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您当前的位置： 检测电加热气溶胶生成系统中的不利加热器条件的制作方法
2021-01-07 14:01:22|
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本发明涉及成气溶胶生成系统。具体地讲，本发明涉及检测气溶胶生成系统中的干燥加热元件或其他不利条件。
背景技术：
在一些气溶胶生成装置中，液体气溶胶形成基质从液体储存部分递送到电加热元件。在加热到目标温度时，气溶胶形成基质汽化以形成气溶胶。液体基质通常通过芯递送到加热元件。当芯中的气溶胶形成基质的量耗尽时，加热元件可能过热，从而对气溶胶质量产生负面影响。这在被配置成生成气溶胶以供使用者吸入的气溶胶生成系统中尤其重要。
wo2012/085203公开了一种监测加热元件处的温度升高的气溶胶生成系统，其中加热器温度的快速增加指示芯处正在变干燥。更具体地，系统将温度上升的速率与存储于存储器中的阈值进行比较。如果温度上升的速率超过阈值，那么系统停止向加热元件的功率供应。如wo2012/085203中所公开的装置基于加热器的电阻监测加热器温度，并且因此消除对专用温度传感器的需要。
wo2016/1050922和wo2018/019533公开了检测加热元件处气溶胶形成基质的耗尽的更复杂方法。wo2016/1050922教导了依赖于电阻相对于预定初始电阻的变化率或变化百分比的系统。初始电阻考虑由辅助部件(例如，电触头和连接)引起的寄生电阻以及加热之前加热元件的电阻。这使得更准确且反应迅速地检测基质耗尽。wo2018/019533公开了一种不考虑初始加热电阻的系统。而是，它测量加热期间电阻的绝对增加，并且被配置成当电阻的增加超过预定阈值时关闭。这允许以稳健且可靠的方式在各种各样的加热元件和气溶胶生成系统上应用相同的检测机制。
然而，用于检测气溶胶形成基质的耗尽的所有这些技术需要基本上升高加热器温度，以便检测所得电阻的变化，或者这些技术可能较慢。
技术实现要素：
根据本发明的一个方面，提供了一种电操作气溶胶生成系统，其包括：加热元件，所述加热元件用于加热气溶胶形成基质；电源，所述电源用于将功率供应到所述加热元件；温度传感器，所述温度传感器用于感测所述加热元件处的温度；以及与所述加热元件、所述传感器和所述电源通信的电路，所述电路包括存储器并被配置成：基于来自所述温度传感器的所测量温度调节向所述加热元件的功率供应；在i)达到或维持预定温度需要供应到所述加热元件的功率的变化率或ii)在连续加热周期内达到或维持预定温度需要供应到所述加热元件的功率的减少落在预定义范围之外时，确定不利条件，所述预定义范围存储在所述存储器中；以及基于是否存在不利条件控制供应到所述加热元件的功率，或在存在不利条件时提供指示。
如本文所使用，“电操作气溶胶生成系统”是指从一个或多个气溶胶形成基质生成气溶胶的系统。气溶胶形成基质可以包含在筒中。提供筒的优点是保护气溶胶形成基质免受周围环境影响。此外，可维持较高的卫生水平。所述系统可以包括用于加热一个或多个气溶胶形成基质的装置。电气溶胶生成系统可以包括额外部件，例如用于为电操作气溶胶生成装置中的机载电源再充电的充电单元。气溶胶生成系统可以是配置成生成气溶胶以供使用者吸入的系统，例如吸入器、个人汽化器或电子烟。
如本文所使用，术语“气溶胶形成基质”表示能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热气溶胶形成基质来释放此类挥发性化合物。
有利地，电路可以通过监测向加热元件的功率供应来确定不利条件，例如气溶胶形成基质的耗尽或系统故障。电路可以被配置成确定加热元件处液体气溶胶形成基质的耗尽。在此上下文中“耗尽”意味着在加热元件处提供不足量的气溶胶形成基质，或气溶胶形成基质完全耗尽。无论哪种方式，这可能导致“干燥的”加热元件，与浸透液体气溶胶形成基质的“湿”加热元件相反。例如，当筒为空或几乎为空时，可能将不充足的液体气溶胶形成基质供应到加热元件。这可能意味着所产生的气溶胶并不具有所需特性，例如，气溶胶粒度或化学组成。这可能导致使用者的体验较差。
在检测到不利条件时，电路可以停止功率供应。这是有利的，因为使用者接着可以在检测到加热元件变干燥之后不再使用气溶胶生成系统。这可以避免形成不具有所需特性的气溶胶。因此，这可以避免使用者的不良体验。电路可被布置成通过使加热元件与电源之间的电熔断器熔断来停用加热元件。电路可被布置成通过切断加热元件与电源之间的开关来停用加热元件。停用加热元件的替代方法对于技术人员来说将是显而易见的。
替代地或另外，电路可以向使用者提供指示以提醒使用者不利条件。所述指示可以是音频指示、视觉指示、诸如振动的机械指示、嗅觉指示或所属领域的技术人员已知的任何其他指示方式中的一者或多者。然后，使用者可以准备更换或重新填充筒。
有利地，电路可以基于监测供应到加热元件的功率来确定不利条件。一般来说，递送到加热器进行汽化的气溶胶形成基质越少，对于给定的施加功率，加热元件的温度将越高。因此，在气溶胶形成基质耗尽时，可相应地减少加热元件处为维持或达到目标温度所需的功率。这是因为可能需要加热元件加热较少的气溶胶形成基质，或者在空筒的情况下，完全不加热气溶胶形成基质。
电路因此可以通过监测达到或维持预定温度需要的向加热元件的功率供应的变化率来确定不利条件。例如，在维持目标温度同时检测到功率供应的突然激增或下降时，可以确定不利条件。有利地，这种方法可以使得能够更快地检测不利条件，因为即使在功率供应已经达到预定阈值之前，也可以容易地确定不利条件，如现有技术系统中公开的。此外，此方法不依赖于监测功率供应的绝对增加，因此它可有利地允许更多地独立于环境条件确定不利条件，以及允许用于不同的基质。
替代地或另外，电路可以通过监测在连续加热周期内达到或维持预定温度所需的功率供应的减少，或更具体的所需的最小功率供应来确定不利条件。在此上下文中，“加热周期”意指向加热元件的功率供应周期。通常每个加热周期都对应于使用者抽吸。由于不同加热元件和基质组合之间的变化，维持恒定温度所需的功率可在不同气溶胶生成系统之间变化。因此，通过比较给定加热周期中的最小功率供应与在相同气溶胶生成系统中的先前加热周期中供应的功率供应，电路可检测功耗的小变化。这可有利地允许较早检测不利条件。
任选地，电路被配置成仅在加热元件处的温度从初始温度升高到目标温度之后确定不利条件。电路可被配置成仅在加热元件已在目标温度下维持预定时间之后才确定不利条件。更具体地，将加热元件从初始温度升高到目标温度所需的功率可以变化，尤其取决于环境条件。因此，如果不利条件的确定是基于这些时段期间的功率供应，那么这种确定可能不太可靠。相比之下，当加热元件维持在目标温度时，可观察到一致且稳定的功率供应水平。功率供应只可能在存在不利条件时偏离稳定值，所述不利条件是例如在加热元件处气溶胶形成基质耗尽，或气溶胶生成系统中的故障。因此，电路可以在加热元件的温度已达到并且正维持在目标温度时确定不利条件。优选地，电路可以在检测到的电阻已达到指示目标温度的预定值时确定不利条件。
预定义范围可以基于功率供应的变化率的最大阈值。不利条件可以在功率供应的变化率超出所述最大阈值时确定。这可有利地允许在不存在由于环境条件变化导致的不利条件时功率供应的微小波动。
替代性地，预定义范围基于在连续加热周期内供应的最小功率的减少的最小阈值。不利条件可在连续加热周期内供应到加热元件的功率的减少增加到超过最小阈值时确定。这可有利地允许在确定不利条件之前，在连续加热周期内功率供应的较小减少。
如本文所使用，术语“加热元件”是指由机载电源供电的电加热元件。电加热元件可以包括单个加热元件。替代性地，加热元件可以包括超过一个分立加热元件，例如两个、或三个、或四个、或五个、或六个或更多个加热元件。一个或多个加热元件可以被适当地布置以便最有效地加热液体气溶胶形成基质。
加热元件可以是电阻加热元件。至少一个电加热元件优选地包括电阻材料。合适的电阻材料包括但不限于：半导体例如掺杂陶瓷、电“传导”陶瓷(例如二硅化钼)、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。此类复合材料可包括掺杂或无掺杂的陶瓷。合适的掺杂陶瓷的例子包括掺杂碳化硅。合适的金属的实例包含钛、锆、钽和铂族金属。适当的金属合金的示例包括不锈钢、康铜、含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝合金、含钛合金、含锆合金、含铪合金、含铌合金、含钼合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金、含镓合金、含锰合金、和含铁合金、和基于镍、铁、钴的超级合金、不锈钢、
电阻加热元件可以采取导电丝的网格、阵列或织物的形式。导电丝可限定丝之间的空隙，且空隙可具有10μm与100μm之间的宽度。导电丝可形成大小在160到600meshus(+/-10％)之间(即，每英寸160与600个丝之间(+/-10％))的网格。空隙的宽度优选地在75μm与25μm之间。网的开口面积的百分比(其是空隙的面积与网的总面积的比率)优选地在25％与56％之间。网格可以使用不同类型的交织或格子结构形成。替代地，导电丝由彼此平行布置的细丝的阵列组成。导电丝可具有8μm与100μm之间、优选地在8μm与50μm之间且更优选地在8μm与39μm之间的直径。细丝可以具有圆形的横截面或者可以具有平坦的横截面。
导电丝的网格、阵列或织物的面积可以较小，优选的是，小于或等于25mm2，从而允许其合并到手持系统中。导电丝的网格、阵列或织物可以(例如)为矩形并且具有5mm乘2mm的尺寸。优选的是，导电丝的网格或阵列覆盖的面积在加热器组件的面积的10％到50％之间。更优选的是，导电丝的网格或阵列覆盖的面积在加热器组件的面积的15％到25％之间。
所述丝可以通过蚀刻如箔的片材而形成。当加热器组件包括平行丝阵列时，此可为特别有利的。如果加热元件包括丝的网格或织物，那么所述丝可以单独地形成并且针织在一起。
导电丝的优选材料是304、316、304l、316l不锈钢。
网格布置的替代方案是，至少一个电加热元件可采取电阻加热器线圈、或具有不同导电部分的套管或基质，或电阻式金属管的形式。加热器可布置成在筒被接收于气溶胶生成装置的腔中时，限定筒的至少一部分。筒可并入一次性加热元件。替代地，行进穿过液体气溶胶形成基质的中心的一个或多个加热针或杆也可以是合适的。替代地，至少一个电热元件可以包括柔性材料薄片。其它替代方案包含加热线或丝，例如ni-cr(镍-铬)、铂、钨或合金线，或加热板。可选地，该加热元件可放置在刚性载体材料中或上。
至少一个加热元件可借助于传导来加热气溶胶形成基质。加热元件可以至少部分地接触基质。替代地，来自加热元件的热可借助于热传递元件传导给基质。
至少一个加热元件可以将热量传递到进入的环境空气，所述环境空气在使用期间被抽吸通过电操作气溶胶生成系统，进而加热气溶胶形成基质。环境空气可在通过气溶胶形成基质之前被加热。替代性地，环境空气可首先被抽吸通过基质并接着被加热。
电阻加热元件可以用作温度传感器。例如，如果至少一个加热元件具有合适的电阻温度系数特性，测量所述至少一个加热元件的电阻将允许确定加热元件的温度。电路可被布置成通过测量通过所述至少一个加热元件的电流和跨越所述至少一个加热元件的电压，以及从测量的电流和电压确定所述至少一个加热元件的电阻来测量所述至少一个加热元件的电阻。在这种情况下，电路可包括与所述至少一个加热元件串联的具有已知电阻的电阻器，且所述电路可被布置成通过测量跨越电阻已知的电阻器的电压且根据测量的电压和所述已知电阻确定穿过所述至少一个加热元件的电流来测量穿过所述至少一个加热元件的电流。因此，可能不必包括专用温度传感器，而温度温度传感器可能占用气溶胶生成系统中的宝贵空间且还可能成本较高。要强调的是，在此实施例中，电阻既用作加热元件，也用作传感器。
气溶胶形成基质在室温下可处于液相。如本文所使用，术语“液体”和“固体”指室温下气溶胶形成基质的状态。气溶胶形成基质在室温下可为可流动液体。对于液体气溶胶形成基质，以适合用于气溶胶生成系统中的方式选择所述基质的某些物理特性，例如蒸气压或粘度。
气溶胶形成基质可以包括基于植物的材料。气溶胶形成基质可以包括烟草。气溶胶形成基质可以包括含有挥发性烟草香味化合物的含烟草材料，所述化合物在加热时就气溶胶形成基质释放。气溶胶形成基质可以替代地包括不含烟草材料。气溶胶形成基质可以包括均化的植物基材料。气溶胶形成基质可以包含均化的烟草材料。气溶胶形成基质可以包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂可为任何合适的已知化合物或化合物的混合物，该化合物或混合物在使用中有利于形成稠密和稳定的气溶胶，并且在系统操作的操作温度下对热降解基本上具有抗性。合适的气溶胶形成剂是本领域众所周知的，并且包括但不限于：多元醇，例如三甘醇，1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单、二或三乙酸酯；和一元、二元或多元羧酸的脂肪酸酯，例如二甲基十二烷二酸酯和二甲基十四烷二酸酯。优选的气溶胶形成剂是多羟基醇或其混合物，例如三甘醇、1,3-丁二醇且最优选的丙三醇。气溶胶形成基质可包括其它添加剂和成分，诸如香料。
对于液体气溶胶形成基质，以适合用于气溶胶生成系统中的方式选择所述基质的某些物理特性，例如蒸气压或粘度。所述液体优选包含含烟草的材料，所述含烟草的材料包含挥发性烟草味化合物，所述挥发性烟草味化合物将在加热时自所述液体释放。或者或此外，该液体可包括非烟草材料。液体可以包含水、乙醇或其它溶剂、植物提取物、尼古丁溶液和天然或人造的调味剂。优选的是，液体还包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的示例是丙三醇和丙二醇。
气溶胶形成基质可以包含在气溶胶生成装置中的可再填充液体储存部分中，或者它可以是气溶胶生成系统中的一次性筒。优选地，气溶胶形成基质包含在气溶胶生成系统中的一次性筒中。所述筒可在单个使用期之后更换，或者可以在多个使用期之后更换。这可以允许使用者以安全有效的方式更换耗尽的筒。
液体气溶胶形成基质可以由机械装置，例如手动泵或电泵从筒递送到加热元件。
优选地，电操作气溶胶生成系统还包括用于将液体气溶胶形成基质输送到加热元件的毛细管芯。这可以减少气溶胶生成装置中的活动部件的数量，因此它可以改善可靠性以及降低重量和成本。
任选地，毛细管芯被布置成与筒中的液体接触。任选地，毛细管芯延伸到筒中。在该情况下，在使用中，液体通过毛细管芯中的毛细管作用从筒传输到加热元件。在一个实施例中，毛细管芯可包括第一端和第二端，所述第一端可延伸到筒中以与其中的液体接触，且加热元件可被布置成对第二端中的液体进行加热。当启用该加热元件时，毛细管芯的第二端处的液体可通过至少一个加热元件被汽化以便形成过饱和蒸汽。过饱和蒸汽可以与空气流混合并且在所述空气流中进行输送。在流动期间，蒸汽冷凝以形成气溶胶，并且所述气溶胶可以朝向使用者的口部输送。液体气溶胶形成基质可以具有包含粘度和表面张力的物理性质，其允许液体通过毛细管作用输送穿过毛细管芯。
毛细管芯可具有纤维或海绵状结构。该毛细管芯优选地包括一束毛细管。举例来说，毛细管芯可以包括多个纤维或丝、或其它细孔管。纤维或丝可以是沿气溶胶生成系统的纵向方向大致对齐的。作为选择，该毛细芯可包括形成杆形状的海绵状或泡沫状材料。杆形状可以沿着气溶胶生成系统的纵向方向延伸。芯的结构可形成多个小孔或小管，液体可以通过毛细管作用输送穿过所述小孔或小管。毛细管芯可包含任何合适的材料或材料组合。合适材料的实例是毛细管材料，例如，海绵或泡沫材料、呈纤维或烧结粉末形式的陶瓷或石墨类材料、泡沫金属或塑料材料，例如由纺制或挤出纤维制成的纤维状材料，如乙酸纤维素、聚酯或粘结聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维或陶瓷。毛细管芯可以具有任何合适的毛细性和孔隙度，以便与不同的液体物理特性一起使用。液体可具有物理性质，包括但不限于粘度、表面张力、密度、导热性、沸点和蒸汽压力，其允许液体通过毛细管作用输送通过毛细管装置。芯的毛细管特性与液体气溶胶形成基质的特性组合，可以确保在正常使用期间，当存在大量气溶胶形成基质时，芯在加热区域中始终湿润。
毛细管芯和加热元件以及任选的筒可以作为单个部件从气溶胶生成系统中移除。
所述系统可包括气溶胶生成装置和可移除筒，其中所述电源和所述电路设置在所述装置中，并且所述加热元件可设置在所述可移除筒中，并且其中所述筒包括液体气溶胶形成基质。加热元件可以被配置成通过合适的连接器连接至电源和电路。加热元件可以是一次性加热元件。加热元件可以用可移除筒来更换。
可选地，具有不同特性的筒可以与该装置一起使用。举例来说，具有不同大小的加热元件的两个不同筒可以与装置一起提供。例如，具有更高功率额定值的加热元件可以用于递送更多气溶胶。可以使用具有更高容量的筒，以减少筒更换的频率。
优选地，气溶胶生成装置包括壳体。优选地，壳体是细长的。如果气溶胶生成装置包括毛细管芯，毛细管芯的纵向轴线和壳体的纵向轴线可以是基本上平行的。
壳体可包括任何合适材料或材料的组合。合适材料的实例包括金属、合金、塑料或含有一种或多种那些材料的复合材料，或适用于食物或药物应用的热塑性材料，例如聚丙烯、聚醚醚酮(peek)和聚乙烯。优选地，材料是轻质且不易碎的。
可选地，气溶胶生成装置包括用户输入装置。用户输入装置可以包括按钮、滚轮、触摸按钮、触摸屏和麦克风中的至少一者。用户输入装置可以允许使用者控制气溶胶生成装置的操作的一个或多个方面。用户输入装置可以允许使用者启用向加热器的电功率供应，停用向加热器的电功率供应或两者。
可选地，电路包括微处理器，并且更优选地包括可编程微处理器。系统可以包括允许将软件上传到微处理器上的数据输入端口或无线接收器。电路可以包括额外电组件。
可选地，气溶胶生成系统还包括用于检测使用者何时在系统上抽吸的抽吸检测器。抽吸检测器可以与电路通信。电路可被配置成在抽吸检测器检测到抽吸时将功率从电源供应到加热元件，使得每次抽吸对应于加热周期。电路可以被配置成确定在每个加热周期中是否存在不利条件。抽吸检测器可在气溶胶生成装置处形成用户输入装置。也就是说，为了启动加热周期使用者可能无需按压机械按钮。
气溶胶生成装置还可包括烟嘴。烟嘴可以被构造成与气溶胶生成装置或筒的壳体接合。可选地，烟嘴被构造成与气溶胶生成装置接合，气溶胶生成装置与烟嘴的组合可以模拟可燃吸烟制品(例如，香烟、雪茄或小雪茄)的形状和尺寸。有利地，在此类实施例中，气溶胶生成装置与烟嘴的组合可以模拟香烟的形状和尺寸。
所述电源可以是任何合适的电源，例如dc电压源，例如电池。电源可以是锂离子电池、镍-金属氢化物电池、镍镉电池，或锂基电池，例如锂-钴、锂-铁-磷酸盐、钛酸锂或锂-聚合物电池。
可选地，电源可以包括可再充电锂离子电池。电源可以包括另一种形式的电荷储存装置，例如电容器。电源可能需要再充电。电源具有的容量可以允许储存足够气溶胶生成装置使用一次或多次的能量。例如，电源可以具有足够的容量以允许连续生成气溶胶持续大约六分钟的时间，对应于抽一支常规卷烟所耗费的典型时间，或者持续六分钟的倍数的时间。在另一实例中，电源可具有足够的容量以允许预定次数的抽吸或离散激活。
电路可以被配置成在加热周期开始时开始从电源向加热器供应电功率。电路可以被配置成在加热周期结束时终止从电源向加热器供应电功率。
电路可以被配置成提供从电源到加热器的连续电功率供应。
电路可以被配置成提供从电源到加热器的间歇电功率供应。电路可以被配置成提供从电源到加热器的脉动电功率供应。
有利地，向加热器脉动供应电功率可以在一段时间内促进对加热器的总输出的控制。有利地，在一段时间内控制加热器的总输出可以促进对温度的控制。
电路可以被配置成改变从电源到加热器的电功率供应。电路可以被配置成改变电功率的脉动供应的占空比。电路可以被配置成改变脉宽和占空比的周期中的至少一者。
可选地，气溶胶生成系统为便携式的。所述气溶胶生成系统可以是一种吸烟系统并且可以具有与传统的雪茄或香烟相当的尺寸。吸烟系统可以具有约30mm到约150mm之间的总长度。吸烟系统可以具有在大致5mm与大致30mm之间的外径。
根据本发明的第二方面，提供了一种控制向电操作气溶胶生成系统中的加热元件的功率供应的方法，其包括：测量加热元件处的温度；基于所测量的温度调节向所述加热元件的功率供应；在i)达到或维持预定温度需要供应到所述加热元件的功率的变化率或ii)在连续加热周期内达到或维持预定温度需要的功率的减少落在预定义范围之外时，确定不利条件，所述预定义范围存储在所述存储器中；以及基于是否存在不利条件控制供应到所述加热元件的功率，或在存在不利条件时提供指示。
根据本发明的第三方面，提供了一种可直接加载到微处理器的内部存储器中的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括软件代码部分，所述软件代码部分用于当在电操作气溶胶生成系统中的微处理器上运行所述产品时执行第二方面的步骤，所述系统包括：用于加热气溶胶形成基质的加热元件；用于感测所述加热元件的温度的传感器；和用于向所述加热元件供应功率的电源，所述微处理器连接到所述加热元件、传感器和所述电源。
为了避免疑义，上文关于本发明的一个方面描述的特征也可适用于本发明的其它方面。
关于一个方面描述的特征可以等同地适用于本发明的其它方面。
附图说明
现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1a、1b、1c和1d是根据本发明的实施例的系统的示意图；
图2是用于如图1a到1d中所示的系统中的筒的分解图；
图3是图2中所示的筒中的加热器组件的加热器丝的详细视图，其示出了丝之间的液体气溶胶形成基质的弯液面；
图4是示出了在多次抽吸期间加热器组件的电阻变化的绘图；
图5是示出了对应于图4中所示的多个抽吸的加热器组件的功率供应变化的绘图；
图6是示出了对应于图4和图5中所示的多个抽吸的加热器组件的最小功率供应的差异的绘图；以及
图7是示出了对应于图4到图6中所示的多个抽吸的加热器组件的功率供应变化率的绘图。
具体实施方式
图1a到1d是根据本发明的实施例的电加热气溶胶生成系统的示意图。气溶胶生成系统包括气溶胶生成装置10和筒20。
筒20在筒壳体24中含有气溶胶形成基质，且构造成接收在装置内的腔18中。筒20为一次性筒。使用者可以在筒中的气溶胶形成基质被耗尽时更换筒20。筒包括可移除密封件26，该密封件用于向筒壳体24提供气密密封。这允许容纳在筒壳体24中的气溶胶形成基质在其第一次使用之前与环境屏蔽。图1a示出了即将插入装置中的筒20，其中图1a中的箭头1指示筒的插入方向。
气溶胶生成装置10是便携式的，并且具有相当于常规雪茄或香烟的大小。装置10包括主体11和烟嘴部分12。主体11含有电池14，如磷酸锂铁电池，电路16和空腔18。电路16包括可编程的微处理器。烟嘴部分12通过铰链连接21连接到主体11且可在如图1a中所示的打开位置与如图1d中所示的关闭位置之间移动。将烟嘴部分12放置在打开位置中以允许插入和移除筒20，并且当系统将用于生成气溶胶时将所述烟嘴部分放置在关闭位置中。烟嘴部分包括多个空气入口13和出口15。在使用中，使用者在出口上吮吸或抽吸以将来自空气入口13的空气从烟嘴部分抽吸到出口15，并且之后进入使用者的口中或肺中。提供内部挡板17以迫使流过烟嘴部分12的空气通过筒。
腔18具有圆形横截面且大小设定为接收筒20的壳体24。电连接器19设置在腔18的侧面处以提供控制电子器件16与电池14之间的电连接以及筒20上的对应电触头。
图1b示出了图1a的系统，其中筒插入腔18中，且正在移除可移除密封件26。在此位置，电连接器抵靠筒上的电触头。
图1c示出了图1b的系统，其中移除了可释放密封件26且烟嘴部分12正移动到关闭位置。
图1d展示图1c的系统，其中烟嘴部分12在关闭位置中。烟嘴部分12通过夹扣机构保持在关闭位置。处于关闭位置的烟嘴部分12将筒保持与电连接器19电接触，使得无论系统的定向如何，在使用中都维持良好的电连接。
图2是筒20的分解图。筒壳体24具有选定为接收到腔18中的尺寸和形状。壳体含有浸泡在液体气溶胶形成基质中的毛细管材料27、28。在此实例中，气溶胶形成基质包括39重量％的甘油，39重量％的丙二醇，20重量％的水和香料，和2重量％的尼古丁。毛细管材料是基于液体浓度的相对差异将液体从一端主动传送到另一端的材料。毛细管材料可以由任何合适的材料制成。在此实例中，毛细管材料由聚酯纤维形成。
筒壳体24具有开口端，加热器组件30固定到所述开口端。加热器组件30包括其中形成有开孔35的基板34、固定到基板并通过间隙33彼此分离的一对电触头32，以及多个导电加热器丝36，所述导电加热器丝跨越开孔并固定到开孔35的相对侧上的电触头。
加热器组件30被可释放密封件26覆盖。可释放密封件26包括胶粘到加热器组件30但可被轻易剥离的液体不可渗透塑料片。凸片设置在可释放密封件26的侧面上，以允许使用者在剥离可释放密封件26时抓握该可释放密封件。现将对所属领域的一般技术人员显而易见的是，虽然将胶合描述为将不可渗透的塑料片材紧固到加热器组件的方法，但只要盖可容易由消费者移除，就也可以使用所属领域的技术人员所熟悉的其它方法，包括加热密封或超声波焊接。
在图2的筒中存在两种分开的毛细管材料27、28。第一毛细管材料27的圆盘被设置为在使用中接触加热器元件36、32。第二毛细管材料28的较大主体设置在第一毛细管材料27的与加热器组件相对的一侧上。第一毛细管材料和第二毛细管材料两者都保持液体气溶胶形成基质。接触加热器元件的第一毛细管材料27具有比第二毛细管材料28更高的热分解温度(至少160℃或更高，例如大约250℃)。第一毛细管材料27有效地用作将加热器元件36、32与第二毛细管材料28分离的间隔件，使得第二毛细管材料不暴露于高于其热分解温度的温度。跨第一毛细管材料的热梯度使得第二毛细管材料暴露于低于其热分解温度的温度。第二毛细管材料28可以被选择为具有优于第一毛细管材料27的芯吸性能，可以保持比第一毛细管材料更多的每单位体积的液体并且可以比第一毛细管材料更便宜。在此实例中，第一毛细管材料是耐热材料，例如纤维玻璃或含有纤维玻璃的材料，且第二毛细管材料是聚合物，例如合适的毛细管材料。示例性合适的毛细管材料包括本文所论述的毛细管材料，且在替代实施例中，可以包括高密度聚乙烯(hdpe)或聚对苯二甲酸乙二酯(pet)。
毛细管材料27、28在壳体24中有利地取向以将液体输送到加热器组合件30。当组装筒时，加热器丝36可与毛细管材料27接触，且因此气溶胶形成基质可直接输送到网格加热器。图3是加热器组件30的丝36的详细视图，其示出了加热器丝36之间的液体气溶胶形成基质的弯液面40。可见，气溶胶形成基质接触每个丝36的大部分表面，使得由加热器组件30生成的大部分热直接传递到气溶胶形成基质中。
因此，在正常操作中，液体气溶胶形成基质接触加热器丝36表面的大部分。然而，当已经使用了筒中的大部分液体基质时，递送到加热器丝36的液体气溶胶形成基质将较少。在汽化的液体较少的情况下，由汽化的焓吸收的能量较少，并且供应到加热器丝36的更多能量被引导来使加热器丝的温度升高。同样，维持目标温度所需的能量也会随着加热器丝36变干而降低。加热器丝36可能变干，原因是筒中的气溶胶形成基质已耗尽。替代性地，但是不太可能的是，加热器丝36可能变干，原因是使用者正在特别长或频繁地抽吸，并且液体不能以与汽化一样的速度递送到加热器丝36。
在使用中，加热器组件30通过电阻加热来操作。电流在控制电子器件16的控制下通过丝36，以将所述丝加热到所需温度范围内。丝的网格或阵列的电阻明显高于电触头32和电连接器19，使得较高温度局限于所述丝。这使气溶胶生成装置10的其它部件的热损耗降至最低。在此实例中，系统被配置成通过响应于使用者抽吸而向加热器组件30提供电流来生成热。
系统包含抽吸传感器，所述抽吸传感器被配置成检测使用者何时通过烟嘴部分抽吸空气。抽吸传感器(图中未示出)连接到控制电子器件16，且控制电子器件16配置成仅当确定使用者正在抽吸装置时将电流供应到加热器组件30。任何合适的空气流传感器都可以用作抽吸传感器，如麦克风或压力传感器。
为了检测温度增加，电路16被配置成测量加热器丝的电阻。此实例中的加热器丝36由不锈钢形成，并且因此具有正电阻温度系数。此外，因为在这种抽吸致动的系统中使用高电流脉冲以短脉冲产生热，具有较高比热容的不锈钢丝是理想的。
随着加热器丝36的温度上升，其电阻也上升。应了解，在其它实施例中，加热器丝36可由具有负电阻系数的材料形成，对于该材料，当加热器丝的温度上升时，其电阻减小。
图4是示出了在多个使用者抽吸期间检测到的加热器的电阻变化的绘图。每个抽吸都持续一个抽吸持续时间δt。x轴表示时间，y轴表示在加热器组件30处检测到的电阻。在图4中，在三个不同的加热周期中检测到电阻变化，每个加热周期对应于使用者抽吸：1)在加热周期500期间，加热器丝36浸透气溶胶形成基质，例如，在常规操作下；2)在加热周期502期间，气溶胶形成基质的不充足供应被提供至加热器丝36，例如，在加热器丝36处液体基质不完全补充；以及3)在加热周期504期间，加热器丝36耗尽气溶胶形成基质。电路可被配置成确定加热周期502和504两者包括不利条件。替代性地，电路可被配置成确定仅加热周期504为不利条件。
加热器组件30具有初始电阻r参考。所述初始电阻r参考是加热器组件30的内在特性。它指示在室温下加热器组件30的参考电阻。初始电阻r参考是在室温下寄生阻抗rp与加热器丝的电阻r0的组合。因此，r0可从r0＝r参考-rp确定。更具体地，寄生电阻rp是由电触头32和电连接器19以及其间的接触产生的电阻。r0是在环境温度下加热器丝36的电阻。
在施加任何加热之前，至少测量一次新筒20的初始电阻r参考。检测系统用于确定何时插入新筒20。在某些情况下，对每个筒可以仅测量r参考一次。可以在每次接通系统时测量r参考。在此实施例中，电路被配置成在没有功率被供应到加热器丝36的预定时间段之后，定期对r参考进行更新测量。预定时间段各自持续3分钟，但可以选择将加热器丝36从其操作温度冷却回到室温所需的任何合适时间。对r参考的这种定期更新会再校准电路以补偿环境温度的改变以及加热器丝36的状况的改变。
由于在使用者抽吸期间将功率施加到加热器组件30，加热器丝36的温度从环境温度上升。这使得加热器丝36的电阻r上升。但是，假设寄生电阻rp保持不变。这是因为rp可归因于非受热部件，如电触头32和电连接器19。此外，假设rp的值对所有筒都是相同的，并且将不会受到更换不同筒的影响。对于特定气溶胶生成装置20，寄生阻抗rp值存储在电路的存储器中。
加热器丝36的电阻与其温度线性相关。因此，可以通过基于因子k将电阻r控制在目标电阻rt，来调节加热器组件的温度，其中，rt＝(r0)·k，或rt＝(r参考-rp)·k。k可以是预定义值且可以存储在电路的存储器中。
图4示出了在使用者抽吸期间加热器组件30从环境温度加热到目标加热器温度并随后维持在目标加热器温度时该加热器组件上的电阻变化δr。加热周期500、502、504中的每一个对应于使用者抽吸，且持续时间为δt。在图示的实例中，每个加热周期以加热组件30在环境温度下且加热组件的电阻为r参考开始。然而，由于加热器组件30在抽吸之间可能未完全冷却，因此并非总是如此。因此，在实际使用中，电阻r可以从高于r参考的水平开始。但在加热周期开始时加热器组件30的温度或相应的电阻r不太重要。这是因为电路被配置成一旦加热器组件30达到其目标温度才确定不利条件。
在加热周期500中加热器组件30浸透液体气溶胶形成基质。这表示常规操作条件。在此实例中，加热组件30的温度被配置成由1.2的因子k调节。在加热周期开始时，电路在测量加热器电阻r时向加热器组件30供应电能。这种加热周期可被称为变热阶段。在变热阶段期间，电路可以继续向加热器组件30供应功率，直到测得的加热器电阻r等于rt(其在这种情况下为1.2r0)。
一旦达到rt，电路可以在降低的水平或以间歇方式继续供应功率，以将加热器电阻r调节为目标加热器电阻rt。这使得加热器温度恒定。此温度维持期可称为维持阶段。在这种维持阶段，加热器电阻r被调节以保持在恒定值。
因子k可以出厂设置为默认值。因子k与加热器丝36的默认目标温度相关。此外，使用者可以使用用户输入装置，例如，一组机械按钮或滚轮，将因子k从其默认值调整。这允许使用者根据自己的偏好调整目标加热器温度。
如果加热器组件接收到减少量的液体基质，在加热器丝36处温度上升速率dt/dt在变热阶段期间增大。因此，在此时段期间在加热器丝36处电阻的增加速率dr/dt也会增加。这种情况可能例如在液体基质在加热器丝36处不能完全补充时产生。这在图4的加热周期502中示出。加热器丝36的液体基质供应不足。在加热周期502的变热阶段期间，电阻的增加速率dr/dt比在加热周期500期间的增加速率陡峭。电阻的增加速率dr/dt在加热器丝36完全耗尽液体基质时更进一步增大，如图4的加热周期504中所示。在一些情况下，由于缺少液体基质，加热器温度上升得如此快，以致加热器组件30不能足够快地耗散热，从而使得电阻升高到rt以上。这可以在加热周期504中看到。
在一个实施例中，电路被配置成在检测到电阻的增加速率dr/dt超过上阈值时停止向加热器组件的功率供应。例如，此上阈值可以是仅在筒为空时表现出的电阻的增加速率。此外，可以向使用者提供视觉警告，例如闪烁led信号，以提示更换筒。
向加热器组件30的功率供应还可用于确定加热器丝36处气溶胶形成基质的耗尽。这通过图5中示出的加热周期510、512和514示出，每个加热周期示出了在图4中的加热周期500、502和504期间供应的功率。所供应的功率基于特定时间间隔内的功率变化δw确定。例如，每100毫秒检测所供应的功率。
加热周期510示出了在加热器丝36浸透液体基质的抽吸期间供应的功率的变化。可以看出，功率供应在变热期间逐渐升高到其最高水平。这允许加热器组件30快速变热。在某些情况下，功率供应可以在加热周期开始时在其最高水平处开始，这允许甚至更快的加热。
在维持阶段期间，功率供应接着减少并稳定在较低水平。电路设定用于限制向加热器组件30的最大功率供应的预定功率供应限制516。功率供应限制516形成防止过热的被动安全机制。在图示的实例中，功率供应限制516是可变的，相应地与维持阶段相比，在变热阶段期间是高限制。
加热周期512示出了在供应到加热器丝的液体基质不足的抽吸期间功率供应的变化。在加热周期512中的变热阶段期间的功率供应类似于如加热周期510中所示的在加热器丝36浸透液体基质时供应的功率。然而，由于液体基质的涌入未能补充加热器丝36处汽化的基质，所以将加热器组件30维持在其目标温度下所需的功率朝使用者抽吸结束逐渐降低。
加热周期514示出了液体基质在加热器丝处耗尽的抽吸期间功率供应的变化。由于缺乏液体基质，在变热阶段期间供应到加热器组件30的功率明显低于在加热周期510和512供应的功率。类似于加热周期512，由于液体基质在加热器丝36处耗尽，所以维持其目标温度所需的功率朝使用者抽吸结束快速降低。
所述电路被配置成基于所供应的功率的降低在维持阶段期间检测加热器丝36处的液体基质不足。更具体地，一旦加热器组件30已达到代表目标温度的目标电阻，功率供应逐渐减少，直到其达到预定最小功率阈值p最小。然后，电路确定加热器丝36处的液体基质水平不足，如加热周期512中所示，或如加热周期514所示，此时筒为空的。
相比之下，浸透液体基质的加热器丝需要比最小功率阈值p最小更多的功率，以将其电阻r维持在目标电阻rt。因此，低于预定最小功率阈值p最小的功耗只有在加热器丝36处缺少液体基质时才能实现。
在此实施例中，电路被配置成在检测到功率供应已减少到最小功率阈值p最小以下时立即停止功率供应。
替代性地，在检测到加热器丝36处的液体基质不足时，电路不会立即停止功率供应。相反，电路可为一个或多个另外的抽吸继续功率供应。例如，电路可为两个另外的抽吸继续功率供应。这允许电路继续监测连续抽吸的功率供应，以确认加热器丝36处的基质耗尽。
在另一实施例中，可通过监测连续抽吸内最小功率供应的减少来确定液体基质的耗尽。更具体地，电路可比较如在每个连续抽吸中记录的最小功率供应p最小。电路然后可在连续周期内最小功率供应p最小之间的差超过偏差阈值δp偏差时确定不利条件。这在图6中示出，该图示出了对应于三个连续使用者抽吸的三个连续加热周期内的功率供应：1)在加热周期520期间，加热器丝浸透气溶胶形成基质，这为常规操作条件；2)在加热周期522期间，气溶胶形成基质的不充足供应被提供至加热器丝；以及3)在加热周期524期间，加热器丝耗尽气溶胶形成基质。
在正常操作条件下，当加热器丝36浸透液体气溶胶形成基质时，抽吸期间的最小功率供应是p最小1。如果特定时段内所有连续抽吸均发生在常规操作下，在每个加热周期期间记录的最小功率供应p最小将近似为p最小1。即，在正常操作条件下，从一次抽吸到下一次抽吸记录的最小功率供应p最小基本上是一致的。最小功率供应p最小的偏差预期非常小。尤其是，当加热器丝36浸透液体基质时，最小功率供应的偏差将不超过预定阈值δp偏差。
然而，筒中的可用液体气溶胶形成基质的量随每次连续抽吸而减少。当筒几乎为空时，液体气溶胶形成基质开始在加热器丝36处耗尽。在这种情况下，在抽吸期间记录的最小功率供应p最小随着每次连续抽吸减少。例如，p最小2表示在第二加热周期522期间记录的最小功率供应，其低于在先前加热周期期间记录的p最小1。在这种情况下，p最小2与p最小1之间的差超过预定δp偏差阈值，因此p最小2<(p最小1-δp偏差)。电路因此确定液体基质加热器组件处的供应不足。因此，电路立即停止向加热器丝36的功率供应，并且指示使用者更换空筒。
替代性地，电路可以继续监测至少一个或多个加热周期的最小功率供应。在这种情况下，在第二加热周期522以后的第三加热周期524期间记录p最小3。在这种情况下，p最小3与p最小2之间的差再次超过预定δp偏差阈值，因此p最小3<(p最小2-δp偏差)。由于最小功率供应p最小继续在连续周期中减少，电路确定液体基质在加热器丝36处耗尽。因此，电路停止向加热器组件30的功率供应，并且指示使用者更换空筒。
替代性地，电路可被配置成比较记录的最小功率供应p最小与在第一加热周期520期间已经记录的p最小1。在这种情况下，电路被配置成比较p最小3与p最小1。如果p最小3与p最小1之间的差超过预定阈值δp偏差阈值，使得p最小3<(p最小1-δp偏差)，则电路确定液体基质在加热器丝36处耗尽。这确保了比较总是对新筒进行，或对至少未耗尽液体气溶胶的筒进行。
替代性地，电路可以比较所供应的最小功率与在n个先前加热周期内供应的最小功率的移动平均值p最小av，其中，n是大于1的正整数。例如，电路被配置成对在最后n次抽吸中记录的p最小求平均，以产生所述移动平均值p最小av。如果p最小与p最小av之间的差超过预定δp偏差阈值，使得p最小<(p最小av-δp偏差)，则电路确定液体基质在加热器丝36处耗尽。这确保比较不太可能受到环境条件的波动的影响。
在维持阶段期间供应的最小功率的降低是加热器丝36处的液体基质不足的良好指标。然而，电路不能确定不利条件，直到功率供应减少到低于最小功率阈值。也就是说，对所述不利条件的响应可能不会及时发出。在另一个实施例中，电路被配置成从功率供应关于时间的一阶导数dp/dt确定液体基质不足。这在图7中示出，该图示出了在对应于使用者抽吸的三个加热周期期间功率供应的变化率：1)在加热周期530期间，加热器丝36浸透气溶胶形成基质，这为常规操作条件；2)在加热周期532期间，气溶胶形成基质的不足供应被提供至加热器丝36；以及3)在加热周期534期间，加热器丝耗尽气溶胶形成基质。
在正常操作中，当加热器丝浸透液体基质时，如加热周期530所示，dp/dt随着加热器组件30变热而逐渐减小。一旦电阻达到目标电阻rt并且维持该目标电阻，dp/dt保持在或多或少的恒定水平。这是因为基质汽化量在目标温度下保持恒定。
然而，如果液体基质供应不足，如加热周期532中所示，dp/dt减小以便将电阻维持在目标电阻rt。电路被配置成在dp/dt降低到低于预定最小变化率阈值dp/dt最小时确定不利条件。例如，加热器丝36处的液体基质供应的突然丢失将使得功率供应迅速减少。这使得dp/dt降低。在严重情况下，dp/dt降低到低于预定最小变化率阈值dp/dt最小。
在最坏情况下，当筒中的液体基质完全耗尽时，如加热周期524中所示，dp/dt会更快速地降低，并且因此达到dp/dt最小的时间更短。加热器丝36越干，检测到不利条件越快，且可更快地停止或减少功率供应。
各种实施例中描述的方法可以各自应用于确定不利条件。替代性地，所述确定不利条件可以基于所述多个方法的组合。气溶胶生成系统可以被配置成在不同模式下使用确定不利条件的不同方法。所描述的方法还可以用于内部系统诊断工具中。
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