RU2795873C2 - Electric system generating aerosol, method of control of power supply to heating element in electric system and internal microprocessor storage device - Google Patents
Electric system generating aerosol, method of control of power supply to heating element in electric system and internal microprocessor storage device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795873C2 RU2795873C2 RU2020140006A RU2020140006A RU2795873C2 RU 2795873 C2 RU2795873 C2 RU 2795873C2 RU 2020140006 A RU2020140006 A RU 2020140006A RU 2020140006 A RU2020140006 A RU 2020140006A RU 2795873 C2 RU2795873 C2 RU 2795873C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating element
- heating
- aerosol
- temperature
- power supply
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль. В частности, настоящее изобретение относится к обнаружению сухого нагревательного элемента или другого нежелательного условия в системе, генерирующей аэрозоль.The present invention relates to aerosol generating systems. In particular, the present invention relates to the detection of a dry heating element or other undesirable condition in an aerosol generating system.
В некоторых устройствах, генерирующих аэрозоль, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, доставляется из части для хранения жидкости к электрическому нагревательному элементу. При нагреве до целевой температуры субстрат, образующий аэрозоль, испаряется с образованием аэрозоля. Жидкий субстрат обычно доставляется к нагревательному элементу посредством фитиля. Когда количество субстрата, образующего аэрозоль, в фитиле израсходовано, нагревательный элемент может перегреваться, негативно воздействуя на качество аэрозоля. Это особенно важно в системах, генерирующих аэрозоль, которые выполнены с возможностью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем.In some aerosol generating devices, an aerosol-generating liquid substrate is delivered from a liquid storage portion to an electrical heating element. When heated to the target temperature, the aerosol-forming substrate evaporates to form an aerosol. The liquid substrate is usually delivered to the heating element via a wick. When the amount of aerosol-forming substrate in the wick is used up, the heating element may overheat, adversely affecting the quality of the aerosol. This is especially important in aerosol generating systems which are configured to generate an aerosol for inhalation by the user.
В WO2012/085203 раскрыта система, генерирующая аэрозоль, которая отслеживает повышение температуры на нагревательном элементе, причем быстрое повышение температуры нагревателя указывает на высыхание в фитиле. Конкретнее, система сравнивает скорость повышения температуры с пороговым значением, сохраняемым в запоминающем устройстве. Если скорость повышения температуры превышает пороговое значение, то система прекращает подачу питания на нагревательный элемент. Устройство, раскрытое в WO2012/085203, отслеживает температуру нагревателя на основе электрического сопротивления нагревателя и тем самым устраняет потребность в специальном датчике температуры.WO2012/085203 discloses an aerosol generating system that monitors temperature rise across a heating element, with a rapid rise in heater temperature indicating drying in the wick. More specifically, the system compares the rate of temperature increase with a threshold value stored in the memory. If the rate of temperature increase exceeds the threshold value, then the system stops supplying power to the heating element. The device disclosed in WO2012/085203 monitors the temperature of the heater based on the electrical resistance of the heater and thereby eliminates the need for a dedicated temperature sensor.
В WO2016/1050922 и WO2018/019533 раскрыты более сложные способы обнаружения израсходования субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательном элементе. В WO2016/1050922 описана система, которая основана на соотношении или процентах изменения электрического сопротивления в отношении заданного начального электрического сопротивления. Начальное электрическое сопротивление учитывает паразитное сопротивление, возникающее вследствие наличия вспомогательных компонентов, таких как электрические контакты и соединения, а также электрического сопротивления нагревательного элемента перед нагревом. Это приводит к более точному и чувствительному обнаружению израсходования субстрата. В WO2018/019533 раскрыта система, не учитывающая начального нагревательного сопротивления. Скорее, она измеряет абсолютное увеличение электрического сопротивления во время нагрева и выполнена с возможностью отключения, когда увеличение электрического сопротивления превышает заданный порог. Это обеспечивает возможность функционального и надежного использования одного и того же механизма обнаружения в широком диапазоне нагревательных элементов и систем, генерирующих аэрозоль.WO2016/1050922 and WO2018/019533 disclose more sophisticated methods for detecting the consumption of an aerosol-forming substrate on a heating element. WO2016/1050922 describes a system that is based on a ratio or percentage change in electrical resistance with respect to a given initial electrical resistance. The initial electrical resistance takes into account the parasitic resistance due to the presence of auxiliary components such as electrical contacts and connections, as well as the electrical resistance of the heating element before heating. This results in a more accurate and sensitive detection of substrate consumption. WO2018/019533 discloses a system that does not take into account the initial heating resistance. Rather, it measures the absolute increase in electrical resistance during heating and is configured to shut off when the increase in electrical resistance exceeds a predetermined threshold. This allows the same detection mechanism to be functionally and reliably used across a wide range of heating elements and aerosol generating systems.
Однако все эти технологии для обнаружения израсходования субстрата, образующего аэрозоль, требуют существенного повышения температуры нагревателя с целью обнаружения изменения в полученном электрическом сопротивлении, или они могут работать медленно. However, all of these techniques for detecting the consumption of an aerosol forming substrate require a significant increase in the temperature of the heater in order to detect a change in the resulting electrical resistance, or they can be slow.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предложена электрическая система, генерирующая аэрозоль, содержащая: нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; источник питания для подачи питания на нагревательный элемент; датчик температуры для измерения температуры на нагревательном элементе; и электрическую схему, соединенную с нагревательным элементом, датчиком и источником питания, при этом электрическая схема содержит запоминающее устройство и выполнена с возможностью: регулирования подачи питания на нагревательный элемент на основе измеренной температуры, полученной от датчика температуры; определения неблагоприятного условия, когда i) скорость изменения питания, подаваемого на нагревательный элемент, требуемого для достижения или поддержания заданной температуры или ii) уменьшение питания, подаваемого на нагревательный элемент, требуемого для достижения или поддержания заданной температуры в течение последовательных циклов нагрева, выходит за пределы заданного диапазона, при этом указанный заданный диапазон сохранен в запоминающем устройстве; и управления питанием, подаваемым на нагревательный элемент, на основе того, присутствует ли неблагоприятное условие, или обеспечения указания в случае присутствия неблагоприятного условия.According to one aspect of the present invention, an electrical aerosol generating system is provided, comprising: a heating element for heating an aerosol generating substrate; a power source for supplying power to the heating element; a temperature sensor for measuring the temperature on the heating element; and an electrical circuit connected to the heating element, the sensor, and the power supply, the electrical circuit comprising a memory and configured to: regulate power supply to the heating element based on the measured temperature received from the temperature sensor; determination of an unfavorable condition when i) the rate of change of power supplied to the heating element required to reach or maintain the set temperature or ii) the decrease in power supplied to the heating element required to reach or maintain the set temperature during successive heating cycles is out of range a predetermined range, wherein said predetermined range is stored in the storage device; and controlling power supplied to the heating element based on whether an adverse condition is present or providing an indication if an adverse condition is present.
В контексте данного документа «электрически управляемая система, генерирующая аэрозоль» означает систему, которая генерирует аэрозоль из одного или более субстратов, образующих аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержаться в картридже. Преимущество предоставления картриджа состоит в том, что субстрат, образующий аэрозоль, защищен от окружающей среды. Более того, может поддерживаться высокий уровень гигиены. Система может содержать устройство для нагрева одного или более субстратов, образующих аэрозоль. Электрическая система, генерирующая аэрозоль, может содержать дополнительные компоненты, такие как зарядный блок для перезарядки встроенного источника электропитания в электрическом устройстве, генерирующем аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой систему, выполненную с возможностью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем, такую как ингалятор, персональный испаритель или электронная сигарета.In the context of this document, "an electrically controlled aerosol generating system" means a system that generates an aerosol from one or more aerosol-forming substrates. The aerosol forming substrate may be contained in the cartridge. An advantage of providing a cartridge is that the aerosol forming substrate is protected from the environment. Moreover, a high level of hygiene can be maintained. The system may include a device for heating one or more aerosol-forming substrates. The aerosol generating electrical system may include additional components such as a charging unit for recharging the built-in power supply in the aerosol generating electrical device. An aerosol generating system may be a system configured to generate an aerosol for inhalation by a user, such as an inhaler, personal vaporizer, or electronic cigarette.
В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» означает субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Такие летучие соединения могут высвобождаться путем нагрева субстрата, образующего аэрозоль.In the context of this document, the term "aerosol-forming substrate" means a substrate capable of releasing volatile compounds that can form an aerosol. Such volatile compounds can be released by heating the aerosol-forming substrate.
Преимущественно электрическая схема может определять неблагоприятное условие, такое как израсходование субстрата, образующего аэрозоль, или неисправности системы, путем отслеживания подачи питания на нагревательный элемент. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения израсходования жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательном элементе. Термин «израсходование» в контексте данного документа означает либо недостаточное количество субстрата, образующего аэрозоль, предусмотренное на нагревательном элементе, либо полное израсходование субстрата, образующего аэрозоль. В любом случае это может привести к «сухому» нагревательному элементу, противоположному «влажному» нагревательному элементу, который насыщен жидким субстратом, образующим аэрозоль. Например, когда картридж пуст или почти пуст, возможна недостаточная подача жидкого субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательный элемент. Это может означать, что создаваемый аэрозоль не будет обладать требуемыми свойствами, например, размером аэрозольных частиц или химическим составом. Это может привести к тому, что пользователь будет испытывать неудовлетворительные ощущения. Advantageously, the circuitry can detect an unfavorable condition, such as exhaustion of the aerosol forming substrate or system malfunctions, by monitoring the energization of the heating element. The circuitry may be configured to sense the consumption of the aerosol-forming liquid substrate on the heating element. The term "used up" in the context of this document means either an insufficient amount of the aerosol-forming substrate provided on the heating element, or a complete consumption of the aerosol-forming substrate. In either case, this can result in a "dry" heating element, as opposed to a "wet" heating element that is saturated with an aerosol-forming liquid substrate. For example, when the cartridge is empty or nearly empty, there may be insufficient supply of the aerosol-forming liquid substrate to the heating element. This may mean that the generated aerosol will not have the desired properties, such as aerosol particle size or chemical composition. This may result in an unsatisfactory experience for the user.
При обнаружении неблагоприятного условия электрическая схема может прекратить подачу питания. Это является преимущественным, поскольку пользователь больше не сможет пользоваться системой, генерирующей аэрозоль, после обнаружения высыхания нагревательного элемента. Таким образом может быть исключено образование аэрозоля, не обладающего требуемыми свойствами. И таким образом, будут исключены негативные ощущения для пользователя. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью деактивации нагревательного элемента путем расплавления электрического предохранителя между нагревательным элементом и источником электропитания. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью деактивации нагревательного элемента путем размыкания переключателя между нагревательным элементом и источником электропитания. Альтернативные способы деактивации нагревательного элемента будут очевидны специалисту в данной области техники.If an unfavorable condition is detected, the electrical circuit may stop supplying power. This is advantageous since the user will no longer be able to use the aerosol generating system once the heating element has dried out. Thus, the formation of an aerosol that does not have the desired properties can be excluded. And thus, negative feelings for the user will be excluded. The electrical circuit may be configured to deactivate the heating element by melting an electrical fuse between the heating element and the power supply. The electrical circuitry may be configured to deactivate the heating element by opening a switch between the heating element and the power supply. Alternative methods for deactivating the heating element will be apparent to those skilled in the art.
В качестве альтернативы или в дополнение электрическая схема может предоставить указание пользователю для оповещения пользователя о неблагоприятном условии. Указание может представлять собой одно или более из следующего: звуковая индикация, визуальная индикация, механическая индикация, такая как вибрация, обонятельная индикация или любые другие известные средства, известные специалистам в данной области техники. Затем пользователь может подготовиться к замене или повторной заправке картриджа.Alternatively, or in addition, the circuitry may provide an indication to the user to alert the user to an unfavorable condition. The indication may be one or more of the following: audible indication, visual indication, mechanical indication such as vibration, olfactory indication, or any other means known to those skilled in the art. The user can then prepare to replace or refill the cartridge.
Преимущественно электрическая схема может определять неблагоприятное условие на основе отслеживания питания, подаваемого на нагревательный элемент. В общем, чем меньше субстрата, образующего аэрозоль, доставляется в нагреватель для испарения, тем выше будет температура нагревательного элемента для заданного подаваемого питания. Следовательно, питание, необходимое на нагревательном элементе для поддержания или достижения целевой температуры, соответственно, может быть уменьшено при израсходовании субстрата, образующего аэрозоль. Это связано с тем, что нагревательный элемент может потребоваться для нагрева меньшего количества субстрата, образующего аэрозоль, или, в случае пустого картриджа, вообще без субстрата, образующего аэрозоль. Advantageously, the electrical circuitry may determine the adverse condition based on the monitoring of the power supplied to the heating element. In general, the less aerosol-forming substrate delivered to the volatilization heater, the higher the temperature of the heating element will be for a given power supply. Therefore, the power required on the heating element to maintain or reach the target temperature, respectively, can be reduced when the aerosol-forming substrate is used up. This is because the heating element may be required to heat less aerosol-forming substrate or, in the case of an empty cartridge, no aerosol-forming substrate at all.
Следовательно, электрическая схема может определять неблагоприятное условие путем отслеживания скорости изменения питания, подаваемого на нагревательный элемент, требующейся для достижения или поддержания заданной температуры. Например, неблагоприятное условие может быть определено при обнаружении внезапного скачка или падения в подаче питания при поддержании целевой температуры. Преимущественно этот способ может обеспечить более быстрое обнаружение неблагоприятного условия, поскольку неблагоприятное условие может быть легко определено даже перед тем, как подача питания достигнет заданного порогового значения, как раскрыто в системах известного уровня техники. Кроме того, данный способ не основан на отслеживании абсолютного увеличения подачи питания, таким образом, может обеспечиваться преимущество, состоящее в возможности определения неблагоприятного условия с большей независимостью от окружающих условий, а также возможности использования различных субстратов. Therefore, the electrical circuit can determine the adverse condition by monitoring the rate of change in power applied to the heating element required to reach or maintain the set temperature. For example, an adverse condition may be determined by detecting a sudden jump or drop in the power supply while maintaining the target temperature. Advantageously, this method can provide faster detection of an adverse condition, since an adverse condition can be easily determined even before the power supply reaches a predetermined threshold, as disclosed in prior art systems. In addition, this method is not based on monitoring the absolute increase in power supply, thus, the advantage of being able to determine the adverse condition with greater independence from environmental conditions, as well as the possibility of using different substrates can be provided.
В качестве альтернативы или дополнительно, электрическая схема может определять неблагоприятное условие путем отслеживания уменьшения требуемой подачи питания или, более конкретно, минимальной требуемой подачи питания, для достижения или поддержания заданной температуры в течение последовательных циклов нагрева. «Циклы нагрева» в данном контексте означают периоды подачи питания на нагревательный элемент. Как правило, каждый цикл нагрева соответствует затяжке, осуществляемой пользователем. Благодаря различиям между разными нагревательными элементами и комбинациями субстрата, питание, необходимое для поддержания постоянной температуры, может отличаться в разных системах, генерирующих аэрозоль. Следовательно, путем сравнения минимальной подачи питания при заданном цикле нагрева с питанием, подаваемым в предыдущих циклах нагрева в той же самой системе, генерирующей аэрозоль, электрическая схема может обнаружить небольшие изменения в потреблении питания. Это преимущественно может позволить обнаружить неблагоприятное условие раньше. Alternatively or additionally, the circuitry may determine the adverse condition by monitoring the reduction in required power supply, or more specifically the minimum required power supply, to reach or maintain a set temperature over successive heating cycles. "Heating cycles" in this context means periods of energizing the heating element. Typically, each heat cycle corresponds to a puff applied by the user. Due to differences between different heating elements and substrate combinations, the power required to maintain a constant temperature can vary between different aerosol generating systems. Therefore, by comparing the minimum power supply for a given heating cycle with the power supplied in previous heating cycles in the same aerosol generating system, the circuitry can detect small changes in power consumption. This advantageously may allow an unfavorable condition to be detected earlier.
Необязательно электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия лишь после того, как температура на нагревательном элементе возросла от начальной температуры до целевой температуры. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия только после того, как целевая температура нагревательного элемента поддерживалась в течение заданного времени. Более конкретно, питание, необходимое для поднятия температуры нагревательного элемента от начальной до целевой, может отличаться, в частности, в зависимости от окружающих условий. Следовательно, если определение неблагоприятного условия основано на подаче питания в течение этих периодов, такое определение может быть менее надежным. В отличие от этого, когда нагревательный элемент поддерживается при целевой температуре, можно наблюдать постоянный и стабильный уровень подачи питания. Подача питания может отклоняться от стабильного значения только при наличии неблагоприятного условия, например, израсходования субстрата, образующего аэрозоль, на нагревательном элементе или неисправности в системе, генерирующей аэрозоль. Таким образом, электрическая схема может определять неблагоприятное условие, как только температура нагревательного элемента достигла и поддерживается на уровне целевой температуры. Предпочтительно электрическая схема может определять неблагоприятное условие, как только обнаруженное сопротивление достигнет заданного значения, указывающего на целевую температуру. Optionally, the circuitry is configured to determine the adverse condition only after the temperature on the heating element has risen from the start temperature to the target temperature. The circuitry may be configured to determine the adverse condition only after the target temperature of the heating element has been maintained for a predetermined time. More specifically, the power required to raise the temperature of the heating element from the initial to the target temperature may differ, in particular, depending on the environmental conditions. Therefore, if the determination of the adverse condition is based on the power supply during these periods, such determination may be less reliable. In contrast, when the heating element is maintained at the target temperature, a constant and stable level of power supply can be observed. The power supply may deviate from a stable value only in the presence of an unfavorable condition, such as exhaustion of the aerosol generating substrate on the heating element or a malfunction in the aerosol generating system. Thus, the circuitry can determine the adverse condition once the temperature of the heating element has reached and is maintained at the target temperature. Preferably, the electrical circuitry can determine the adverse condition once the detected resistance reaches a set point indicative of the target temperature.
Заданный диапазон может быть основан на максимальном пороговом значении скорости изменения в подаче питания. Неблагоприятное условие может определяться тогда, когда скорость изменения в подаче питания превышает указанное максимальное пороговое значение. Это может преимущественно обеспечить возможность осуществления небольших колебаний в подаче питания, если отсутствует неблагоприятное условие из-за изменений в условиях окружающей среды. The specified range may be based on a maximum threshold for the rate of change in power delivery. An adverse condition may be determined when the rate of change in power supply exceeds a specified maximum threshold. This may advantageously allow small fluctuations in power supply to occur if there is no unfavorable condition due to changes in environmental conditions.
В качестве альтернативы, заданный диапазон основан на минимальном пороговом значении уменьшения минимального питания, подаваемого на протяжении последовательных циклов нагрева. Неблагоприятное условие может быть определено тогда, когда уменьшение питания, подаваемого на нагревательный элемент в течение последовательных циклов нагрева, увеличивается выше минимального порогового значения. Таким образом обеспечивается преимущество, состоящее в возможности незначительного уменьшения подачи питания в течение последовательных циклов нагрева перед определением неблагоприятного условия. Alternatively, the predetermined range is based on a minimum threshold for reducing the minimum power supplied over successive heating cycles. An unfavorable condition may be defined when the decrease in power supplied to the heating element during successive heating cycles increases above a minimum threshold. This provides the advantage of being able to slightly reduce the power supply during successive heating cycles before determining an unfavorable condition.
В контексте данного документа термин «нагревательный элемент» означает электрический нагревательный элемент, получающий питание от встроенного источника электропитания. Электрический нагревательный элемент может содержать единственный нагревательный элемент. Альтернативно, нагревательный элемент может содержать более одного отдельного нагревательного элемента, например два, или три, или четыре, или пять, или шесть, или больше нагревательных элементов. Нагревательный элемент или нагревательные элементы могут быть расположены соответствующим образом, чтобы наиболее эффективно нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль. In the context of this document, the term "heating element" means an electrical heating element powered by a built-in power supply. The electrical heating element may comprise a single heating element. Alternatively, the heating element may comprise more than one individual heating element, such as two or three or four or five or six or more heating elements. The heating element or heating elements may be appropriately positioned to most effectively heat the aerosol-forming liquid substrate.
Нагревательный элемент может представлять собой резистивный нагревательный элемент. По меньшей мере один электрический нагревательный элемент предпочтительно содержит электрически резистивный материал. Подходящие электрически резистивные материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящая» керамика (как, например, дисилицид молибдена); углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композитные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы. Примеры подходящих металлических сплавов включают нержавеющую сталь, константан, сплавы, содержащие никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы, и суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal®, сплавы на основе железа и алюминия, и сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal® представляет собой зарегистрированную торговую марку компании Titanium Metals Corporation. В композитных материалах электрически резистивный материал может быть необязательно встроен в изоляционный материал, инкапсулирован в него или покрыт им, или наоборот, в зависимости от кинетики переноса энергии и требуемых внешних физико-химических свойств. Нагревательный элемент может содержать металлическую травленую фольгу, изолированную между двумя слоями инертного материала. В этом случае инертный материал может содержать Kapton®, фольгу, полностью состоящую из полиимида или слюды. Kapton® представляет собой зарегистрированную торговую марку компании E.I. du Pont de Nemours and Company. The heating element may be a resistive heating element. The at least one electrical heating element preferably comprises an electrically resistive material. Suitable electrically resistive materials include, but are not limited to: semiconductors such as doped ceramics, electrically "conductive" ceramics (such as molybdenum disilicide); carbon, graphite, metals, metal alloys and composite materials made from ceramic material and metal material. Such composite materials may contain alloyed or unalloyed ceramics. Examples of suitable doped ceramics include doped silicon carbides. Examples of suitable metals include titanium, zirconium, tantalum and the platinum group metals. Examples of suitable metal alloys include stainless steel, constantan, alloys containing nickel, cobalt, chromium, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten, tin, gallium -, manganese- and iron-containing alloys, and superalloys based on nickel, iron, cobalt, stainless steel, Timetal®, alloys based on iron and aluminum, and alloys based on iron, manganese and aluminum. Timetal® is a registered trademark of Titanium Metals Corporation. In composite materials, the electrically resistive material may optionally be embedded in, encapsulated in, or coated with the insulating material, or vice versa, depending on the energy transfer kinetics and the desired external physicochemical properties. The heating element may comprise an etched metal foil insulated between two layers of inert material. In this case, the inert material may comprise Kapton®, a foil composed entirely of polyimide or mica. Kapton® is a registered trademark of E.I. du Pont de Nemours and Company.
Резистивный нагревательный элемент может иметь форму сетки, матрицы или полотна из электропроводных нитей. Электропроводные нити могут образовывать промежутки между нитями, и пустоты могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм. Электропроводные нити могут образовывать сетку размером от 160 до 600 меш по стандарту США (+/- 10%) (т. е. от 160 до 600 нитей на дюйм (+/- 10%)). Ширина промежутков предпочтительно составляет от 75 мкм до 25 мкм. Процентная доля открытой площади сетки, которая является отношением площади промежутков к общей площади сетки, предпочтительно составляет от 25 до 56%. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. В качестве альтернативы электропроводные нити состоят из матрицы нитей, расположенных параллельно друг другу. Электропроводные нити могут иметь диаметр от 8 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 8 мкм до 50 мкм и более предпочтительно от 8 мкм до 39 мкм. Нити могут иметь круглое поперечное сечение или могут иметь сплющенное поперечное сечение.The resistive heating element may be in the form of a mesh, matrix or web of electrically conductive filaments. The electrically conductive filaments may form spaces between the filaments, and the voids may have a width of 10 µm to 100 µm. The electrically conductive yarns can form a grid of 160 to 600 US mesh (+/- 10%) (i.e., 160 to 600 threads per inch (+/- 10%)). The gap width is preferably 75 µm to 25 µm. The percentage of open area of the mesh, which is the ratio of the area of the gaps to the total area of the mesh, is preferably 25 to 56%. The mesh may be formed using various types of wicker or lattice structures. Alternatively, the electrically conductive filaments consist of an array of filaments arranged parallel to each other. The electrically conductive filaments may have a diameter of 8 µm to 100 µm, preferably 8 µm to 50 µm, and more preferably 8 µm to 39 µm. The filaments may have a circular cross section or may have a flattened cross section.
Площадь сетки, матрицы или тканого материала из электропроводных нитей может быть небольшой, предпочтительно менее или равной 25 мм2, позволяя встраивать их в удерживаемую рукой систему. Сетка, матрица или тканый материал из электропроводных нитей могут иметь, например, прямоугольную форму и размеры 5 мм на 2 мм. Предпочтительно сетка или матрица электропроводных нитей занимает площадь от 10% до 50% площади нагревателя в сборе. Более предпочтительно сетка или матрица электропроводных нитей занимает площадь от 15 до 25% площади нагревателя в сборе.The area of the mesh, matrix or woven fabric of electrically conductive filaments can be small, preferably less than or equal to 25 mm 2 , allowing it to be incorporated into a hand held system. The grid, matrix or woven fabric of electrically conductive threads may, for example, be rectangular in shape and have dimensions of 5 mm by 2 mm. Preferably, the grid or matrix of electrically conductive filaments covers an area of 10% to 50% of the area of the heater assembly. More preferably, the grid or matrix of electrically conductive filaments covers an area of 15 to 25% of the area of the heater assembly.
Нити могут быть образованы путем травления листового материала, такого как фольга. Это может быть особенно преимущественным в том случае, если нагреватель в сборе содержит матрицу из параллельных нитей. Если нагревательный элемент содержит сетку или тканый материал из нитей, нити могут быть получены по отдельности и связаны вместе. The filaments may be formed by etching a sheet material such as foil. This may be particularly advantageous if the heater assembly comprises a matrix of parallel filaments. If the heating element comprises a mesh or woven fabric of filaments, the filaments can be obtained separately and knitted together.
Предпочтительными материалами для электропроводных нитей являются нержавеющие стали марок 304, 316, 304L и 316L.Preferred materials for electrically conductive filaments are 304, 316, 304L, and 316L stainless steels.
В качестве альтернативы упорядоченной сетчатой структуре по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может иметь форму резистивной нагревательной катушки или короба или субстрата, имеющего разные электропроводящие части, или форму электрически резистивной металлической трубки. Нагреватель может быть расположен таким образом, чтобы окружать по меньшей мере часть картриджа, когда картридж помещен в полости устройства, генерирующего аэрозоль. Картридж может содержать одноразовый нагревательный элемент. В качестве альтернативы могут также подойти одна или несколько нагревательных игл или стержней, которые проходят через жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В качестве альтернативы по меньшей мере один электрический нагревательный элемент может содержать гибкий лист материала. Другие альтернативы включают нагревательную проволоку или нить, например Ni-Cr (хромоникелевую), платиновую, вольфрамовую или проволоку из сплавов или нагревательную пластину. Необязательно нагревательный элемент может быть нанесен внутри или снаружи на жесткий несущий материал.As an alternative to an ordered mesh structure, the at least one electrical heating element may be in the form of a resistive heating coil or box or substrate having different electrically conductive portions, or in the form of an electrically resistive metal tube. The heater may be positioned to surround at least a portion of the cartridge when the cartridge is placed within the cavities of the aerosol generating device. The cartridge may contain a disposable heating element. Alternatively, one or more heating needles or rods may also be suitable, which pass through a liquid substrate that forms an aerosol. Alternatively, the at least one electrical heating element may comprise a flexible sheet of material. Other alternatives include heating wire or filament such as Ni-Cr (chromium nickel), platinum, tungsten or alloy wire or heating plate. Optionally, the heating element may be applied internally or externally to the rigid support material.
По меньшей мере один нагревательный элемент может нагревать субстрат, образующий аэрозоль, посредством проводимости. Нагревательный элемент может по меньшей мере частично находиться в контакте с субстратом. В качестве альтернативы тепло от нагревательного элемента может быть проведено к субстрату посредством теплопроводного элемента.The at least one heating element may heat the aerosol-generating substrate by conduction. The heating element may at least partially be in contact with the substrate. Alternatively, the heat from the heating element may be conducted to the substrate via a heat transfer element.
По меньшей мере один нагревательный элемент может передавать тепло во входящий окружающий воздух, втягиваемый во время использования через электрическую систему, генерирующую аэрозоль, который, в свою очередь, нагревает субстрат, образующий аэрозоль. Окружающий воздух может нагреваться до его прохождения через субстрат, образующий аэрозоль. Альтернативно, окружающий воздух может вначале втягиваться сквозь субстрат и затем нагреваться. The at least one heating element can transfer heat to incoming ambient air drawn during use through the aerosol generating electrical system, which in turn heats the aerosol generating substrate. The ambient air may be heated before it passes through the aerosol-forming substrate. Alternatively, ambient air may first be drawn through the substrate and then heated.
Резистивный нагревательный элемент может функционировать как датчик температуры. Например, если указанный по меньшей мере один нагревательный элемент имеет подходящие характеристики температурного коэффициента сопротивления, благодаря измерению электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента, будет обеспечена возможность определения температуры нагревательного элемента. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента путем измерения тока, проходящего через указанный по меньшей мере один нагревательный элемент, и напряжения на указанном по меньшей мере одном нагревательном элементе и определения электрического сопротивления указанного по меньшей мере одного нагревательного элемента на основе измеренных тока и напряжения. В этом случае электрическая схема может содержать резистор, имеющий известное сопротивление и соединенный последовательно с указанным по меньшей мере одним нагревательным элементом, и электрическая схема может быть выполнена с возможностью измерения тока, проходящего через указанный по меньшей мере один нагревательный элемент, путем измерения напряжения на указанном резисторе с известным сопротивлением и определения тока, проходящего через указанный по меньшей мере один нагревательный элемент на основе измеренного напряжения и известного сопротивления. Таким образом, может отсутствовать необходимость во включении датчика температуры, который может занимать полезное место в системе, генерирующей аэрозоль, а также может быть дорогим. Следует подчеркнуть, что электрическое сопротивление в данном варианте осуществления используется как в качестве нагревательного элемента, так и датчика. The resistance heating element can function as a temperature sensor. For example, if said at least one heating element has suitable temperature coefficient of resistance characteristics, by measuring the electrical resistance of said at least one heating element, it will be possible to determine the temperature of the heating element. The electrical circuit may be configured to measure the electrical resistance of said at least one heating element by measuring the current passing through said at least one heating element and the voltage across said at least one heating element and determining the electrical resistance of said at least one heating element based on the measured current and voltage. In this case, the electrical circuit may comprise a resistor having a known resistance and connected in series with said at least one heating element, and the electrical circuit may be configured to measure the current passing through said at least one heating element by measuring the voltage across said a resistor of known resistance and determining the current passing through said at least one heating element based on the measured voltage and the known resistance. Thus, it may not be necessary to include a temperature sensor, which can take up valuable space in the aerosol generating system and can also be expensive. It should be emphasized that the electrical resistance in this embodiment is used as both a heating element and a sensor.
Субстрат, образующий аэрозоль, может быть в жидкой фазе при комнатной температуре. В контексте данного документа термины «жидкий» и «твердый» относятся к состоянию субстрата, образующего аэрозоль, при комнатной температуре. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть текучей жидкостью при комнатной температуре. Для жидкого субстрата, образующего аэрозоль, определенные физические свойства, например давление пара или вязкость субстрата, выбираются таким образом, чтобы быть пригодными для использования в системе, генерирующей аэрозоль. The aerosol-forming substrate may be in a liquid phase at room temperature. As used herein, the terms "liquid" and "solid" refer to the state of the aerosol-forming substrate at room temperature. The aerosol-forming substrate may be a fluid liquid at room temperature. For an aerosol-generating liquid substrate, certain physical properties, such as vapor pressure or substrate viscosity, are chosen to be suitable for use in an aerosol-generating system.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Субстрат, образующий аэрозоль, может альтернативно содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которое при использовании способствует образованию плотного и устойчивого аэрозоля и которое при рабочей температуре системы по существу устойчиво к термической деградации. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерола; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы.The aerosol-forming substrate may contain material of vegetable origin. The aerosol forming substrate may contain tobacco. The aerosol-forming substrate may comprise a tobacco-containing material containing volatile tobacco flavor compounds that are released from the aerosol-forming substrate upon heating. The aerosol forming substrate may alternatively comprise a non-tobacco material. The aerosol forming substrate may contain homogenized plant material. The aerosol forming substrate may comprise homogenized tobacco material. The aerosol generating substrate may contain at least one aerosol generating agent. The aerosol generating agent can be any suitable known compound or mixture of compounds which, when used, promotes the formation of a dense and stable aerosol and which, at the operating temperature of the system, is substantially resistant to thermal degradation. Suitable aerosol forming agents are well known in the art and include, but are not limited to: polyhydric alcohols such as triethylene glycol, 1,3-butanediol, and glycerin; esters of polyhydric alcohols such as glycerol mono-, di- or triacetate; and aliphatic esters of mono-, di- or polycarboxylic acids such as dimethyl dodecanedioate and dimethyl tetradecanedioate. Preferred aerosol forming agents are polyhydric alcohols or mixtures thereof, such as triethylene glycol, 1,3-butanediol, and most preferably glycerol. The aerosol forming substrate may contain other additives and ingredients such as flavoring agents.
Для жидкого субстрата, образующего аэрозоль, определенные физические свойства, например давление пара или вязкость субстрата, выбираются таким образом, чтобы быть пригодными для использования в системе, генерирующей аэрозоль. Жидкость предпочтительно содержит табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные ароматические соединения, которые высвобождаются из жидкости при нагреве. Альтернативно или дополнительно жидкость может содержать нетабачный материал. Жидкость может включать воду, этанол или другие растворители, растительные экстракты, растворы никотина и натуральные или искусственные ароматизаторы. Предпочтительно жидкость дополнительно содержит вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль. For an aerosol generating liquid substrate, certain physical properties, such as vapor pressure or substrate viscosity, are chosen to be suitable for use in an aerosol generating system. The liquid preferably contains a tobacco-containing material containing volatile tobacco flavor compounds that are released from the liquid when heated. Alternatively or additionally, the liquid may contain non-tobacco material. The liquid may include water, ethanol or other solvents, herbal extracts, nicotine solutions, and natural or artificial flavors. Preferably, the liquid further comprises an aerosol generating agent. Examples of suitable aerosol forming agents are glycerin and propylene glycol.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержаться в повторно заправляемой части для хранения жидкости в устройстве, генерирующем аэрозоль, или он может представлять собой одноразовый картридж в системе, генерирующей аэрозоль. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, содержится в одноразовом картридже в системе, генерирующей аэрозоль. Указанный картридж может быть заменен после одного сеанса использования или он может быть заменен после нескольких сеансов использования. Это может позволить пользователю заменить израсходованный картридж безопасным и эффективным образом. The aerosol generating substrate may be contained in a refillable liquid storage portion of the aerosol generating device, or it may be a disposable cartridge in the aerosol generating system. Preferably, the aerosol generating substrate is contained in a disposable cartridge in the aerosol generating system. Said cartridge may be replaced after one use or it may be replaced after several uses. This may allow the user to replace the used cartridge in a safe and efficient manner.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может доставляться из картриджа к нагревательному элементу с помощью механического устройства, например, ручного насоса или электрического насоса. The aerosol-forming liquid substrate may be delivered from the cartridge to the heating element by a mechanical device such as a hand pump or an electric pump.
Предпочтительно электрическая система, генерирующая аэрозоль, дополнительно содержит капиллярный фитиль для передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в нагревательный элемент. Это может уменьшить количество подвижных частей в устройстве, генерирующем аэрозоль, и, таким образом, может повысить надежность, а также уменьшить вес и стоимость. Preferably, the aerosol generating electrical system further comprises a capillary wick for transferring the aerosol generating liquid substrate to the heating element. This can reduce the number of moving parts in the aerosol generating device and thus can improve reliability as well as reduce weight and cost.
Необязательно, капиллярный фитиль расположен с возможностью контакта с жидкостью в картридже. Необязательно, капиллярный фитиль проходит в картридж. В этом случае при использовании жидкость может быть перемещена из картриджа в нагревательный элемент за счет капиллярного действия в капиллярном фитиле. В одном варианте осуществления капиллярный фитиль может содержать первый конец и второй конец, причем первый конец может проходить в картридж для контакта с жидкостью в нем, и нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью нагрева жидкости во втором конце. Когда нагревательный элемент активирован, жидкость на втором конце капиллярного фитиля может испаряться под действием по меньшей мере одного нагревательного элемента с образованием перенасыщенного пара. Перенасыщенный пар может смешиваться с потоком воздуха и перемещается в нем. Во время прохождения потока пар конденсируется с образованием аэрозоля, и аэрозоль может перемещаться по направлению ко рту пользователя. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может обладать физическими свойствами, включая вязкость и поверхностное натяжение, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярный фитиль за счет капиллярного действия. Optionally, the capillary wick is located in contact with the liquid in the cartridge. Optionally, the capillary wick extends into the cartridge. In this case, in use, liquid can be transferred from the cartridge to the heating element by capillary action in the capillary wick. In one embodiment, the capillary wick may comprise a first end and a second end, wherein the first end may extend into the cartridge for contact with the liquid therein, and a heating element may be configured to heat the liquid at the second end. When the heating element is activated, the liquid at the second end of the capillary wick can be vaporized by the action of at least one heating element to form supersaturated vapor. Supersaturated steam can mix with the air flow and move in it. During the flow, the vapor condenses to form an aerosol, and the aerosol can move towards the user's mouth. An aerosol-forming liquid substrate may have physical properties, including viscosity and surface tension, that allow liquid to be transported through a capillary wick by capillary action.
Капиллярный фитиль может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный фитиль предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный фитиль может содержать несколько волокон или нитей или другие тонкие трубки. Волокна или нити могут быть, как правило, выровнены в продольном направлении системы, генерирующей аэрозоль. Альтернативно капиллярный фитиль может содержать губкообразный или пенообразный материал, который выполнен в форме стержня. Стержень может проходить вдоль продольного направления системы, генерирующей аэрозоль. Структура фитиля может образовывать несколько небольших каналов или трубок, через которые может транспортироваться жидкость за счет капиллярного действия. Капиллярный фитиль может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов представляют собой капиллярные материалы, например, губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спекшихся порошков, вспененный металлический или пластиковый материал, волокнистый материал, например, выполненный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетатцеллюлозные, полиэфирные, или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный фитиль может иметь любые подходящие капиллярность и пористость с тем, чтобы использовать его с жидкостями с разными физическими свойствами. Жидкость может иметь физические свойства, включая, помимо всего прочего, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярное устройство за счет капиллярного действия. Капиллярные свойства фитиля в сочетании со свойствами жидкого субстрата, образующего аэрозоль, во время нормального использования при наличии большого количества субстрата, образующего аэрозоль, могут обеспечивать всегда влажное состояние фитиля в зоне нагрева.The capillary wick may have a fibrous or spongy structure. The capillary wick preferably contains a bundle of capillaries. For example, a capillary wick may contain several fibers or filaments or other thin tubes. The fibers or filaments can generally be aligned in the longitudinal direction of the aerosol generating system. Alternatively, the capillary wick may comprise a sponge-like or foam-like material which is in the form of a rod. The rod may extend along the longitudinal direction of the aerosol generating system. The structure of the wick may form several small channels or tubes through which liquid may be transported by capillary action. The capillary wick may comprise any suitable material or combination of materials. Examples of suitable materials are capillary materials, e.g. sponge or foam material, ceramic or graphite based materials in the form of fibers or sintered powders, metal or plastic foam material, fibrous material, e.g. polyester or bonded polyolefin, polyethylene, terylene or polypropylene fibers, nylon fibers or ceramics. The capillary wick may have any suitable capillarity and porosity so as to be used with liquids of different physical properties. A liquid may have physical properties including, but not limited to, viscosity, surface tension, density, thermal conductivity, boiling point, and vapor pressure that allow the liquid to be transported through a capillary device by capillary action. The capillary properties of the wick, combined with the properties of the liquid aerosol-forming substrate, during normal use in the presence of a large amount of aerosol-forming substrate, can ensure that the wick is always wet in the heating zone.
Капиллярный фитиль и нагревательный элемент и, необязательно, картридж могут быть выполнены с возможностью извлечения из системы, генерирующей аэрозоль, в виде одного компонента.The capillary wick and heating element, and optionally the cartridge, may be removable from the aerosol generating system as a single component.
Система может содержать устройство, генерирующее аэрозоль, и съемный картридж, причем источник питания и электрическая схема находятся в устройстве, а нагревательный элемент может находиться в съемном картридже, и при этом картридж содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Нагревательный элемент может быть выполнен с возможностью соединения с источником питания и электрической схемой посредством соответствующих соединителей. Нагревательный элемент может представлять собой одноразовый нагревательный элемент. Нагревательный элемент может быть заменяемым съемным картриджем. The system may include an aerosol generating device and a removable cartridge, wherein the power source and circuitry reside in the device and the heating element may reside in the removable cartridge, wherein the cartridge contains an aerosol generating liquid substrate. The heating element may be configured to be connected to a power source and an electrical circuit through appropriate connectors. The heating element may be a disposable heating element. The heating element may be a replaceable removable cartridge.
Необязательно, с устройством можно использовать картриджи, имеющие разные свойства. Например, с устройством могут быть предоставлены два разных картриджа, имеющих нагревательные элементы разного размера. Например, для доставки большего количества аэрозоля может использоваться нагревательный элемент с более высокой расчетной мощностью. Для уменьшения частоты замены картриджа может использоваться картридж большей емкости.Optionally, cartridges having different properties can be used with the device. For example, two different cartridges may be provided with the device having different sized heating elements. For example, a heating element with a higher power rating may be used to deliver more aerosol. To reduce the frequency of cartridge replacement, a higher capacity cartridge can be used.
Предпочтительно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит корпус. Предпочтительно корпус является удлиненным. Если устройство, генерирующее аэрозоль, содержит капиллярный фитиль, то продольная ось капиллярного фитиля и продольная ось корпуса могут быть по существу параллельными. Preferably, the aerosol generating device comprises a housing. Preferably the body is elongated. If the aerosol generating device comprises a capillary wick, then the longitudinal axis of the capillary wick and the longitudinal axis of the housing may be substantially parallel.
Корпус может состоять из любого подходящего материала или комбинации материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более из таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применения в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно материал является легким и нехрупким.The body may be made of any suitable material or combination of materials. Examples of suitable materials include metals, alloys, plastics, or composite materials containing one or more of these materials, or thermoplastic materials suitable for use in the food or pharmaceutical industry, such as polypropylene, polyether ether ketone (PEEK), and polyethylene. Preferably the material is lightweight and non-fragile.
Необязательно устройство, генерирующее аэрозоль, содержит пользовательское устройство ввода. Пользовательское устройство ввода может содержать по меньшей мере одно из нажимной кнопки, колеса прокрутки, сенсорной кнопки, сенсорного экрана и микрофона. Пользовательское устройство ввода может позволять пользователю управлять одним или более аспектами работы устройства, генерирующего аэрозоль. Пользовательское устройство ввода может позволить пользователю активировать подачу электропитания на нагреватель, деактивировать подачу электропитания на нагреватель или и то, и другое.Optionally, the aerosol generating device comprises a user input device. The user input device may include at least one of a push button, a scroll wheel, a touch button, a touch screen, and a microphone. The user input device may allow the user to control one or more aspects of the operation of the aerosol generating device. The user input device may allow the user to enable power to the heater, deactivate power to the heater, or both.
Необязательно, электрическая схема содержит микропроцессор и более предпочтительно программируемый микропроцессор. Система может содержать порт ввода данных или беспроводной приемник, позволяющий загружать программное обеспечение в микропроцессор. Электрическая схема может содержать дополнительные электрические компоненты. Optionally, the circuitry comprises a microprocessor, and more preferably a programmable microprocessor. The system may include a data entry port or a wireless receiver that allows software to be downloaded to the microprocessor. The electrical circuit may contain additional electrical components.
Необязательно, система, генерирующая аэрозоль, дополнительно содержит детектор затяжки для обнаружения момента, когда пользователь выполняет затяжку из системы. Детектор затяжки может быть соединен с электрической схемой. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью подачи питания от источника питания на нагревательный элемент при обнаружении затяжки детектором затяжки, так что каждая затяжка соответствует циклу нагрева. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения наличия неблагоприятного условия в ходе каждого цикла нагрева. Детектор затяжки может образовывать пользовательское устройство ввода на устройстве, генерирующем аэрозоль. Иначе говоря, для пользователя может не потребоваться нажатие на механическую кнопку с целью начала цикла нагрева. Optionally, the aerosol generating system further comprises a puff detector for detecting when a user is puffing from the system. The puff detector may be connected to the electrical circuit. The circuitry may be configured to energize the heating element from a power source when a puff is detected by a puff detector such that each puff corresponds to a heating cycle. The electrical circuitry may be configured to determine the presence of an unfavorable condition during each heating cycle. The puff detector may form a user input on the aerosol generating device. In other words, the user may not need to press the mechanical button to start the heating cycle.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать мундштук. Мундштук может быть выполнен с возможностью соединения с корпусом устройства, генерирующего аэрозоль, или картриджем. Необязательно, мундштук выполнен для соединения с устройством, генерирующим аэрозоль, при этом сочетание устройства, генерирующего аэрозоль, и мундштука может имитировать форму и размеры сгораемого курительного изделия, такого как сигарета, сигара или сигарилла. Предпочтительно, в таких вариантах осуществления сочетание устройства, генерирующего аэрозоль, и мундштука может имитировать форму и размеры сигареты.The aerosol generating device may further comprise a mouthpiece. The mouthpiece may be configured to be connected to the housing of the aerosol generating device or cartridge. Optionally, the mouthpiece is configured to be connected to an aerosol generating device, wherein the combination of the aerosol generating device and the mouthpiece can mimic the shape and dimensions of a combustible smoking article such as a cigarette, cigar or cigarillo. Preferably, in such embodiments, the combination of the aerosol generating device and the mouthpiece can mimic the shape and dimensions of a cigarette.
Источник питания может являться любым подходящим источником питания, например, источником напряжения постоянного тока, таким как батарея. Источник питания может представлять собой литий-ионную батарею, никель-металл-гидридную батарею, никель-кадмиевую батарею или батарею на основе лития, например литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею.The power source may be any suitable power source, for example a DC voltage source such as a battery. The power source may be a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, a nickel cadmium battery, or a lithium battery such as a lithium cobalt, lithium iron phosphate, lithium titanium, or lithium polymer battery.
Необязательно, источник питания может представлять собой перезаряжаемую литий-ионную батарею. Источник электропитания может содержать другой вид устройства хранения заряда, такой как конденсатор. Источник электропитания может нуждаться в перезарядке. Источник электропитания может иметь емкость, которая позволяет накапливать достаточное количество энергии для одного или более применений устройства, генерирующего аэрозоль. Например, источник электропитания может обладать достаточной емкостью для обеспечения непрерывного генерирования аэрозоля в течение периода, равного приблизительно шести минутам, что соответствует обычному времени, необходимому для выкуривания обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник электропитания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления предварительно заданного количества затяжек или отдельных активаций.Optionally, the power source may be a rechargeable lithium ion battery. The power supply may include another form of charge storage device such as a capacitor. The power supply may need to be recharged. The power source may have a capacity that allows sufficient energy to be stored for one or more uses of the aerosol generating device. For example, the power supply may have sufficient capacity to continuously generate an aerosol for a period of approximately six minutes, which is typical of the time required to smoke a conventional cigarette, or for a period of multiples of six minutes. In another example, the power supply may have sufficient capacity to allow a predetermined number of puffs or individual activations to occur.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью инициирования подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель в начале цикла нагрева. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью прекращения подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель в конце цикла нагрева.The electrical circuitry may be configured to initiate power supply from the power source to the heater at the beginning of the heating cycle. The circuitry may be configured to cut off power from the power source to the heater at the end of the heating cycle.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью непрерывной подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель.The electrical circuit may be configured to continuously supply power from the power source to the heater.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью прерывистой подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью импульсной подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель.The electrical circuit may be configured to intermittently supply power from the power source to the heater. The electrical circuit may be configured to pulse power from the power source to the heater.
Преимущественно импульсная подача электропитания на нагреватель может способствовать управлению общей выходной мощностью от нагревателя во время некоторого периода времени. Преимущественно управление общей мощностью нагревателя в течение некоторого периода времени может способствовать регулированию температуры.Advantageously, pulsing power to the heater can help control the total power output from the heater over a period of time. Advantageously, controlling the total power of the heater over a period of time can help control the temperature.
Электрическая схема может быть выполнена с возможностью изменения подачи электропитания от источника электропитания на нагреватель. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью изменения рабочего цикла импульсной подачи электропитания. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью изменения по меньшей мере одного из ширины импульса и периода рабочего цикла.The electrical circuit may be configured to change the power supply from the power source to the heater. The circuitry may be configured to change the duty cycle of the pulsed power supply. The circuitry may be configured to change at least one of the pulse width and duty cycle period.
Необязательно, система, генерирующая аэрозоль, является портативной. Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой курительную систему и может иметь размер, сопоставимый с размером обычной сигары или сигареты. Курительная система может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Курительная система может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.Optionally, the aerosol generating system is portable. The aerosol generating system may be a smoking system and may be of a size comparable to that of a conventional cigar or cigarette. The smoking system may have an overall length of from about 30 mm to about 150 mm. The smoking system may have an outer diameter of from about 5 mm to about 30 mm.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ управления подачей питания на нагревательный элемент в электрической системе, генерирующей аэрозоль, включающий: измерение температуры на нагревательном элементе; регулирование подачи питания на нагревательный элемент на основе измеренной температуры; определение неблагоприятного условия, когда i) скорость изменения в подаче питания на нагревательный элемент, требуемого для достижения или поддержания заданной температуры или ii) уменьшение в подаче питания, требуемого для достижения или поддержания заданной температуры в течение последовательных циклов нагрева, выходит за пределы заданного диапазона, при этом указанный заданный диапазон сохранен в запоминающем устройстве; и управления подачей питания на нагревательный элемент на основе того, присутствует ли неблагоприятное условие, или обеспечения указания в случае неблагоприятного условия.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for controlling energization of a heating element in an aerosol generating electrical system, comprising: measuring a temperature at the heating element; adjusting the power supply to the heating element based on the measured temperature; determination of an unfavorable condition when i) the rate of change in the power supply to the heating element required to reach or maintain the set temperature or ii) the decrease in the power supply required to reach or maintain the set temperature during successive heating cycles is outside the set range, wherein said predetermined range is stored in the storage device; and controlling energization of the heating element based on whether an unfavorable condition is present or providing an indication in case of an unfavorable condition.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предусмотрен компьютерный программный продукт, непосредственно загружаемый во внутреннее запоминающее устройство микропроцессора, содержащий части кода программного обеспечения для выполнения этапов согласно второму аспекту, когда указанный продукт запущен на микропроцессоре в электрической системе, генерирующей аэрозоль, причем система содержит нагревательный элемент для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, датчик для измерения температуры на нагревательном элементе и источник питания для подачи питания на нагревательный элемент, причем микропроцессор соединен с нагревательным элементом, датчиком и источником питания.According to a third aspect of the present invention, there is provided a computer program product directly downloadable to an internal storage device of a microprocessor, comprising portions of software code for performing steps according to the second aspect, when said product is run on the microprocessor in an aerosol generating electrical system, the system comprising a heating element for heating an aerosol-forming substrate, a temperature sensor on the heating element, and a power supply for supplying power to the heating element, the microprocessor being connected to the heating element, the sensor, and the power supply.
Во избежание сомнений, признаки, описанные выше в отношении одного аспекта настоящего изобретения, могут быть применены также и к другим аспектам настоящего изобретения. For the avoidance of doubt, the features described above with respect to one aspect of the present invention may also be applied to other aspects of the present invention.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта, могут быть в равной степени применены к другим аспектам настоящего изобретения. The features described in relation to one aspect can be equally applied to other aspects of the present invention.
Варианты осуществления настоящего изобретения далее будут описаны исключительно в качестве примеров со ссылками на прилагаемые графические материалы, в которых:Embodiments of the present invention will now be described solely as examples with reference to the accompanying drawings, in which:
на фиг. 1a, 1b, 1c и 1d показаны схематические иллюстрации системы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;in fig. 1a, 1b, 1c and 1d show schematic illustrations of a system in accordance with an embodiment of the present invention;
на фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа для использования в системе, показанной на фиг. 1a-1d;in fig. 2 is an exploded view of a cartridge for use in the system shown in FIG. 1a-1d;
На фиг. 3 показан подробный вид нитей нагревателя в сборе в картридже, показанном на фиг. 2, на котором показан мениск жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями;In FIG. 3 is a detailed view of the assembled heater filaments in the cartridge shown in FIG. 2 showing the meniscus of the aerosol forming liquid substrate between the filaments;
фиг. 4 представляет собой график, показывающий изменение электрического сопротивления нагревателя в сборе во время нескольких затяжек;fig. 4 is a graph showing the change in electrical resistance of the heater assembly during several puffs;
на фиг. 5 показан график, показывающий изменение в подаче питания на нагреватель в сборе, соответствующее множеству затяжек, как показано на фиг. 4;in fig. 5 is a graph showing the change in power supply to the heater assembly corresponding to multiple puffs as shown in FIG. 4;
на фиг. 6 показан график, показывающий разницу в минимальной подаче питания на нагреватель в сборе, соответствующую множеству затяжек, как показано на фиг. 4-5; иin fig. 6 is a graph showing the difference in minimum power to the heater assembly corresponding to multiple puffs as shown in FIG. 4-5; And
на фиг. 7 показан график, показывающий скорость изменения в подаче питания на нагреватель в сборе, соответствующую множеству затяжек, как показано на фиг. 4-6 .in fig. 7 is a graph showing the rate of change in power supply to the heater assembly corresponding to multiple puffs as shown in FIG. 4-6.
На фиг. 1a-1d показаны схематические иллюстрации электрически нагреваемой системы, генерирующей аэрозоль, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Система, генерирующая аэрозоль, содержит устройство 10, генерирующее аэрозоль, и картридж 20. In FIG. 1a-1d are schematic illustrations of an electrically heated aerosol generating system according to an embodiment of the present invention. The aerosol generating system comprises an
Картридж 20 содержит субстрат, образующий аэрозоль, в корпусе 24 картриджа, и выполнен с возможностью помещения в полость 18 внутри устройства. Картридж 20 представляет собой одноразовый картридж. Пользователь может заменять картридж 20, когда находящийся в картридже субстрат, образующий аэрозоль, израсходован. Картридж содержит съемное уплотнение 26 для обеспечения герметичного уплотнения корпуса 24 картриджа. Это обеспечивает возможность экранирования субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в корпусе 24 картриджа, от окружающей среды перед его первым использованием. На фиг. 1a показан картридж 20 сразу перед вставкой в устройство, при этом стрелка 1, показанная на фиг. 1a, указывает на направление вставки картриджа. The
Устройство 10, генерирующее аэрозоль, является портативным и имеет размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Устройство 10 содержит главную часть 11 и мундштучную часть 12. Главная часть 11 содержит батарею 14, такую как литий-железо-фосфатная батарея, электрическую схему 16 и полость 18. Электрическая схема 16 содержит программируемый микропроцессор. Мундштучная часть 12 соединена с главной частью 11 посредством шарнирного соединения 21 и может перемещаться между открытым положением, как показано на фиг. 1a, и закрытым положением, как показано на фиг. 1d. Мундштучную часть 12 располагают в открытом положении, чтобы обеспечить вставку и извлечение картриджей 20, и располагают в закрытом положении, когда система должна использоваться для генерирования аэрозоля. Мундштучная часть содержит множество впускных отверстий 13 для воздуха и выпускное отверстие 15. При использовании пользователь делает всасывание или затяжку со стороны выпускного отверстия для втягивания воздуха сквозь впускные отверстия 13 для воздуха через мундштучную часть в выпускное отверстие 15 и впоследствии в рот или легкие пользователя. Внутренние перегородки 17 предоставлены для того, чтобы вынуждать воздух протекать через мундштучную часть 12 мимо картриджа.The
Полость 18 имеет круглое поперечное сечение и такой размер, чтобы вмещать в себя корпус 24 картриджа 20. Электрические соединители 19 предоставлены по сторонам полости 18 для обеспечения электрического соединения между управляющей электроникой 16 и батареей 14, и соответствующими электрическими контактами на картридже 20.
На фиг. 1b показана система, показанная на фиг. 1a, со вставленным в полость 18 картриджем и удаленным съемным уплотнением 26. В этом положении электрические соединители прижимаются к электрическим контактам на картридже.In FIG. 1b shows the system shown in FIG. 1a with the cartridge inserted into the
На фиг. 1c показана система, показанная на фиг. 1b, с удаленным съемным уплотнением 26 и перемещенной в закрытое положение мундштучной частью 12.In FIG. 1c shows the system shown in FIG. 1b with the
На фиг. 1d показана система, показанная на фиг. 1c с находящейся в закрытом положении мундштучной частью 12. Мундштучная часть 12 удерживается в закрытом положении механизмом фиксации. Мундштучная часть 12 в закрытом положении удерживает картридж в электрическом контакте с электрическими соединителями 19 таким образом, что при использовании поддерживается хорошее электрическое соединение независимо от ориентации системы.In FIG. 1d shows the system shown in FIG. 1c with the
На фиг. 2 показан покомпонентный вид картриджа 20. Корпус 24 картриджа, который имеет размер и форму, выбранные для помещения в полость 18. Корпус содержит капиллярный материал 27, 28, который пропитан жидким субстратом, образующим аэрозоль. В данном примере субстрат, образующий аэрозоль, содержит 39% по весу глицерина, 39% по весу пропиленгликоля, 20% по весу воды и ароматизаторов и 2% по весу никотина. Капиллярный материал представляет собой материал, который активно передает жидкость от одного конца к другому на основании относительных различий в концентрации жидкости. Капиллярный материал может быть выполнен из любого подходящего материала. В этом примере капиллярный материал выполнен из сложного полиэфира. In FIG. 2 shows an exploded view of
Корпус 24 картриджа имеет открытый конец, к которому прикреплен нагреватель в сборе 30. Нагреватель в сборе 30 содержит субстрат 34, имеющий отверстие 35, образованное в нем, пару электрических контактов 32, прикрепленных к субстрату и отделенных друг от друга зазором 33, и множество электрически проводящих нитей 36 нагревателя, заполняющих отверстие и прикрепленных к электрическим контактам на противоположных сторонах отверстия 35. The
Нагреватель в сборе 30 покрыт съемным уплотнением 26. Съемное уплотнение 26 содержит непроницаемый для жидкости лист пластмассы, который приклеен к нагревателю в сборе 30, но который может быть легко снят. На боковой стороне съемного уплотнения 26 предоставлен выступ, чтобы предоставить пользователю возможность захвата съемного уплотнения 26 при его снятии. Теперь специалисту в данной области техники будет очевидно, что несмотря на то, что приклеивание описано в качестве способа крепления непроницаемого листа пластмассы к нагревателю в сборе, могут быть использованы другие способы, известные специалистам в данной области техники, включая тепловую склейку или ультразвуковую сварку, при условии, что покрытие может быть легко удалено потребителем.The
Картридж по фиг. 2 содержит два отдельных капиллярных материала 27, 28. Диск первого капиллярного материала 27 предоставлен для контакта с нагревательным элементом 36, 32 при использовании. Большая часть второго капиллярного материала 28 предоставлена на противоположной стороне первого капиллярного материала 27 относительно нагревателя в сборе. Как первый капиллярный материал, так и второй капиллярный материал удерживают жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Первый капиллярный материал 27, который находится в контакте с нагревательным элементом, имеет более высокую температуру термического разложения (по меньшей мере 160°C или выше, такую как приблизительно 250°C), чем второй капиллярный материал 28. Первый капиллярный материал 27 эффективно действует как разделитель, отделяющий нагревательный элемент 36, 32 от второго капиллярного материала 28, так что второй капиллярный материал не подвергается воздействию температур, превышающих его температуру термического разложения. Перепад температур в первом капиллярном материале таков, что второй капиллярный материал подвергается воздействию температур ниже его температуры теплового разложения. Второй капиллярный материал 28 может быть выбран таким образом, чтобы обладать лучшими капиллярными свойствами, чем первый капиллярный материал 27, обладать способностью удерживать больше жидкости на единицу объема, чем первый капиллярный материал, и быть дешевле первого капиллярного материала. В данном примере первый капиллярный материал представляет собой теплостойкий материал, такой как стекловолокно или материал, содержащий стекловолокно, и второй капиллярный материал представляет собой полимер, такой как подходящий капиллярный материал. Приведенные в качестве примера подходящие капиллярные материалы включают капиллярные материалы, рассмотренные в данном документе, и в альтернативных вариантах осуществления могут включать полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полиэтилентерефталат (PET).The cartridge according to Fig. 2 contains two separate
Капиллярный материал 27, 28 преимущественно ориентирован в корпусе 24 таким образом, чтобы передавать жидкость в нагреватель в сборе 30. Когда картридж собран, нити 36 нагревателя могут находиться в контакте с капиллярным материалом 27, и поэтому субстрат, образующий аэрозоль, может быть непосредственно передан в сетчатый нагреватель. На фиг. 3 показан подробный вид нитей 36 нагревателя в сборе 30, на котором показан мениск 40 жидкого субстрата, образующего аэрозоль, между нитями 36 нагревателя. Как показано, субстрат, образующий аэрозоль, находится в контакте с большей частью поверхности каждой нити 36, так что большая часть тепла, сгенерированного нагревателем в сборе 30, проходит непосредственно в субстрат, образующий аэрозоль.The
Таким образом, при нормальной работе жидкий субстрат, образующий аэрозоль, контактирует с большой частью поверхности нитей 36 нагревателя. Однако, когда большая часть жидкого субстрата в картридже была использована, в нити 36 нагревателя будет доставляться меньше жидкого субстрата, образующего аэрозоль. При меньшем количестве жидкости для испарения энтальпией испарения поглощается меньше энергии, и больше энергии, подаваемой на нити 36 нагревателя, направляется на повышение температуры нитей нагревателя. Аналогичным образом, энергия, необходимая для поддержания целевой температуры, также уменьшается по мере высыхания нитей 36 нагревателя. Нити 36 нагревателя могут высыхать, потому что субстрат, образующий аэрозоль, в картридже израсходован. В качестве альтернативы, но менее вероятно, нити 36 нагревателя могут высыхать, потому что пользователь осуществляет крайне продолжительные или частые затяжки, и жидкость не может доставляться к нитям 36 нагревателя так же быстро, как испаряется.Thus, during normal operation, the aerosol-forming liquid substrate contacts a large portion of the surface of the
При использовании нагреватель в сборе 30 работает за счет резистивного нагрева. Ток проходит через нити 36 под управлением управляющей электроники 16 для нагрева нитей до требуемого температурного диапазона. Сетка или матрица нитей имеет значительно более высокое электрическое сопротивление, чем электрические контакты 32 и электрические соединители 19, так что высокие температуры локализуются на нитях. Это сводит к минимуму потери тепла на другие части устройства 10, генерирующего аэрозоль. В этом примере система выполнена с возможностью генерирования тепла за счет подачи электрического тока в нагреватель в сборе 30 в ответ на затяжку пользователя. In use, the
Система содержит датчик затяжки, выполненный с возможностью обнаружения момента, когда пользователь втягивает воздух через мундштучную часть. Датчик затяжки (не изображен) соединен с управляющей электроникой 16, и управляющая электроника 16 выполнена с возможностью подачи тока на нагреватель в сборе 30 только при определении того, что пользователь осуществляет затяжку из устройства. Любой подходящий датчик потока воздуха может использоваться как датчик затяжки, например, микрофон или датчик давления.The system includes a puff sensor configured to detect when the user draws air through the mouthpiece. A puff sensor (not shown) is connected to control
Чтобы обнаружить увеличение температуры, электрическая схема 16 выполнена с возможностью измерения электрического сопротивления нитей нагревателя. Нити 36 нагревателя в этом примере выполнены из нержавеющей стали и имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Дополнительно, поскольку тепло генерируется кратковременными вспышками с использованием импульсов высокого тока, в такой системе, активируемой при затяжке, нити из нержавеющей стали, имеющие относительно высокую удельную теплоемкость, являются идеальными.To detect an increase in temperature,
При повышении температуры нитей 36 нагревателя возрастает их электрическое сопротивление. Следует понимать, что в других вариантах осуществления нити 36 нагревателя могут быть выполнены из материала, имеющего отрицательный коэффициент сопротивления, вследствие чего, при повышении температуры нитей нагревателя их электрическое сопротивление уменьшается.As the temperature of the
Фиг. 4 представляет собой график, показывающий изменение сопротивления нагревателя, обнаруживаемое во время нескольких затяжек пользователя. Каждая из затяжек длится в течение длительности затяжки ∆t. Ось x представляет время, а ось y представляет электрическое сопротивление на нагревателе в сборе 30. На фиг. 4 изменение электрического сопротивления обнаружено в трех разных циклах нагрева, каждый из которых соответствует затяжке, осуществляемой пользователем: 1) во время цикла 500 нагрева, в течение которого нити 36 нагревателя насыщаются субстратом, образующим аэрозоль, например, при нормальной эксплуатации; 2) во время цикла 502 нагрева, при котором нитям 36 нагревателя обеспечивается недостаточная подача субстрата, образующего аэрозоль, например, жидкий субстрат не полностью восполнен в нитях 36 нагревателя; и 3) во время цикла 504 нагрева, при котором в нитях 36 нагревателя израсходован субстрат, образующий аэрозоль. Электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения того, что оба цикла 502 и 504 нагрева содержат неблагоприятные условия. В качестве альтернативы электрическая схема может быть выполнена с возможностью определения того, что только цикл 504 нагрева является неблагоприятным условием. Fig. 4 is a graph showing the change in heater resistance detected during multiple puffs by the user. Each of the puffs lasts for the duration of the puff ∆t. The x-axis represents time and the y-axis represents electrical resistance at
Нагреватель в сборе 30 имеет начальное сопротивление RRef. Указанное начальное сопротивление RRef является собственной характеристикой нагревателя в сборе 30. Оно означает эталонное сопротивление нагревателя в сборе 30 при комнатной температуре. Начальное сопротивление RRef представляет собой комбинацию паразитного сопротивления RP и сопротивление нитей R0 нагревателя при комнатной температуре. Следовательно, R0 можно определить из R0=RRef - RP. Конкретнее, паразитное сопротивление RP представляет собой сопротивление, возникающее вследствие электрических контактов 32 и электрических соединителей 19 и контактов между ними. R0 представляет собой сопротивление нитей 36 нагревателя при температуре окружающей среды.
Начальное сопротивление RRef нового картриджа 20 измеряют по меньшей мере один раз до применения любого нагрева. Для определения момента вставки нового картриджа 20 используется система обнаружения. В некоторых случаях RRef может измеряться только один раз для каждого картриджа. RRef может измеряться каждый раз при включении системы. В этом варианте осуществления электрическая схема выполнена с возможностью периодического получения обновленных результатов измерения RRef после прохождения заданных интервалов времени, в течение которых питание не подается на нити 36 нагревателя. Каждый из заданных интервалов времени длится 3 минуты, но может быть выбран любым подходящим периодом времени, необходимым для охлаждения нитей 36 нагревателя от их рабочей температуры обратно до температуры окружающей среды. Такие периодические обновления RRef повторную калибруют электрическую схему для компенсации изменений температуры окружающей среды, а также состояния нитей 36 нагревателя.The initial resistance R Ref of the
При подаче питания на нагреватель в сборе 30 во время затяжки пользователя, температура нитей 36 нагревателя возрастает от температуры окружающей среды. Это приводит к повышению электрического сопротивления R нитей 36 нагревателя. Однако паразитное сопротивление RP считается постоянным. Это связано с тем, что RP обусловлено ненагретыми компонентами, такими как электрические контакты 32 и электрические соединители 19. Кроме того, значение RP считается одинаковым для всех картриджей и на него не будут воздействовать изменения в отношении другого картриджа. Значение паразитного сопротивления RP для конкретного устройства 20, генерирующего аэрозоль, сохраняется в запоминающем устройстве электрической схемы.When power is applied to the
Сопротивление нитей 36 нагревателя линейно связано с его температурой. Следовательно, температура нагревателя в сборе может регулироваться путем регулирования сопротивления R на значении целевого сопротивлении RT на основе коэффициента K, где RT = (R0)·K или RT =(RRef - RP)·K. K может представлять собой заданное значение и храниться в запоминающем устройстве электрической схемы.The resistance of the
На фиг. 4 показано изменение электрического сопротивления ∆R в нагревателе в сборе 30 по мере его нагрева от температуры окружающей среды до целевой температуры нагревателя, которая впоследствии поддерживается, во время затяжек пользователя. Каждый из циклов 500, 502, 504 нагрева соответствует затяжке пользователя и имеет длительность ∆t. В приведенном примере каждый цикл нагрева начинается с нагревателя в сборе 30 при температуре окружающей среды и сопротивления RRef нагревателя в сборе. Однако это не всегда может происходить, поскольку нагреватель в сборе 30 может не полностью охлаждаться между затяжками. Следовательно, электрическое сопротивление R при фактическом использовании может начинаться на уровне, который выше, чем RRef. Однако температура или соответствующее электрическое сопротивление R нагревателя в сборе 30 в начале цикла нагрева не является существенным. Это связано с тем, что электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда нагреватель в сборе 30 достиг своей целевой температуры.In FIG. 4 shows the change in electrical resistance ∆R in
Нагреватель в сборе 30 в цикле 500 нагрева насыщен жидким субстратом, образующим аэрозоль. Это характеризует нормальное рабочее условие. В данном примере температура нагревателя в сборе 30 выполнена с возможностью регулирования посредством коэффициента K 1,2. В начале цикла нагрева электрическая схема подает электрическую энергию на нагреватель в сборе 30 при измерении сопротивления R нагревателя. Этот период нагрева может называться фазой нагрева. Во время фазы нагрева электрическая схема может продолжать подачу питания на нагреватель в сборе 30 до тех пор, пока измеренное сопротивление R нагревателя не покажет RT, которое в данном случае составляет 1,2 R0. The
Как только RT достигнуто, электрическая схема может продолжать подавать питание, либо на сниженном уровне, либо прерывисто, для регулирования сопротивления R нагревателя на уровне целевого сопротивления RT нагревателя. Это приводит к постоянной температуре нагревателя. Этот период поддержания температуры может называться фазой поддержания. Во время такой фазы поддержания R сопротивление нагревателя регулируют таким образом, чтобы оно оставалось при постоянном значении.Once R T is reached, the circuitry may continue to energize, either at a reduced level or intermittently, to adjust the heater resistance R to the target heater resistance R T . This results in a constant heater temperature. This temperature maintenance period may be referred to as the maintenance phase. During this maintenance phase R, the resistance of the heater is adjusted so that it remains at a constant value.
Коэффициент K может быть заводской настройкой в качестве значения по умолчанию. Коэффициент K коррелирует с целевой температурой нитей 36 нагревателя по умолчанию. В дополнение, пользователь может регулировать коэффициент K из его значения по умолчанию с использованием пользовательского устройства ввода, например набора механических кнопок или колеса прокрутки. Это позволяет пользователям регулировать целевую температуру нагревателя согласно своим собственным предпочтениям. The K factor can be factory set as a default value. The K coefficient correlates with the target temperature of the
Если нагреватель в сборе принимает меньшее количество жидкого субстрата, скорость повышения температуры dT/dt на нитях 36 нагревателя увеличивается во время фазы нагрева. Соответственно, скорость повышения сопротивления, dR/dt, на нитях 36 нагревателя в течение этого периода также увеличивается. Такая ситуация может возникать, например, в случае, если жидкий субстрат не может быть полностью восполнен на нитях 36 нагревателя. Это проиллюстрировано в цикле 502 нагрева по фиг. 4. Нити 36 нагрева имеют недостаточное количество жидкого субстрата. Во время фазы нагрева цикла 502 нагрева скорость повышения электрического сопротивления dR/dt является более высокой, чем в ходе цикла 500 нагрева. Скорость повышения электрического сопротивления dR/dt возрастает еще больше в случае, если нити 36 нагревателя полностью израсходованы жидким субстратом, как показано в цикле 504 нагрева по фиг. 4. В некоторых случаях вследствие отсутствия жидкого субстрата температура нагревателя возрастает настолько быстро, что нагреватель в сборе 30 не может рассеивать тепло достаточно быстро, что приводит к повышению электрического сопротивления выше RT. Это можно видеть в цикле 504 нагрева.If the heater assembly accepts less liquid substrate, the temperature rise rate dT/dt on the
В одном варианте осуществления электрическая схема выполнена с возможностью прекращения подачи питания на нагреватель в сборе после обнаружения скорости увеличения электрического сопротивления dR/dt, превышающей верхнее пороговое значение. Например, такое верхнее пороговое значение может представлять собой скорость повышения электрического сопротивления, которая наблюдается только тогда, когда картридж опустошен. Кроме того, для пользователя может быть выполнено визуальное предупреждение, такое как мигающий LED-сигнал, предлагающее заменить картридж. In one embodiment, the circuitry is configured to shut off power to the heater assembly upon detecting a rate of increase in electrical resistance dR/dt that exceeds an upper threshold. For example, such an upper threshold may be a rate of increase in electrical resistance that occurs only when the cartridge is empty. In addition, a visual warning, such as a flashing LED signal, may be provided to the user, prompting the user to replace the cartridge.
Подача питания на нагреватель 30 в сборе также может быть использована для определения расходования субстрата, образующего аэрозоль, на нитях 36 нагревателя. Это проиллюстрировано с помощью циклов 510, 512 и 514 нагрева, показанных на фиг. 5, каждый из которых показывает питание, подаваемое во время циклов 500, 502 и 504 нагрева на фиг. 4. Подаваемое питание определяют на основе изменения питания, ∆W, в пределах конкретного интервала времени. Например, подаваемое питание определяют каждые 100 мс. The energization of the
Цикл 510 нагрева показывает изменение в подаче питания во время затяжки, при этом нить 36 нагревателя насыщена жидким субстратом. Можно видеть, что подача питания постепенно повышается до самого высокого уровня в течение периода нагрева. Это обеспечивает возможность быстрого нагрева нагревателя в сборе 30. В некоторых случаях подача питания может начаться со своего самого высокого уровня в начале цикла нагрева, что обеспечивает даже более быстрый нагрев.
Затем подача питания уменьшается и стабилизируется на более низком уровне во время фазы поддержания. Электрическая схема устанавливает заданный предел 516 подачи питания, предназначенный для ограничения максимальной подачи питания на нагреватель в сборе 30. Предел 516 подачи питания образует пассивный предохранительный механизм для предотвращения перегрева. В приведенном примере предел 516 питания является изменяемым, при этом предел во время фазы нагрева является высоким по сравнению с пределом во время фазы поддержания, соответственно. The power supply is then reduced and stabilized at a lower level during the maintenance phase. The circuitry sets a
Цикл 512 нагрева показывает изменение в подаче питания во время затяжки, где на нить нагревателя подается недостаточное количество жидкого субстрата. Подача питания во время фазы нагрева в цикле 512 нагрева аналогична питанию, подаваемому, когда нити 36 нагревателя насыщены жидким субстратом, как показано в цикле 510 нагрева. Однако, поскольку приток жидкого субстрата не может пополнять испаренный субстрат на нитях 36 нагревателя, подача, необходимая для поддержания нагревателя в сборе 30 на его целевом уровне постепенно уменьшается к концу затяжки пользователя.
Цикл 514 нагрева показывает изменение в подаче питания во время затяжки, когда жидкий субстрат на нити нагревателя израсходован. Благодаря отсутствию жидкого субстрата, питание, подаваемое на нагреватель в сборе 30 во время фазы нагрева, значительно ниже, чем питание в циклах 510 и 512 нагрева. Аналогично циклу 512 нагрева, поскольку жидкий субстрат на нитях 36 нагревателя израсходован, питание, необходимое для поддержания его целевой температуры, быстро снижается к концу затяжки пользователя.
Электрическая схема выполнена с возможностью обнаружения недостаточного количества жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя во время фазы поддержания на основе уменьшения подаваемого питания. Более конкретно, после достижения нагревателем в сборе 30 целевого сопротивления, характеризующего целевую температуру, подача питания постепенно уменьшается до тех пор, пока она не достигнет заданного минимального порогового значения Pmin питания. Затем электрическая схема определяет недостаточный уровень жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя, как показано в цикле 512 нагрева, или как показано в цикле 514 нагрева, когда картридж опустошен. The circuitry is configured to detect an insufficient amount of liquid substrate on the
В отличие от этого, нити нагревателя, которые насыщены жидким субстратом, требуют большего питания, чем минимальное пороговое значение Pmin питания для поддержания своего электрического сопротивления R на уровне целевого сопротивления RT. Таким образом, потребление питания ниже заданного минимального порогового значения Pmin питания, может быть достигнуто только в случае отсутствия жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя. In contrast, heater filaments that are saturated with liquid substrate require more power than the minimum power threshold P min to maintain their electrical resistance R at the target resistance R T . Thus, a power consumption below a predetermined minimum power threshold P min can only be achieved in the absence of liquid substrate on the
В этом варианте осуществления электрическая схема выполнена с возможностью прекращения подачи питания сразу же после обнаружения того, что подача питания упала ниже минимального порогового значения Pmin питания. In this embodiment, the electrical circuit is configured to cut off the power supply immediately upon detecting that the power supply has dropped below the minimum power threshold P min .
В качестве альтернативы, при обнаружении недостаточного количества жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя электрическая схема не прекращает подачу питания немедленно. Вместо этого электрическая схема может продолжать подачу питания для одной или более дополнительных затяжек. Например, электрическая схема может продолжать подачу питания для двух дополнительных затяжек. Это позволяет электрической схеме продолжать отслеживать подачу питания в последовательных затяжках, чтобы подтвердить израсходование субстрата на нитях 36 нагревателя.Alternatively, if insufficient liquid substrate is detected on the
В другом варианте осуществления израсходование жидкого субстрата может быть определено путем отслеживания уменьшения минимальной подачи питания в течение последовательных затяжек. Более конкретно, электрическая схема может сравнивать минимальную подачу Pmin питания с записанными в каждой из последовательных затяжек. Тогда электрическая схема может определять неблагоприятное условие, когда разность между минимальной подачей Pmin питания в течение последовательных циклов превышает пороговое значение смещения ∆Poffset. Это показано на фиг. 6, где показана подача питания в течение трех последовательных циклов нагрева, соответствующих трем следующим последовательным затяжкам пользователя: 1) во время цикла 520 нагрева, в котором нити нагревателя насыщаются субстратом, образующим аэрозоль, что является нормальным рабочим условием; 2) во время цикла 522 нагрева, в котором на нити нагревателя подается недостаточное количество субстрата, образующего аэрозоль; и 3) во время цикла 524 нагрева, когда на нитях нагревателя израсходован субстрат, образующий аэрозоль.In another embodiment, the liquid substrate consumption can be determined by monitoring the decrease in the minimum power supply during successive puffs. More specifically, the electrical circuit may compare the minimum power supply P min with that recorded in each of the successive puffs. Then the electrical circuit can determine the adverse condition when the difference between the minimum power supply P min during successive cycles exceeds the offset threshold value ∆P offset . This is shown in FIG. 6, which shows energization for three successive heat cycles corresponding to the following three consecutive user puffs: 1) during
В нормальных рабочих условиях, когда нити 36 нагревателя насыщены жидким субстратом, образующим аэрозоль, минимальная подача питания во время затяжки представляет собой Pmin1. Если все последующие затяжки в пределах конкретного сеанса происходят при нормальной работе, минимальная подача питания Pmin, зарегистрированная во время каждого цикла нагрева будет составлять приблизительно Pmin1. То есть при нормальном рабочем условии зарегистрированная минимальная подача Pmin питания от затяжки к затяжке по существу постоянна. Смещение минимальной подачи Pmin питания, как ожидается, очень мало. В частности, когда нити 36 нагревателя насыщены жидким субстратом, смещение минимальной подачи питания не будет превышать заданного порогового значения ∆Poffset.Under normal operating conditions, when the
Однако количество доступного жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в картридже уменьшается при каждой последующей затяжке. Когда картридж почти пуст, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, начинает расходоваться на нитях 36 нагревателя. В этом случае минимальная подача Pmin питания, зарегистрированная во время затяжки, уменьшается при каждой последующей затяжке. Например, Pmin2 представляет собой минимальную подачу питания, зарегистрированную во время второго цикла 522 нагрева, которая ниже, чем Pmin1, зарегистрированная во время предыдущего цикла нагрева. В этом случае разница между Pmin2 и Pmin1 превышает заданное пороговое значение ∆Poffset, так что Pmin2 < (Pmin1 - ∆Poffset). Следовательно, электрическая схема определяет, что в нагревателе в сборе присутствует недостаточный запас жидкого субстрата. В результате электрическая схема немедленно прекращает подачу питания на нити 36 нагревателя и указывает пользователю на необходимость замены пустого картриджа. However, the amount of available aerosol-forming liquid substrate in the cartridge decreases with each successive puff. When the cartridge is nearly empty, the aerosol-forming liquid substrate begins to be consumed on the
В качестве альтернативы, электрическая схема может продолжать отслеживать минимальную подачу питания по меньшей мере для одного или нескольких циклов нагрева. В этом случае Pmin3 регистрируют в ходе третьего цикла 524 нагрева, следующего за вторым циклом 522 нагрева. В этом случае разница между Pmin3 и Pmin2 снова превышает заданное пороговое значение ∆Poffset, так что Pmin3 < (Pmin2 - ∆Poffset). Поскольку минимальная подача Pmin питания продолжает уменьшаться в последующих циклах, электрическая схема определяет, что жидкий субстрат на нитях 36 нагревателя израсходован. В результате электрическая схема прекращает подачу питания на нагреватель в сборе 30 и указывает пользователю на необходимость замены пустого картриджа. Alternatively, the circuitry may continue to monitor the minimum power supply for at least one or more heating cycles. In this case, P min3 is recorded during the
В качестве альтернативы электрическая схема может быть выполнена с возможностью сравнения зарегистрированной минимальной подачи Pmin питания с подачей питания, зарегистрированной во время первого цикла 520 нагрева, т. е. Pmin1. В этом случае электрическая схема выполнена с возможностью сравнения Pmin3 с Pmin1. Если разность между Pmin3 и Pmin1 превышает заданное пороговое значение ∆Poffset, так что Pmin3 < (Pmin1 - ∆Poffset), электрическая схема определяет, что жидкий субстрат на нитях 36 нагревателя израсходован. Это гарантирует, что сравнение всегда выполняется в отношении картриджа, который является новым или по меньшей мере, в котором не израсходован жидкий аэрозоль.Alternatively, the circuitry may be configured to compare the recorded minimum power supply P min with the power input recorded during the
В качестве альтернативы, электрическая схема может сравнивать минимальное питание, подаваемое при скользящем среднем для минимального питания PminAV подаваемого за n предыдущих циклов нагрева, где n представляет собой положительное целое число больше 1. Например, электрическая схема выполнена с возможностью усреднения значения Pmin, регистрируемого за последние n затяжек для получения указанного скользящего среднего PminAV. Если разность между Pmin и PminAV превышает заданное пороговое значение ∆Poffset, так что Pmin < (PminAV - ∆Poffset), электрическая схема определяет, что жидкий субстрат на нитях 36 нагревателя израсходован. Это гарантирует, что сравнение с меньшей вероятностью будет зависеть от колебаний условий.Alternatively, the circuitry may compare the minimum power supplied with a moving average of the minimum power PminAV supplied over n previous heating cycles, where n is a positive integer greater than 1. For example, the circuitry is configured to average the value Pmin recorded over the last n puffs to obtain the specified moving average P minAV . If the difference between P min and P minAV exceeds a predetermined threshold value ∆P offset so that P min < (P minAV - ∆P offset ), the circuitry determines that the liquid substrate on the
Уменьшение минимального питания, подаваемого во время фазы поддержания, является хорошим показателем недостаточного количества жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя. Однако электрическая схема не может определить неблагоприятное условие до тех пор, пока подача питания не уменьшится ниже минимального порогового значения питания. То есть, ответ на указанное неблагоприятное условие не может быть немедленно выдан. В другом варианте осуществления электрическая схема выполнена с возможностью определения недостаточного количества жидкого субстрата из первой производной подачи питания от времени, dP/dt. Это показано на фиг. 7, где показана скорость изменения подачи питания во время трех циклов нагрева, соответствующих затяжкам пользователя: 1) во время цикла 530 нагрева, когда нити 36 нагревателя насыщаются субстратом, образующим аэрозоль, что является нормальным рабочим условием; 2) во время цикла 532 нагрева, когда на нити 36 нагревателя подается недостаточное количество субстрата, образующего аэрозоль; и 3) во время цикла 534 нагрева, когда на нитях нагревателя израсходован субстрат, образующий аэрозоль. A decrease in the minimum power supplied during the maintenance phase is a good indicator of insufficient liquid substrate on the
При нормальной работе, когда нити нагревателя насыщаются жидким субстратом, как показано в цикле 530 нагрева, dP/dt постепенно уменьшается по мере нагрева нагревателя в сборе 30. Как только электрическое сопротивление достигает целевого сопротивления RT и поддерживается на этом уровне, dP/dt остается на более или менее постоянном уровне. Это обусловлено тем, что количество испарения субстрата сохраняется постоянным при целевой температуре. During normal operation, when the heater filaments are saturated with liquid substrate, as shown in the
Однако, если присутствует недостаточное количество жидкого субстрата, как показано в цикле 532 нагрева, dP/dt уменьшается с целью поддержания электрического сопротивления на уровне целевого сопротивлении RT. Электрическая схема выполнена с возможностью определения неблагоприятного условия, когда dP/dt снижается ниже заданного минимального порогового значения dP/dtmin скорости изменения. Например, резкая потеря запаса жидкого субстрата на нитях 36 нагревателя приведет к быстрому уменьшению подачи питания. Это приводит к снижению значения dP/dt. В серьезных случаях dP/dt снижается ниже заданного минимального порогового значения dP/dtmin скорости изменения. However, if insufficient liquid substrate is present, as shown in
В наихудшем случае, когда в картридже полностью израсходован жидкий субстрат, как показано в цикле 524 нагрева, dP/dt уменьшается быстрее и поэтому время для достижения dP/dtmin короче. Чем суше нити 36 нагревателя, тем быстрее происходит обнаружение неблагоприятного условия, и тем быстрее подача питания может быть остановлена или уменьшена. In the worst case, when the liquid substrate is completely used up in the cartridge, as shown in the
Каждый из способов, описанных в различных вариантах осуществления, может быть применен для определения неблагоприятного условия. Альтернативно указанное определение неблагоприятного условия может быть основано на сочетании нескольких описанных способов. Система, генерирующая аэрозоль, может быть выполнена с возможностью использования различных способов определения неблагоприятного условия в разных режимах. Описанные способы могут также использоваться во внутреннем диагностическом инструменте системы.Each of the methods described in the various embodiments may be applied to determine an adverse condition. Alternatively, said definition of an unfavorable condition may be based on a combination of several of the methods described. The aerosol generating system may be configured to use different methods for determining adverse conditions in different modes. The described methods can also be used in the system's internal diagnostic tool.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP18175207.2 | 2018-05-30 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2023111772A Division RU2023111772A (en) | 2018-05-30 | 2019-05-22 | DETECTION OF ADVERSE HEATER CONDITIONS IN AN ELECTRICALLY HEATED AEROSOL GENERATING SYSTEM |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020140006A RU2020140006A (en) | 2022-06-30 |
| RU2795873C2 true RU2795873C2 (en) | 2023-05-12 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014040988A2 (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-20 | Philip Morris Products S.A. | Device and method for controlling an electrical heater to limit temperature |
| GB2529629A (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-02 | Nicoventures Holdings Ltd | Electronic aerosol provision system |
| RU2606942C2 (en) * | 2011-12-30 | 2017-01-10 | Филип Моррис Продактс С.А. | Detection of aerosol-forming substrate in aerosol generating device |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2606942C2 (en) * | 2011-12-30 | 2017-01-10 | Филип Моррис Продактс С.А. | Detection of aerosol-forming substrate in aerosol generating device |
| WO2014040988A2 (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-20 | Philip Morris Products S.A. | Device and method for controlling an electrical heater to limit temperature |
| GB2529629A (en) * | 2014-08-26 | 2016-03-02 | Nicoventures Holdings Ltd | Electronic aerosol provision system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12127600B2 (en) | Electrically operated aerosol-generating system and methods for detecting heater conditions in the system | |
| US20240225123A1 (en) | Detection of adverse heater conditions in an electrically heated aerosol generating system | |
| CN112790443B (en) | Heater management | |
| RU2749372C2 (en) | Heater control | |
| RU2795873C2 (en) | Electric system generating aerosol, method of control of power supply to heating element in electric system and internal microprocessor storage device | |
| RU2792959C2 (en) | Electric aerosol generating system and method for control of power supply to heating element in electric aerosol generating system |