CN110022706A - 用于气溶胶递送设备的可再充电的锂离子电容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气溶胶递送设备，其包括被配置成保存气溶胶前体组合物的储集器、加热元件、以及与包括加热元件的电负载连接的电源。电源包括配置为向电负载提供电力的锂离子电容器(LIC)、以及连接到LIC且在LIC和电负载之间的DC‑DC转换器。气溶胶递送设备还包括微处理器，该微处理器被配置成以活动模式进行操作，在该活动模式中微处理器被配置成将电力从电源引导到加热元件，并且由此控制加热元件以激活和蒸发气溶胶前体组合物的组分。

Description

用于气溶胶递送设备的可再充电的锂离子电容器

技术领域

本公开涉及诸如吸烟制品之类的气溶胶递送设备，并且更具体地涉及可利用电热来生成气溶胶的气溶胶递送设备(例如，通常被称为电子烟的吸烟制品)。吸烟制品可被配置成加热气溶胶前体，该气溶胶前体可结合可由烟草制得或来源于烟草或以其他方式结合烟草的材料，所述前体可形成供人消耗的可吸入物质。

背景技术

多年来已经提出许多吸烟设备作为对需要燃烧烟草以供使用的吸烟产品的改进品或替代品。这些设备中的许多设备已被设计成提供与香烟、雪茄或烟斗吸烟相关的感觉，但不递送由于烟草燃烧而产生的大量不完全燃烧物和热解产物。为了这个目的，已提出了众多代替的吸烟产品、风味产生器和药用吸入器，其利用电能来蒸发或加热挥发性材料，或尝试在不燃烧烟草至很大程度的情况下提供香烟、雪茄或烟斗的感觉。参看例如阐述于在Collett等人的美国专利第8,881,737号，Griffith Jr.等人的美国专利申请公开第2013/0255702号、Sebastian等人的美国专利申请公开第2014/0000638号、Sears等人的美国专利申请公开第2014/0096781号、Ampolini等人的美国专利申请公开第2014/0096782号和Davis等人的美国专利申请公开第2015/0059780号以及Watson等人于2016年7月28日提交的美国专利申请第15/222,615号中描述的背景技术中陈述的各种替代的吸烟制品、气溶胶递送设备和热生成源，所述文献全部通过引用的方式并入本文中。另见，例如，Counts等人的美国专利第5,388,594号和Robinson等人的美国专利第8,079,371号的背景部分中描述的产品和加热配置的各种实施例以引用的方式并入本文中。

然而，期望提供一种具有改进的电子器件(诸如可以扩展设备的可用性)的气溶胶递送设备。

发明内容

本公开涉及气溶胶递送设备、形成这种设备的方法、以及这种设备的元件。本公开包括但不限于以下实施例。

实施例1：气溶胶递送设备，其包括：至少一个壳体,该至少一个壳体封围配置成保持气溶胶前体组合物的储集器；加热元件；电源，该电源在控制主体与料筒耦合时，与包括加热元件的电负载连接，该电源包括配置为向电负载提供电力的锂离子电容器(LIC)、以及连接到LIC且在LIC和电负载之间的DC-DC转换器；以及微处理器，该微处理器被配置成以活动模式进行操作，在该活动模式中的微处理器被配置成将电力从电源引导到加热元件，并且由此控制加热元件以激活和蒸发气溶胶前体组合物的组分。

实施例2：任何前述的实施例或其任意组合的气溶胶递送设备，其中LIC所具有的容量在200到400法拉的范围内。

实施例3：任何前述的实施例或其任意组合的气溶胶递送设备，其中DC-DC转换器是开关调节器。

实施例4：任何前述的实施例或其任意组合的气溶胶递送设备，其中电源还包括与该LIC并联连接的缓冲电路。

实施例5：任何前述的实施例或其任意组合的气溶胶递送设备，其中电源还包括连接在DC-DC转换器和电负载之间的二极管。

实施例6：任何前述的实施例或其任意组合的气溶胶递送设备，其中DC-DC转换器具有输入和输出，且二极管具有阳极和阴极，并且其中该DC-DC转换器的输入和输出分别连接到LIC和二极管的阳极且该二极管的阴极连接到电负载。

实施例7：任何前述的实施例或其任意组合的气溶胶递送设备，其中电源还包括可与能量源连接的端子，LIC可从该能量源充电。

实施例8：任何前述的实施例或其任意组合的气溶胶递送设备，其中气溶胶前体组合物至少包括甘油和尼古丁。

实施例9：一种与料筒耦合或者能够与料筒耦合的控制主体，该料筒配备有加热元件且包含气溶胶前体组合物，该控制主体与料筒耦合或者能够与料筒耦合以形成气溶胶递送设备，在该气溶胶递送设备中，加热元件被配置为激活并且蒸发气溶胶前体组合物的组分，该控制主体包括：电源，该电源在控制主体与料筒耦合时，与包括加热元件的电负载连接，该电源包括配置为向电负载提供电力的锂离子电容器(LIC)、以及连接到LIC且在LIC和电负载之间的DC-DC转换器；以及微处理器，该微处理器被配置成以活动模式进行操作，在所述活动模式中，所述控制主体与所述料筒耦合，该活动模式中的微处理器被配置成将电力从电源引导到加热元件，并且由此控制加热元件以激活和蒸发气溶胶前体组合物的组分。

实施例10：任何前述的实施例或其任意组合的控制主体，其中LIC所具有的容量在200到400法拉的范围内。

实施例11：任何前述的实施例或其任意组合的控制主体，其中DC-DC转换器是开关调节器。

实施例12：任何前述的实施例或其任意组合的控制主体，其中电源还包括与该LIC并联连接的缓冲电路。

实施例13：任何前述的实施例或其任意组合的控制主体，其中电源还包括连接在DC-DC转换器和电负载之间的二极管。

实施例14：任何前述的实施例或其任意组合的控制主体，其中DC-DC转换器具有输入和输出，且二极管具有阳极和阴极，并且其中该DC-DC转换器的输入和输出分别连接到LIC和二极管的阳极且该二极管的阴极连接到电负载。

实施例15：任何前述的实施例或其任意组合的控制主体，其中电源还包括可与能量源连接的端子，LIC可从该能量源充电。

实施例16：任何前述的实施例或其任意组合的控制主体，其中气溶胶前体组合物至少包括甘油和尼古丁。

通过阅读以下详细描述连同下文简要描述的附图，本公开的这些和其他特征、方面和优点将是显而易见的。本公开包含阐述于本公开中的两个、三个、四个或更多个特征或元件的任何组合，而不管这类特征或元件是否在本文中所描述的特定实施例中明确地组合或以其它方式引用。本公开旨在从整体上阅读，使得本公开的任何可分离的特征或元件在其方面和实施例中的任何一个应当被视为可组合的，除非本公开的上下文另有明确说明。

因此，将理解，本发明内容是仅出于概述一些实施例以便提供本公开的一些方面的基本理解的目的而提供的。因此，将理解，以上所描述的实施例仅是示例，且不应解释为以任何方式限制本公开的范围或精神。通过结合附图所做出的以下详细描述，其它实施例、方面和优点将变得显而易见，附图通过示例的方式示出了一些所描述的实施例的原理。

附图说明

因此，已经以前述总括方式对本公开作了描述，现在参照附图，这些附图不一定按比例绘制，且在附图中：

图1图示根据本公开的实施例的包括耦合至控制主体的料筒的气溶胶递送设备的侧视图；

图2是根据各种实施例的气溶胶递送设备的局部剖视图；

图3图示根据各种实施例的气溶胶递送设备的控制主体和料筒的各种元件；以及

图4图示根据实施例的用于气溶胶递送设备的包括锂离子电容器(LIC)的电源。

具体实施方式

现在将在下文中参考本公开的实施例更充分地描述本公开。描述这些实施例以使得本公开透彻且完整，且将本公开的范围充分传达给所属领域的技术人员。实际上，本公开能以许多不同形式来具体化，且不应解释为限于本文中所阐述的实现方案；相反，提供这些实现方案，使得本公开将满足适用的法律要求。如在说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一(a/an)”，“所述(the)”及类似用语包括多个指示物。此外，虽然这里可以参考定量测量、值、几何关系等，但除非另有说明，否则这些参考中的任何一个或多个(如果不是全部)可以是绝对的或近似的，以说明可以发生的可接受的变化，诸如由于工程公差等引起的变化。

如下文中所描述的，本公开的实施例涉及气溶胶递送设备。根据本公开的气溶胶递送设备使用电能来加热材料(优选无需将材料燃烧到任何显著程度)以形成可吸入物质；并且这类系统的部件具有制品的形式，最优选的是视为手持式设备的充分紧凑型。即，优选的气溶胶递送设备的部件的使用不导致在主要由于烟草燃烧或热解的副产物产生的气溶胶的意义上的烟雾的产生，相反，那些优选系统的使用导致由于其中结合的某些组分的挥发或蒸发所引起的蒸汽的产生。在一些实施例中，气溶胶递送设备的部件可以被表征为电子烟，并且那些电子烟最优选地结合烟草和/或来源于烟草的组分，且因此以气溶胶形式递送来源于烟草的组分。

某些优选的气雾剂递送设备的气雾剂生成件可以提供抽吸通过点燃和燃烧烟草(并因此吸入烟草烟雾)而使用的香烟、雪茄或烟斗的许多感觉(例如，吸入和呼气仪式，味道或风味的类型，感官效果，身体感觉，使用仪式，诸如由可见气雾剂提供的那些的视觉线索等)，而其任何组分没有任何实质程度的燃烧。例如，本公开的气溶胶生成件的用户可极类似于吸烟者使用传统类型的吸烟制品来握持且使用所述件，在所述件的一个端部上抽吸以吸入由所述件产生的气溶胶，以所选择的时间间隔获取或抽吸喷烟等等。

尽管本文描述的系统总体上与气溶胶递送设备方面的诸如所谓的“e-香烟”的实施方式相关联，应该理解的是机制、组件、特征、以及方法可在不同的形式及与各种制品相关中实施。例如，在本文所提供的描述中可采用与传统吸烟制品(例如，香烟，雪茄，烟斗等)、加热不燃烧的香烟、以及本文中公开的任何制品的包装相结合。由此，应该理解的是，本文公开的机构、部件、特征、和方法的描述仅通过示例的方式根据与气溶胶递送设备有关的实施例来讨论，并且可以在各种其他产品和方法中被体现和使用。

本公开的气溶胶递送设备还可以被表征为蒸汽产生制品或药物递送制品。因此，这种制品或设备可以被适配以提供一种或多种可吸入形式或状态的物质(例如，风味剂和/或药物活性成分)。例如，可吸入物质可以基本上呈蒸汽形式(即，在低于其临界点的温度下呈气相的物质)。可替换地，可吸入物质可以是气溶胶形式(即，气体中细固体颗粒或液滴的悬浮液)。为简单起见，不管是否可见且不管是否是可能被视为烟雾状的形式，如本文中所使用的术语“气溶胶”意图包括适合于人类吸入的形式或类型的蒸汽、气体和气溶胶。

在使用中，本公开的气溶胶递送设备可以经受个体在使用传统类型的吸烟制品(例如，通过点燃和吸入烟草而采用的香烟、雪茄或烟斗)中采用的物理动作中的许多动作。例如，本公开的气溶胶递送设备的用户可以非常像传统类型的吸烟制品那样握持该制品，在该制品的一端上抽吸用于吸入由该制品产生的气溶胶，在选定的时间间隔获取喷烟等等。

本公开的气溶胶递送设备通常包括提供在外部主体或外壳(可以被称为壳体)内的数个部件。外部主体或壳的总体设计可以变化，并且可限定气溶胶递送设备的总体尺寸和形状的外部主体的型式或配置可以变化。通常，类似于香烟或雪茄的形状的细长主体可由单个一体式壳体形成，或所述细长壳体可由两个或更多个可分离的主体形成。例如，气溶胶递送设备可以包括可基本上呈管状形状的细长壳体或主体，且因此类似于常规香烟或雪茄的形状。在一个实施例中，气溶胶递送设备的所有部件被包含在一个壳体内。替代地，气溶胶递送设备可以包括两个或更多个接合且可分离的壳体。例如，气溶胶递送设备可以在一端具有控制主体，该控制主体包括包含一个或多个可重复使用的部件(例如，诸如可再充电电池和/或超级电容器之类的蓄电池以及用于控制该制品的操作的各种电子器件)的壳体，并且在另一端具有包含可丢弃部分(例如，可丢弃含香料筒)的外部主体或外壳，该外部主体或外壳能可移除地耦合至控制主体。鉴于本文提供的进一步公开，在单个壳体类型的单元内或多件式可分离的壳体类型的单元内的部件的更特定的型式、配置和布置将显而易见。另外，当考虑到可商购的电子气溶胶递送设备时，可以领会各种气溶胶递送设备的设计和部件布置。

本公开的气溶胶递送设备最优选地包括以下部件的某个组合：电源(即，电功率源)、至少一个控制部件(例如，用于诸如通过控制电流流过电源到制品的其他部件来致动、控制、调节和停止用于热量生成的功率的装置，例如单独地或作为微控制器的一部分的微处理器)、加热器或热生成构件(例如，电阻加热元件或其他部件，其单独地或与一个或多个进一步的元件组合通常可以被称为“雾化器”)、气溶胶前体组合物(例如，通常在施加足够热时能够产生气溶胶的液体，诸如通常被称为“烟汁”(smoke juice)、“电子烟液”(e-liquid)以及“电子烟汁”(e-juice)的成分)以及允许在气溶胶递送设备上抽吸以吸入气溶胶的口端区或尖端(例如，贯穿制品的所限定的空气流路径，以使得可以在抽吸时从此处吸取生成的气溶胶)。

本公开的气溶胶递送设备内的部件的对准可以变化。在特定的实施例中，气溶胶前体组合物可以位于气溶胶递送设备的末端附近，该气溶胶递送设备的该末端可以被配置为定位在接近用户的嘴部，以便最大化向用户递送气溶胶。然而，不排除其他配置。通常地，加热元件可以被定位成充分靠近气溶胶前体组合物，使得来自加热元件的热可以使气溶胶前体(以及同样可以被提供用于递送给用户的一种或多种香料、药物等)挥发并形成气溶胶以递送给用户。当加热元件加热气溶胶前体组合物时，气溶胶以适合消费者吸入的物理形式被形成、释放或生成。应该注意的是，前述术语意味着可以互换，使得对释放(release,releasing,releases,或released)的引用包括形成或生成(form或generate,forming或generating,forms或generates,以及formed或generated)。特别地，可吸入物质以蒸气或气溶胶或其混合物的形式被释放，其中这些术语在本文中也可被互换地使用，除非另有说明。

如上所述，气溶胶递送设备可以包含电池或其他电功率源以提供足以向气溶胶递送设备提供各种功能的电流，诸如加热器的供电、控制系统的供电、指示器的供电等。电源可以采用各种实施例。优选地，电源能够递送充足的功率以快速地加热加热元件以提供气溶胶形成并且通过使用达期望的持续时间，为气溶胶递送设备供电。优选地，电源的尺寸设计为方便地装配在气溶胶递送设备内，使得可以容易地操纵气溶胶递送设备。另外，优选的电源具有足够轻的重量以不减损期望的吸烟体验。

鉴于下文中提供的进一步的公开内容，本公开的气溶胶递送设备内的部件的更具体的型式、配置以及布置将是显而易见的。此外，在考虑可商购的电子气溶胶递送设备时，可以理解对各种气溶胶递送设备部件的选择和布置。进一步的关于在目前释放的气溶胶递送设备内的成分的格式、配置和安排的信息、以及作为可商购的电子气溶胶递送设备，可在2016年10月12日Sur等人的美国专利No.15/291,771中找到,所述文献全部以引用的方式并入本文中。

图1图示根据本公开的各种实施例的包括控制主体102及料筒104的气溶胶递送设备100的侧视图。具体地说，图1图示相互耦合的控制主体和料筒。控制主体和料筒以功能性关系可拆卸地配置。可以利用各种机构将料筒连接到控制主体，从而产生螺纹接合、压入配合接合、过盈配合、磁性接合等等。在一些实施例中，当料筒和控制主体组装在一起时，气溶胶递送设备基本上是棒状、基本上是管状或基本上是圆柱形状。气溶胶递送设备的横截面也可以是基本上矩形或长菱形、多面形或等等，从而可以使其与基本上扁平的功率源或薄膜功率源(诸如，包括扁平电池的功率源)更好地兼容。

料筒和控制主体可包括可由多种不同材料中的任意材料形成的分离的单独的壳体或外部主体。壳体可由任何适合的结构上完好的材料形成。在一些示例中，壳体可由诸如不锈钢、铝等等之类的金属或合金形成。其它适合的材料包括各种塑料(例如，聚碳酸酯)、金属电镀塑料(metal-plating over plastic)、陶瓷等等。

在一些实施例中，气溶胶递送设备100的控制主体102和料筒104之一或双方可以被称为一次性的或可重复使用的。例如，控制主体可具有可替换电池或可再充电电池，且因此可与任何类型的再充电技术结合，包括连接到典型的壁式插座、连接到汽车充电器(即，点烟器插座)、连接到计算机(诸如，通过通用串行总线(USB)缆线或连接器)、连接到光伏电池(有时称为太阳能电池)或太阳能电池的太阳能电池板、或连接到RF到DC转换器。另外，在一些实施例中，料筒可包括本发明所引用的Chang等人的美国专利第8,910,639号中公开的一次性料筒。

图2更具体地图示根据一些实施例的气溶胶递送设备100。如在其中所示的剖视图中所见，气溶胶递送设备包括各自具有多个部件的控制主体102和料筒104。图2中图示的部件是可存在于控制主体和料筒中的部件的代表，并不旨在限制本公开所涵盖的部件的范围。如图所示，例如，控制主体可由控制主体壳206形成，该控制主体壳可包括：控制部件208(例如单独或作为微控制器的一部分的微处理器)、流量传感器210、电源212及一个或多个发光二极管(LEDs)214，且这些部件的配置方式可变。电源可包括例如电池(一次性的或可再充电的)、可再充电的超级电容器、可再充电的固态电池(SSB)、可再充电的锂离子电池(LiB)等或它们的某种组合。在Sur等人于2015年10月21提交的美国专利申请第14/918,926号中提供了合适的电源的一些示例，该文献再次通过引用结合于此。在Hawes等人提交的美国专利申请第2014/0283855，Fernando等人提交的美国专利申请第2014/0014125，Nichols等人提交的美国专利申请第2013/0243410，Fernando等人提交的美国专利申请第2010、0313901,Fernando等人提交的美国专利申请第2009/0230117中提出其他一些合适的电源，所述文献全部通过引用的方式并入本文中。

LED214可以是气溶胶递送设备100可以配备的合适的视觉指示器的一个示例。除了诸如LED、允许量子点的LED之类的视觉指示器之外或作为对诸如LED、允许量子点的LED之类的视觉指示器的替代，可包括诸如音频指示器(例如，扬声器)、触觉指示器(例如，振动电机)之类的其他指示器。

料筒104可由料筒壳216形成，该料筒壳216将配置为保存气溶胶前体组合物的储集器218包围在内，并包括加热器222(有时称为加热元件)。在各种配置中，该结构可被称为罐(tank)；并且相应地，术语“料筒”、“罐”等可被可互换地用于指代封围用于气溶胶气体组合物的储集器并包括加热器的壳或其他壳体。

如图所示，在一些示例中，储集器218可以与液体输送元件220处于流体连通，该液体输送元件220被适配成芯吸(wick)或以其他方式将存储在储集器壳体中的气溶胶前体组合物输送到加热器222。在一些示例中，在储集器与加热器之间可以设置阀门，其被配置成用于控制从储集器传送或递送到加热器的气溶胶前体组合物的量。

可以采用流过电流而产生热量的材料的各种示例来形成加热器222。这些示例中的加热器可以是诸如导线线圈、微型加热器之类的电阻加热元件。可以形成加热元件的示例材料包含康泰尔(Kanthal；FeCrAl)、镍铬合金(Nichrome)、不锈钢、二硅化钼(MoSi₂)、硅化钼(MoSi)、掺杂有铝的二硅化钼(Mo(Si,Al)₂)、石墨和石墨基材料(例如，碳基发泡体和纱线)以及陶瓷(例如，正或负温度系数陶瓷)。在下文进一步描述在根据本公开的气溶胶递送设备中有用的加热器或加热构件的实施例，且这些实施例可被包含在诸如如本文所描述的设备中。

在料筒壳216中可以存在开口224(例如，在烟嘴端)以允许从料筒104排出所形成的气溶胶。

料筒104还可以包括一个或多个电子部件226，其可以包括集成电路、存储器部件(例如EEPROM，闪存存储设备)、传感器等。电子部件可适合于通过有线或无线装置与控制部件208和/或外部设备进行通信。电子部件可以位于料筒或其底座228内的任何位置处。

尽管控制部件208和流量传感器210被单独示出，但是可以理解包括该控制部件和该流量传感器的各种电子部件也可以组合在支撑并且电连接这些电子部件的电子印刷电路板(PCB)上。进一步，PCB在图1的图示中以长度上平行于控制主体的中心轴线的方式水平地设置。在一些示例中，空气流量传感器可包括其自身的电子电路板(PCB)或其可附接到的其它底座元件。在一些示例中，可利用柔性PCB。柔性PCB可以被配置成各种形状，包括基本上管状的形状。在一些示例中，柔性PCB可与加热器衬底组合，层叠到加热器衬底上或形成加热器衬底的部分或全部。

控制主体102和料筒104可以包括适于促进它们之间的流体接合的部件。如图2所示，控制主体可以包括其中具有空腔232的耦合器230。料筒的底座228能够适合于接合耦合器且可包括适配空腔的突出部234。这类接合可促进控制主体与料筒之间的稳定连接，以及在控制主体中的电源212和控制部件208与料筒中的加热器222之间建立电连接。进一步，控制主体壳206可包括进气口236，所述进气口236可以是外壳上的连接到耦合器的凹口，该凹口允许耦合器周围的空气通过并进入外壳中，接着在外壳内穿过耦合器的空腔232并通过突出部234进入料筒中。

对于本公开有用的耦合器和底座已在本发明所引用的参考文献Novak等人的美国专利申请公开第2014/0261495号中描述。例如，如图2中所见的耦合器230可以划定一圈外周边238而与底座228的内周边240配合。在一个示例中，底座的内周边所划定的半径大体上等于或稍微大于耦合器的外周边的半径。进一步地，耦合器可以在外周边上划定一个或多个突起242，该突起被配置成与底座的内周边上所划定的一个或多个凹槽244相接合。然而，也可采用各种其它的结构、形状和部件的示例来将底座耦合到耦合器。在一些示例中，料筒104的底座与控制主体102的耦合器之间的连接可以是大体上永久性的，然而在其它示例中，可以是可拆连接，使得例如控制主体可与一次性和/或可替换的一个或多个其它料筒一起重复使用。

图2中图示的储集器218如前文所述，可以是容器，也可以是纤维储集器。例如，在这个示例中，储集器可以包括一层或多层非织造纤维，实质上形成为环绕在料筒壳216内部的管状。气溶胶前体组合物可以保存在储集器中。例如，液体组分可以吸附的方式保存在存储器中。储集器可以与液体传输元件220流体连接。在这个示例中，液体传输元件可以经由毛细管作用将存储在储集器中的气溶胶前体组合物传输到采用金属线圈形式的加热器222。因此，加热器与液体输送元件采用加热布置。在下文进一步描述根据本公开的气溶胶递送设备所用的储集器和输送元件的实施例，且这类储集器和/或输送元件可以包括在如本文中所描述的的设备中。具体来说，如下文进一步描述的加热构件和输送元件的特定组合可包括在如本文中所描述的设备中。

在使用时，当用户在气溶胶递送设备100上抽吸时，流量传感器210检测到气流，并且加热器222被激活以使气溶胶前体组合物的组分蒸发。在气溶胶递送设备的烟嘴端抽吸会使周围空气进入进气口236并穿过耦合器230中的空腔232和底座228的突出部234中的中心开口。在料筒104中，被抽吸的空气与所形成的蒸气组合以形成气溶胶。在气溶胶递送设备的烟嘴端将气溶胶从加热器带走、吸走或抽走且从开口224吸出。

在一些示例中，气溶胶递送设备100可以包括多种额外的软件控制的功能。例如，气溶胶递送设备可以包括配置成检测电源输入、电源端子上的负载和充电输入的电源保护电路。电源保护电路可以包括短路保护、欠压锁定和/或过电压充电保护、电池温度补偿。气溶胶递送设备还可以包括用于环境温度测量的部件，且其控制部件208可以配置成控制至少一个功能元件，防止在充电开始之前或在充电期间的环境温度低于某一温度(例如，0℃)或高于某一温度(例如，45℃)时进行电源充电，尤其是任何电池的充电。

来自电源212的功率递送可以根据功率控制机制随设备100每次喷烟的过程而变化。设备可以包括“长时喷烟”安全计时器，使得在用户或部件故障(例如，流量传感器210)引起设备试图连续喷烟的情况下，控制部件208可以控制至少一个功能元件以在一段时间(例如，4秒)之后自动终止喷烟。进一步，设备多次喷烟之间的时间间隔可以限制为小于一段时间(例如，100秒)。如果气溶胶递送设备的控制部件或在气溶胶递送设备上运行的软件变得不稳定而不能在适当的时间间隔(例如，8秒)内提供监视(watchdog)安全计时器的服务，则该计时器可以自动地重置该气溶胶递送设备。在流量传感器210有缺陷或者以其他方式出故障的情况下，可以提供进一步的安全保护，诸如，通过永久地禁用气溶胶递送设备以便防止无意的加热。在压力传感器故障使得设备被连续激活而没有在4秒最长喷烟时间之后停止的情况下，喷烟限制开关可以停用设备。

气溶胶递送设备100可以包括喷烟跟踪算法，一旦所附接的料筒已达到限定数量的喷烟，就锁定加热器(基于根据料筒中的电子烟液进料计算出的可用喷烟的数量)。气溶胶递送设备可以包括睡眠、待机或低功率模式功能，由此可以在所定义的不使用时段之后自动切断功率递送。可以利用控制部件208检测电源212的寿命期间内的所有充电/放电循环，从而提供进一步的安全保护。在电源已达到相当于预定次数(例如，200)的完全放电和完全再充电循环之后，可以声明其已耗尽，并且控制部件可以控制至少一个功能元件来防止电源的进一步充电。

根据本公开的气溶胶递送设备的各种部件可以从本领域中描述的并且可商购的部件中选择。在Peckerar等人的美国专利申请公开No.9,484,155中描述了可根据本公开而使用的电池的示例，该文献通过引用而包含在本发明中。

气溶胶递送设备100可以包含当期望气溶胶生成时(例如，在使用期间抽吸时)用于控制提供给加热器222的电功率的流量传感器210或其它传感器或检测器。如此，例如提供一种当在使用期间不抽吸气溶胶递送设备时断开加热器的电源而在抽吸期间接通电源以致动或触发加热器加热的方式或方法。感测或检测机构的其它代表性类型、其结构和配置、其部件以及其操作的一般方法描述于Sprinkel,Jr.的美国专利第5,261,424号，McCafferty等人的美国专利第5,372,148号以及Flick的PCT专利申请公开第WO 2010/003480号中，这些文献全部通过引用的方式并入本文中。

气溶胶递送设备100最优选地包含用于在抽吸期间控制加热器222的电功率大小的控制部件208或另一控制机构。在Gerth等人的美国专利第4,735,217号、Brooks等人的美国专利第4,947,874号、McCafferty等人的美国专利第5,372,148号、Fleischhauer等人的美国专利第6,040,560号、Nguyen等人的美国专利第7,040,314号、Pan的美国专利第8,205,622号、Collet等人的美国专利申请公开第8,881,737号、Ampolini等人的美国专利申请公开第9,423,152号、Fernando等人的美国专利申请公开第9,439,454以及Henry等人的美国专利申请公开第2015/0257445号中描述了代表性类型的电子部件、其结构和配置、其特征以及其操作的一般方法，这些文献全部通过引用的方式并入本文中。

用于支持气溶胶前体的衬底、储集器或其他部件的代表性类型描述于Newton的美国专利第8,528,569号、Chapman等人的美国专利申请公开第2014/0261487号、Davis等人的美国专利申请公开第2015/0059780号以及Bless等人的美国专利申请公开第2015/0216232号中，这些文献全部通过引用的方式并入本文中。另外，某些类型的电子烟内的各种芯吸材料以及那些芯吸材料的配置和操作阐述于Sears等人的美国专利申请公开第8,910,640号中，该文献通过引用而包含在本发明中。

气溶胶前体组合物又称为蒸气前体组合物，可包括多种组分，例如包括多元醇(例如，丙三醇、丙二醇或其混合物)、尼古丁、烟草、烟草提取物和/或调味剂。代表性类型的气溶胶前体组分和制剂在Robinson等人的美国专利第7,217,320号、Chong等人的美国专利公开第9,254,002号、Collett等人的美国专利公开第8,881,737号、Zheng等人的美国专利公开第2013/0008457号、Lipowicz等人的美国专利公开第2015/0020823号和Koller的美国专利公开第2015/0020830号以及Bowen等人的PCT专利WO 2014/182736以及Watson等人在2016年7月28日的美国专利申请第15/222,615号中描述，这些文献的公开内容通过引用的方式并入本文中。可以采用的其他气溶胶前体包括已经被包括在R.J.Reynolds Vapor公司生产的产品、帝国烟草公司(Imperial Tobacco Group PLC)生产的BLUTM产品、Mistic Ecigs生产的MISTIC MENTHOL产品和CN Creative有限公司生产的VYPE产品中的气溶胶前体。Johnson Creek Enterprises LLC已在售的用于电子烟的所谓“烟汁”也是优选的。

发泡材料的实施例可以和气溶胶前体一起使用，并且作为示例其被描述在Hunt等人的美国专利申请公开第2012/0055494号中，该专利通过引用的方式并入本文中。进一步，发泡材料的使用被描述在例如Niazi等人的美国专利第4,639,368号、Wehling等人的美国专利第5,178,878号、Wehling等人的美国专利第5,223,264号、Pather等人的美国专利第6,974,590号、Bergquist等人的美国专利第7,381,667号、Crawford等人的美国专利第8,424,541号、和Strickland等人的美国专利第8,627,828号、和Sun等人的第9,307,787号和Brinkley等人的美国专利公开第2010/0018539号、以及Johnson等人的PCT WO 97/06786中，所有这些专利通过引用的方式并入本发明中。在各自都于2016年7月21日提交并且各自都授予Davis等人的美国专利申请序列No.15/216,582和No.15/216,590中提供了关于气溶胶前体组合物的实施方式的附加描述，包括对其中所包括的烟草或从烟草衍生的组分的描述，这些文献通过引用的方式并入本文中。

可以在气溶胶递送设备100中采用产生视觉提示或指示器的附加的代表类型的部件，诸如视觉指示器和相关部件、音频指示器、触觉指示器等等。合适的LED部件以及其配置和用途的示例描述于Sprinkel等人的美国专利第5,154,192号、Newton的美国专利第8,499,766号、Scatterday的美国专利第8,539,959号以及Sears等人的美国专利申请公开第9,451,791号中，这些文献全部通过引用的方式并入本文中。可并入到本公开的气溶胶递送设备中的其它特征、控件或部件描述于Harris等人的美国专利第5,967,148号、Watkins等人的美国专利第5,934,289号、Counts等人的美国专利第5,954,979号、Fleischhauer等人的美国专利第6,040,560号、Hon的美国专利第8,365,742号、Fernando等人的美国专利第8,402,976号、Katase的美国专利申请公开第2005/0016550号、Fernando等人的美国专利申请公开第8,689,804号、Tucker等人的美国专利申请公开第2013/0192623号、Leven等人的美国专利申请公开第9,220,302/0298905号、Kim等人的美国专利申请公开第2013/0180553号、Sebastian等人的美国专利申请公开第2014/0000638号、Novak等人的美国专利申请公开第2014/0261495号、DePiano等人的美国专利申请公开第9,2220,302号中，这些文献全部通过全文引用的方式并入本文中。

如前所述，控制部件208包括数个电子部件且在一些示例中形成为PCB。电子部件可包括微处理器或处理器核以及存储器。在一些示例中，控制部件可包括具有集成处理器核和存储器的微控制器，且该微控制器可以进一步包括一个或多个集成输入/输出外围设备。在一些示例中，控制部件可以耦合到通信接口246，以实现与一个或多个网络、计算设备或其他适当启用的设备的无线通信。合适的通信接口的示例记载在Marions等人在美国专利第2016/0261020号中，该专利申请的公开内容通过引用的方式并入本文中。合适的通信接口的另一个示例是来自德州仪器的CC3200单芯片无线微控制器单元(MCU)。并且气溶胶递送设备据其可以配置成无线通信的合适方式的示例公开于Ampolini等人的美国专利申请公开第2016/0007651号和Henry,Jr.等人的美国专利申请公开第2016/0219933号中，所述文献都通过全文引用的方式并入本文中。

根据一些实施例，控制部件208可以包括或者耦合到运动传感器248，该运动传感器248被配置为检测气溶胶递送设备100的限定的运动，该限定的运动指示气溶胶递送设备的脆弱性。运动传感器可以是多个传感器中的任何一个，该运动传感器可以被配置为检测该限定的运动，将该限定的运动转换为电信号并输出该电信号。适合的运动传感器的示例包括单个倾斜传感器或多个倾斜传感器的组合、单轴或多轴加速度计、陀螺仪等等，这些运动传感器中的任何一个或多个可使用基于微机电系统(MEMS)的技术来构造。

运动传感器248可被配置成将该限定的运动转换为电信号。控制部件208或运动传感器可被配置成基于电信号识别脆弱性和与脆弱性相关联的操作。在一些示例中，限定的运动可由包括检测振动、冲击或自由落体的运动传感器来进行检测。考虑运动传感器是加速度计的特定示例。在这些示例中，振动可以通过至少阈值量的周期性加速度来进行检测。另外地或替代地，对于冲击可以通过小于阈值时间段的至少加速度的阈值量来检测、或者对于自由落体可以通过在至少一个阈值的时间段内，小于加速度的阈值量来检测。

然后控制部件可以被配置成控制气溶胶递送设备100的至少一个功能元件以执行该操作，由此可以响应于检测到脆弱性而执行所述操作。例如，控制部件可被配置成关闭电源212，由此可以响应于检测到气溶胶递送设备的脆弱性而关闭电源212。关于这方面的更多信息参看Sur等人于2015年10月21提交的美国专利申请序列第14/961,421号，该文献通过引用的方式并入本文中。

根据一些实施例，控制部件208可被配置成在设备的不同状态下控制气溶胶递送设备100的一个或多个功能元件。图3示出了处于活动模式的与料筒104耦合的控制主体102。如图所示，控制主体可以包括可与加热器222(加热元件)的相应端子连接的正极端子302和负极端子304。控制部件208可包括微处理器306和多个其他电气部件(诸如电阻器、电容器、开关等)，其可以与电源212及加热器耦合以形成电路。在一些示例中，加热器可包括用于传输诸如喷烟次数的数据的通信终端。

根据本公开的实施例，微处理器306可以被配置成测量正极端子302处的电压并且基于此来控制加热器222的功率。在一些示例中，微处理器还可以基于正极端子处的电压来控制气溶胶递送设备100的至少一个功能元件的操作。合适的功能元件的一个示例可以是指示器308，诸如视觉、音频或触觉指示器。

微处理器306可对正极端子302处的实际电压进行操作，或模拟数字转换器(ADC)可包括将实际电压转换成数字等效电压。在一些示例中，ADC的额定最大电压可小于正极端子上可能存在的最大电压。在一些示例中，控制部件208可以配置成包括降低提供给微处理器的电压的分压器310。如图所示，例如，分压器可以包括电阻器R1和R2，并且可以参考地连接到正极端子和微处理器并且定位在正极与微处理器之间。微处理器可被配置成对来自分压器的正极端子处的电压进行测量。就此而言，分压器可以包括连接到微处理器的输出，其中微处理器可以被配置为测量正极端子处的电压。

在气溶胶递送设备具有由可分离主体形成的壳体的示例中，当控制部件与料筒104解耦合时，气溶胶递送设备、更具体地控制部件102可以处于待机模式。在一体式或可分离式壳体的示例中，当控制部件与料筒耦合时，气溶胶递送设备可以在喷烟之间的间隔处于待机模式。相似地，在一体式或可分离式壳体的示例中，当用户在设备上抽吸并且流量传感器210检测到气流时，气溶胶递送设备可以被置于活动模式中，在活动模式期间，可以引导来自电源212的功率通过传感器来向加热器222供电以激活并蒸发气溶胶前体组合物的组分。在另一些示例中，虽然当用户在设备上抽吸时，流量传感器仍然可以检测气流，但是来自电源的功率可以更直接地为加热器供电而不通过传感器(没有传感器内联)。如上所述，来自电源的功率递送可以根据功率控制机制而变化；并且在一些示例中，该功率控制机制可以取决于正极端子302处的测得的电压。

在控制主体102与料筒104(具有一体的或可分离的壳体)耦合的活动模式中，微处理器306可以被配置成将功率引导至加热器222以激活和蒸发气溶胶前体组合物的组分。在正极端子302处的电压可以对应于正加热器电压。微处理器可以被配置成测量诸如来自分压器310的正极加热器电压，并且基于此来控制被引导到加热器的功率。

在一些更具体的示例中，微处理器306可以被配置成引导来自电源212的功率(例如直接或通过流量传感器210)以打开加热器222并相应地启动加热时间段。这可以包括，例如，电源(或内联流量传感器)和加热器之间的开关Q1，其中微处理器可以在关闭状态下操作，如图3所示。然后，微处理器可以基于正极端子302处的电压以周期性的速率调整引导到加热器的功率，直到加热时间段结束。

在一些示例中，引导至加热器222的功率的这种调整可以包括被配置为确定引导至加热器的瞬时实际功率的测量的移动窗口的微处理器306，其中测量窗口的每个测量被确定为正极加热器电压和通过加热器的电流的结果。该电流可以以多种不同的方式测量，诸如来自电流感测电阻器R3。在一些示例中，微处理器可以对通过加热器的实际电流进行操作，或者控制部件208或微处理器可以包括被配置为将实际电流转换为数字等效电流的ADC。

微处理器306可基于瞬时实际功率的测量值的移动窗口来计算引导到加热器222的简单移动平均功率，并将该简单移动平均功率与选定功率设定点进行比较，该选定功率设定点与电源212相关联。然后，微处理器可以在简单移动平均功率分别高于或低于选定功率设定点的每个实例下，调整引导至加热器的功率，以便以周期性的速率关闭或打开加热器。关于根据本公开的实施例的控制部件的各方面的更多信息可以在上面引用并且并入的Ampolini等人的美国专利申请序列第2014/0270727号中找到。

如上所述，在一些示例中，电源212包括可再充电超级电容器。超级电容器可以是许多不同类型的超级电容器中的任何一种，诸如电双层电容器(EDLC)、诸如锂离子电容器(LIC)的混合电容器等。图4更具体地示出了根据本公开的各种实施例的包括LIC的电源212。如图所示，当控制主体102与料筒104耦合时，电源可连接到包括加热器222的电负载402。更具体地，电负载可以包括上面解释的控制部件208(和其包括分压器310的电子部件)和加热器，其可以与电源耦合以形成电路。这可以另外包括例如流量传感器210、指示器308等。

如图所示，电源212包括被配置成向电负载402供电的LIC。诸如LIC的混合电容器通常具有电池特性(诸如高电压和高能量密度)，同时保持快速充电电容器(例如，三秒)的传统特性、更高的持久性、安全性以及环境友好性。在一些示例中，LIC所具有的容量在200到400法拉的范围内，其提供的能量密度比具有相同或相似形状因子的标称LiB大致大33％。混合电容器也是可再充电的，并且能够在更长的时间段内进行自行操作而不需要来自可再充电的混合电容器的另一能量源。与其他选项相比，混合电容器也可以具有更长的使用寿命(例如10年)和循环寿命，并且更环保。

在一些示例中，缓冲电路404可以与超级电容器并联连接。在一个实施例中，针对3.8伏的LIC可以包括并联连接的缓冲电路，以帮助将LIC保持在至少2.2伏。

在一些示例中，电源212还可以包括能够与能量源连接的端子406、408，LIC可从该能量源可进行再充电。能量源可以是多种不同类型中的任何一种，诸如被配置成以类似于电池充电器的方式进行操作的各种充电器。在其他示例中，电源可以是或包括电池。

如图所示，在一些示例中，电源212还包括其他部件诸如DC-DC转换器410和/或二极管D。图4示出包括DC-DC转换器和二极管两者的电源，但可以理解的是电源可以包括其中一个。在一些示例中，DC-DC转换器为开关调节器，其可防止对LIC进行过快充电，并且其可以促进电流的均匀耗散，使得LIC向电负载402提供恒定功率。当电容器放电时，二极管可促进电流流入电负载，并防止电流回流。

DC-DC转换器410可在LIC与电负载402之间，与LIC连接。如图所示，在一些更具体的示例中，二极管D可以连接到DC-DC转换器和电负载之间，并且在DC-DC转换器和电负载之间，并且在这些示例中的至少一些中，DC-DC转换器的输入和输出可分别连接至二极管的LIC和阳极，并且二极管的阴极可连接至电负载。

前述关于制品(多种制品)的使用方式的描述可以通过微小修改应用于本文中所描述的各种示例实施方式，鉴于本文中所提供的更多公开内容，所述微小修改对于所属领域的技术人员而言是显而易见的。然而，以上关于使用方式的描述并不旨在限制制品的使用方式，而是遵照本公开的公开内容的所有必要需求。图1-4中所图示的或如上文以其它方式所描述的制品(多种制品)中所示的元件中的任一种可以被包括在根据本公开的气溶胶递送设备中。

得益于前述描述和相关联的附图中所呈现的教示，本公开涉及的所属领域的技术人员将了解本文中阐述的本公开的许多修改和其它实施方式。因此，应理解，本公开不限于所公开的特定实现方案，且其修改和其他实现方案意图被包含于所附权利要求书的范围内。此外，尽管前述描述和相关联的附图在元件和/或功能的某些示例组合的上下文中描述示例实施方式，但应了解，可以通过替代实施方式提供元件和/或功能的不同组合而不脱离所附权利要求书的范围。就此而言，例如，还构想了与上文明确描述的那些组合不同的元件和/或功能的组合，如同阐述于所附权利要求书中的一些那样。尽管本文中采用特定术语，但这些术语仅在通用意义和描述性意义上使用，而不出于限制性目的。

Claims (16)

1.一种气溶胶递送设备，包括：

至少一个壳体,所述至少一个壳体封围配置成保持气溶胶前体组合物的储集器；

加热元件；

电源，所述电源在所述控制主体与所述料筒耦合时，与包括加热器的电负载连接，所述电源包括配置为向所述电负载提供电力的锂离子电容器(LIC)、以及连接到所述LIC且在所述LIC和所述电负载之间的DC-DC转换器；以及

微处理器，所述微处理器被配置成以活动模式进行操作，在所述活动模式中，所述微处理器被配置成将电力从所述电源引导到所述加热元件，并且由此控制所述加热元件以激活和蒸发所述气溶胶前体组合物的组分。

2.如权利要求1所述的气溶胶递送设备，其特征在于，所述LIC所具有的容量在200到400法拉的范围内。

3.如权利要求1所述的气溶胶递送设备，其特征在于，所述DC-DC转换器是开关调节器。

4.如权利要求1所述的气溶胶递送设备，其特征在于，所述电源还包括与所述LIC并联连接的缓冲电路。

5.如权利要求1所述的气溶胶递送设备，其特征在于，所述电源还包括连接在所述DC-DC转换器和电负载之间的二极管。

6.如权利要求5所述的气溶胶递送设备，其特征在于，所述DC-DC转换器具有输入和输出，且所述二极管具有阳极和阴极，并且

其中所述DC-DC转换器的所述输入和输出分别连接到所述LIC和所述二极管的所述阳极，且所述二极管的所述阴极连接到所述电负载。

7.如权利要求1所述的气溶胶递送设备，其特征在于，所述电源还包括可与能量源连接的端子，所述LIC可从所述能量源充电。

8.如权利要求1所述的气溶胶递送设备，其特征在于，所述气溶胶前体组合物至少包括甘油和尼古丁。

9.一种与料筒耦合或者能够与料筒耦合的控制主体，所述料筒配备有加热元件且包含气溶胶前体组合物，所述控制主体与所述料筒耦合或者能够与所述料筒耦合以形成气溶胶递送设备，在所述气溶胶递送设备中，所述加热元件被配置为激活并且蒸发所述气溶胶前体组合物的组分，所述控制主体包括：电源，所述电源在所述控制主体与所述料筒耦合时，与包括加热器的电负载连接，所述电源包括配置为向所述电负载提供电力的锂离子电容器(LIC)、以及连接到所述LIC且在所述LIC和所述电负载之间的DC-DC转换器；以及

微处理器，所述微处理器被配置成以活动模式进行操作，在所述活动模式中，所述控制主体与所述料筒耦合，所述活动模式中的所述微处理器被配置成将电力从所述电源引导到所述加热元件，并且由此控制所述加热元件以激活和蒸发所述气溶胶前体组合物的组分。

10.如权利要求9所述的控制主体，其特征在于，所述LIC所具有的容量在200到400法拉的范围内。

11.如权利要求9所述的控制主体，其特征在于，所述DC-DC转换器是开关调节器。

12.如权利要求9所述的控制主体，其特征在于，所述电源还包括与所述LIC并联连接的缓冲电路。

13.如权利要求9所述的控制主体，其特征在于，所述电源还包括连接在所述DC-DC转换器和所述电负载之间的二极管。

14.如权利要求13所述的控制主体，其特征在于，所述DC-DC转换器具有输入和输出，且所述二极管具有阳极和阴极，并且

其中所述DC-DC转换器的所述输入和输出分别连接到所述LIC和所述二极管的所述阳极，且所述二极管的所述阴极连接到所述电负载。

15.如权利要求9所述的控制主体，其特征在于，所述电源还包括可与能量源连接的端子，所述LIC可从所述能量源充电。

16.如权利要求9所述的控制主体，其特征在于，所述气溶胶前体组合物至少包括甘油和尼古丁。