CN110035788B - 带流体传感器的气溶胶生成系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气溶胶生成系统，其包括具有入口和出口的泵，所述入口能连接到液体存储部分。所述系统还包括流体连接到所述泵的流体通道，以及流体传感器。所述流体传感器被配置成通过测量所述流体通道中包括的流体的电性质来确定所述流体通道中的液体气溶胶形成基质的存在。

Description

带流体传感器的气溶胶生成系统

技术领域

本发明涉及一种具有带入口和出口的泵的气溶胶生成系统，所述入口可连接到液体存储部分和流体通道。本发明还涉及一种用于生成气溶胶的方法。

背景技术

一种类型的气溶胶生成系统包括液体存储部分、泵和汽化器。在用户抽吸期间，液体气溶胶生成基质(例如电子液体)流通过泵主动从液体存储部分泵送到汽化器。在这样的系统中，当液体存储部分中的液体用完时，可以加热汽化器，而不会向汽化器提供液体气溶胶生成基质。因此，用户将吸入不含生成的气溶胶的加热空气。吸入加热的空气只会引起用户不适，因此是不需要的。另外，当没有液体存在时，汽化器或吸芯材料的加热可能导致不良产品释放。

因此，需要提供改进的气溶胶生成系统，所述改进的气溶胶生成系统防止在液体存储部分中的液体气溶胶生成基质被使用之后激活系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种气溶胶生成系统，其包括具有入口和出口的泵，所述入口可连接到液体存储部分。所述系统还包括流体连接到所述泵的流体通道，以及流体传感器。流体传感器被配置成通过测量流体通道中包括的流体的电性质来确定流体通道中的液体气溶胶形成基质的存在。

本发明的气溶胶生成系统允许检测流体通道中的液体气溶胶形成基质的存在。有益的是，当传感器检测到流体通道中不存在液体时，能停用汽化器。因此，防止仅吸入热空气，从而防止了用户的不良体验以及生成不良产品。流体通道中不存在更多液体气溶胶形成基质的传感器检测可以用来指示必须提供新鲜液体存储部分。

所述气溶胶生成系统还可以包括用于分配液体气溶胶形成基质的分配装置，其中所述分配装置与泵的出口流体连通。流体通道和流体传感器可以设置在泵与分配装置之间。流体传感器可以邻近分配装置设置，其中分配装置可以邻近汽化器设置。然而，流体传感器可以在液体存储部分与分配装置之间设置在系统中的任何地方。

如果流体传感器在泵与分配装置之间设置在泵下游，则可以最优化地使用液体气溶胶形成基质，因为在所有液体气溶胶形成基质都被消耗之后传感器才检测到流体通道中没有更多液体。更详细地说，即使液体存储部分中的液体用完，流体通道中也可能存在液体。在这种情况下，系统仍将运行，直到泵下游流体通道中的液体用完。因此，在流体传感器检测到没有更多基质之前液体存储部分可完全耗尽液体气溶胶形成基质。

流体传感器可以被配置成测量流体通道中包括的流体的电性质。由流体传感器测量的电性质可以是流体通道中包括的流体的电阻。

流体通道中的典型流体为环境空气或液体气溶胶形成基质。当液体存储部分仍包括液体气溶胶形成基质且所述基质通过泵朝向分配装置泵送时，所述基质将存在于流体通道中。然而，如果液体存储部分被清空基质，则不再将基质抽吸通过流体通道。因此，流体通道中会存在环境空气。环境空气的电阻不同于液体气溶胶形成基质的电阻。通常，环境空气的电阻高于液体气溶胶形成基质的电阻。因此，通过测量流体通道中包括的流体的电阻，传感器可以确定流体通道中是否存在空气或基质。

为了测量流体通道中包括的流体的电阻，流体传感器可以包括第一电极和第二电极。

第一电极与第二电极之间的电阻可以取决于保持于液体通道中的液体气溶胶形成基质的量。例如，随着保持于流体通道中的液体气溶胶形成基质的量减少，电阻可以增加。

电极优选地布置在流体通道的壁处。例如，第一电极设置在流体通道的第一通道壁处，并且第二电极设置在流体通道的第二通道壁处。电极优选地与流体通道中包括的流体直接接触。第一电极可以与第二电极相对设置。电极可以替代地布置在液体通道中。第一电极和第二电极可以布置在液体通道的相对端。第一电极和第二电极中的至少一个可以布置在液体通道的壁处或与液体通道的壁接触。第一电极和第二电极可以被布置成各自部分地围绕液体通道。第一电极和第二电极可以围绕液体通道的共同轴线同心地布置。

第二电极可以基本上遵循第一电极的路径。这可使第一电极与第二电极之间的间隔沿着第一电极和第二电极的长度保持恒定。第二电极可以被布置成基本上平行于第一电极。

电极可以是任何合适类型的电极。例如，合适类型的电极包含点电极、环电极、板电极或轨道电极。第一电极和第二电极可以是相同类型的电极。第一电极和第二电极可以是不同类型的电极。

电极可以是任何合适的形状。例如，电极可以是：正方形、矩形、弯曲的、弓状、环形、漩涡形或螺旋状。电极可以是基本上圆柱形的。电极可以包括基本上线性、非线性、平面或非平面的一个或多个区段。电极可以是刚性的。这可使电极能够维持其形状。电极可以是柔性的。这可使电极能够顺应流体通道的形状。

电极可以具有长度、宽度和厚度。电极的长度可以基本上大于电极的宽度。换句话说，电极可以是伸长的。电极的厚度可以基本上小于电极的长度和宽度。换句话说，电极可以是薄的。薄的电极和伸长的电极可以具有较大的表面积与体积比。这可以改进测量的灵敏度。

电极可以包括任何合适的材料。电极可以包括任何合适的导电材料。合适的导电材料包含金属、合金、导电陶瓷和导电聚合物。材料可以包含金和铂。电极可以涂覆有钝化层。电极可以包括或涂覆有充分非反应性的材料，以便不会与液体气溶胶形成基质反应或污染液体气溶胶形成基质。电极可以包括透明或半透明材料。

为了测量电阻，流体传感器可以包括分压器电路。分压器电路允许测量流体传感器的第一电极与第二电极之间的电阻。然而，可以采用任何已知的测量两个电极之间的流体电阻的方法。

测量的流体电性质也可以是流体的介电常数。就这一点而言，电极可以构成电容器。在这种情况下，电极之间的液体将用作电介质，其中可以通过测量电容器的电容或任何已知方法来测量此流体的介电常数。空气的介电常数与液体气溶胶形成基质的介电常数不同，并且可以用来区分这些流体。

流体通道中流体的电性质，优选地电阻或介电常数，可以指示特定流体。通过确定流体通道中流体的电阻，可以识别液体的化学物质。就这一点而言，流体通道中流体的电阻可以取决于液体的化学物质。因此，可以确定是否使用了正确类型的液体。例如，通过随后提供具有不同基质的液体存储部分，可以在系统中使用不同的液体气溶胶形成基质。这些不同的基质可以具有不同的电性质，可以由流体传感器检测所述电性质。流体传感器不仅可以检测流体通道中是否存在基质，还可检测流体通道中存在哪种基质。有益的是，系统可以基于流体传感器的特定基质的检测而操作。例如，可以根据所用基质控制汽化器的温度。另外，可以根据所用基质控制加热时间。

分配装置可以是喷嘴或管段，也称为管。分配装置可以包括管以及在管的远端处的喷嘴。管可以包括任何合适的材料，例如玻璃、不锈钢等金属、或PEEK等塑料材料。管的大小可以与泵出口的大小相匹配。例如，管可以具有约1至2毫米的直径，但也可能有其它大小。管可以通过硅管连接到泵出口。管可以直接连接到泵出口。

可以提供分配装置以将液体气溶胶形成基质递送到汽化器。汽化器可以包括加热器，用于加热供应量的液体气溶胶形成基质。加热器可以是适于加热液体气溶胶形成基质并且汽化液体气溶胶形成基质的至少一部分以形成气溶胶的任何装置。加热器可以例示为加热线圈、加热毛细管、加热网格或加热金属板。优选地，汽化器设置为相对于分配装置在分配装置的纵向方向上延伸的加热线圈。加热线圈的直径可以选择为使得加热线圈可以围绕分配装置安装。加热线圈可以横向安装在分配装置上。加热线圈可以与分配装置的喷嘴重叠。在一些实例中，在分配装置的喷嘴与加热线圈之间可能存在距离。加热线圈的长度可以是2毫米至9毫米，优选3毫米至6毫米。加热线圈的直径可以是1毫米至5毫米，优选2毫米至4毫米。

加热器可以包括仅单个加热元件或多个加热器元件。一个或多个加热元件的温度优选地由电路控制。

电路可以包括微处理器，所述微处理器可以是可编程微处理器。微处理器可以是控制器的一部分。电路可以包括其它电子部件。控制器可以被配置成调节对汽化器的功率供应。在激活系统之后可以连续地供应功率到汽化器，或可以例如在逐抽吸的基础上间歇地供应。功率可以呈电流脉冲的形式供应到汽化器。优选地，根据流体传感器的测量值而控制对汽化器的功率供应。当流体传感器检测到流体通道中没有更多液体时，可能禁止向汽化器供应功率。另外或替代地，可以基于流体通道中的液体气溶胶形成基质的类型控制对汽化器的功率供应。例如，可以基于基质类型执行特定的加热制度。

为了向汽化器供应功率，系统可以包括电源，通常是电池。作为替代方案，电源可以是另一形式的电荷存储装置，例如电容器。电源可能需要再充电，且可以具有允许为一次或多次吸烟体验存储足够能量的容量；例如，电源可以具有允许在几分钟的时段中连续生成气溶胶的足够容量。在另一实例中，电源可以具有允许预定抽吸次数或汽化器间断激活的足够容量。控制器可以连接到电源以控制从电源到汽化器的功率供应。

汽化器还可以作为压电换能器或振动膜提供。

泵可以是微泵。泵还可以微步进电机泵或压电泵提供。

泵可以由控制器控制。当流体传感器检测到流体通道中没有更多液体气溶胶形成基质时，控制器可以停止泵的操作。可以通过电源向泵供应功率。

泵和优选的汽化器可以由抽吸检测系统触发。替代地，泵以及优选地汽化器可以通过按压开-关按钮保持抽吸的持续时间来触发。

抽吸检测系统可以作为传感器提供，其可以被配置为气流传感器，并且可以测量气流速率。气流速率是指用户每次抽吸通过系统的气流路径的空气量的参数。当气流超出预定阈值时，气流传感器可以检测到抽吸的启动。

液体存储部分可适于将液体气溶胶形成基质存储到分配装置上。液体存储部分可以被配置为用于容纳液体气溶胶形成基质的容器或储存器。

优选地，液体存储部分能够通过与周围环境密封的相应联轴器联接到泵入口。优选地，联轴器被配置为自愈型可刺穿膜。膜能避免液体存储部分中存储的液体气溶胶形成基质不期望地泄漏。为了将可更换的液体存储部分联接到泵，可以将相应的针状中空管刺穿相应的膜。当泵联接到液体存储部分时，膜能避免液体气溶胶形成基质不期望地泄漏，以及空气从液体存储部分泄漏和泄漏到液体存储部分中。

液体存储部分可以是任何合适的形状和大小。例如，液体存储部分可以是基本上圆柱形。液体存储部分的截面可以是例如基本上圆形、椭圆形、正方形或矩形。

液体存储部分可以是一次性使用的制品，一旦液体存储部分空了或低于最小体积阈值，就进行更换。当流体传感器检测到流体通道中液体气溶胶形成基质为空时，系统可以输出信号，例如光学或声学信号。所述信号可以指示必须提供新的液体存储部分来更换旧的空液体存储部分，或者需要重新填充液体存储部分。

气溶胶形成基质是能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热气溶胶形成基质来释放挥发性化合物。气溶胶形成基质可以包括植物类材料。气溶胶形成基质可以包括烟草。气溶胶形成基质可以包括含有挥发性烟草香味化合物的含烟草材料，当加热时所述材料从气溶胶形成基质释放。气溶胶形成基质可以替代地包括不含烟草材料。气溶胶形成基质可以包括均质化植物类材料。气溶胶形成基质可以包括均质化烟草材料。

气溶胶生成系统可以是电操作的系统。优选地，气溶胶生成系统是便携式的。气溶胶生成系统可以具有与常规雪茄或香烟相当的大小。吸烟系统可以具有介于约30毫米与约150毫米之间的总长度。吸烟系统可以具有介于约5毫米与约30毫米之间的外径。

根据本发明的第二方面，提供一种用于生成气溶胶的方法。所述方法包括提供泵送液体气溶胶形成基质的泵的步骤，所述泵具有入口和出口，所述入口可连接到液体存储部分。提供流体连接到泵的流体通道。此外，提供流体传感器，其中所述流体传感器确定流体通道中的液体气溶胶形成基质的存在。

关于一个方面描述的特征可以同等地应用于本发明的其它方面。

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示出本发明的气溶胶生成系统的示例性截面；

图2示出本发明的传感器和流体通道的示例性截面；

图3示出可以在本发明的传感器中采用的分压器电路的示例性布线图；

图4示出本发明的传感器的示例性测量值图；以及

图5示出本发明的传感器的另一示例性测量值图。

具体实施方式

图1中示出的气溶胶生成系统包括流体传感器10。流体传感器10布置在泵12与分配装置14之间。流体传感器10布置在流体通道16处。流体传感器10测量流体通道16中流体的电阻。由此，流体传感器10确定流体通道16中是否存在液体气溶胶形成基质。

泵12被配置成将液体气溶胶形成基质从液体存储部分18朝向流体通道16和流体传感器10泵送。泵12通过附加流体通道20与液体存储部分18流体连接。

在液体气溶胶形成基质穿过流体通道16和流体传感器10之后，朝向分配装置14递送液体气溶胶形成基质。分配装置14被配置为在喷嘴22中结束的管段。在分配装置14周围布置加热器24。加热器24被配置为加热线圈。

加热器24加热分配装置14中的液体气溶胶形成基质，使得气溶胶从喷嘴22朝向气溶胶生成系统的口端26递送。随后用户吸入气溶胶。加热器24由电池28供电。

流体传感器10、泵12、分配装置14、流体通道16、喷嘴22、加热器24、口端26和电池28布置在壳体30中。壳体30限定系统的主体。壳体30还包括控制器32。控制器32控制加热器24的激活。当流体传感器10检测到流体通道16中不存在液体气溶胶形成基质时，控制器32将停用加热器24。控制器32还控制泵12的泵送动作。控制器32是电路的一部分，所述电路也可以基于流体的电阻确定流体通道16中的流体类型。如果流体通道16中存在不希望的流体，则控制器32可以停用加热器24。

在图1中，液体存储部分18也布置在壳体30中。然而，液体存储部分18可以被配置为可以附连到泵12的入口的单独的可更换筒。

图2更详细地描绘了流体传感器10。在这方面，图2示出流体通道16，其中流体传感器10的第一电极34和第二电极36布置在流体通道16的壁处。

第一电极34布置在流体通道16的壁处，使得第一电极34的尖端与流体通道16中的流体直接接触。第二电极36布置在流体通道16的壁的相对位置，也与流体通道16中的流体直接接触。第一电极34和第二电极36被布置成测量电极34、36之间的流体的电阻，并且因此测量流体通道16中的流体的电阻。电极34、36支撑在载体38中，以实现尺寸稳定性。流体传感器10的长度和宽度为1毫米至1厘米，且优选地约3毫米。流体传感器10的厚度为0.5毫米至3毫米，且优选地约1.5毫米。电极的直径为0.9毫米。电极的长度为1毫米至5毫米，且优选地约3毫米。电极之间的距离应尽可能小，而不会阻碍液体流动，理想情况下，为1毫米或管的内径。

图3示出用于确定流体通道16中流体的电阻的分压器电路。

在图3中，修改了常规分压器电路，修改之处在于将常规第一电阻器替换为第一电极34、第二电极36以及在电极34与36之间的流体通道16中的流体。除此之外，分压器电路由分压器电路的已知元件组成。更详细地，设置第二电阻器40。第二电阻器40的电阻已知。可以根据需要选择第二电阻器的电阻，并且选择适于液体气溶胶形成基质的电阻。当存在液体时，第二电阻器的电阻选择为介于5兆欧至20兆欧的范围内，且优选地约12兆欧或大约等于两个电极之间的电阻。不同的气溶胶形成基质将呈现不同的电阻，因此可能需要在设计过程中指定此电阻。然而，存在液体时与不存在液体时相比，这一范围内的大多数电阻值将提供显著的电压差。液体气溶胶形成基质的电阻在不同液体气溶胶形成基质(例如电子液体)内相当。将已知电压施加到电路。模/数转换器42连接到分压器电路的中心分接头。通过使用测量电压、第二电阻器40的已知电阻和已知的施加电压，与模/数转换器42连接的控制器计算第一电阻器的电阻。由于电极34、36的电阻也是已知的，因此控制器32计算流体通道中的流体的电阻。在模/数转换器42中，如果电极之间的流体的电阻增加，则测量的电压会降低，反之亦然。

图4示出流体传感器10的示例性测量值。图4描绘在模/数转换器42处测量的电压。所述图示出了随时间推移而变的电压。第二电阻器40的电阻设置为12兆欧。首先，流体通道16中不存在液体气溶胶形成基质。流体通道16中只存在空气。因此，测量的电压低，对应于流体通道16中的流体的高电阻。当流体通道16中不存在基质时，确定电阻为18兆欧。此测量值以参考符号44表示。在流体通道16完全充满液体气溶胶形成基质之前，气泡出现，即液体气溶胶形成基质和空气的混合物。因此，流体传感器10确定波动的电阻值。此测量值以参考符号46表示。当流体通道16完全充满液体气溶胶形成基质时，测量的电压高，对应于流体通道16中液体气溶胶形成基质的相对低的电阻(参考符号48)。当流体通道16充满液体气溶胶形成基质时，确定电阻为10兆欧。当在流体通道中首先存在液体气溶胶形成基质且随后在流体通道中存在空气时，适用同样的原则。在这种情况下，液体气溶胶形成基质随后将是气泡并最终是空气。

图5是使用的参数与图4中使用的参数不同的流体传感器10的另一示例性测量值。在图5中使用的测量中，第二电阻器40的电阻设置为5.6兆欧。对流体通道16中的不同流体进行测量。使用的流体为水50、表示为80PG/20VG的含有甘油的流体52、以及表示为20PG/80VG的具有更高甘油含量的另一流体54。在不同流体的测量之间，使用异丙醇和水清洁流体通道16，以防止流体通道16污染。测量延迟，直到相应的流体50、52、54已充满流体通道16并且可以获得稳定的测量信号。图5示出针对时间的测量的电阻。

图5中所描绘的测量值示出三种流体50、52、54可以根据测量的电阻来彼此区别。已经观察到，测量的电阻随着时间的推移而增加。在不受任何理论约束的情况下，相信这种增加是流体50、52、54偏振的结果。尤其是具有高甘油含量的流体54易于偏振，因为甘油不会在水中解离，因此流体54包含低初始离子计数，从而导致更快且更明显的偏振。为了避免随着时间推移而增加测量的电阻，可以使用交流电来测量电阻。

上文所描述的示例性实施例是说明性的，而不是限制性的。鉴于上文讨论的示例性实施例，与上述示例性实施例一致的其它实施例现在对于所属领域的一般技术人员而言将是显而易见的。

Claims (14)

1.一种气溶胶生成系统，包括：

泵，所述泵具有入口和出口，所述入口能连接到液体存储部分；

流体通道，所述流体通道流体连接到所述泵；以及

流体传感器，该流体传感器布置在所述流体通道处；

其中所述流体传感器被配置成通过测量所述流体通道中包括的流体的电性质来确定所述流体通道中的液体气溶胶形成基质的存在。

2.根据权利要求1所述的气溶胶生成系统，其中所述系统进一步包括用于分配所述液体气溶胶形成基质的分配装置，其中所述分配装置与所述泵的所述出口流体连通。

3.根据权利要求2所述的气溶胶生成系统，其中所述流体通道和所述流体传感器设置在所述泵与所述分配装置之间。

4.根据权利要求1所述的气溶胶生成系统，其中由所述流体传感器测量的所述电性质是所述流体通道中包括的所述流体的电阻。

5.根据权利要求1所述的气溶胶生成系统，其中所述流体传感器包括第一电极和第二电极。

6.根据权利要求5所述的气溶胶生成系统，其中所述第一电极设置在所述流体通道的第一通道壁处，并且所述第二电极设置在所述流体通道的第二通道壁处，并且其中所述第一电极和第二电极与所述流体通道中包括的所述流体直接接触。

7.根据权利要求5或6所述的气溶胶生成系统，其中所述第一电极与所述第二电极相对设置。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述流体传感器包括分压器电路。

9.根据权利要求4至6中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述流体传感器被设置以取决于所述电性质而识别流体的类型。

10.根据前述权利要求1至6中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述泵以微泵、微步进电机泵或压电泵提供。

11.根据前述权利要求1至6中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶生成系统还包括汽化器和控制器，并且其中所述控制器被配置成当流体传感器检测到所述流体通道中不存在流体或存在错误的流体时停用所述汽化器。

12.根据权利要求2至3中任一项所述的气溶胶生成系统，其中所述气溶胶生成系统包括主体，并且其中所述泵、所述分配装置、所述流体通道和所述流体传感器围封在所述主体中，其中所述主体进一步包括电源，并且其中所述液体存储部分设置为筒的一部分，所述筒能释放地连接到所述主体。

13.一种用于生成气溶胶的方法，包括以下步骤：

提供用于泵送液体气溶胶形成基质的泵，所述泵具有入口和出口，所述入口能连接到液体存储部分；

提供流体连接到所述泵的流体通道；以及

在所述流体通道处提供流体传感器；

其中所述流体传感器确定所述流体通道中的液体气溶胶形成基质的存在。

14.根据权利要求13所述的用于生成气溶胶的方法，该方法用于气溶胶生成系统中，其中所述方法进一步包括提供控制器的步骤，其中当流体传感器检测到所述流体通道中不存在流体或存在错误的流体时，所述控制器停用汽化器。

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