材料，所述含烟草的材料含有在加热时从液体释放的挥发性烟草风味化合物。液体可包括均质化的烟草材料。液体可包括不含烟草的材料。液体可包括均质化的植物类材料。

液体可包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂是在使用时有助于形成浓稠并稳定的气溶胶并且在系统的操作温度下基本上对热降解具有抗性的任何合适的已知化合物或化合物的混合物。合适的气溶胶形成剂是所属领域中众所周知的，并且包含但不限于：多元醇，例如三乙二醇、1,3-丁二醇和丙三醇；多元醇的酯，例如甘油单、二或三乙酸酯；和单、二或聚羧酸的脂族酯，例如十二烷二酸二甲酯和十四烷二酸二甲酯。气溶胶形成剂可以是多元醇或其混合物，例如，三乙二醇、1,3-丁二醇和丙三醇。液体气溶胶形成基质可包括其它添加剂和成分，例如香料。

所述液体可包括水、溶剂、乙醇、植物提取物和天然或人工香料。液体可包括尼古丁和至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂可以是丙三醇。气溶胶形成剂可以是丙二醇。气溶胶形成剂可包括丙三醇和丙二醇两者。液体可具有在约0.5％与约10％之间的尼古丁浓度。

载体材料可布置在液体存储部分中，用于容纳液体。载体材料可由任何合适的材料吸收体制成，例如，发泡金属或塑料材料、聚丙烯、涤纶、尼龙纤维或陶瓷。在使用气溶胶生成系统之前，液体可保留在载体材料中。可在使用期间将液体释放到载体材料中。可在使用之前立即将液体释放到载体材料中。举例来说，液体可用胶囊提供。胶囊的壳可在由加热装置加热后熔化，且将液体气溶胶形成基质释放到载体材料中。胶囊可含有固体与液体的组合。

第二时段可在0.05秒与0.5秒之间。仅必需极短暂地启动加热器且在温度接近液体的蒸发温度之前测量所述温度。

第一预定时间段可在0.2秒与2秒之间。需要在再启动加热器之前提供冷却加热器的较短时间段以确保加热器返回到可预测温度，且因此其在加热器的后续启动期间保持低于液体的蒸发温度。然而，如所解释，还需要在液体被吸取到管芯上时，即在达到平衡之前，测量温度。针对第一预定时间段所选择的时间段将取决于所使用的毛细管芯的属性且取决于液体和加热器的属性。

电路可包括存储器，其中存储器存储将温度测量与液位相关的查找表。电路可被配置成比较所测量温度与所存储温度测量以确定液位。所测量温度或温差与液体存储部分中的液位之间的关系可凭经验来确定以用于气溶胶生成系统的特定设计且可存储于存储器中作为制造过程的部分。

电路可包括任何合适的组件。电路可包括微处理器。微处理器可以是可编程微处理器。

电路可被布置成控制对加热器的供电。电路可被配置成将预定功率供应到加热器。加热器可在由电路供应预定功率时启动。电路可被配置成监测供应到气溶胶生成装置的功率。

加热器可包括一个或多个加热元件。一个或多个加热元件可被适当地布置以便最有效地加热毛细管芯中的液体。一个或多个加热元件可被布置成主要借助于传导而加热液体。一个或多个加热元件可被布置成基本上与液体和管芯直接接触。一个或多个加热元件可被布置成通过一个或多个导热元件将热传递到液体。

一个或多个电加热元件可包括电阻材料。合适的电阻材料可包含：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。

一个或多个电加热元件可呈任何合适的形式。举例来说，一个或多个电加热元件可呈一个或多个加热叶片的形式。一个或多个电加热元件可呈具有不同导电部分的外壳或衬底，或一个或多个电阻金属管的形式。加热器可包括呈围绕管芯延伸的线圈的形式的一个或多个加热器长丝。

加热器可以是基本平坦的。如本文中所使用，“基本上平坦的”指代加热器呈基本上二维拓扑歧管形式。因此，基本平坦加热器基本上沿表面在两个维度上而非在第三维度上延伸。具体地说，基本加热器在表面内两个维度上的尺寸是垂直于所述表面的第三维度上尺寸的至少5倍。基本平坦加热器的一实例是两个基本平行表面之间的结构，其中这两个表面之间的距离基本上小于所述表面内的延伸。在一些实施例中，基本平坦加热器是平面的。在其它实施例中，基本平坦加热器沿一个或多个维度弯曲，例如形成圆顶形状或桥形状。

加热器可包括多个加热器长丝。术语“长丝”在本说明书通篇用以指代布置在两个电接触之间的电路径。长丝可分别任意地分叉和分开为若干路径或长丝，或可从若干电路径汇聚为一个路径。长丝可具有圆形、正方形、平坦的或任何其它形式的横截面。长丝可以笔直或弯曲方式布置。

多个长丝可以是例如平行于彼此布置的长丝阵列。长丝可形成网。网可以是织造或非织造的。多个长丝可定位得邻近或接触装纳气溶胶形成基质的毛细管芯。长丝可界定长丝之间的间隙且间隙可具有10μm与100μm之间的宽度。长丝可引起间隙中的毛细作用，使得在使用中，待蒸发的液体被抽取到间隙中，从而增加加热器组件与液体之间的接触面积。

在一个实例中，加热器包括由304L不锈钢形成的长丝网。长丝具有约16μm的直径。网连接到电接触，所述电接触通过间隔与彼此分离并且由具有约30μm厚度的铜箔形成。电接触设置在具有约120μm厚度的聚酰亚胺衬底上。形成网的长丝界定长丝之间的间隙。此实例中的间隙具有约37μm的宽度，但可使用更大或更小的间隙。使用这些概略尺寸的网允许气溶胶形成基质的弯月面形成于间隙中，并且允许加热器组件的网通过毛细作用吸取气溶胶形成基质。加热器放置得与容纳液体气溶胶形成基质的毛细管芯接触。毛细管材料容纳于刚性壳体内并且加热器延伸跨越壳体中的开口。

加热装置可包括电感性加热装置。

电路可被布置成测量一个或多个电加热元件的电阻。电路可被布置成通过测量通过一个或多个电加热元件的电流以及跨越一个或多个电加热元件的电压来测量一个或多个电加热元件的电阻。电路可被配置成从测量到的电流和电压确定至少一个加热元件的电阻。电路可包括与至少一个加热元件串联的具有已知电阻的电阻器，且电路可被布置成通过测量跨越电阻已知的电阻器的电压以及从测量到的电压和已知的电阻确定通过至少一个加热元件的电流来测量通过所述至少一个加热元件的电流。

电路可被配置成从电阻的测量确定一个或多个电加热元件的温度。如果一个或多个加热元件具有合适的特性，例如，合适的电阻温度系数，那么可从一个或多个加热元件的电阻的测量确定一个或多个加热元件的温度。

电操作气溶胶生成系统可包括两个温度传感器，即，第一温度传感器和第二温度传感器。第一温度传感器可以是布置在液体存储部分中的温度传感器，用于感测容纳在液体存储部分中的液体气溶胶形成基质的温度。第二温度传感器可被布置成感测加热器的温度。

电路可被配置成基于先前确定的液位或基于所存储的加热器启动数据而确定是否随后在蒸发时段之后的第一预定时间在第二时段内启动加热器。可能必需或需要在每一蒸发时段之后随后启动加热器。举例来说，可能需要在最近的确定是液位较高，比如高于最大容量的50％时，偶尔确定液位。可能需要在所确定的液位变得较低时更频繁地确定液位。仅在系统的每一使用阶段的第一蒸发时段之后确定液位可能是适当的。在吸烟系统的状况下，这意味着仅在每一吸烟阶段的第一吸入之后确定液位。

额外参数可被考虑到确定液位中，包含装置定向、液体温度、环境温度、液体的类型和加热器及管芯组件的类型中的一个或多个。举例来说，系统可包含一个或多个加速计以确定系统的定向。系统的定向可影响芯吸速率且因此可被考虑到确定液位中。电路可与不同液体存储部分和不同加热器一起使用。芯吸速率可取决于管芯和液体的属性。用于给定的所施加的功率的加热器的温度可取决于加热器的特性。液体的类型和系统中的加热器的类型的标识可用于确定液位。

电操作气溶胶生成系统可进一步包括用户接口，其中电路被配置成通过用户接口指示液体存储部分中的所确定液位。用户接口可以是显示器屏幕、例如LED的一个或多个视觉指示器、例如扬声器的音频指示器、触觉指示器，或不同指示器的某种组合。

液位可作为绝对液体量、最大液位的百分比、或作为液位大于或小于阈值液位的确定被指示给用户。液位是从多个液位确定获得的平均液位。基于芯吸速率确定的液位可与液位的其它确定和例如基于加热器启动时间的消耗估计的液体消耗估计或测量组合以提供经过改进的液位估计。

气溶胶生成系统可包括一个或多个电源。电源可以是电池。电池可以是基于锂的电池，例如，锂钴、磷酸锂铁、钛酸锂或锂聚合物电池。电池可以是镍金属氢化物电池或镍镉电池。电源可以是电荷存储装置的另一种形式，例如电容器。电源可能需要再充电且被配置用于许多充放电循环。电源可具有允许存储用于一次或多次吸烟体验的足够能量的容量；例如，电源可具有足够的容量以允许在大约六分钟(对应于吸常规香烟所花去的典型时间)的周期内或在六分钟的倍数的周期内连续生成气溶胶。在另一实例中，电源可具有足够容量以允许预定数目的吸入或加热装置和致动器的离散启动。

气溶胶生成系统可包括用户输入，例如，开关或按钮。这使用户能够接通系统。开关或按钮可启动气溶胶生成装置。开关或按钮可起始气溶胶生成。开关或按钮可使控制电子设备准备等待来自吸入检测器的输入。

气溶胶生成系统可包括壳体。壳体可以是细长的。壳体可包括任何合适材料或材料的组合。合适材料的实例包含金属、合金、塑料或含有一种或多种那些材料的复合材料，或适用于食物或医药应用的热塑性材料，例如聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)和聚乙烯。材料可能较轻而且不脆。

壳体可包括用于接纳电源的腔。壳体可包括衔嘴。衔嘴可包括至少一个进气口和至少一个出气口。衔嘴可包括多于一个进气口。进气口中的一个或多个可在气溶胶递送到用户之前降低气溶胶的温度，且可在气溶胶递送到用户之前降低气溶胶的浓度。

气溶胶生成系统可以是便携式的。气溶胶生成系统可具有相当于常规雪茄或香烟的大小。气溶胶生成系统可具有在约30mm与约150mm之间的总长度。气溶胶生成系统可具有在约5mm与约30mm之间的外径。

气溶胶生成系统可包括主要单元和筒。主要单元可包括电路。筒可包括用于容纳液体的液体存储部分。主要单元可被配置成可拆卸地接纳筒。

主要单元可包括一个或多个电源。主要单元可包括加热器。筒可包括加热器。在筒包括加热器的情况下，筒可被称为“雾化烟弹”。

气溶胶生成系统可包括气溶胶生成组件，所述气溶胶生成组件包括加热器。气溶胶生成组件可与主要单元和筒分离。气溶胶生成组件可由主要单元和筒中的至少一个可拆卸地接纳。

筒可以可拆卸地连接到主要单元。当液体已被消耗时，筒可从主要单元移除。筒优选是

一次性的。然而，筒可重复使用且筒可用液体可再填充。筒可在主要单元中可更换。主要单元可重复使用。

如本文中所使用，术语“可拆卸地接纳”用于表示筒和主要单元可彼此连接和分开，而不显著损坏主要单元或筒。

在本发明的第二方面中，提供一种用于确定电操作气溶胶生成系统中的液体的液位的方法，所述电操作气溶胶生成系统包括：液体存储部分，其存储可生成气溶胶的液体；电加热器；毛细管芯，其定位于液体存储部分中的液体与电加热器之间且被配置成将液体从液体存储部分传送到电加热器；和电路，其连接到电加热器，所述电路被配置成控制电加热器的启动，所述方法包括：

响应于用户输入而在蒸发时段内启动电加热器以蒸发毛细管芯中的液体，

在蒸发时段之后的第一预定时间，在第二时段内启动加热器，

在第二时段期间或紧接着第二时段之后记录加热器的温度测量；和

基于温度测量确定液体存储部分中的液位。

所述方法可进一步包括：在第二时段之后的第二预定时间在第三时段内启动加热器；在第三时段期间记录加热器的温度测量；和基于第三时段期间的加热器的温度测量与第二时段期间的加热器的温度测量的组合确定液体存储部分中的液位。具体地说，液体存储部分中的液位可基于第三时段期间的加热器的温度测量与第二时段期间的加热器的温度测量之间的差。

在本发明的第三方面中，提供一种在其上存储有计算机程序的计算机可读存储媒体，所述计算机程序当在电操作气溶胶生成系统中的可编程电路上运行时使得可编程电路执行本发明的第二方面的方法，所述电操作气溶胶生成系统包括：液体存储部分，其存储可生成气溶胶的液体；电加热器；毛细管芯，其定位于液体存储部分中的液体与电加热器之间且被配置成将液体从

液体存储部分传送到电加热器；和可编程电路，其连接到电加热器且被配置成控制电加热器的启动。

应清楚，本发明可实施为现有硬件上的软件更新。具体地说，有可能将软件更新提供到现有气溶胶生成系统，所述现有气溶胶生成系统包括：可编程微处理器，其用于控制系统的操作；和数据接口，其允许软件上载到微处理器。

关于本发明的一个方面所描述的本发明的特征可应用于本发明的其它方面。关于第一方面的电路被配置为操作的方式的特定特征可应用于本发明的第二方面的方法。

附图说明

将参考附图仅通过举例方式进一步描述本发明，在附图中：

图1展示具有液体存储部分的电操作气溶胶生成系统的一个实例；

图2是展示加热元件在电操作气溶胶生成系统的多次吸入期间的温度分布的五个中值的标绘图；

图3是低液位下的液体的芯吸的说明；

图4是从容纳在载体材料中的液体芯吸液体的说明；

图5是根据本发明的第一方面的启动加热器的说明；且

图6是根据本发明的第二方面的启动加热器的说明。

具体实施方式

图1展示根据本发明的电操作气溶胶生成系统的一个实例。然而，许多其它实例是可能的。图1是示意性的。具体地说，所展示部件个别地或相对于彼此并不成比例。气溶胶生成系统需要包含或接纳气溶胶形成基质。气溶胶生成系统需要用于从液体生成气溶胶的加热器和用于将液体传送到加热器的管芯或毛细管材料。但可改变系统的其它方面。举例来说，壳体的整体形状和大小可变更。

在图1中，装置是具有液体存储部分的吸烟装置。图1的吸烟装置100包括具有衔嘴端部103和主体端部105的壳体101。在主体端部中，提供呈电池107形式的电源和呈硬件形式的电路109以及吸入检测装置111。在衔嘴端部中，提供呈含有液体115的筒113形式的液体存储部分、毛细管芯117和加热器119，所述加热器包括至少一个加热元件。应注意，加热器仅示意性地展示于图1中。毛细管芯117的一个端部延伸到筒113中，且毛细管芯117的另一端部被加热器119环绕。加热器通过连接件121连接到电路。壳体101还包含进气口123、衔嘴端部处的出气口125以及气溶胶形成室127。

在使用时，操作如下。将液体115通过毛细作用从液体存储部分113从延伸到液体存储部分中的管芯117的端部传送到管芯的由加热器119环绕的另一端部。当用户在气溶胶生成系统上在出气口125处吸取时，将环境空气吸取通过进气口123。在图1中所展示的布置中，吸入检测系统111感测吸入并且启动加热器119。电池107向加热器119供应电能以加热管芯117的被加热器环绕的端部。管芯117的所述端部中的液体通过加热器119蒸发从而产生过饱和蒸汽。

所产生的过饱和蒸汽与空气流混合并且在所述空气流中从进气口123进行载送。在气溶胶形成室127中，蒸汽冷凝以形成可吸入气溶胶，所述可吸入气溶胶朝向出口125载送且进入用户口中。

同时，经过蒸发的液体替换为通过毛细作用沿着管芯117移动的其它液体。

毛细管芯可由多种多孔或毛细管材料制造，并且优选地具有已知的预定毛细作用。实例包含呈纤维或烧结粉末形式的陶瓷类或石墨类材料。具有不同孔隙率的管芯可用以适应不同液体物理属性，例如密度、粘度、表面张力和蒸汽压。管芯必须适合以便所需量的液体可递送到加热元件。

加热器在此实例中包括围绕毛细管芯延伸的加热丝或长丝。加热元件的温度通过测量加热器的电阻来测量。加热丝具有电阻温度系数，其允许从电阻的测量对加热器温度进行准确确定。电路可包括与加热丝串联连接的具有已知的电阻的电阻器，且电路可被布置以通过测量跨越电阻已知的电阻器的电压且从所测量的电压和已知的电阻确定通过至少一个加热元件的电流来测量通过至少一个加热元件的电流。

当给定量的功率施加到加热器时的加热元件的温度增加的速率取决于环绕加热器的环境，且尤其取决于加热器附近的液体量。加热元件周围的液体越多，则损失到液体的热将越多，从而会减缓加热元件的温度增加的速率。因此，加热元件在变热时的加热元件的温度取决于管芯中的液体量，所述液体量又取决于在已经达到平衡之前的时间处的液体的芯吸速率。

图2是展示当电加热器因用户请求生成气溶胶而启动时在对气溶胶生成系统的多次吸入期间所测量的温度分布的五个中值的标绘图。在y轴上展示加热元件的温度T，且在x轴上展示吸入时间t。曲线201是第一组吸入的中值，每次吸入具有2秒的吸入持续时间。类似地，曲线203是第二组吸入的中值，曲线205是第三组吸入的中值，曲线207是第四组吸入的中值，且曲线208是第五组吸入的中值。在每个曲线中，竖直条(例如209处所展示)指示在那些温度的中值周围的标准偏差。因此，展示在液体存储部分的寿命内所测量的温度的演变。对于所有蒸发的液体调配物且对于所有使用的功率电平，观测到和确认此特性。

如从图2可见，在曲线201、203和205上，加热元件的温度响应相当稳定。也就是说，前三组吸入的中值周围的标准偏差相当小。在曲线207上，两个效应显著。首先，第三组吸入的中值周围的标准偏差较大。其次，加热元件的温度在每次吸入期间显著地增加。这两个效应是液体存储部分变空的结果，使得较少液体通过管芯被递送到加热器。

在曲线208上，第五组吸入的中值周围的标准偏差再一次较小。也就是说，在吸入中的温度范围相当稳定。然而，加热元件的温度在每次吸入期间进一步增加。这是因为液体存储部分大体上为空的。

相比于曲线205，曲线207中的温度增加在吸入大约0.4秒(通过虚线211展示)之后尤其明显。因此，加热元件附近的液体量的检测差异准确地基于吸入持续时间0.4秒后的加热元件的温度水平。

图2表明当液体存储部分变空时存在明显的加热元件温度增加。这在首次0.4秒吸入之后尤其明显。这种温度增加可用以确定液体存储部分何时为空或近似空。

还可在图2中看到，0秒与0.2秒之间的温度分布斜率随着液体存储部分变空而增加。因此，在液体存储部分的寿命中，在吸入初始时间期间的温度增加的速率量度可提供替代的或另外的方式来检测液体存储部分中剩余的液体量。

然而，如果在液体是在蒸发时段之后被吸取到管芯上时进行测量，那么即使当液体存储部分相对满时，此技术也可用于确定液位。液体到管芯上的芯吸的速率取决于液体存储部分中的液位。可通过在第一时间确定管芯上的液体量、在预定时间后(当液体仍芯吸到线圈上时)确定管芯上的液体量且接着将液体量的差除以预定时间来确定芯吸的速率。管芯中的液体量与加热器启动的早期的加热元件的温度相关，如上文所描述。因此，通过在液体仍被吸取到管芯上时测量加热元件在不同时间的温度，可获得芯吸速率的量度。

图3说明液体存储部分中的液位可影响液体被芯吸到加热元件的速率的方式的一个实例。图3中的管芯300是纤维管束，其实际上产生液体被吸取通过的多个毛细血管。呈卷绕长丝形式的加热元件310缠绕管芯300的一个端部。管芯的相对端部延伸到液体存储槽320中，所述液体存储槽的一半填充有液体。图3说明液体在沿着管芯300被吸取到加热元件310时的液体的进程，其中初始状态在左边展示且最终状态(平衡)在右边展示。当系统倾斜时，如图3中所展示，管芯的区域且特别是与液体接触的管芯的端部的区域缩小。这会降低芯吸速率。液体跨越管芯侧向传递到管芯的不与管芯接触的所述部分中。这相比于沿着毛细血管向上芯吸是一个较慢过程。

液位越低，则管芯的与管芯接触的端部的区域越小且因此芯吸速率越低。当然，系统将未必总是从竖直方向倾斜一个特定角度，但也不会保持完全竖直。还有一些液体将通过管芯的侧壁被吸取到管芯中。平均来说，液体槽中的液位越低，则液体到管芯上的的芯吸速率越低。

图4展示液位影响芯吸速率的方式的第二实例。图4说明如图3中的管芯400、加热元件410和液体槽420。但在图4中所展示的实例中，液体槽420包括液体载体材料430。当消耗液体槽中的液体且液位下降时，液体跨越液体载体材料分布且因此液体密度下降。这意味着，当液位下降时，与管芯的端部接触的液体的量缩小。这会降低芯吸速率。图4a展示相对较满的液体槽且图4b展示较空的液体槽，且具有对应的较低的沿着管芯向上的较低芯吸速率。

基于芯吸速率的液位可以数个方式确定。图5说明用于通过基于单个加热器启动确定芯吸速率而确定液位的控制过程的第一实施例。图5的过程依赖于如下假设：在启动加热器以蒸发管芯中的液体之后，管芯附近的液体量是不变的。因此，紧接在用户启动加热器之后的液位的量度未经测量，但已经在制造或装置开发期间的校准过程期间加以确定。

图5说明加热器随时间的启动。在图5中，功率响应于用户吸入而被施加到加热器，如蒸发时段500所说明。功率响应于用户吸入而施加到加热器在时间t₀处结束。在时间t₀处，管芯中的液体由于蒸发而耗减。在时间t₁处，功率在第二时段510内再次施加到加热器，所述时间t₁是t₀之后的预定恒定时段。第二时段510短于蒸发时段500且十分短使得加热器在第二时段期间达不到液体的蒸发温度。在时间t₂处，测量加热器的温度，所述时间t₂是第二时段510的结束或接近第二时段510的结束。时间t₂被选择为在达到平衡之前即使液体存储部分满了时液体仍被吸取到管芯上的时间。因为时间t₀处的管芯中的液位和加热器的温度及冷却速率被假设为在吸入间是不变的，所以时间t₂处的加热器的温度与液体到管芯上的芯吸速率直接相关且因此与液体存储部分中的液位相关，如所描述。

用于气溶胶形成基质的特定设计和用于特定系统设计的经验数据可存储在电路中的存储器中。此经验数据可将加热元件在t₂处的温度与液体存储部分中剩余的液体量相关。所述经验数据接着可用于确定剩余多少液体且可用于向用户提供液位的指示或估计液位低于阈值水平的指示。

图6是用于基于两个加热器启动确定液位的控制过程的第二实施例。在图6中，功率响应于用户吸入而被施加到加热器，如蒸发时段600所说明。功率响应于用户吸入而施加到加热器在时间t₀处结束。在时间t₀处，管芯中的液体由于蒸发而耗减。在时间t₁处，功率在第二时段610内再次施加于加热器，所述时间t₁是t₀之后的设定时段。第二时段610短于蒸发时段600，且十分短使得加热器达不到液体的蒸发温度。在时间t₂处，测量加热器的温度，所述时间t₂是第二时段610的结束或接近第二时段610的结束。在时间t₃处，功率在第三时段620内再次施加于加热器，所述时间t₃是t₀之后的设定时段。第三时段620短于蒸发时段600，且十分短使得加热器达不到液体的蒸发温度。在时间t₄处，再次测量加热器的温度，所述时间t₄是第三时段620的结束或接近第三时段620的结束。时间t₄被选择为在达到平衡之前即使液体存储部分满了时液体仍被吸取到管芯上的时间。

从时间t₂处的温度测量确定时间t₂处的加热器处的液位。从时间t₄处的温度测量确定时间t₄处的加热器处的液位。从时间t₂处的加热器处的液位与时间t₄处的加热器处的液位之间的差除以t₂与t₄之间的时间差来确定芯吸速率。如所描述，在使用存储于电路中的存储器中的经验数据的情况下，所确定的芯吸速率可与液体存储部分中的液位相关。接着可向用户提供液位的指示。

如参考图5或图6所描述的液位的确定可在用户连续启动加热器之后重复，且可确定平均液位且将其指示给用户。还可能组合所描述的液位估计方法与其它技术以提供经过改进的液位的估计，其它技术例如基于用户启动加热器的数目或测量确定液体消耗的技术。

还可修改液位的估计以考虑其它效应，例如可能影响芯吸速率的环境温度或液体温度，或可能影响紧接在蒸发时段之后的管芯中的液体量的蒸发时段的长度。

本发明适用于管芯、加热器和液体存储部分的不同物理布置。经验数据可被存储用于每一可能布置且用于不同液体和用户。举例来说，管芯可在两个端部处延伸到液体存储部分中，且加热器处于两个端部中间的位置处。加热器、管芯和液体存储部分还可设置在可与电路分离的筒或“雾化烟弹”中。电路可存储与多个不同筒或雾化烟弹设计相关的经验数据，所述多个不同筒或雾化烟弹设计可存储不同液体。

本发明具有数个优点。测量芯吸速率提供估计液位而不用必须不断地监测且存储关于系统使用的信息的方式。因此，本发明的方法相比于依赖于不断地监测加热器使用的先前方法实施起来更便宜且更简单。

本发明可同等地适用于雾化烟弹和基于槽的系统，其中可再填充液体存储部分。本发明可用于开始的液位是未知的系统中。

本发明使用加热器的自动启动，其不依赖于用户启动期间的测量。相比于用户启动可更精确地控制自动启动。每次用户使用装置时，不需要实施自动启动。可通过自我启动的不频繁使用来极大地降低功率消耗。

本发明可通过修改来实施以控制现有系统中的程序。有可能仅将软件和数据提供到现有系统以便实施本发明。

Claims (15)

1.一种电操作气溶胶生成系统，其包括：

液体存储部分，其存储能够生成气溶胶的液体；

电加热器；

毛细管芯，其定位于所述液体存储部分中的所述液体与所述电加热器之间且被配置成以芯吸速率将液体从所述液体存储部分传送到所述电加热器；和

电路，其连接到所述电加热器，所述电路被配置成：

响应于用户输入而在蒸发时段内启动所述电加热器以蒸发所述毛细管芯中的液体，

在所述蒸发时段之后的第一预定时间，在第二时段内启动所述加热器，

在所述第二时段期间或紧接着所述第二时段之后记录所述加热器的温度测量，其中所述温度测量与所述芯吸速率相关，和

基于所述温度测量确定所述液体存储部分中的液位。

2.根据权利要求1所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述第一预定时间短于所述管芯中的一定量的液体在所述蒸发时段后达到平衡所需的时间。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述电路被配置成启动所述加热器使得所述加热器的温度低于在所述第二时段期间的所述液体的蒸发温度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述电路被配置成在所述第二时段之后的第二预定时间在第三时段内启动所述加热器且在所述第三时段期间记录所述加热器的温度测量，并基于所述第三时段期间的所述加热器的所述温度测量与所述第二时段期间的所述加热器的所述温度测量的组合确定所述液体存储部分中的液位。

5.根据权利要求4所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述电路被配置成启动所述加热器使得所述加热器的温度低于在所述第三时段期间的所述液体的蒸发温度。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述第一预定时间、所述第一时段和所述第二预定时间的总和短于所述管芯中的一定量的液体在所述蒸发时段以后达到平衡所需的时间。

7.根据任一前述权利要求所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述毛细管芯具有纤维状或海绵状结构。

8.根据任一前述权利要求所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述液体存储部分中的所述液体保留在液体载体材料中。

9.根据任一前述权利要求所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述第二时段在0.05秒与0.5秒之间。

10.根据任一前述权利要求所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述第一预定时间段在0.2秒与2秒之间。

11.根据任一前述权利要求所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述电路包括存储器，其中所述存储器存储将温度测量与液位相关的查找表。

12.根据任一前述权利要求所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述电路被配置成基于先前确定的液位或基于所存储的加热器启动数据而确定是否随后在所述蒸发时段之后的第一预定时间在第二时段内启动所述加热器。

13.根据任一前述权利要求所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述电操作气溶胶生成系统是电操作吸烟系统。

14.一种用于确定电操作气溶胶生成系统中的液体的液位的方法，所述电操作气溶胶生成系统包括：液体存储部分，其存储能够生成气溶胶的液体；电加热器；毛细管芯，其定位于所述液体存储部分中的所述液体与所述电加热器之间且被配置成将液体从所述液体存储部分传送到所述电加热器；和电路，其连接到所述电加热器，所述电路被配置成控制所述电加热器的启动，所述方法包括：

响应于用户输入而在蒸发时段内启动所述电加热器以蒸发所述毛细管芯中的液体，

在所述蒸发时段之后的第一预定时间，在第二时段内启动所述加热器，

在所述第二时段期间或紧接着所述第二时段之后记录所述加热器的温度测量；和

基于所述温度测量确定所述液体存储部分中的液位。

15.一种在其上存储有计算机程序的计算机可读存储媒体，所述计算机程序在电操作气溶胶生成系统中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的方法，所述电操作气溶胶生成系统包括：液体存储部分，其存储能够生成气溶胶的液体；电加热器；毛细管芯，其定位于所述液体存储部分中的所述液体与所述电加热器之间且被配置成将液体从所述液体存储部分传送到所述电加热器；和可编程电路，其连接到所述电加热器且被配置成控制所述电加热器的启动。