RS58160B1 - Sistem za proizvodnju aerosola sa poboljšanim stvaranjem aerosola - Google Patents

Description

Predmetni pronalazak se odnosi na postupak kontrolisanja proizvodnje aerosola. Predmetni pronalazak se dalje odnosi na sistem za proizvodnju aerosola i još preciznije na električni sistem za proizvodnju aerosola. Predmetni pronalazak pogotovo nalazi primenu kao postupak kontrolisanja proizvodnje aerosola u sistemu za proizvodnju aerosola pomoću bar jednog električnog elementa električnog sistema za pušenje.

WO-A-2009/132793 otkriva električno zagrevani sistem za pušenje. Tečnost se čuva u skladišnom delu za čuvanje tečnosti i kapilarni fitilj ima prvi kraj, koji se proteže u skladišni deo za čuvanje tečnosti, da bi bio u kontaktu sa tečnošću koja se nalazi u njemu, i drugi kraj koji se proteže izvan skladišnog dela za čuvanje tečnosti. Grejni element zagreva drugi kraj kapilarnog fitilja. Grejni element je u obliku spiralno namotanog grejnog elementa u električnoj vezi sa izvorom napajanja i okružuje drugi kraj kapilarnog fitilja. Prilikom upotrebe korisnik može da aktivira grejni element uključivanjem napajanja. Korisnikovo povlačenje dima na usniku dovodi do uvlačenja vazduha u električno zagrevani sistem za pušenje i njegovog prolaska preko kapilarnog fitilja i grejnog elementa i potom u korisnikova usta.

EP-A-2110033 otkriva uređaj za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem u kojem se grejač kontroliše da bude ispod maksimalne radne temperature upotrebom povratne kontrole na bazi izmerenog otpora grejača.

Cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi poboljšani postupak za kontrolisanje količine energije obezbeđene električnom grejnom elementu takvog sistema za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem.

Jedna naročita teškoća kod uređaja za proizvodnju aerosola je proizvodnja aerosola sa nepromenljivim svojstvima uprkos varijacijama u brzini protoka kroz uređaj. Na primer, u uređaju u kojem brzina protoka vazduha nastaje inhalacijama korisnika, varijacije u brzini protoka kroz uređaj mogu da se dogode u toku pojedinačne inhalacije od strane korisnika ili od jedne inhalacije do sledeće.

Bilo bi korisno da se proizvede aerosol sa istom veličinom i gustinom kapljica, na nepromenljivoj osnovi, bez obzira na varijacije u brzini protoka gasa, kao što je vazduh, kroz uređaj.

U skladu sa jednim aspektom pronalaska obezbeđen je postupak za kontrolisanje proizvodnje aerosola u uređaju za proizvodnju aerosola, a uređaj sadrži:

grejač koji sadrži najmanje jedan grejni element; i

izvor električne energije za obezbeđivanje napajanja grejnog elementa, koji obuhvata korake:

utvrđivanje temperature grejnog elementa; i

podešavanje električne energije grejnom elementu radi održavanja grejnog elementa unutar željenog temperaturnog raspona, pri čemu je željeni temperaturni raspon dinamički izračunat na bazi izmerene brzine protoka gasa kroz ili pored uređaja.

Poželjno je da uređaj bude podešen da omogući korisniku da udisanjem stvara protok vazduha. Uređaj može da bude sistem za pušenje sa električnim zagrevanjem.

Aerosol je suspenzija čvrstih čestica ili tečnih kapljica u gasu kao što je vazduh. Kada se aerosol dobije upotrebom grejnog elementa koji ispari supstrat, brzina dobijanja aerosola i osobine nastalog aerosola zavise od temperature grejnog elementa. Temperatura grejnog elementa se utvrđuje ne samo na osnovu isporučene energije grejnom elementu već i na osnovu faktora iz okoline. Preciznije, brzina protoka gasa koji prolazi kroz grejni element ima značajni efekat hlađenja na grejni element.

Jedan primer sistema u kojem postoje varijacije u brzini protoka vazduha je sistem u kojem se tok vazduha stvara inhaliranjem od strane korisnika, kao što je sistem za pušenje na električni pogon. Varijacije u brzini protoka kroz uređaj se mogu pojaviti u toku pojedinačnog udisaja korisnika i tokom perioda od jednog udisaja do sledećeg. Različiti korisnici imaju različite režime udisanja, a i jedan korisnik može da ima različite režime udisanja u različito vreme. Razlika u režimu udisanja se može desiti tokom pojedinačnog udisaja, ali takođe od udisaja do udisaja. Tako da je poželjno imati postupak kontrole koji vrši kompenzacije kod različitih korisnika i udisanja.

Željeni temperaturni raspon grejnog elementa može da se sastoji od jedne željene temperature. Alternativno, temperaturni raspon grejnog elementa može da obuhvati, na primer, deset stepeni Celzijusa. Prihvatljivi temperaturni rasponi su takve temperature koje dopuštaju da se formira aerosol sa željenim svojstvima. Ukoliko je temperatura previsoka u aerosolu se mogu formirati neželjene hemikalije, a ukoliko je preniska supstrat ne može dovoljno da isparava i veličina kapljica unutar aerosola takođe može da bude prevelika.

Željeni temperaturni raspon može da zavisi od kompozicije supstrata koji daje aerosol. Različiti supstrati će imati entalpiju isparavanja i patiće od hemijske razgradnje na različitim temperaturama. U skladu sa tim, postupak može dalje da sadrži korak utvrđivanja karakteristika ili identiteta supstrata koji daje aerosol i izračunavanje ili biranje željenog temperaturnog raspona na bazi karakteristika ili identiteta. Na primer, korak utvrđivanja karakteristika supstrata koji daje aerosol može da uključi očitavanje indikacije identiteta supstrata koji daje aerosol formiranog u, ili na kućištu, supstrata koji daje aerosol. Kada se utvrdi identitet supstrata, željeni temperaturni raspon može onda da se izabere iz baze temperaturnih raspona za pojedini identitet supstrata koji daje aerosol. Indikacija identiteta supstrata koji daje aerosol može da bude, na primer: barkod ili druga površinska indikacija; karakteristika kućišta supstrata, kao što je oblik ili veličina; ili može da bude karakterističan otpor ili električni odgovor povezan sa kućištem supstrata.

U sistemu za pušenje na električni pogon, na primer, za korisnike koji imaju duge ali spore udisaje može biti poželjno da imaju nižu temperaturu grejnog elementa, kako bi se aerosol proizvodio sporije. Ovo do nekog stepena imitira ponašanje konvencionalne cigarete sa upaljenim krajem. Međutim, temperatura grejnog elementa se održava iznad nižeg nivoa praga kako bi se omogućilo formiranje aerosola sa željenim svojstvima. Ovo podešavanje temperature grejača bazirano na brzini protoka gasa kroz ili pored uređaja može da se koristi zajedno sa sačuvanim rasponima temperature za specifične kompozicije supstrata. Tako podešavanje temperature bazirano na brzini protoka može da bude napravljeno unutar temperaturnog raspona postavljenog kompozicijom supstrata.

Poželjno, korak podešavanja električne energije se vrši tek pošto grejni element dostigne određenu temperaturu unutar željenog temperaturnog raspona. Na primer, korak podešavanja može da počne pošto temperatura grejnog elementa dostigne srednju tačku prethodno određenog temperaturnog raspona.

Alternativno, ili dodatno, korak podešavanja električne energije može da se izvrši tek po proteku određenog vremena nakon otkrivanja protoka gasa kroz uređaj koji premašuje prethodno utvrđeni prag brzine protoka. Poželjno je zagrevanje grejnog elementa što je brže moguće, pomoću dostupnog napajanja električnom energijom. To je zbog toga da se aerosol sa željenim svojstvima proizvede što je pre moguće. Tako se maksimum električne energije može isporučiti za određeno vreme posle detektovanja početka inhalacije od strane korisnika.

Postupak poželjno takođe uključuje korak prekidanja ili smanjivanja isporuke energije grejnom elementu koji sledi posle koraka podešavanja energije radi održavanja temperature grejnom elementu. Ovo se može učiniti na bazi prethodno određenog vremena posle aktiviranja grejnog elementa, otkrivene brzine protoka, ili izračunatih parametara u vezi sa brzinom protoka. Ovo omogućava da se proizvodnja aerosola zaustavi kada korisnik završi inhaliranje.

Korak podešavanja električne energije može da uključi podešavanje frekvencije ili modulacije širine impulsnog signala energije. Ako se električna energija dovodi grejnom elementu kao impulsni signal, podešavanje frekvencije impulsa ili radni ciklus impulsa je efektivan način za održavanje temperature grejnom elementu u željenom rasponu.

Korak određivanja temperature grejnog elementa može da sadrži utvrđivanje električnog otpora grejnom elementu. Ovo obezbeđuje pogodnu i tačnu indikaciju temperature. Alternativno, može se koristiti odvojeni senzor temperature.

Prema jednom drugom aspektu pronalaska, obezbeđen je uređaj za proizvodnju aerosola na električni pogon, uređaj koji sadrži: bar jedan grejni element za dobijanje aerosola iz supstrata; izvor napajanja za napajanje strujom grejnog elementa; i električno kolo za kontrolisanje napajanja strujom od izvora napajanja do bar jednog elementa koji proizvodi aerosol, pri čemu je električno kolo organizovano da:

utvrdi temperaturu grejnog elementa i podesi električnu energiju grejnom elementu radi održavanja temperature grejnom elementu unutar željenog temperaturnog raspona, pri čemu je željeni temperaturni raspon dinamički izračunat na bazi izmerene brzine protoka gasa kroz ili pored uređaja.

Poželjno je da je uređaj podešen tako da omogući korisniku da udisanjem stvara protok vazduha.

Željeni temperaturni raspon može da sadži jednu željenu temperaturu.

Uređaj može da bude podešen da primi supstrat koji daje aerosol. Željeni temperaturni raspon može da bude zavisan od kompozicije supstrata koji daje aerosol. Različiti supstrati će imati različite temperature isparavanja i trpeće hemijsku razgradnju na različitim temperaturama. U skladu sa tim, uređaj dalje može da sadrži sredstva za utvrđivanje karakteristike ili identiteta supstrata koji daje aerosol i izračunavanje ili odabiranje željenog temperaturnog raspona bazirane na karakteristici ili identitetu. Na primer, uređaj može da sadrži sredstva za očitavanje indikacija identiteta supstrata koji daje aerosol formiranog u ili na kućištu supstrata koji daje aerosol, i željeni temperaturni raspon može onda da se izabere iz baze temperaturnog raspona na osnovu identiteta supstrata koji daje aerosol. Indikacija identiteta supstrata koji daje aerosol može da bude, na primer, barkod ili druga površinska indikacija, karakteristika kućišta supstrata, kao što je oblik ili veličina, ili karakteristika otpora ili električnog odgovora povezanog sa kućištem supstrata.

Električno kolo može da bude podešeno da utvrdi temperaturu grejnog elementa na bazi utvrđenog električnog otpora grejnog elementa. Alternativno, uređaj može da ima odvojeni senzor temperature.

Strujno kolo može da obuhvati i mikrokontroler. Mikrokontroler može da uključi PID regulator za kontrolisanje struje dovedene grejnom elementu.

Poželjno je da električno kolo bude organizovano da izvede korake postupka iz drugih aspekata pronalaska. Da bi izvelo korake postupka iz drugih aspekata pronalaska, električno kolo može da bude direktno povezano. Međutim, poželjnije je da električno kolo može da se programira da izvede korake postupka iz drugih aspekata pronalaska.

Grejač može da sadrži jedan grejni element. Alternativno, to može da bude električni grejač koji sadrži jedan grejni element. Alternativno, električni grejač može da sadrži više od jednog grejnog elementa, na primer dva ili tri ili četiri ili pet ili šest ili više grejnih elemenata. Alternativno, električni grejač može da sadrži najmanje jedan grejni element za zagrevanje supstrata. Grejni element ili grejni elementi mogu da budu odgovarajuće tako raspoređeni da najdelotvornije zagrevaju supstrat koji daje aerosol.

Poželjno je da bar jedan električni grejni element sadrži elektrootporni materijal. Odgovarajući elektrootporni materijali obuhvataju, ali nisu ograničeni na: poluprovodnike kao što su dopirane keramike, „elektroprovodljive“ keramike (kao što je, na primer, molibdendisilicid), ugljenik, grafit, metale, legure metala i kompozitne materijale napravljene od keramičkih materijala i metalnih materijala. Takvi kompozitni materijali mogu da sadrže dopirane ili nedopirane keramike. Primeri odgovarajućih dopiranih keramika obuhvataju dopirane silicijum-karbide. Primeri odgovarajućih metala obuhvataju titan, cirkonijum, tantal i metale, koji pripadaju grupi platinskih metala. Primeri odgovarajućih legura metala obuhvataju nerđajući čelik, konstantan, nikl-, kobalt-, hrom-, aluminijum-titan- cirkonijum-, hafnijum-, nobijum-, molibden-, tantal-, volfram-, kalaj-, galijum-, legure koje sadrže mangan i gvožđe, i super legure na bazi nikla, gvožđa, kobalta, nerđajućeg čelika, Timetal®, legure na bazi gvožđe-aluminijuma i legure na bazi gvožđe-mangan-aluminijuma. Timetal® je registrovani žig firme Titanium Metals Corporation, 1999 Broadway Suite 4300, Denver, Kolorado. U kompozitnim materijalima, u zavisnosti od kinetike prenosa energije i potrebnih spoljašnjih fizičko-hemijskih svojstava, elektrootporni materijal može da bude ugrađen u izolacioni materijal, inkapsuliran ili obložen izolacionim materijalom ili obrnuto. Grejni element može da sadrži graviranu metalnu foliju izolovanu između dva sloja inertnog materijala. U tom slučaju inertni materijal može da se sastoji od Kaptona®, potpuno poliimidne ili liskunske folije. Kapton® je registrovani žig firme E.I. du Pont de Nemours and Company, 1007 Market Street, Wilmington, Delaware 19898, Sjedinjene Američke Države.

Alternativno, bar jedan električni grejni element može da sadrži infracrveni grejni element, izvor fotona ili indukcioni grejni element.

Bar jedan električni grejni element može da bude bilo kog odgovarajućeg oblika. Na primer, bar jedan električni grejni element može da bude u obliku grejne oštrice. Alternativno, bar jedan električni grejni element može da bude u obliku kućišta ili supstrata koji ima različite elektroprovodljive delove ili elektrootporne metalne cevi. Ako je supstrat koji daje aerosol tečnost obezbeđena u posudi, posuda može da ima ugrađen grejni element za jednokratnu upotrebu. Alternativno, takođe mogu da budu pogodne jedna ili više grejnih igala ili štapića koji prolaze kroz središte supstrata koji daje aerosol. Alternativno, bar jedan električni grejni element može da bude grejni element u obliku diska ili kombinacija grejnog elementa u obliku diska sa grejnim iglama ili štapićima. Alternativno, bar jedan električni grejni element može da sadrži fleksibilan list materijala namešten da okružuje ili delimično okružuje supstrat koji daje aerosol. Ostale alternative obuhvataju grejnu žicu ili užarenu nit, na primer Ni-Cr, platinastu, volfram ili legiranu žicu, ili grejnu pločicu. Po izboru, grejni element može da bude postavljen u ili na kruti noseći materijal.

Bar jedan električni grejni element može da sadrži pasivni izmenjivač toplote ili toplotni rezervoar koji sadrži materijal sposoban da apsorbuje i čuva toplotu i potom je tokom vremena oslobađa supstratu koji daje aerosol. Pasivni izmenjivač toplote može da bude napravljen od bilo kog odgovarajućeg materijala, kao što je metalni ili keramički materijal.

Poželjno je da materijal ima veliki toplotni kapacitet (razuman materijal za čuvanje toplote), ili je materijal sposoban da apsorbuje i potom putem reverzibilnog procesa otpušta toplotu, kao što je proces promene faze na visokoj temperaturi. Odgovarajući razumni materijali za čuvanje toplote obuhvataju silika gel, glinicu, ugljenik, stakleni mat, stakleno flakno, minerale, metal ili legure kao što je aluminijum, srebro ili olovo i celulozni materijal kao što je papir. Ostali odgovarajući materijali koji oslobađaju toplotu putem reverzibilne promene agregatnog stanja obuhvataju parafin, natrijum acetat, naftalin, vosak, polietilen oksid, metal, metalnu so, smešu eutektičkih soli ili leguru.

Pasivni izmenjivač toplote ili toplotni rezervoar može da bude raspoređen tako da bude u direktnom kontaktu sa supstratom koji daje aerosol i može da direktno prenosi uskladištenu toplotu na supstrat. Alternativno, toplota uskladištena u pasivnom izmenjivaču toplote ili rezervoaru toplote može da bude preneta na supstrat koji daje aerosol pomoću provodnika toplote, kao što je metalna cev.

Najmanje jedan grejni element može da zagreva supstrat koji daje aerosol putem kondukcije. Grejni element može da bude bar delimično u kontaktu sa supstratom ili sa nosačem na koji je supstrat nanet. Alternativno, toplota sa grejnog elementa može da se provodi do supstrata pomoću toplotnoprovodnog elementa.

Alternativno, bar jedan grejni element može da prenosi toplotu na dolazeći okolni vazduh, koji je u toku upotrebe povučen kroz električno zagrevan uređaj za proizvodnju aerosola, koji zauzvrat strujanjem zagreva supstrat za formiranje aerosola. Okolni vazduh može da bude zagrejan pre prolaska kroz supstrat koji daje aerosol. Alternativno, ako je supstrat koji daje aerosol tečni supstrat, okolni vazduh može prvo da bude povučen kroz supstrat i potom zagrejan.

Supstrat koji daje aerosol može da bude čvrst supstrat koji daje aerosol. Supstrat koji daje aerosol poželjno sadrži duvanski materijala koji sadrži isparljiva jedinjenja sa aromom duvana koja se oslobađaju iz supstrata nakon zagrevanja. Supstrat koji daje aerosol može da sadrži neduvanski materijal. Supstrat koji daje aerosol može da sadrži materijal koji sadrži duvan i materijal koji ne sadrži duvan. Poželjno je da supstrat koji daje aerosol dalje sadrži stvarač aerosola. Primeri odgovarajućih stvarača aerosola su glicerin i propilen-glikol.

Alternativno, supstrat koji daje aerosol može da bude tečni supstrat koji daje aerosol. U jednoj realizaciji električno zagrevan uređaj za proizvodnju aerosola dalje sadrži deo za skladištenje tečnosti. Poželjno je da se tečni supstrat koji daje aerosol čuva u delu za skladištenje tečnosti. U jednoj realizaciji električno zagrevan uređaj za proizvodnju aerosola dalje sadrži kapilarni fitilj u vezi sa delom za skladištenje tečnosti. Takođe je moguće da kapilarni fitilj za držanje tečnosti bude obezbeđen bez dela za skladištenje tečnosti. U toj realizaciji kapilarni fitilj može da bude prethodno natopljen tećnošću.

Poželjno je da kapilarni fitilj bude organizovan da bude u kontaktu sa tečnošću u delu za čuvanje tečnosti. U tom slučaju, prilikom upotrebe, tečnost se kapilarnom akcijom u kapilarnom fitilju prenosi od dela za skladištenje tečnosti prema bar jednom električnom grejnom elementu. U jednoj realizaciji kapilarni fitilj ima prvi kraj i drugi kraj, prvi kraj se proteže u deo za skladištenje tečnosti radi kontakta sa tečnošću u njemu i bar jedan električni grejni element je organizovan da zagreva tečnost u drugom kraju. Kad je grejni element aktiviran, tečnost na drugom kraju kapilarnog fitilja pomoću grejnog elementa isparava da formira prezasićenu paru. Prezasićena para se meša i nosi u protoku vazduha. Tokom protoka para se kondenzuje da bi se dobio aerosol koji se prenosi ka ustima korisnika. Grejni element u kombinaciji sa kapilarnim fitiljom može da obezbedi brz odziv, zato što takva organizacija može grejnom elementu da obezbedi veliku površinu tečnosti. Kontrola grejnog elementa u skladu sa pronalaskom može zbog toga da zavisi od organizacije strukture kapilarnog fitilja.

Tečni supstrat može da bude apsorbovan u porozni noseći materijal, koji može da bude napravljen od bilo kog odgovarajućeg apsorbujućeg čepa ili tela, na primer, penasti metalni ili plastični materijal, polipropilen, terilen, najlonska vlakna ili keramike. Tečni supstrat može da bude sadržan u poroznom materijalu nosača pre upotrebe električno zagrevanog uređaja za proizvodnju aerosola ili alternativno, tečni materijal supstrata može da bude oslobođen u porozni materijal nosača u toku ili neposredno pre upotrebe. Na primer, tečni supstrat može da bude obezbeđen u kapsuli. Poželjno je da se omotač kapsule topi usled zagrevanja i oslobađa tečni supstrat u porozni materijal nosača. Kapsula može po izboru da sadrži kombinaciju čvrstog i tečnog.

Ako je supstrat koji daje aerosol tečni supstrat, tečnost ima specifična fizička svojstva. Ovo uključuje karakteristike, na primer, tačku ključanja, pritisak pare i površinski napon, koje je čine odgovarajućom za upotrebu u uređaju za proizvodnju aerosola. Kontrola bar jednog električnog grejnog elementa može da zavisi od fizičkih svojstava tečnog supstrata. Poželjno je da tečnost sadrži duvanski materijal koji sadrži isparljiva jedinjenja duvanske arome koja se posle zagrevanja oslobađaju iz tečnosti. Alternativno ili pored toga, tečnost može da sadrži neduvanski materijal. Tečnost može da obuhvati vodu, rastvarače, etanol, biljne ekstrakte i prirodne ili veštačke arome. Poželjno je da tečnost dalje sadrži stvarač aerosola. Primeri odgovarajućih stvarača aerosola su glicerin i propilen-glikol.

Prednost obezbeđivanja dela za skladištenje tečnosti je ta što može da se održava visok stepen higijene. Uporeba kapilarnog fitilja koji se proteže između tečnosti i električnog grejnog elementa, omogućava da struktura uređaja bude relativno jednostavna. Tečnost ima fizička svojstva, uključujući viskoznost i površinski napon, koja joj omogućavaju da kapilarnom akcijom bude transportovana kroz kapilarni fitilj. Poželjno je da deo za skladištenje tečnosti bude posuda. Deo za skladištenje tečnosti ne može da bude punjiv. Tako, kad se tečnost u delu za čuvanje tečnosti istroši, vrši se zamena uređaja za proizvodnju aerosola. Alternativno, deo za čuvanje tečnosti može da bude punjiv. U tom slučaju, uređaj za proizvodnju aerosola može da bude zamenjen posle izvesnog broja ponovnih punjenja dela za skladištenje tečnosti. Poželjno je da deo za skladištenje tečnosti bude organizovan da drži tečnost za unapred utvrđen broj dimova.

Kapilarni fitilj može da ima vlaknastu ili sunđerastu strukturu. Kapilarni fitilj poželjno sadrži snop kapilara. Na primer, kapilarni fitilj može da sadrži mnoštvo vlakana ili niti ili drugih cevčica sa finim šupljinama. Vlakna ili niti generalno mogu da budu poravnata u podužnom pravcu uređaja za proizvodnju aerosola. Alternativno, kapilarni fitilj može da sadrži materijal nalik sunđeru ili peni oblikovan kao štapić. Štapić može da se proteže duž podužnog pravca uređaja za proizvodnju aerosola. Struktura fitilja formira mnoštvo malih bušotina ili cevi, kroz koje tečnost može kapilarnom akcijom da bude transportovana do električnog grejnog elementa. Kapilarni fitilj može da sadrži bilo koji odgovarajući materijal ili kombinaciju materijala. Primeri odgovarajućih materijala su keramički ili materijali na bazi ugljenika u obliku vlakana ili sinterovanih prahova. Kapilarni fitilj može da ima bilo koju odgovarajuću kapilarnost i poroznost, tako da može da se koristi sa različitim fizičkim svojstvima tečnosti kao što je gustina, viskoznost, površinski napon i pritisak pare. Kapilarna svojstva fitilja, zajedno sa svojstvima tečnosti, osiguravaju da fitilj uvek bude vlažan u oblasti zagrevanja.

Supstrat koji daje aerosol može alternativno da bude neka druga vrsta supstrata, na primer gasoviti supstrat, ili bilo koja kombinacija različitih tipova supstrata. Za vreme rada supstrat može potpuno da bude unutar električno zagrevanog uređaja za proizvodnju aerosola. U tom slučaju korisnik može da povuče dim sa usnika električno zagrevanog uređaja za proizvodnju aerosola. Alternativno, za vreme rada supstrat može da bude delimično unutar električno zagrevanog uređaja za proizvodnju aerosola. U tom slučaju supstrat može da bude deo posebnog proizvoda i korisnik može da povuče dim direktno iz tog posebnog proizvoda.

Uređaj može da ima senzor protoka za detektovanje brzine protoka gasa kroz uređaj. Senzor može da bude bilo koji senzor koje može da detektuje protok vazduha, kao što je indikator protoka vazduha kod udisanja korisnika. Senzor može da bude elektromehanički uređaj. Alternativno, senzor može da bude bilo koji od sledećih: mehanički uređaj, optički uređaj, optomehanički uređaj, senzor na bazi mikroelektromehaničkih uređaja (MEMS) i akustički senzor. Senzor može da bude toplotno provodljivi senzor protoka, senzor pritiska, anemometar i trebalo bi da bude sposoban ne samo da otkrije protok vazduha nego i da ga izmeri. Dakle, senzor bi trebalo da bude sposoban da isporuči analogni električni signal ili digitalnu informaciju koja predstavlja amplitudu protoka vazduha.

Uređaj za proizvodnju aerosola na električni pogon može da sadrži komoru za dobijanje aerosola u kojoj se iz prezasićene pare dobija aerosol koji se potom prenosi u korisnikova usta. Otvor za dovod vazduha, otvor za odvod vazduha i komora su poželjno organizovani tako da definišu put protoka vazduha od otvora za dovod vazduha do otvora za odvod vazduha preko komore za dobijanje aerosola, kao i da prenesu aerosol do otvora za odvod vazduha i u korisnikova usta.

Poželjno je da uređaj za proizvodnju aerosola sadrži kućište. Poželjno je da kućište bude izduženo. Struktura kućišta, uključujući raspoloživu površinu za formiranje kondenzacije, će uticati na svojstva aerosola i na to da li postoji curenje tečnosti iz uređaja. Kućište može da sadrži školjku i usnik. U tom slučaju sve komponente mogu da budu sadržane ili u školjci ili u usniku. Kućište može da se sastoji od bilo kog odgovarajućeg materijala ili kombinacije materijala. Primeri odgovarajućih materijala obuhvataju metale, legure, plastične ili kompozitne materijale koji sadrže jedan ili više tih materijala ili termoplastike pogodne za prehrambenu ili farmaceutsku upotrebu, na primer polipropilen, polietaretarketon (PEEK) i polietilen. Poželjno je da materijal bude lak i da nije krt. Materijal kućišta može da utiče na količinu kondenzacije koja se formira na kućištu što zauzvrat utiče na curenje tečnosti iz uređaja

Poželjno je da uređaj za proizvodnju aerosola bude prenosiv. Uređaj za proizvodnju aerosola može da bude uređaj za pušenje i može da ima veličinu uporedivu sa konvencionalnom cigarom ili cigaretom. Uređaj za pušenje može da ima ukupnu dužinu između približno 30 mm i približno 150 mm. Uređaj za pušenje može da ima spoljašnji prečnik između približno 5 mm i približno 30 mm.

Postupak i uređaj za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem u skladu sa pronalaskom obezbeđuje prednost kontrolisanja grejnog elementa, time obezbeđujući nepromenljivo i željeno iskustvo korisniku, bez potrebe za dodatnim radnjama korisnika ili uređaja.

U skladu sa drugim aspektom pronalaska obezbeđen je računarski program koji, kad radi na električnom kolu koje može da se programira za sistem za proizvodnju aerosola na električni pogon, čini da električno kolo, koje može da se programira, izvede postupak iz drugih aspekata pronalaska.

U skladu sa drugim aspektom pronalaska obezbeđen je memorijski uređaj koji može da očita računar, na kojem se čuva računarski program u skladu sa prethodnim aspektom pronalaska.

Karakteristike opisane u vezi sa jednim aspektom pronalaska mogu se takođe primeniti na drugi aspekt pronalaska.

Pronalazak će dalje biti opisan samo kroz primere, sa pozivanjem na prateće crteže, u kojima:

Crtež 1 prikazuje jedan primer sistema za proizvodnju aerosola na električni pogon u skladu sa realizacijom pronalaska;

1

Crtež 2 ilustruje tipični temperaturni profil grejnog elementa i tipičan profil brzine protoka u sistemu tipa prikazanog na Crtežu 1;

Crtež 3 ilustruje postupak podešavanja električne energije dovedene grejnom elementu za vreme povlačenja ilustrovanog na Crtežu 2;

Crtež 4 ilustruje električno kolo za kontrolisanje temperature grejnog elementa u skladu sa prvom realizacijom pronalaska; i

Crtež 5 ilustruje tehniku za utvrđivanje temperature električnog grejnog elementa merenjem električnog otpora.

Crtež 1 prikazuje jedan primer sistema za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem. Sistem na Crtežu 1 je sistem za pušenje koji ima deo za skladištenje tečnosti. Sistem 100 za pušenje na crtežu 1 sadrži kućište 101 koje ima kraj 103 sa usnikom i kraj 105 tela. U krajnjem delu tela je obezbeđeno napajanje električnom energijom u obliku baterije 107 i električno kolo u formi hardvera 109 i sistem 111 za detektovanje povlačenja dima. Na kraju za usnik je obezbeđen deo za skladištenje tečnosti u obliku uloška 113 koji sadrži tečnost 115, kapilarni fitilj 117 i grejač 119 koji sadrži bar jedan grejni element. Treba zapaziti da je grejni element samo šematski prikazan na Crtežu 1. Jedan kraj kapilarnog fitilja 117 se proteže u uložak 113 i drugi kraj kapilarnog fitilja 117 je okružen grejnim elementom 119. Grejni element je povezan sa električnim kolom preko priključaka 121. Kućište 101 takođe obuhvata ulaz 123 za vazduh, izlaz 125 za vazduh na kraju sa usnikom i komoru 127 za dobijanje aerosola.

Način rada prilikom upotrebe je sledeći. Tečnost 115 kapilarnom akcijom prelazi ili se prenosi iz uloška 113 sa kraja fitilja 117 koji se proteže u uložak na drugi kraj fitilja 117 koji je okružen grejnim elementom 119. Kad korisnik povlači na izlazu 125 za vazduh uređaja, okolni vazduh se uvlači kroz ulaz 123 za vazduh. U rasporedu prikazanom na Crtežu 1, sistem 111 za detektovanje povlačenja dima otkriva povlačenje i aktivira grejni element 119. Baterija 107 snabdeva električnom energijom grejni element 119 da zagreje kraj fitilja 117 okružen grejnim elementom. Tečnost na tom kraju fitilja 117 se pomoću grejnog elementa 119 pretvara u paru da bi se dobila prezasićena para. U isto vreme, tečnost pretvorena u paru se zamanjuje drugom tečnošću koja se kapilarnom akcijom kreće duž fitilja 117. (Ovo se ponekad označava kao „pumpanje”.) Dobijena prezasićena para se meša i prenosi u vazdušnom toku sa ulaza 123 za vazduh. U komori 127 za dobijanje aerosola para kondenzuje da bi se dobio aerosol koji može da se udiše i koji se prenosi prema izlazu 125 za vazduh i u korisnikova usta.

Kapilarni fitilj može da bude napravljen od raznovrsnih poroznih ili kapilarnih materijala i poželjno je da ima unapred određenu kapilarnost. Primeri obuhvataju keramičke ili materijale na bazi ugljenika u obliku vlakana ili sinterovanih prahova. Fitilji različitih poroznosti mogu da budu upotrebljeni kako bi se prilagodili različitim fizičkim svojstvima tečnosti kao što je gustina, viskoznost, površinski napon i pritisak pare. Fitilj mora da bude odgovarajući kako bi potrebna količina tečnosti mogla da bude isporučena grejnom elementu. Fitilj i grejni element moraju da budu odgovarajući kako bi potrebna količina aerosola mogla da bude prenesena do korisnika.

U realizaciji prikazanoj na Crtežu 1, hardver 109 i sistem 111 za detektovanje povlačenja dima poželjno mogu da se programiraju. Hardver 109 i sistem 111 za detektovanje povlačenja dima može da bude upotrebljen da upravlja radom uređaja. To pomaže kontrolisanje veličine čestica u aerosolu.

Crtež 1 prikazuje jedan primer sistema za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem koji može da bude upotrebljen sa predmetnim pronalaskom. Međutim, mnogi drugi primeri mogu da se koriste sa pronalaskom. Sistem za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem samo treba da obuhvata ili primi supstrat koji daje aerosola koji može da bude zagrevan bar jednim grejnim elementom čije je napajanje pod kontrolom električnog kola. Na primer, sistem ne mora da bude sistem za pušenje. Na primer, supstrat za formiranje aerosola može da bude čvrst supstrat, radije nego tečni supstrat. Alternativno, supstrat za formiranje aerosola može da bude drugi oblik supstrata, kao što je gasni supstrat. Grejni element može da bude bilo kog odgovarajućeg oblika. Ukupan oblik i veličina kućišta bi mogli da budu promenjeni i kućište bi moglo da sadrži razdvojivu školjku i usnik. Naravno, moguće su druge varijacije.

Kao što je već pomenuto, poželjno je da električno kolo, koje sadrži hardver 109 i sistem 111 za detekciju povlačenja dima, može da se programira da bi kontrolisalo snabdevanje energijom grejnog elementa. To zauzvrat kontroliše temperaturni profil što utiče i na količinu i gustinu proizvedenog aerosola. Izraz „temperaturni profil” se odnosi na grafički prikaz temperature grejnog elementa (ili drugu sličnu meru, na primer, grejnim elementom proizvedena toplota) tokom vremena utrošenog za povlačenje dima, kao što je prikazano na Crtežu 2. Alternativno, hardver 109 i sistem 111 za detekciju povlačenja dima mogu da budu direktno povezani da bi kontrolisali snabdevanje električnom energijom grejnog elementa. Sa druge strane to kontroliše temperaturni profil što utiče na količinu i gustinu proizvedenog aerosola.

Linija 200 na Crtežu 2 je grafički prikaz brzine protoka vazduha kroz sistem u toku povlačanja od strane korisnika. Povlačenje traje oko 2 sekunde i brzina protoka se povećava od nule do maksimalne brzine protoka za oko 1 sekundu, pre nego što se opet vrati na nulu. Ovo je tipični temperaturni profil ali treba biti jasno da mogu postojati velike varijacije od povlačenja do povlačenja i od korisnika do korisnika, oba u maksimalnoj brzini protoka i razvijanje brzine protoka za vreme povlačenja.

Linija 210 na Crtežu je temperatura grejnog elementa za vreme povlačenja od strane korisnika. Temperaturni profil 210 se deli u tri faze: početna faza 215, u kojoj se grejnom elementu daje maksimalna snaga kako bi brzo podigao svoju temperaturu; regulisana faza 215, u toku koje se temperatura grejnog elementa održava konstantnom (ili najmanje unutar prihvatljivog temperaturnog opsega) i na kraju faza 220 povlačenja, u toku koje se energija grejaču obustavlja ili smanjuje.

Crtež 3 ilustruje električnu energiju dovedenu grejnom elementu za vreme povlačenja korisnika prikazanom na Crtežu 2. Energija se isporučuje grejnom elementu u obliku impulsnog signala 300. Da bi regulisao temperaturu grejnog elementa, impulsni signal se modulira. Kao što je prikazano na Crtežu 3, prosečna energija koja se daje grejnom elementu može da varira menjanjem frekvencije (ili modulacija frekvencije „PFM”) modulacije električnog signala u fiksnom radnom ciklusu radi održavanja konstantne temperature grejnog elementa.

Drugi način za menjanje primenjene snage je PWM (modulacija širine impulsa), koji se sastoji od menjanja radnog ciklusa na konstantnoj frekvenciji. Radni ciklus je odnos vremena tokom koga je napajanje uključeno i vremena tokom koga je napajanje isključeno. Drugim rečima, odnos širine pulseva napona i vremena između pulseva napona. Nizak radni ciklus od 5% će obezbediti mnogo manje napajanja nego radni ciklus od 95%.

Kao što je prikazano na Crtežu 3, za vreme početne faze 215, električni impulsi 300 se isporučuju na visokoj frekvenciji kako bi se brzo dostigla željena temperatura. Kada se dostigne željena temperatura počinje regulisana faza 220. Javlja se mali lokalni maksimum odmah pošto počne regulisana faza. To je zbog prirode PID kontrolne šeme koja se koristi za regulisanje temperature. Javlja se malo zakašnjenje između senzacije da je dostignuta željena temperatura i moduliranja električnog signala, što dovodi do lokalnog maksimuma.

Željena temperatura se dinamički izračunava zavisno od brzine protoka gasa kroz grejni element. Za niže brzine protoka poželjno je imati nižu temperaturu. Na primer, željena temperatura može da bude podešena na brzinu protoka mereno u određenom vremenu posle aktiviranja grejnog elementa, može da bude podešena na prosečnu brzinu protoka izračunatu na osnovu prethodnih grejnih ciklusa, ili može da bude na bazi kumulativne brzine protoka u određenom vremenu posle aktiviranja grejnog elementa.

U regulisanoj fazi 220 impulsi električne energije se daju grejnom elementu dovoljno frekventno da se održava željena temperatura. To znači da se impulsi daju na nižoj frekvenciji u početnoj fazi. Međutim, kako brzina protoka vazduha nastavlja da raste prema svom maksimumu, tako se takođe povećava efekat hlađenja vazduha. To znači da se frekvencija impulsa električne energije povećava dok se ne dostigne maksimalna brzina protoka, pre ne što opet opadne kako pada brzina protoka.

Na kraju faze 220 povlačenja, električna energija se potpuno obustavlja. Odluka da se obustavi energija donosi se pre kraja povlačenja kako bi se omogućilo da sav proizvedeni aerosol isprazni iz sistema poslednjim delom povlačenja. U tom periodu temperatura pada,

1

kao i proizvodnja aerosola. Tačka na kojoj se električna energija obustavlja ili smanjuje, počev od završetka faze povlačenja, može se zasnivati, na primer, na prostom vremenu od aktiviranja, na očitanoj brzini protoka ili na još sofisticiranijem obračunu koji uzima u obzir profil povlačenja.

Crtež 4 ilustruje kontrolno kolo upotrebljeno da obezbedi opisanu regulaciju temperature u skladu sa jednom realizacijom pronalaska. Sistem ima dva dela: potrošni uložak 113 koji sadrži tečni supstrat 115, kapilarni fitilj 117 i grejač 119; i deo uređaja koji sadrži bateriju i električno kolo 109, kao što je opisano upućivanjem na Crtež 1. Na Crtežu 3 ilustrovani su samo elementi električnog kola.

Električna energija se dovodi grejnom elementu 119 iz baterijskog priključka 405, kroz merni otpor R1 i tranzistor T1. Modulacija frekvencije PWM električnog signala se kontroliše mikrokontrolerom 420 i isporučuje preko svog analognog izlaza 425 na tranzistor T1 koji deluje kao običan prekidač.

Regulacija se bazira na PID regulatoru koji je deo softvera integrisanog u mikrokontroler 420. Temperatura (ili pokazatelj temperature) grejnog elementa je određena merenjem električnog otpora grejnog elementa.

Analogni ulaz 430 na mikrokontroleru 420 se koristi za prikupljanje vrednosti napona duž otpornika R1 i obezbeđuje sliku toka električne struje u grejni element. Napon baterije V+ i napon duž R1 se koriste za izračunavanje promene otpora grejnog elementa i ili njegove temperature, kao što je opisano upućivanjem na Crtež 5.

Otpor R3 u potrošnom delu se koristi da identifikuje kompoziciju supstrata. Otpori R3 i R2 su prosto naponski razdelnik sa kojeg se nivo napona sakuplja mikrokontrolerom 420 preko svog analognog ulaza 435 aktiviranjem tranzistora T2. Konvertovani napon će onda biti proporcionalan otporu R3. Lukap tabela vrednosti otpora za R3 i odgovarajući rasponi temperature ili otpora za grejni element su postavljeni u memorijskoj adresi u mikrokontroleru i koristi se da postavi PID regulator i nivo temperature na kojem će raditi grejni element.

Crtež 5 je šematski dijagram električnog kola koji pokazuje kako se otpor grejnog elementa može meriti u sistemu tipa prikazanom na Crtežu 4. Na Crtežu 5, grejač 501 je priključen na bateriju 503 koja obezbeđuje napon V2. Otpor grejača koji se meri na određenoj temperaturi je Rgrejača. Serijski sa grejačem 501, dodatni otpornik 505, koji odgovara R1 sa Crteža 4, poznatog otpora r, je umetnut povezan na napon V1, posrednik između uzemljenja i napona V2. Da bi mikroprocesor 507 izmerio otpor Rgrejačagrejača 501, struja kroz grejač 501 i napon duž grejača 501 mogu da se odrede. Potom, da bi se odredio otpor može da bude upotrebljena sledeća dobro poznata formula:

<(1)>

V �IR

Na crtežu 5 napon duž grejača je V2-V1 i struja kroz grejač je I. Tako:

Dodatni otpornik 505, čiji otpor r je poznat, se koristi da odredi struju I, opet upotrebom (1) gore. Struja kroz otpornik 505 je I i napon duž otpornika 505 je V1. Tako:

Kombinovanje (2) i (3) daje:

Tako, mikroprocesor 507 može da izmeri V2 i V1, u toku upotrebe sistema za proizvodnju aerosola, i znajući vrednost r, može da odredi otpor grejača na određenoj temperaturi, Rgrejača.

Sledeća formula se može upotrebiti da pokaže odnos temperature T i izmerenog otpora Rgrejačana temperaturi T:

gde je A koeficijent termičke otpornosti materijala grejnog elementa i R0je otpor grejnog elementa na sobnoj temperaturi T0.

Prednost ove realizacije je to što nije potreban temperaturni senzor, koji može da bude glomazan i skup. Takođe vrednost otpora može da bude očitana direktno pomoću PID regulatora umesto temperature. Ukoliko je izmerena vrednost otpora unutar željenog raspona biće to i temperatura grejnog elementa. Prema tome stvarna temperatura grejnog elementa ne mora da se izračunava. Međutim, moguće je upotrebiti odvojen temperaturni senzor i povezati ga sa mikrokontrolerom da bi obezbedio potrebnu informaciju o temperaturi.

Mada opisana realizacija obuhvata potrošni deo i deo uređaja, pronalazak se primenjuje na druge konstrukcije uređaja za proizvodnju aerosola. Treba takođe da bude jasno da temperatura ili otpor grejnog elementa ne treba da bude mereni direktno. Na primer, temperatura grejnog elementa može da bude procenjena na bazi drugih mernih parametara, kao što je brzina protoka kroz sistem, ili može da bude procenjena na bazi izmerene temperature vazduha na tački unutar sistema.

1

Claims (11)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Postupak kontrolisanja proizvodnje aerosola u uređaju za pušenje sa električnim zagrevanjem, uređaj sadrži:

grejač koji sadrži najmanje jedan grejni element (119); i

izvor (107) električne energije za napajanje grejnog elementa, koji obuhvata korake: utvrđivanje temperature grejnog elementa (119); i

podešavanje električne energije grejnom elementu da se održi temperatura grejnog elementa unutar željenog temperaturnog raspona, naznačen time što se željeni temperaturni raspon dinamički izračunava na bazi izmerene brzine protoka gasa kroz ili pored uređaja.

2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time što željeni temperaturni raspon zavisi od kompozicije supstrata (115) koji daje aerosol unetog u uređaj.

3. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, naznačen time što se faza podešavanja snage vrši samo kada grejni element (119) postigne određenu temperaturu unutar željenog temperaturnog raspona.

4. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, naznačen time što se faza podešavanja snage vrši tek po protoku određenog vremena posle detekcije protoka gasa kroz uređaj koja premašuje prethodno utvrđeni prag brzine protoka.

5. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, koji dalje sadrži fazu obustavljanja ili smanjivanja isporuke električne energije grejnom elementu na bazi izračunatog parametra koji se tiče brzine protoka posle faze podešavanja.

6. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, naznačen time što faza podešavanja električne energije grejnom elementu uključuje podešavanje frekvencije ili modulaciju širine impulsa impulsnog signala energije.

7. Postupak prema bilo kojem od prethodnih zahteva, naznačen time se željeni temperaturni raspon sastoji od jedne željene temperature.

8. Uređaj za proizvodnju aerosola sa električnim zagrevanjem, a uređaj sadrži: najmanje jedan grejni element (119) za stvaranje aerosola iz supstrata (115); izvor (107) električne energije za napajanje energijom grejnog elementa; i električno kolo (109) za kontrolisanje napajanja sa izvora električne energije do bar jednog grejnog elementa (119), naznačen time što je električno kolo (109) organizovano da:

utvrdi temperaturu grejnog elementa i podesi energiju grejnom elementu da održi temperaturu grejnom elementu unutar željenog temperaturnog raspona, naznačen time što se željeni temperaturni raspon dinamički izračunava na bazi izmerene brzine protoka gasa kroz ili pored uređaja.

9. Uređaj prema zahtevu 8, naznačen time što je uređaj konfigurisan tako da dozvoli protok gasa preko supstrata i obuhvata senzor (111) protoka za detekciju protoka gasa koji prolazi pored supstrata, naznačen time što je električno kolo (109) organizovano da kontroliše napajanje električnom energijom grejnog elementa (119) na bazi izlaznog senzora protoka.

10. Računarski program koji, kada radi na programabilnom električnom kolu (109) za uređaj za pušenje sa električnim zagrevanjem, uređaj koji sadrži: najmanje jedan grejni element (119) za formiranje aerosola iz supstrata; izvor (107) električne energije za napajanje energijom grejnog elementa; uzrokuje da programabilno električno kolo izvrši postupak iz bilo kojeg od zahteva 1 do 7.

11. Medijum za skladištenje koji računar može da pročita na kojem je sačuvan računarski program u skladu sa zahtevom 10.

1