具有改良的氣溶膠生成的氣溶膠產生系統的製作方法
2023-05-16 12:02:46
具有改良的氣溶膠生成的氣溶膠產生系統的製作方法
【專利摘要】提供了一種控制氣溶膠產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於加熱氣溶膠形成基材的加熱元件；和電源，用於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；調節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範圍內，其中所述期望的溫度範圍基於通過或者經過該裝置的氣體的測量的流速動態地計算。通過控制加熱元件的溫度，可以產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生系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制氣溶膠生成的方法。本發明還涉及氣溶膠產生系統，尤其是涉及電動氣溶膠產生系統。本發明發現了這樣特別的應用，如一種通過電動發煙系統的至少一個電子元件來控制在氣溶膠產生系統中的氣溶膠生成的方法。
【背景技術】
[0002]W0-A-2009/132793公開了一種電加熱的發煙系統。液體存儲在液體存儲部分中，毛細管芯(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，並且圍繞毛細管芯的第二端部。在使用中，加熱元件可以通過用戶觸發，以接通電源。用戶在菸嘴上抽吸，促使空氣通過毛細管芯和加熱元件被吸入到電加熱的發煙系統中，隨後進入到用戶的嘴中。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種改進的方法，以控制提供給這樣的電加熱的氣溶膠產生系統的電熱元件的電量。
[0004]關於氣溶膠產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生，在單次吸入過程中可能由於用戶而在該裝置中產生流量變化或者在不同次的吸入之間在該裝置中產生流量變化。
[0005]無論通過該裝置的氣體例如空氣的空氣流量如何變化，在一致的基礎上產生具有相同的液滴尺寸和密度的氣溶膠將會是有利的。
[0006]根據本發明的一個方面，提供了一種控制氣溶膠產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，用於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]調節給加熱元件的電量，以將加熱元件的溫度保持在期望的溫度範圍內，其中期望的溫度範圍值根據通過或者流過該裝置的氣體的測量流速動態地計算。
[0011]優選的是，該裝置構造為允許氣流通過用戶吸入而產生。該裝置也可以是電加熱的發煙系統。
[0012]氣溶膠是在氣體例如空氣中的固體顆粒或者液滴的混懸物。當使用加熱元件蒸發基材來產生氣溶膠時,氣溶膠的產生速度和產生的氣溶膠的性質取決於加熱元件的溫度。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的例子是這樣的一個系統，其中氣流通過用戶吸入產生，例如電動發煙系統。用戶在單次吸入過程中可能會產生通過該裝置的流速的變化，並且各次吸入也可能會產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生，也可以在不同的吸入中產生。因此希望的是具有一種控制方法，其補償不同的用戶和吸入行為。
[0014]加熱元件的期望的溫度範圍可以包括單個期望的溫度。替代性地，加熱元件的溫度範圍可以跨越例如幾十度的攝氏溫度。可接受的溫度範圍是那樣的溫度:其允許形成具有要求性質的氣溶膠。如果溫度太高，可能在氣溶膠中形成不符合期望的化學物，如果溫度太低，基材可能不能充分地蒸發，且在氣溶膠內的液滴尺寸也可能太大。
[0015]期望的溫度範圍可能取決於氣溶膠形成基材的成分。不同的基材將具有不同的蒸發熱焓，並且將在不同的溫度遭受化學分解。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徵或者特性，和根據特徵或者特性計算或選擇期望的溫度範圍。例如，確定氣溶膠形成基材的特徵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。一旦已經確定基材的特性，期望的溫度範圍可以從用於特別的氣溶膠形成基材的特性的溫度範圍資料庫中選出。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；基材殼體的特徵，例如形狀或者尺寸；或者可以是與基材殼體關聯的特徵電阻或者電響應。
[0016]在電動發煙系統中，例如，對於用戶時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，以較低的速率產生氣溶膠。在某種程度上模仿常規的端部點燃型可燃捲菸的行為。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。這樣根據通過或者流過該裝置的氣流流速對加熱器溫度的調節可以與存儲的用於具體的基材成分的溫度範圍一起使用。因此基於流速的溫度調節可以在由基材成分設定的溫度範圍內進行。
[0017]優選的是，僅僅在加熱元件已經達到位於期望溫度範圍內的具體的溫度時，才執行調節電量的步驟。例如，可以僅僅在加熱元件的溫度已經達到預定的溫度範圍的中點之後，才啟動調節的步驟。
[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定閾值流量之後過去一段具體的時間之後，才執行調節電量的步驟。假定有可用的電源，則希望的是儘快使得加熱元件加熱。這使得具有期望特性的氣溶膠儘可能快地產生。因此，在檢測到用戶吸入開始之後，可以持續一段具體時間地傳送最高功率。
[0019]該方法優選的也包括在調節電量以保持加熱元件的溫度的步驟之後切斷或者減少提供給加熱元件的電量的步驟。這可以根據在加熱元件激活之後的預定時間、檢測到的流量或者計算出來的與流量相關的參數來實施。這確保當用戶吸入結束時，停止產生氣溶膠。
[0020]調節電量的步驟可以包括調節脈衝電量信號的頻率或者脈衝寬度調製。如果電量是作為脈衝信號提供給加熱元件，那麼調節脈衝的頻率或者脈衝的佔空比是將加熱元件的溫度保持在期望的範圍內的有效的方式。
[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確的表示。替代性地，也可以使用單獨的溫度傳感器。[0022]根據本發明的另一個方面，提供了電動氣溶膠產生裝置，該裝置包括:至少一個加熱元件，以從基材形成氣溶膠；電源，用於提供電力給加熱元件。和電路，該電路用於控制從電源提供給至少一個氣溶膠產生單元的電力，其中電路這樣設置:
[0023]確定加熱元件的溫度，和調節給加熱元件的電力，以將加熱元件的溫度保持在期望的溫度範圍內，其中期望的溫度範圍值根據通過或者流過該裝置的氣體的測量流速動態地計算。
[0024]優選的是，該裝置構造為允許氣流通過用戶吸入產生。
[0025]期望的溫度範圍可以包括單個期望的溫度。
[0026]該裝置可以構造為接收氣溶膠形成基材。期望的溫度範圍可以取決於氣溶膠形成基材的成分。不同的基材將具有不同的蒸發溫度，並且將在不同的溫度遭受化學分解。因此，該裝置還可以包括這樣的設備，該設備用於確定氣溶膠形成基材的特徵或者特性，和根據特徵或者特性計算或選擇期望的溫度範圍。例如，該裝置可以包括這樣的設備，其用於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，然後可以基於氣溶膠形成基材的特性從溫度範圍資料庫中選出期望的溫度範圍。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；基材殼體的特徵，例如形狀或者尺寸；或者可以是與基材殼體關聯的特徵電阻或者電響應。
[0027]電路可以構造為根據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調節器，用於控制提供給加熱元件的電力。
[0029]優選的是，電路設置為執行本發明的另一個方面的方法步驟。為了執行本發明的另一個方面的方法步驟，電路可以是硬布線的。然而，更優選的是，電路是可編程的以執行本發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於一個的加熱元件，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於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地布置，從而最大效率地加熱氣溶膠形成基材。
[0031]至少一個電加熱元件優選的是包括電阻材料。適當的電阻材料包括但是不限於:半導體例如摻雜的陶瓷、電"傳導性"陶瓷(例如，二矽化鑰)，碳，石墨，金屬，金屬合金和由陶瓷材料和金屬材料製造的複合材料。這樣的複合材料可以包括摻雜的或者無摻雜的陶瓷。適當的摻雜的陶瓷的例子包括摻雜的碳化矽。適當的金屬的例子包括鈦，鋯，鉭和來自鉬組的金屬。適當的金屬合金的例子包括不鏽鋼，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，和基於鎳，鐵，鈷，不鏽鋼，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)的註冊商標。在複合材料中，電阻材料可以選擇性地嵌入或封裝在絕緣材料中或者塗覆以絕緣材料，或者反過來做-根據所需的電量傳遞動力學和外部物理化學性質。加熱元件可以包括金屬蝕刻薄片，該薄片設置在兩層惰性材料之間而實現絕緣。在那種情況下，惰性材料可以包括Kapton?，所有的聚醯亞胺或
者雲母箔。K^apton?,是美國德拉瓦 19898,1007Market Street Wilmington 的 Ε.1.duPont de Nemoursand Company 的註冊商標。
[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,光子源或者感應加熱元件。
[0033]至少一個電加熱元件可以採取任何適當的形式。例如，至少一個電加熱元件可以採取加熱葉片的形式。替代性地，至少一個電加熱元件可以採取具有不同的電傳導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置在容器內的液體，則容器可以結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，並且隨後隨著時間將熱量散發到氣溶膠形成基材。散熱器可以由任何適當的材料製造，例如適當的金屬或者陶瓷材料。優選的是，材料具有高熱容量(可感熱存儲材料)，或者是能夠吸收和隨後通過可逆過程例如高溫相改變釋放熱量的材料。適當的可感熱存儲材料包括矽膠，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。其他適當的材料通過可逆的相變釋放熱量，材料包括石蠟，醋酸鈉，萘，蠟，聚環氧乙烷，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，並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元件傳導到基材。
[0037]替代性地，至少一個加熱元件可以將熱量傳遞給進入的環境空氣，這樣的空氣是在使用中通過電加熱的氣溶膠產生裝置吸入的，進入的環境空氣則通過對流加熱氣溶膠形成基材。環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，環境空氣可以首先通過基材吸入，然後被加熱。
[0038]氣溶膠形成基材可以是固體氣溶膠形成基材。氣溶膠形成基材優選地包括含菸草材料，所述含菸草材料包括揮發性的菸草味複合物，在加熱時該複合物從基材釋放氣味。氣溶膠形成基材可以包括非菸草材料。氣溶膠形成基材可以包括含菸草材料和不含菸草材料。優選的是，氣溶膠形成基材還包括氣溶膠形成劑。適當的氣溶膠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。在一個實施例中，電加熱的氣溶膠產生裝置還包括液體存儲部分。優選的是，液體氣溶膠形成基材是存儲在液體存儲部分中的。在一個實施例中，電加熱的氣溶膠產生裝置還包括與液體存儲部分連通的毛細管芯。還可行的是，毛細管芯用於保持提供的液體，而不需要液體存儲部分。在那個實施例中，毛細管芯可以預加載有液體。
[0040]優選的是，毛細管芯設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，液體通過在毛細管芯中的毛細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。在一個實施例中，毛細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置為加熱在第二端中的液體。當加熱元件致動時，在毛細管芯的第二端部的液體通過加熱元件蒸發以形成過過飽和蒸汽。過飽和蒸汽與氣流混合併且由氣流攜帶。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。加熱元件與毛細管芯一起可以提供快速響應，因為該布置可以為加熱元件提供大的液體表面面積。根據本發明，因此加熱元件的控制可以取決於毛細管芯布置的結構。
[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的吸收塞或者吸收體製成，例如發泡金屬或者塑料，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。膠囊的外殼優選的是在加熱時熔化，並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，蒸汽壓力和表面張力特性，以使得它們適合於在氣溶膠產生裝置中使用。至少一個電加熱元件的控制可以取決於液體基材的物理特性。液體優選的是包括含菸草材料，其包括揮發性的菸草味複合物，在加熱時從液體釋放該菸草味複合物。替代性地或者附加地，液體可以包括非菸草材料。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。優選的是，液體還包括氣溶膠形成劑。適當的氣溶膠形成劑的例子是甘油和丙二醇。
[0043]提供液體存儲部分的優點在於可以保持高級別的衛生性。利用在液體和電加熱元件之間延伸的毛細管芯，使得該裝置的結構能夠相對簡單。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管作用經過毛細管芯輸送。液體存儲部分優選的是容器。液體存儲部分可能是不可再充填的。這樣，當在液體存儲部分中的液體已經消耗完了時，替換氣溶膠產生裝置。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之後，可以替換氣溶膠產生裝置。優選的是，液體存儲部分設置為容納用於預定次數的抽吸的液體。
[0044]毛細管芯可以具有纖維或者海綿狀結構。毛細管芯優選的是包括一束毛細管。例如，毛細管芯可以包括多個纖維或者細絲，或者其他的精細的孔管。纖維或者細絲通常可以是與氣溶膠產生裝置的縱向對齊。替代性地，毛細管芯可以包括形成杆狀的海綿狀的或者泡沫狀的材料。杆狀可以沿著氣溶膠產生裝置的縱向延伸。芯的結構形成多個小的孔或管，通過這些孔或管，液體可以通過毛細管作用輸送到電加熱元件。毛細管芯可以包括任何適當的材料或者材料的組合。適當的材料的例子是以纖維或者燒結粉末形式的陶瓷或者石墨基材料。毛細管芯可以具有任何適當的毛細作用和孔隙率，以用於不同的液體物理特性，例如密度，粘性，表面張力和蒸汽壓力。芯的毛細性質與液體的性質的組合保證了芯在加熱區域中始終是溼的。
[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生裝置內。在那種情況下，用戶可以在電加熱的氣溶膠產生裝置的嘴上進行抽吸。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生裝置內。在那種情況下，基材可以形成單獨的物品的一部分，並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。傳感器可以是機電裝置。替代性地，傳感器可以是以下的任一種裝置:機械裝置，光學裝置，光電機械裝置，基於微機電系統(MEMS)的傳感器和聲傳感器。傳感器可以是熱傳導流量傳感器，壓力傳感器，風速計，並且應當能夠不僅探測氣流，而且應當能夠測量氣流。所以，傳感器應當傳遞表示氣流幅度的模擬電信號或數字信息。
[0047]電加熱的氣溶膠產生裝置可以包括氣溶膠形成腔，其中過飽和蒸汽在該腔內形成氣溶膠，然後氣溶膠被送入用戶的嘴中。優選地，進氣口、出氣口和腔設置成限定從進氣口經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，並且送入用戶的嘴中。
[0048]優選的是，氣溶膠產生裝置包括殼體。優選的是，殼體是伸長的。殼體的結構——包括可用於形成冷凝的表面面積一將影響氣溶膠的性質，以及是否從該裝置產生液體滲漏。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或者在嘴內。殼體可以包括任何適當的材料或者材料的組合。適當的材料的例子包括金屬、合金、塑料或者包含一種或多種這樣的材料的複合材料，或者適合於食品或者藥品應用的熱塑性塑料，例如聚丙烯聚醚醚酮(PEEK)和聚乙烯。優選的是，材料是輕質的和非脆性的。殼體的材料可以影響形成在殼體上的冷凝量，這進而影響裝置的液體滲漏。
[0049]優選的是，氣溶膠產生裝置是可攜式的。氣溶膠產生裝置可以是發煙裝置，並且可以具有與傳統的雪茄或者捲菸相匹配的尺寸。發煙裝置可以具有大約30毫米至大約150毫米的總長度。發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]根據本發明的電加熱的氣溶膠產生裝置和方法提供的優點在於: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歷，而不要求任何附加的用戶或裝置作用。
[0051]根據本發明的另一個方面，提供一種用於電動氣溶膠產生系統的電路，該電路設置為執行本發明的另一個方面的方法。
[0052]優選的是，電路是可編程的以執行本發明的其他方面的方法。替代性地，電路可以是硬連線的，以執行本發明的其他方面的方法。
[0053]根據本發明的另一個方面，提供了一種電腦程式，當其在用於電動氣溶膠產生系統的可編程電路上運行時，促使可編程電路執行根據本發明的其他方面的方法。
[0054]根據本發明的另一個方面，提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有根據本發明上述方面的電腦程式。
[0055]所描述的涉及本發明的一個方面的特徵也可以適用於本發明的其他方面。【專利附圖】
【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明作進一步地描述，其中:
[0057]圖1顯示了根據本發明的實施例的電加熱的氣溶膠產生系統的一個例子。
[0058]圖2圖示了在圖1中顯示類型系統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的抽吸過程中調整提供給加熱元件的電力的方法；
[0060]圖4圖示了根據本發明的第一實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。
【具體實施方式】
[0062]圖1顯示電加熱的氣溶膠產生系統的一個例子。在圖1中，系統是具有液體存儲部分的發煙系統。圖1的發煙系統100包括殼體101，殼體具有嘴端103和本體端105。在本體端中設置了電池107形式的電源，硬體109形式的電路和抽吸檢測系統111。在嘴端中設置了筒113形式的包含液體115的液體存儲部分、毛細管芯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。毛細管芯117的一端伸入筒113中，毛細管芯117的另一端由加熱元件119圍繞。加熱元件經由連接部121連接至電路。殼體101也包括在嘴端的進氣口 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。當用戶在出氣口 125對裝置吸氣時，環境空氣通過進氣口 123吸入。在圖1所示的布局中，抽吸檢測系統111感測抽吸並且激活加熱元件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的端部中的液體由於加熱元件119而蒸發，以產生過飽和蒸汽。同時，蒸發了的液體被通過毛細作用沿著芯117移動的另外的液體所替代(這個有時被稱作是〃泵送作用〃)。產生的過飽和蒸汽與來自進氣口 123的氣流混合，並且在該氣流中被運送。在氣溶膠形成腔127中，蒸汽凝結以形成可吸入的氣溶膠，該氣溶膠被朝向出氣口125輸送，並且進入到用戶的嘴中。
[0064]毛細管芯可以由多種多孔性的或毛細材料製造，並且優選的是具有已知的預定的毛細作用。舉例而言包括以纖維或燒結粉末形式的陶瓷或石墨基材料。不同孔隙率的芯可用於適應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。芯必須是適當的，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的，以使得期望量的氣溶膠能被輸送給用戶。
[0065]在圖1所示的實施例中，硬體109和抽吸檢測系統111優選的是可編程的。硬體109和抽吸檢測系統111可以用於管理該裝置的操作。這有助於控制氣溶膠中的顆粒尺寸。
[0066]圖1顯示了可以以本發明的方式使用的電加熱的氣溶膠產生系統的一個例子。然而，許多其他的例子也是本發明可用的。該電加熱的氣溶膠產生系統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，該系統不必是發煙系統。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。加熱元件可以採取任何適當的形式。殼體的整體形狀和尺寸可以改變，並且殼體可以包括分離的外殼和嘴。當然，其他的改變也是可行的。
[0067]如已經提及的，優選的是，電路一包括硬體109和抽吸檢測系統111—是可編程的，以控制向加熱元件的電力供應。這進而控制溫度分布曲線，其影響產生的氣溶膠的量和密度。術語"溫度分布曲線"指的是在一次抽吸所花時間內加熱元件的溫度(或者另一種類似的度量，例如，加熱元件產生的熱量)的圖示，如圖2所示。替代性地，硬體109和抽吸檢測系統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的空氣的流速的圖示。抽吸持續大約2秒，流速從零上升，在大約I秒達到最大流速，之後再次降低到零。這是典型的抽吸分布，但是應當清楚的是，在抽吸過程中，在不同的抽吸之間，在不同的用戶之間，關於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；調節階段215，在這一階段加熱元件的溫度保持恆定(或者至少保持在可接受的溫度範圍內)；抽吸的結束階段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。電量以脈衝信號300的形式提供給加熱元件。為了調節加熱元件的溫度，脈衝信號被調製。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佔空比改變電量信號的調製的頻率(或者"PFM"-脈衝頻率調製)來變化，以使得加熱元件的溫度保持恆定。
[0071]改變施加的電量的另一方式是PWM (脈寬調製)，其包括以恆定的頻率改變佔空t匕。佔空比是通電的時間與斷電的時間的比率。換句話說，是電壓脈衝的寬度與電壓脈衝之間的時間的比率。5 %的低佔空比將比95 %的佔空比提供更少的電量。
[0072]如圖3所示，在最初階段215，電量脈衝200在高頻下發送，以快速地達到期望的溫度。當達到期望的溫度時，開始調節階段220。就在調節階段開始時，會出現小的局部最大值。這是由於用來調節溫度的PID控制模式的固有特性決定的。在感測到已經達到期望的溫度和對電量信號進行調製這兩者之間有小的延遲，這導致局部最大值的出現。
[0073]期望的溫度根據流過加熱元件的氣體流速動態地計算。對於較低的流速，希望具有較低的溫度。例如，期望的溫度可以基於在加熱元件激活之後的一個固定的時間測量的流速來設置，或者可以根據基於之前加熱循環計算的平均流量來設置，或者可以基於在加熱元件激活之後的固定時間段內的累積的流速來設置。
[0074]在調節階段220，被提供給加熱元件的電量脈衝經常是僅僅足夠保持期望的溫度。這意味著在最初階段，脈衝以較低的頻率發送。然而，當氣流流速持續朝著其最大值上升時，空氣的冷卻效應也加大。這意味著電量脈衝的頻率上升，直到達到最大流速，之後流速下降電量脈衝的頻率再次減小。
[0075]在抽吸的結束階段220，電量被完全切斷。在抽吸結束之前，要做出切斷電量供給的決定，從而保證通過抽吸的最後階段將所產生的所有氣溶膠從系統中吹出。因此溫度在這個階段降低，如在氣溶膠產生階段一樣。在電量被切斷或者減小的點(抽吸的結束階段開始點)可以是基於例如簡單的從激活算起的時間、基於感測的流速、或者基於考慮抽吸分布曲線的更複雜的計算。[0076]圖4圖示了根據本發明的一個【具體實施方式】的用於提供所描述的溫度調節的控制電路。該系統具有兩個部分:包含液體基材115、毛細管芯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405通過測量電阻Rl和電晶體Tl傳送給加熱元件119。PWM電力信號的調頻由微控制器420控制，並且經過其模擬輸出425傳送到充當簡單開關的電晶體Tl。
[0078]該調苄基於PID調節器，它是整合到微控制器420中的軟體部分。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用於收集電阻Rl兩側的電壓，並且提供流入加熱元件的電流的圖像。電池電壓V+和Rl兩側的電壓用於計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用於標識基材成分。電阻R3和R2是簡單分壓器，微控制器420通過激活電晶體T2從其模擬輸入435收集來自電阻R3和R2的電壓電平。然後電壓將與電阻R3成比例地變換。用於R3的電阻值和加熱元件的對應的溫度範圍或電阻範圍的對照表安置在微控制器內的編址存儲器中，並且用於設定PID調節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相串聯地插入一附加的電阻505 (相當於圖4中的Rl，具有已知的電阻r)，其連接至位於接地和電壓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。然後，下列已知的公式可用於確定電阻:
【權利要求】
1.一種控制氣溶膠產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，用於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 調節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範圍內，其中所述期望的溫度範圍基於通過或者經過該裝置的氣體的測量的流速動態地計算。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述期望的溫度範圍取決於接納在該裝置中的氣溶膠形成基材的成分。
3.根據前述權利要求的任一項所述的方法，其中調節電量的步驟只有在加熱元件已經達到在所述期望的溫度範圍內的具體的溫度時才執行。
4.根據前述權利要求的任一項所述的方法，其中只有在檢測到通過該裝置的氣流超過預定閾值流速之後過去一段特定的時間之後，才執行調節電量的步驟。
5.根據前述權利要求的任一項所述的方法，還包括在調節電量的步驟之後，根據計算獲得的與流速相關的參數來切斷或者減少提供給加熱元件的電量的步驟。
6.根據前述權利要求的任一項所述的方法，其中調節提供給加熱元件的電量的步驟包括調節脈衝電量信號的頻率或者脈衝寬度調製。
7.根據前述權利要求的任一項所述的方法，其中所述期望的溫度範圍包括單個期望的溫度。
8.一種電動氣溶膠產生裝置，該裝置包括:至少一個加熱元件，用於由基材形成氣溶膠；電源，用於提供電量到加熱元件；和電路，用於控制從電源提供給至少一個氣溶膠產生單元的電量，其中電路設置成: 確定加熱元件的溫度，並且調節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範圍內，其中所述期望的溫度範圍基於通過或者經過該裝置的氣體的測量的流速動態地計算。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中該裝置構造為允許氣流通過所述基材，並且包括流量傳感器以檢測經過基材的氣流，其中所述電路設置為基於所述流量傳感器的輸出來控制提供給加熱元件的電量。
10.根據權利要求8或9所述的裝置，其中該裝置是電加熱的發煙裝置。
11.一種用於電動氣溶膠產生裝置的電路，該電路設置為執行權利要求1所述的方法。
12.—種電腦程式，其中，當在用於電動氣溶膠產生裝置的可編程電路上運行時，該程序使可編程電路執行權利要求1至7的任一項所述的方法。
13.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有根據權利要求12所述的電腦程式。
【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 優先權日:2011年10月27日
【發明者】J-M·弗利克 申請人:菲利普莫裡斯生產公司