具有改良的氣溶膠生成的氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供了一種控制氣溶膠產(chǎn)生裝置中的氣溶膠生成的方法，該裝置包括：氣溶膠形成基材；加熱器，加熱器包括至少一個用于加熱氣溶膠形成基材的加熱元件；和電源，用于將電量提供給加熱元件，該方法包括如下步驟：確定加熱元件的溫度；調(diào)節(jié)提供給加熱元件的電量以將加熱元件的溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，其中所述期望的溫度范圍基于通過或者經(jīng)過該裝置的氣體的測量的流速動態(tài)地計(jì)算。通過控制加熱元件的溫度，可以產(chǎn)生一致的和合乎需要的特性的氣溶膠。
【專利說明】具有改良的氣溶膠生成的氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制氣溶膠生成的方法。本發(fā)明還涉及氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)，尤其是涉及電動氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了這樣特別的應(yīng)用，如一種通過電動發(fā)煙系統(tǒng)的至少一個電子元件來控制在氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)中的氣溶膠生成的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]W0-A-2009/132793公開了一種電加熱的發(fā)煙系統(tǒng)。液體存儲在液體存儲部分中，毛細(xì)管芯(capillary wick)具有第一端部和第二端部,第一端部延伸到液體存儲部分中以接觸在其中的液體，第二端部伸出液體存儲部分。加熱元件給毛細(xì)管芯的第二端部加熱。加熱元件為以螺旋形纏繞電加熱元件的形式，與電源電連接，并且圍繞毛細(xì)管芯的第二端部。在使用中，加熱元件可以通過用戶觸發(fā)，以接通電源。用戶在煙嘴上抽吸，促使空氣通過毛細(xì)管芯和加熱元件被吸入到電加熱的發(fā)煙系統(tǒng)中，隨后進(jìn)入到用戶的嘴中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的方法，以控制提供給這樣的電加熱的氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)的電熱元件的電量。
[0004]關(guān)于氣溶膠產(chǎn)生裝置的一個特別的難題是，不管通過該裝置的流量如何變化，都產(chǎn)生具有一致特性的氣溶膠。例如，在一個裝置中，其中空氣流量通過用戶的吸入而產(chǎn)生，在單次吸入過程中可能由于用戶而在該裝置中產(chǎn)生流量變化或者在不同次的吸入之間在該裝置中產(chǎn)生流量變化。
[0005]無論通過該裝置的氣體例如空氣的空氣流量如何變化，在一致的基礎(chǔ)上產(chǎn)生具有相同的液滴尺寸和密度的氣溶膠將會是有利的。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種控制氣溶膠產(chǎn)生裝置中的氣溶膠生成的方法，該裝置包括:
[0007]加熱器，該加熱器包括至少一個加熱元件；和
[0008]電源，用于為加熱元件提供電力，該方法包括如下步驟:
[0009]確定加熱元件的溫度；和
[0010]調(diào)節(jié)給加熱元件的電量，以將加熱元件的溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，其中期望的溫度范圍值根據(jù)通過或者流過該裝置的氣體的測量流速動態(tài)地計(jì)算。
[0011]優(yōu)選的是，該裝置構(gòu)造為允許氣流通過用戶吸入而產(chǎn)生。該裝置也可以是電加熱的發(fā)煙系統(tǒng)。
[0012]氣溶膠是在氣體例如空氣中的固體顆?；蛘咭旱蔚幕鞈椅?。當(dāng)使用加熱元件蒸發(fā)基材來產(chǎn)生氣溶膠時(shí),氣溶膠的產(chǎn)生速度和產(chǎn)生的氣溶膠的性質(zhì)取決于加熱元件的溫度。加熱元件的溫度不但由提供給加熱元件的功率確定，而且由環(huán)境因素確定。特別地，通過加熱元件的氣體流速對加熱元件有顯著的冷卻作用。
[0013]一個具有變化的氣流流速的系統(tǒng)的例子是這樣的一個系統(tǒng)，其中氣流通過用戶吸入產(chǎn)生，例如電動發(fā)煙系統(tǒng)。用戶在單次吸入過程中可能會產(chǎn)生通過該裝置的流速的變化，并且各次吸入也可能會產(chǎn)生通過該裝置的流速的變化。不同的用戶具有不同的吸入行為，而且單個用戶在不同的時(shí)期具有不同的吸入行為。吸入行為的差異可以在單次吸入中產(chǎn)生，也可以在不同的吸入中產(chǎn)生。因此希望的是具有一種控制方法，其補(bǔ)償不同的用戶和吸入行為。
[0014]加熱元件的期望的溫度范圍可以包括單個期望的溫度。替代性地，加熱元件的溫度范圍可以跨越例如幾十度的攝氏溫度?？山邮艿臏囟确秶悄菢拥臏囟?其允許形成具有要求性質(zhì)的氣溶膠。如果溫度太高，可能在氣溶膠中形成不符合期望的化學(xué)物，如果溫度太低，基材可能不能充分地蒸發(fā)，且在氣溶膠內(nèi)的液滴尺寸也可能太大。
[0015]期望的溫度范圍可能取決于氣溶膠形成基材的成分。不同的基材將具有不同的蒸發(fā)熱焓，并且將在不同的溫度遭受化學(xué)分解。因此，該方法還可以包括這樣的步驟:確定氣溶膠形成基材的特征或者特性，和根據(jù)特征或者特性計(jì)算或選擇期望的溫度范圍。例如，確定氣溶膠形成基材的特征的步驟可以包括讀取形成在氣溶膠形成基材的殼體中或上的氣溶膠形成基材的特性指示。一旦已經(jīng)確定基材的特性，期望的溫度范圍可以從用于特別的氣溶膠形成基材的特性的溫度范圍數(shù)據(jù)庫中選出。氣溶膠形成基材的特性指示可以例如是:條型碼或者其他的表面指示；基材殼體的特征，例如形狀或者尺寸；或者可以是與基材殼體關(guān)聯(lián)的特征電阻或者電響應(yīng)。
[0016]在電動發(fā)煙系統(tǒng)中，例如，對于用戶時(shí)間長但是緩慢的吸入，可能期望的是，具有較低的加熱元件溫度，以較低的速率產(chǎn)生氣溶膠。在某種程度上模仿常規(guī)的端部點(diǎn)燃型可燃卷煙的行為。然而，加熱元件的溫度保持在較低的閾值水平之上，以確保形成具有理想特性的氣溶膠。這樣根據(jù)通過或者流過該裝置的氣流流速對加熱器溫度的調(diào)節(jié)可以與存儲的用于具體的基材成分的溫度范圍一起使用。因此基于流速的溫度調(diào)節(jié)可以在由基材成分設(shè)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
[0017]優(yōu)選的是，僅僅在加熱元件已經(jīng)達(dá)到位于期望溫度范圍內(nèi)的具體的溫度時(shí)，才執(zhí)行調(diào)節(jié)電量的步驟。例如，可以僅僅在加熱元件的溫度已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的溫度范圍的中點(diǎn)之后，才啟動調(diào)節(jié)的步驟。
[0018]替代性地或者附加地，可以僅僅在檢測到通過裝置的氣流超過預(yù)定閾值流量之后過去一段具體的時(shí)間之后，才執(zhí)行調(diào)節(jié)電量的步驟。假定有可用的電源，則希望的是盡快使得加熱元件加熱。這使得具有期望特性的氣溶膠盡可能快地產(chǎn)生。因此，在檢測到用戶吸入開始之后，可以持續(xù)一段具體時(shí)間地傳送最高功率。
[0019]該方法優(yōu)選的也包括在調(diào)節(jié)電量以保持加熱元件的溫度的步驟之后切斷或者減少提供給加熱元件的電量的步驟。這可以根據(jù)在加熱元件激活之后的預(yù)定時(shí)間、檢測到的流量或者計(jì)算出來的與流量相關(guān)的參數(shù)來實(shí)施。這確保當(dāng)用戶吸入結(jié)束時(shí)，停止產(chǎn)生氣溶膠。
[0020]調(diào)節(jié)電量的步驟可以包括調(diào)節(jié)脈沖電量信號的頻率或者脈沖寬度調(diào)制。如果電量是作為脈沖信號提供給加熱元件，那么調(diào)節(jié)脈沖的頻率或者脈沖的占空比是將加熱元件的溫度保持在期望的范圍內(nèi)的有效的方式。
[0021]確定加熱元件的溫度的步驟可以包括確定加熱元件的電阻。這使得溫度的便利的和準(zhǔn)確的表示。替代性地，也可以使用單獨(dú)的溫度傳感器。[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了電動氣溶膠產(chǎn)生裝置，該裝置包括:至少一個加熱元件，以從基材形成氣溶膠；電源，用于提供電力給加熱元件。和電路，該電路用于控制從電源提供給至少一個氣溶膠產(chǎn)生單元的電力，其中電路這樣設(shè)置:
[0023]確定加熱元件的溫度，和調(diào)節(jié)給加熱元件的電力，以將加熱元件的溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，其中期望的溫度范圍值根據(jù)通過或者流過該裝置的氣體的測量流速動態(tài)地計(jì)算。
[0024]優(yōu)選的是，該裝置構(gòu)造為允許氣流通過用戶吸入產(chǎn)生。
[0025]期望的溫度范圍可以包括單個期望的溫度。
[0026]該裝置可以構(gòu)造為接收氣溶膠形成基材。期望的溫度范圍可以取決于氣溶膠形成基材的成分。不同的基材將具有不同的蒸發(fā)溫度，并且將在不同的溫度遭受化學(xué)分解。因此，該裝置還可以包括這樣的設(shè)備，該設(shè)備用于確定氣溶膠形成基材的特征或者特性，和根據(jù)特征或者特性計(jì)算或選擇期望的溫度范圍。例如，該裝置可以包括這樣的設(shè)備，其用于讀取形成在氣溶膠形成基材的殼體中或上的氣溶膠形成基材的特性指示，然后可以基于氣溶膠形成基材的特性從溫度范圍數(shù)據(jù)庫中選出期望的溫度范圍。氣溶膠形成基材的特性指示可以例如是:條型碼或者其他的表面指示；基材殼體的特征，例如形狀或者尺寸；或者可以是與基材殼體關(guān)聯(lián)的特征電阻或者電響應(yīng)。
[0027]電路可以構(gòu)造為根據(jù)加熱元件的電阻的判定來確定加熱元件的溫度。替代性地，該裝置可以包括單獨(dú)的溫度傳感器。
[0028]電路可以包括微控制器。微控制器可以包括PID調(diào)節(jié)器，用于控制提供給加熱元件的電力。
[0029]優(yōu)選的是，電路設(shè)置為執(zhí)行本發(fā)明的另一個方面的方法步驟。為了執(zhí)行本發(fā)明的另一個方面的方法步驟，電路可以是硬布線的。然而，更優(yōu)選的是，電路是可編程的以執(zhí)行本發(fā)明的另一個方面的方法步驟。
[0030]加熱器可以包括單個加熱元件。替代性地，加熱器可以是包括一個加熱元件的電加熱器。替代性地，電加熱器可以包括多于一個的加熱元件，例如兩個，或者三個，或者四個，或者五個，或者六個或者更多加熱元件。替代性地，電加熱器可以包括用于加熱基材的至少一個加熱元件。加熱元件或者多個加熱元件可以適當(dāng)?shù)夭贾茫瑥亩畲笮实丶訜釟馊苣z形成基材。
[0031]至少一個電加熱元件優(yōu)選的是包括電阻材料。適當(dāng)?shù)碾娮璨牧习ǖ遣幌抻?半導(dǎo)體例如摻雜的陶瓷、電"傳導(dǎo)性"陶瓷(例如，二硅化鑰)，碳，石墨，金屬，金屬合金和由陶瓷材料和金屬材料制造的復(fù)合材料。這樣的復(fù)合材料可以包括摻雜的或者無摻雜的陶瓷。適當(dāng)?shù)膿诫s的陶瓷的例子包括摻雜的碳化硅。適當(dāng)?shù)慕饘俚睦影ㄢ?，鋯，鉭和來自鉬組的金屬。適當(dāng)?shù)慕饘俸辖鸬睦影ú讳P鋼，銅鎳合金(Constantan),鎳合金,鈷合金，鉻合金，招-鈦-錯合金，鉿合金，銀合金，鑰合金，鉭合金，鶴合金，錫合金，鎵合金，錳合金和含鐵的合金，和基于鎳，鐵，鈷，不銹鋼，Timetal?，鐵-鋁基合金和鐵-錳-鋁基合金的超合金。Timetal?是美國科羅拉多州丹佛市鈦金屬公司(Titanium MetalsCorporation, 1999Broadway Suite4300)的注冊商標(biāo)。在復(fù)合材料中，電阻材料可以選擇性地嵌入或封裝在絕緣材料中或者涂覆以絕緣材料，或者反過來做-根據(jù)所需的電量傳遞動力學(xué)和外部物理化學(xué)性質(zhì)。加熱元件可以包括金屬蝕刻薄片，該薄片設(shè)置在兩層惰性材料之間而實(shí)現(xiàn)絕緣。在那種情況下，惰性材料可以包括Kapton?，所有的聚酰亞胺或
者云母箔。K^apton?,是美國特拉華 19898,1007Market Street Wilmington 的 Ε.1.duPont de Nemoursand Company 的注冊商標(biāo)。
[0032]替代性地,至少一個電加熱元件可以包括紅外線加熱元件,光子源或者感應(yīng)加熱元件。
[0033]至少一個電加熱元件可以采取任何適當(dāng)?shù)男问?。例如，至少一個電加熱元件可以采取加熱葉片的形式。替代性地，至少一個電加熱元件可以采取具有不同的電傳導(dǎo)部分的殼體或者基材的形式，或者電阻金屬管的形式。如果氣溶膠形成基材是設(shè)置在容器內(nèi)的液體，則容器可以結(jié)合一次性的加熱元件。替代性地，貫穿氣溶膠形成基材的中心的一個或多個加熱針或者棒也是適合的。替代性地，至少一個電加熱元件可以是盤(端)加熱元件或者盤加熱元件與加熱針或者棒的組合體。替代性地，至少一個電加熱元件可以包括柔性板材料，其設(shè)置為圍繞或者部分地圍繞氣溶膠形成基材。其他的替代性選擇包括電熱絲或者細(xì)絲，例如鎳鉻，鉬，鎢或者合金絲，或者加熱板。可選而非必要的是，加熱元件可以沉積在剛性的載體中或者載體上。
[0034]至少一個電加熱元件可以包括散熱器，或者儲熱器，其包括能夠吸收和存儲熱量的材料，并且隨后隨著時(shí)間將熱量散發(fā)到氣溶膠形成基材。散熱器可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧现圃?，例如適當(dāng)?shù)慕饘倩蛘咛沾刹牧?。?yōu)選的是，材料具有高熱容量(可感熱存儲材料)，或者是能夠吸收和隨后通過可逆過程例如高溫相改變釋放熱量的材料。適當(dāng)?shù)目筛袩岽鎯Σ牧习ü枘z，礬土，碳，玻璃纖維板，玻璃纖維，礦石，金屬或者合金例如鋁，銀或者鉛，和纖維素材料例如紙。其他適當(dāng)?shù)牟牧贤ㄟ^可逆的相變釋放熱量，材料包括石蠟，醋酸鈉，萘，蠟，聚環(huán)氧乙烷，金屬，金屬鹽 ，低共溶鹽或者合金的混合物。
[0035]散熱器或者儲熱器可以布置成使得其直接與氣溶膠形成基材接觸，并且可以將存儲的熱量直接傳遞到基材。替代性地，存儲在散熱器或者儲熱器中的熱量可以通過導(dǎo)熱體例如金屬管傳遞到氣溶膠形成基材。
[0036]至少一個加熱元件可以通過傳導(dǎo)加熱氣溶膠形成基材。加熱元件可以至少部分地與基材接觸，或者與其上沉積有基體的載體接觸。替代性地，來自加熱元件的熱量可以通過熱傳導(dǎo)元件傳導(dǎo)到基材。
[0037]替代性地，至少一個加熱元件可以將熱量傳遞給進(jìn)入的環(huán)境空氣，這樣的空氣是在使用中通過電加熱的氣溶膠產(chǎn)生裝置吸入的，進(jìn)入的環(huán)境空氣則通過對流加熱氣溶膠形成基材。環(huán)境空氣可以在流過氣溶膠形成基材之前被加熱。替代性地，如果氣溶膠形成基材是液體基材，環(huán)境空氣可以首先通過基材吸入，然后被加熱。
[0038]氣溶膠形成基材可以是固體氣溶膠形成基材。氣溶膠形成基材優(yōu)選地包括含煙草材料，所述含煙草材料包括揮發(fā)性的煙草味復(fù)合物，在加熱時(shí)該復(fù)合物從基材釋放氣味。氣溶膠形成基材可以包括非煙草材料。氣溶膠形成基材可以包括含煙草材料和不含煙草材料。優(yōu)選的是，氣溶膠形成基材還包括氣溶膠形成劑。適當(dāng)?shù)臍馊苣z形成劑的例子是甘油
和丙二醇。
[0039]替代性地，氣溶膠形成基材可以是液體氣溶膠形成基材。在一個實(shí)施例中，電加熱的氣溶膠產(chǎn)生裝置還包括液體存儲部分。優(yōu)選的是，液體氣溶膠形成基材是存儲在液體存儲部分中的。在一個實(shí)施例中，電加熱的氣溶膠產(chǎn)生裝置還包括與液體存儲部分連通的毛細(xì)管芯。還可行的是，毛細(xì)管芯用于保持提供的液體，而不需要液體存儲部分。在那個實(shí)施例中，毛細(xì)管芯可以預(yù)加載有液體。
[0040]優(yōu)選的是，毛細(xì)管芯設(shè)置為接觸在液體存儲部分中的液體。在那種情況下，在使用中，液體通過在毛細(xì)管芯中的毛細(xì)管作用從液體存儲部分朝向至少一個電加熱元件傳遞液體。在一個實(shí)施例中，毛細(xì)管芯具有第一端部和第二端部，第一端部伸入液體存儲部分以與其中的液體接觸，至少一個電加熱元件設(shè)置為加熱在第二端中的液體。當(dāng)加熱元件致動時(shí)，在毛細(xì)管芯的第二端部的液體通過加熱元件蒸發(fā)以形成過過飽和蒸汽。過飽和蒸汽與氣流混合并且由氣流攜帶。在流動過程中，蒸汽冷凝以形成氣溶膠，氣溶膠朝向用戶的嘴輸送。加熱元件與毛細(xì)管芯一起可以提供快速響應(yīng)，因?yàn)樵摬贾每梢詾榧訜嵩峁┐蟮囊后w表面面積。根據(jù)本發(fā)明，因此加熱元件的控制可以取決于毛細(xì)管芯布置的結(jié)構(gòu)。
[0041]液體基材可以被吸收到多孔載體材料中，該多孔載體材料可以由任何適當(dāng)?shù)奈杖蛘呶阵w制成，例如發(fā)泡金屬或者塑料，聚丙烯，滌綸，尼龍纖維或者陶瓷。在使用電加熱的氣溶膠產(chǎn)生裝置之前，液體基材可以保留在多孔載體材料中，或者替代性地，液體基材材料可以在使用過程中或者就在使用之前釋放到多孔載體材料中。例如，液體基材可以提供在膠囊中。膠囊的外殼優(yōu)選的是在加熱時(shí)熔化，并且將液體基材釋放到多孔載體材料中。膠囊可以可選而非必要地包括組合了液體的固體。
[0042]如果氣溶膠形成基材是液體基材，則液體具有物理特性。這包括，例如沸點(diǎn)，蒸汽壓力和表面張力特性，以使得它們適合于在氣溶膠產(chǎn)生裝置中使用。至少一個電加熱元件的控制可以取決于液體基材的物理特性。液體優(yōu)選的是包括含煙草材料，其包括揮發(fā)性的煙草味復(fù)合物，在加熱時(shí)從液體釋放該煙草味復(fù)合物。替代性地或者附加地，液體可以包括非煙草材料。液體可以包括水，溶劑，乙醇，植物提取物和自然的或者人造的香料。優(yōu)選的是，液體還包括氣溶膠形成劑。適當(dāng)?shù)臍馊苣z形成劑的例子是甘油和丙二醇。
[0043]提供液體存儲部分的優(yōu)點(diǎn)在于可以保持高級別的衛(wèi)生性。利用在液體和電加熱元件之間延伸的毛細(xì)管芯，使得該裝置的結(jié)構(gòu)能夠相對簡單。液體具有物理特性，包括粘性和表面張力，這允許液體通過毛細(xì)管作用經(jīng)過毛細(xì)管芯輸送。液體存儲部分優(yōu)選的是容器。液體存儲部分可能是不可再充填的。這樣，當(dāng)在液體存儲部分中的液體已經(jīng)消耗完了時(shí)，替換氣溶膠產(chǎn)生裝置。替代性地，液體存儲部分是可再充填的。在那種情況下，在液體存儲部分再充填一定次數(shù)之后，可以替換氣溶膠產(chǎn)生裝置。優(yōu)選的是，液體存儲部分設(shè)置為容納用于預(yù)定次數(shù)的抽吸的液體。
[0044]毛細(xì)管芯可以具有纖維或者海綿狀結(jié)構(gòu)。毛細(xì)管芯優(yōu)選的是包括一束毛細(xì)管。例如，毛細(xì)管芯可以包括多個纖維或者細(xì)絲，或者其他的精細(xì)的孔管。纖維或者細(xì)絲通常可以是與氣溶膠產(chǎn)生裝置的縱向?qū)R。替代性地，毛細(xì)管芯可以包括形成桿狀的海綿狀的或者泡沫狀的材料。桿狀可以沿著氣溶膠產(chǎn)生裝置的縱向延伸。芯的結(jié)構(gòu)形成多個小的孔或管，通過這些孔或管，液體可以通過毛細(xì)管作用輸送到電加熱元件。毛細(xì)管芯可以包括任何適當(dāng)?shù)牟牧匣蛘卟牧系慕M合。適當(dāng)?shù)牟牧系睦邮且岳w維或者燒結(jié)粉末形式的陶瓷或者石墨基材料。毛細(xì)管芯可以具有任何適當(dāng)?shù)拿?xì)作用和孔隙率，以用于不同的液體物理特性，例如密度，粘性，表面張力和蒸汽壓力。芯的毛細(xì)性質(zhì)與液體的性質(zhì)的組合保證了芯在加熱區(qū)域中始終是濕的。
[0045]氣溶膠形成基材可以替代性地是任何其他類型的基材，例如氣體基材，或任何多種類型的基材的組合。在操作過程中，基材可以完全包含在電加熱的氣溶膠產(chǎn)生裝置內(nèi)。在那種情況下，用戶可以在電加熱的氣溶膠產(chǎn)生裝置的嘴上進(jìn)行抽吸。替代性地，在操作過程中，基材可以部分地包含在電加熱的氣溶膠產(chǎn)生裝置內(nèi)。在那種情況下，基材可以形成單獨(dú)的物品的一部分，并且用戶可以直接在該單個的物品上抽吸。
[0046]該裝置可以包括流量傳感器，以探測通過該裝置的氣體的流速。傳感器可以是任何能夠探測氣流的傳感器，例如表示用戶吸氣的氣流。傳感器可以是機(jī)電裝置。替代性地，傳感器可以是以下的任一種裝置:機(jī)械裝置，光學(xué)裝置，光電機(jī)械裝置，基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的傳感器和聲傳感器。傳感器可以是熱傳導(dǎo)流量傳感器，壓力傳感器，風(fēng)速計(jì)，并且應(yīng)當(dāng)能夠不僅探測氣流，而且應(yīng)當(dāng)能夠測量氣流。所以，傳感器應(yīng)當(dāng)傳遞表示氣流幅度的模擬電信號或數(shù)字信息。
[0047]電加熱的氣溶膠產(chǎn)生裝置可以包括氣溶膠形成腔，其中過飽和蒸汽在該腔內(nèi)形成氣溶膠，然后氣溶膠被送入用戶的嘴中。優(yōu)選地，進(jìn)氣口、出氣口和腔設(shè)置成限定從進(jìn)氣口經(jīng)過氣溶膠形成腔到出氣口的氣流路線，從而將氣溶膠輸送到出氣口，并且送入用戶的嘴中。
[0048]優(yōu)選的是，氣溶膠產(chǎn)生裝置包括殼體。優(yōu)選的是，殼體是伸長的。殼體的結(jié)構(gòu)——包括可用于形成冷凝的表面面積一將影響氣溶膠的性質(zhì)，以及是否從該裝置產(chǎn)生液體滲漏。殼體可以包括外殼和嘴。在那種情況下，所有的元件可以包含在外殼內(nèi)或者在嘴內(nèi)。殼體可以包括任何適當(dāng)?shù)牟牧匣蛘卟牧系慕M合。適當(dāng)?shù)牟牧系睦影ń饘?、合金、塑料或者包含一種或多種這樣的材料的復(fù)合材料，或者適合于食品或者藥品應(yīng)用的熱塑性塑料，例如聚丙烯聚醚醚酮(PEEK)和聚乙烯。優(yōu)選的是，材料是輕質(zhì)的和非脆性的。殼體的材料可以影響形成在殼體上的冷凝量，這進(jìn)而影響裝置的液體滲漏。
[0049]優(yōu)選的是，氣溶膠產(chǎn)生裝置是便攜式的。氣溶膠產(chǎn)生裝置可以是發(fā)煙裝置，并且可以具有與傳統(tǒng)的雪茄或者卷煙相匹配的尺寸。發(fā)煙裝置可以具有大約30毫米至大約150毫米的總長度。發(fā)煙裝置可以具有大約5毫米至大約30毫米之間的外部直徑。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的電加熱的氣溶膠產(chǎn)生裝置和方法提供的優(yōu)點(diǎn)在于:加熱元件的溫度是受控制的，從而為用戶提供了一致的和期望的經(jīng)歷，而不要求任何附加的用戶或裝置作用。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于電動氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)的電路，該電路設(shè)置為執(zhí)行本發(fā)明的另一個方面的方法。
[0052]優(yōu)選的是，電路是可編程的以執(zhí)行本發(fā)明的其他方面的方法。替代性地，電路可以是硬連線的，以執(zhí)行本發(fā)明的其他方面的方法。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)其在用于電動氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)的可編程電路上運(yùn)行時(shí)，促使可編程電路執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的其他方面的方法。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有根據(jù)本發(fā)明上述方面的計(jì)算機(jī)程序。
[0055]所描述的涉及本發(fā)明的一個方面的特征也可以適用于本發(fā)明的其他方面?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0056]接下來將參考附圖以僅作為舉例的方式對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述，其中:
[0057]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電加熱的氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)的一個例子。
[0058]圖2圖示了在圖1中顯示類型系統(tǒng)的典型的加熱元件溫度分布曲線和典型的流量分布曲線；
[0059]圖3圖示了在圖2的抽吸過程中調(diào)整提供給加熱元件的電力的方法；
[0060]圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例控制加熱元件的溫度的電路；和
[0061]圖5圖示了通過測量電阻確定電加熱元件的溫度的技術(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0062]圖1顯示電加熱的氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)的一個例子。在圖1中，系統(tǒng)是具有液體存儲部分的發(fā)煙系統(tǒng)。圖1的發(fā)煙系統(tǒng)100包括殼體101，殼體具有嘴端103和本體端105。在本體端中設(shè)置了電池107形式的電源，硬件109形式的電路和抽吸檢測系統(tǒng)111。在嘴端中設(shè)置了筒113形式的包含液體115的液體存儲部分、毛細(xì)管芯117和包括至少一個加熱元件的加熱器119。需要注意的是,在圖1中僅僅示意性地顯示了加熱元件。毛細(xì)管芯117的一端伸入筒113中，毛細(xì)管芯117的另一端由加熱元件119圍繞。加熱元件經(jīng)由連接部121連接至電路。殼體101也包括在嘴端的進(jìn)氣口 123、出氣口 125和氣溶膠形成腔127。
[0063]在使用中，操作過程如下:液體115通過毛細(xì)作用從筒113、由伸入筒中的芯117的端部輸送或者傳送到被加熱元件119圍繞的芯117的另一端。當(dāng)用戶在出氣口 125對裝置吸氣時(shí)，環(huán)境空氣通過進(jìn)氣口 123吸入。在圖1所示的布局中，抽吸檢測系統(tǒng)111感測抽吸并且激活加熱元件119。電池107將電量提供給加熱元件119,以對由加熱元件圍繞的芯117的端部加熱。在芯117的端部中的液體由于加熱元件119而蒸發(fā)，以產(chǎn)生過飽和蒸汽。同時(shí)，蒸發(fā)了的液體被通過毛細(xì)作用沿著芯117移動的另外的液體所替代(這個有時(shí)被稱作是〃泵送作用〃)。產(chǎn)生的過飽和蒸汽與來自進(jìn)氣口 123的氣流混合，并且在該氣流中被運(yùn)送。在氣溶膠形成腔127中，蒸汽凝結(jié)以形成可吸入的氣溶膠，該氣溶膠被朝向出氣口125輸送，并且進(jìn)入到用戶的嘴中。
[0064]毛細(xì)管芯可以由多種多孔性的或毛細(xì)材料制造，并且優(yōu)選的是具有已知的預(yù)定的毛細(xì)作用。舉例而言包括以纖維或燒結(jié)粉末形式的陶瓷或石墨基材料。不同孔隙率的芯可用于適應(yīng)不同的液體的物理性能，例如密度，粘性，表面張力和蒸汽壓力。芯必須是適當(dāng)?shù)?，以使得期望量的液體能被輸送給加熱元件。芯和加熱元件必須是適當(dāng)?shù)?，以使得期望量的氣溶膠能被輸送給用戶。
[0065]在圖1所示的實(shí)施例中，硬件109和抽吸檢測系統(tǒng)111優(yōu)選的是可編程的。硬件109和抽吸檢測系統(tǒng)111可以用于管理該裝置的操作。這有助于控制氣溶膠中的顆粒尺寸。
[0066]圖1顯示了可以以本發(fā)明的方式使用的電加熱的氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)的一個例子。然而，許多其他的例子也是本發(fā)明可用的。該電加熱的氣溶膠產(chǎn)生系統(tǒng)僅僅需要包括或者接納氣溶膠形成基材，該基材可以通過至少一個電加熱元件加熱，加熱元件通過在電路控制下的電源供電。例如，該系統(tǒng)不必是發(fā)煙系統(tǒng)。例如，氣溶膠形成基材可以是固體基材，而不是液體基材。替代性地，氣溶膠形成基材可以是另一種形式的基材，例如氣體基材。加熱元件可以采取任何適當(dāng)?shù)男问健んw的整體形狀和尺寸可以改變，并且殼體可以包括分離的外殼和嘴。當(dāng)然，其他的改變也是可行的。
[0067]如已經(jīng)提及的，優(yōu)選的是，電路一包括硬件109和抽吸檢測系統(tǒng)111—是可編程的，以控制向加熱元件的電力供應(yīng)。這進(jìn)而控制溫度分布曲線，其影響產(chǎn)生的氣溶膠的量和密度。術(shù)語"溫度分布曲線"指的是在一次抽吸所花時(shí)間內(nèi)加熱元件的溫度(或者另一種類似的度量，例如，加熱元件產(chǎn)生的熱量)的圖示，如圖2所示。替代性地，硬件109和抽吸檢測系統(tǒng)111可以是硬布線的以控制提供給加熱元件的電量。同樣地，這控制溫度分布曲線，其影響產(chǎn)生的氣溶膠的量和密度。
[0068]在圖2中的線路200是在用戶抽吸過程中通過該系統(tǒng)的空氣的流速的圖示。抽吸持續(xù)大約2秒，流速從零上升，在大約I秒達(dá)到最大流速，之后再次降低到零。這是典型的抽吸分布，但是應(yīng)當(dāng)清楚的是，在抽吸過程中，在不同的抽吸之間，在不同的用戶之間，關(guān)于最大流速和流速的變化可能存在很大的差異。
[0069]在圖中的線210是用戶抽吸過程中的加熱元件的溫度。溫度分布曲線210分為三個階段:最初的階段215，在這一階段最大電量被提供給加熱元件以快速地升高其溫度；調(diào)節(jié)階段215，在這一階段加熱元件的溫度保持恒定(或者至少保持在可接受的溫度范圍內(nèi))；抽吸的結(jié)束階段220，在這一階段提供給加熱器的電量被切斷或者減小。
[0070]圖3圖示了在圖2所示的用戶抽吸的過程中提供給加熱元件的電量。電量以脈沖信號300的形式提供給加熱元件。為了調(diào)節(jié)加熱元件的溫度，脈沖信號被調(diào)制。如圖3所示，提供給加熱元件的平均電量可以通過以固定的占空比改變電量信號的調(diào)制的頻率(或者"PFM"-脈沖頻率調(diào)制)來變化，以使得加熱元件的溫度保持恒定。
[0071]改變施加的電量的另一方式是PWM (脈寬調(diào)制)，其包括以恒定的頻率改變占空t匕。占空比是通電的時(shí)間與斷電的時(shí)間的比率。換句話說，是電壓脈沖的寬度與電壓脈沖之間的時(shí)間的比率。5 %的低占空比將比95 %的占空比提供更少的電量。
[0072]如圖3所示，在最初階段215，電量脈沖200在高頻下發(fā)送，以快速地達(dá)到期望的溫度。當(dāng)達(dá)到期望的溫度時(shí)，開始調(diào)節(jié)階段220。就在調(diào)節(jié)階段開始時(shí)，會出現(xiàn)小的局部最大值。這是由于用來調(diào)節(jié)溫度的PID控制模式的固有特性決定的。在感測到已經(jīng)達(dá)到期望的溫度和對電量信號進(jìn)行調(diào)制這兩者之間有小的延遲，這導(dǎo)致局部最大值的出現(xiàn)。
[0073]期望的溫度根據(jù)流過加熱元件的氣體流速動態(tài)地計(jì)算。對于較低的流速，希望具有較低的溫度。例如，期望的溫度可以基于在加熱元件激活之后的一個固定的時(shí)間測量的流速來設(shè)置，或者可以根據(jù)基于之前加熱循環(huán)計(jì)算的平均流量來設(shè)置，或者可以基于在加熱元件激活之后的固定時(shí)間段內(nèi)的累積的流速來設(shè)置。
[0074]在調(diào)節(jié)階段220，被提供給加熱元件的電量脈沖經(jīng)常是僅僅足夠保持期望的溫度。這意味著在最初階段，脈沖以較低的頻率發(fā)送。然而，當(dāng)氣流流速持續(xù)朝著其最大值上升時(shí)，空氣的冷卻效應(yīng)也加大。這意味著電量脈沖的頻率上升，直到達(dá)到最大流速，之后流速下降電量脈沖的頻率再次減小。
[0075]在抽吸的結(jié)束階段220，電量被完全切斷。在抽吸結(jié)束之前，要做出切斷電量供給的決定，從而保證通過抽吸的最后階段將所產(chǎn)生的所有氣溶膠從系統(tǒng)中吹出。因此溫度在這個階段降低，如在氣溶膠產(chǎn)生階段一樣。在電量被切斷或者減小的點(diǎn)(抽吸的結(jié)束階段開始點(diǎn))可以是基于例如簡單的從激活算起的時(shí)間、基于感測的流速、或者基于考慮抽吸分布曲線的更復(fù)雜的計(jì)算。[0076]圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實(shí)施方式】的用于提供所描述的溫度調(diào)節(jié)的控制電路。該系統(tǒng)具有兩個部分:包含液體基材115、毛細(xì)管芯117和加熱器119的可消耗的筒113 ;和包括電池和電路109的這一裝置部分，如參考圖1所描述的那樣。在圖3中僅僅圖示了電路元件。
[0077]電力從電池接點(diǎn)405通過測量電阻Rl和晶體管Tl傳送給加熱元件119。PWM電力信號的調(diào)頻由微控制器420控制，并且經(jīng)過其模擬輸出425傳送到充當(dāng)簡單開關(guān)的晶體管Tl。
[0078]該調(diào)芐基于PID調(diào)節(jié)器，它是整合到微控制器420中的軟件部分。加熱元件的溫度(或溫度指示)通過測量加熱元件的電阻確定。
[0079]在微控制器420上的模擬輸入430用于收集電阻Rl兩側(cè)的電壓，并且提供流入加熱元件的電流的圖像。電池電壓V+和Rl兩側(cè)的電壓用于計(jì)算加熱元件電阻變化和/或其溫度，如參考圖5所描述的那樣。
[0080]在可消耗的部分中的電阻R3用于標(biāo)識基材成分。電阻R3和R2是簡單分壓器，微控制器420通過激活晶體管T2從其模擬輸入435收集來自電阻R3和R2的電壓電平。然后電壓將與電阻R3成比例地變換。用于R3的電阻值和加熱元件的對應(yīng)的溫度范圍或電阻范圍的對照表安置在微控制器內(nèi)的編址存儲器中，并且用于設(shè)定PID調(diào)節(jié)器和加熱元件的操作溫度等級。
[0081]圖5是示意性的電路圖，圖示了可以如何測量在圖4中所示類型的系統(tǒng)中的加熱元件的電阻。在圖5中，加熱器501連接至電池503，電池提供電壓V2。在特定的溫度下測量的加熱器電阻是Rheate。與加熱器501相串聯(lián)地插入一附加的電阻505 (相當(dāng)于圖4中的Rl，具有已知的電阻r)，其連接至位于接地和電壓V2之間的電壓Vl。為了使得微處理器507測量加熱器501的電阻Rheate,，可以確定通過加熱器501的電流和跨越加熱器501的電壓。然后，下列已知的公式可用于確定電阻:
【權(quán)利要求】
1.一種控制氣溶膠產(chǎn)生裝置中的氣溶膠生成的方法，該裝置包括:加熱器，該加熱器包括至少一個加熱元件；和電源，用于為加熱元件提供電力；該方法包括如下步驟: 確定加熱元件的溫度；和 調(diào)節(jié)提供給加熱元件的電量以將加熱元件的溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，其中所述期望的溫度范圍基于通過或者經(jīng)過該裝置的氣體的測量的流速動態(tài)地計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述期望的溫度范圍取決于接納在該裝置中的氣溶膠形成基材的成分。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其中調(diào)節(jié)電量的步驟只有在加熱元件已經(jīng)達(dá)到在所述期望的溫度范圍內(nèi)的具體的溫度時(shí)才執(zhí)行。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其中只有在檢測到通過該裝置的氣流超過預(yù)定閾值流速之后過去一段特定的時(shí)間之后，才執(zhí)行調(diào)節(jié)電量的步驟。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，還包括在調(diào)節(jié)電量的步驟之后，根據(jù)計(jì)算獲得的與流速相關(guān)的參數(shù)來切斷或者減少提供給加熱元件的電量的步驟。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其中調(diào)節(jié)提供給加熱元件的電量的步驟包括調(diào)節(jié)脈沖電量信號的頻率或者脈沖寬度調(diào)制。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述期望的溫度范圍包括單個期望的溫度。
8.一種電動氣溶膠產(chǎn)生裝置，該裝置包括:至少一個加熱元件，用于由基材形成氣溶膠；電源，用于提供電量到加熱元件；和電路，用于控制從電源提供給至少一個氣溶膠產(chǎn)生單元的電量，其中電路設(shè)置成: 確定加熱元件的溫度，并且調(diào)節(jié)提供給加熱元件的電量，以將加熱元件的溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，其中所述期望的溫度范圍基于通過或者經(jīng)過該裝置的氣體的測量的流速動態(tài)地計(jì)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中該裝置構(gòu)造為允許氣流通過所述基材，并且包括流量傳感器以檢測經(jīng)過基材的氣流，其中所述電路設(shè)置為基于所述流量傳感器的輸出來控制提供給加熱元件的電量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中該裝置是電加熱的發(fā)煙裝置。
11.一種用于電動氣溶膠產(chǎn)生裝置的電路，該電路設(shè)置為執(zhí)行權(quán)利要求1所述的方法。
12.—種計(jì)算機(jī)程序，其中，當(dāng)在用于電動氣溶膠產(chǎn)生裝置的可編程電路上運(yùn)行時(shí)，該程序使可編程電路執(zhí)行權(quán)利要求1至7的任一項(xiàng)所述的方法。
13.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有根據(jù)權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序。
【文檔編號】A61M11/04GK103889258SQ201280052497
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月27日
【發(fā)明者】J-M·弗利克 申請人:菲利普莫里斯生產(chǎn)公司