RU2833155C1 - Device for generating aerosol with control of converter by feedback and method of operation thereof - Google Patents
Device for generating aerosol with control of converter by feedback and method of operation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2833155C1 RU2833155C1 RU2022125840A RU2022125840A RU2833155C1 RU 2833155 C1 RU2833155 C1 RU 2833155C1 RU 2022125840 A RU2022125840 A RU 2022125840A RU 2022125840 A RU2022125840 A RU 2022125840A RU 2833155 C1 RU2833155 C1 RU 2833155C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric transducer
- liquid
- aerosol
- control circuit
- drive circuit
- Prior art date
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 116
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 140
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 73
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 28
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 25
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 5
- 239000003571 electronic cigarette Substances 0.000 claims description 4
- 230000000391 smoking effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 43
- 230000008859 change Effects 0.000 description 23
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 17
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000004044 response Effects 0.000 description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- SNICXCGAKADSCV-JTQLQIEISA-N (-)-Nicotine Chemical compound CN1CCC[C@H]1C1=CC=CN=C1 SNICXCGAKADSCV-JTQLQIEISA-N 0.000 description 6
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 6
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 6
- 241000208125 Nicotiana Species 0.000 description 5
- 235000002637 Nicotiana tabacum Nutrition 0.000 description 5
- 229960002715 nicotine Drugs 0.000 description 5
- SNICXCGAKADSCV-UHFFFAOYSA-N nicotine Natural products CN1CCCC1C1=CC=CN=C1 SNICXCGAKADSCV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 5
- PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N (+/-)-1,3-Butanediol Chemical compound CC(O)CCO PUPZLCDOIYMWBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 description 3
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229920004933 Terylene® Polymers 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 235000019506 cigar Nutrition 0.000 description 2
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- ZDJFDFNNEAPGOP-UHFFFAOYSA-N dimethyl tetradecanedioate Chemical compound COC(=O)CCCCCCCCCCCCC(=O)OC ZDJFDFNNEAPGOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000000796 flavoring agent Substances 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SMEGJBVQLJJKKX-HOTMZDKISA-N [(2R,3S,4S,5R,6R)-5-acetyloxy-3,4,6-trihydroxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound CC(=O)OC[C@@H]1[C@H]([C@@H]([C@H]([C@@H](O1)O)OC(=O)C)O)O SMEGJBVQLJJKKX-HOTMZDKISA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 229940081735 acetylcellulose Drugs 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- CKFRRHLHAJZIIN-UHFFFAOYSA-N cobalt lithium Chemical compound [Li].[Co] CKFRRHLHAJZIIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- IZMOTZDBVPMOFE-UHFFFAOYSA-N dimethyl dodecanedioate Chemical compound COC(=O)CCCCCCCCCCC(=O)OC IZMOTZDBVPMOFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 235000019634 flavors Nutrition 0.000 description 1
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 235000013355 food flavoring agent Nutrition 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- SWAIALBIBWIKKQ-UHFFFAOYSA-N lithium titanium Chemical compound [Li].[Ti] SWAIALBIBWIKKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- ILJSQTXMGCGYMG-UHFFFAOYSA-N triacetic acid Chemical compound CC(=O)CC(=O)CC(O)=O ILJSQTXMGCGYMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к устройствам для генерирования аэрозоля, в которых используется жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В частности настоящее изобретение относится к устройствам для генерирования аэрозоля, в которых используется вибрационный преобразователь для перемещения или распыления жидкого субстрата, образующего аэрозоль.The present invention relates to aerosol generating devices that use a liquid substrate that forms an aerosol. In particular, the present invention relates to aerosol generating devices that use a vibration transducer to move or spray a liquid substrate that forms an aerosol.
Одним примером устройства для генерирования аэрозоля является электронная сигарета. Обычно в электронной сигарете жидкий субстрат, образующий аэрозоль, нагревается с генерированием пара для генерирования аэрозоля. Однако были предложены альтернативные конструкции, в которых используется вибрационный преобразователь для генерирования капель из жидкого субстрата, генерирующего аэрозоль, причем капли образуют аэрозоль. One example of an aerosol generating device is an electronic cigarette. Typically, in an electronic cigarette, an aerosol-forming liquid substrate is heated to generate vapor to generate the aerosol. However, alternative designs have been proposed that use a vibrating transducer to generate droplets from an aerosol-generating liquid substrate, with the droplets forming the aerosol.
Вибрационные преобразователи также могут использоваться в качестве основы для маленьких жидкостных насосов. Маленькие жидкостные насосы могут использоваться в устройствах для генерирования аэрозоля, таких как электронные сигареты, для доставки жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из резервуара к распылительным элементам, таким как нагреватель или вибрационный преобразователь.Vibrating transducers can also be used as the basis for small liquid pumps. Small liquid pumps can be used in aerosol generating devices such as e-cigarettes to deliver the liquid substrate that forms the aerosol from a reservoir to the atomizing elements such as a heater or vibrating transducer.
Было бы желательно оптимизировать, насколько возможно, эффективность любых вибрационных преобразователей, используемых в устройстве, генерирующем аэрозоль, либо для генерирования аэрозоля, либо для перемещения жидкости в устройстве. Это особенно важно в удерживаемых рукой устройствах для генерирования аэрозоля, таких как электронные сигареты, которые обычно питаются батареей и желательно являются настолько маленькими, насколько это возможно, но которые должны генерировать значительный объем аэрозоля по требованию пользователя.It would be desirable to optimize, as far as possible, the efficiency of any vibration transducers used in an aerosol generating device, either for generating the aerosol or for moving liquid within the device. This is particularly important in hand-held aerosol generating devices such as e-cigarettes, which are typically battery powered and are preferably as small as possible, but which must generate a significant volume of aerosol on demand by the user.
Было бы желательно обеспечить возможность быстро и просто обнаруживать любые изменения условий работы, которые влияют на продуктивность и эффективность устройства для генерирования аэрозоля.It would be desirable to be able to quickly and easily detect any changes in operating conditions that affect the performance and efficiency of the aerosol generating device.
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предложено устройство для генерирования аэрозоля. Устройство для генерирования аэрозоля может содержать преобразователь. Преобразователь может представлять собой пьезоэлектрический преобразователь. Устройство для генерирования аэрозоля может содержать приводную схему, соединенную с преобразователем и выполненную с возможностью подавать колебательный ток на преобразователь. Устройство для генерирования аэрозоля может содержать схему управления, соединенную с приводной схемой и выполненную с возможностью отслеживать резонансное состояние преобразователя, причем схема управления выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы на основании резонансного состояния преобразователя.According to one aspect of the present invention, a device for generating an aerosol is proposed. The device for generating an aerosol may comprise a transducer. The transducer may be a piezoelectric transducer. The device for generating an aerosol may comprise a drive circuit connected to the transducer and configured to supply an oscillatory current to the transducer. The device for generating an aerosol may comprise a control circuit connected to the drive circuit and configured to monitor the resonant state of the transducer, wherein the control circuit is configured to control the operation of the drive circuit based on the resonant state of the transducer.
В настоящем документе «резонансное состояние» обозначает любой измеримый аспект отклика пьезоэлектрического преобразователя на колебательные входные сигналы. Например, резонансное состояние может представлять собой резонансную частоту или резонансные частоты, или изменения резонансной частоты или резонансных частот, максимальную амплитуду отклика или минимальную амплитуду отклика, максимальный или минимальный входной импеданс, фазовые характеристики отклика или изменение фазовых характеристик отклика.In this document, "resonant state" means any measurable aspect of the response of a piezoelectric transducer to vibrating input signals. For example, a resonant state may be a resonant frequency or resonant frequencies, or a change in a resonant frequency or resonant frequencies, a maximum response amplitude or a minimum response amplitude, a maximum or minimum input impedance, a phase response characteristic, or a change in a phase response characteristic.
Резонансное состояние преобразователя может быть представлено одним или более измеримыми параметрами, такими как входной импеданс или одна или более частот отклика с максимальной амплитудой.The resonant state of the transducer may be represented by one or more measurable parameters, such as the input impedance or one or more response frequencies with maximum amplitude.
Пьезоэлектрический преобразователь может представлять собой часть узла преобразования. Узел преобразования может быть выполнен с возможностью взаимодействовать с жидким субстратом, образующим аэрозоль, внутри устройства. Узел преобразования может быть выполнен с возможностью генерировать аэрозоль из жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Узел преобразования может быть выполнен с возможностью перемещать жидкий субстрат, образующий аэрозоль.The piezoelectric transducer may be part of a conversion unit. The conversion unit may be configured to interact with an aerosol-forming liquid substrate within the device. The conversion unit may be configured to generate an aerosol from an aerosol-forming liquid substrate. The conversion unit may be configured to move the aerosol-forming liquid substrate.
В некоторых вариантах реализации узел преобразования содержит перфорированную мембрану или сетку. Преобразователь может быть выполнен с возможностью заставлять перфорированную мембрану или сетку вибрировать на одной или более частотах. Вибрация перфорированной мембраны или сетки может продавливать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, через перфорированную мембрану или сетку, что может приводить к образованию аэрозоля, содержащего капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль.In some embodiments, the conversion unit comprises a perforated membrane or mesh. The converter may be configured to cause the perforated membrane or mesh to vibrate at one or more frequencies. The vibration of the perforated membrane or mesh may force the aerosol-forming liquid substrate through the perforated membrane or mesh, which may result in the formation of an aerosol containing droplets of the aerosol-forming liquid substrate.
В некоторых вариантах реализации узел преобразования содержит мембрану или поверхность, выполненную с возможностью контактировать с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Преобразователь может быть выполнен с возможностью заставлять мембрану или поверхность вибрировать на одной или более частотах. Вибрация мембраны или поверхности может продавливать жидкость через смежную сетку или перфорированную мембрану, что может приводить к образованию аэрозоля, содержащего капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль.In some embodiments, the conversion unit comprises a membrane or a surface configured to contact a liquid substrate that forms an aerosol. The converter may be configured to cause the membrane or surface to vibrate at one or more frequencies. Vibration of the membrane or surface may force liquid through an adjacent mesh or perforated membrane, which may result in the formation of an aerosol containing droplets of the liquid substrate that forms the aerosol.
В некоторых вариантах реализации узел преобразования содержит распылительную поверхность, выполненную с возможностью контактировать с жидким субстратом, образующим аэрозоль, и электроды на преобразователе, выполненные с возможностью генерировать поверхностные акустические волны (SAW, ПАВ) на распылительной поверхности. ПАВ генерируют капли жидкого субстрата, образующего аэрозоль, которые образуют аэрозоль.In some embodiments, the conversion unit comprises a spray surface configured to contact a liquid substrate that forms an aerosol, and electrodes on the converter configured to generate surface acoustic waves (SAW) on the spray surface. The SAW generate droplets of a liquid substrate that forms an aerosol, which form an aerosol.
В некоторых вариантах реализации узел преобразования образует часть жидкостного насоса. Преобразователь может содержать мембрану или поверхность, выполненную с возможностью контактировать с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Преобразователь может быть выполнен с возможностью заставлять мембрану или поверхность вибрировать на одной или более частотах. Вибрация мембраны или поверхности может продавливать жидкость через смежный жидкостный клапан.In some embodiments, the conversion unit forms part of a liquid pump. The converter may comprise a membrane or a surface configured to contact a liquid substrate that forms an aerosol. The converter may be configured to cause the membrane or surface to vibrate at one or more frequencies. Vibration of the membrane or surface may force liquid through an adjacent liquid valve.
Во всех этих вариантах реализации полезно обеспечить возможность управления рабочей частотой преобразователя или рабочей мощностью преобразователя (или как рабочей частотой, так и рабочей мощностью преобразователя) в ответ на изменение резонансного состояния преобразователя. Управление рабочей частотой, в частности, может быть полезно для улучшения эффективности системы. Управление рабочей частотой может дать возможность максимизации генерирования аэрозоля.In all of these embodiments, it is useful to provide the ability to control the operating frequency of the converter or the operating power of the converter (or both the operating frequency and the operating power of the converter) in response to a change in the resonant state of the converter. Controlling the operating frequency, in particular, can be useful for improving the efficiency of the system. Controlling the operating frequency can make it possible to maximize the generation of aerosol.
Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы в момент первой активации устройства. Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы периодически или с перерывами в процессе работы устройства.The control circuit may be configured to control the operation of the drive circuit at the time of the first activation of the device. The control circuit may be configured to control the operation of the drive circuit periodically or intermittently during the operation of the device.
Существует несколько причин, по которым резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя может изменяться в процессе работы устройства. Одним параметром, который может влиять на резонансное состояние преобразователя, является температура. Резонансная частота узла преобразования может меняться с температурой в результате расширения или сжатия материалов узла преобразования, что приводит к изменениям размера и изменениям остаточного напряжения в узле преобразования. Изменения температуры узла преобразования могут возникать из-за изменений температуры окружающей среды. Изменения температуры узла преобразования могут возникать из-за нагревания узла преобразования в результате рассеивания энергии в устройстве в процессе работы. Обычно узел преобразования нагревается в процессе работы устройства. Нагревание узла преобразования может приводить к падению резонансных частот преобразователя.There are several reasons why the resonant state of a piezoelectric transducer may change during operation of the device. One parameter that may affect the resonant state of the transducer is temperature. The resonant frequency of the transducer unit may change with temperature as a result of expansion or contraction of the transducer unit materials, which leads to changes in size and changes in the residual stress in the transducer unit. Changes in the temperature of the transducer unit may occur due to changes in the ambient temperature. Changes in the temperature of the transducer unit may occur due to heating of the transducer unit as a result of energy dissipation in the device during operation. Typically, the transducer unit heats up during operation of the device. Heating of the transducer unit may cause a drop in the resonant frequencies of the transducer.
На резонансное состояние преобразователя могут влиять другие изменения внешних условий. Например, изменения атмосферного давления или влажности могут влиять на резонансное состояние преобразователя.The resonant state of the converter can be affected by other changes in external conditions. For example, changes in atmospheric pressure or humidity can affect the resonant state of the converter.
Изменения материала, контактирующего с узлом преобразования, могут изменять резонансное состояние преобразователя. В частности, изменения нагрузки на преобразователь могут изменять резонансное состояние преобразователя. Например, изменения объема жидкого субстрата, образующего аэрозоль, контактирующего с узлом преобразования, могут изменять нагрузку на преобразователь. Изменения состава жидкого субстрата, образующего аэрозоль, контактирующего с узлом преобразования, могут изменять нагрузку на преобразователь.Changes in the material in contact with the conversion unit may change the resonant state of the converter. In particular, changes in the load on the converter may change the resonant state of the converter. For example, changes in the volume of the liquid substrate forming the aerosol in contact with the conversion unit may change the load on the converter. Changes in the composition of the liquid substrate forming the aerosol in contact with the conversion unit may change the load on the converter.
Резонансное состояние преобразователя может меняться в результате старения одного или более компонентов узла преобразования.The resonant state of the converter may change as a result of aging of one or more components of the converter unit.
Таким образом, можно видеть, что изменения резонансного состояния узла преобразования могут быть быстрыми, или могут включать постепенное изменение в течение более длительного периода. Полезно, чтобы устройство обладало возможностью реагировать как на быстрые изменения, так и на постепенные изменения в течение более длительного периода.Thus, it can be seen that the changes in the resonant state of the conversion unit may be rapid, or may involve a gradual change over a longer period. It is useful for the device to have the ability to respond to both rapid changes and gradual changes over a longer period.
Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы таким образом, что колебательный ток имеет частоту, равную резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя. Работа на резонансной частоте может позволить максимизировать количество энергии, переносимой на преобразователь. Работа на резонансной частоте может обеспечить максимальную амплитуду вибрации и максимальную скорость вибрации. Это может быть полезно для генерирования аэрозоля с желаемыми свойствами.The control circuit may be configured to control the operation of the drive circuit such that the oscillating current has a frequency equal to the resonant frequency of the piezoelectric transducer. Operation at the resonant frequency may maximize the amount of energy transferred to the transducer. Operation at the resonant frequency may provide maximum vibration amplitude and maximum vibration speed. This may be useful for generating an aerosol with desired properties.
Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы таким образом, что колебательный ток имеет частоту, отличающуюся от резонансной частоты преобразователя. Это может быть полезно в определенных условиях. Например, если импеданс преобразователя на его резонансной частоте не совпадает с выходным импедансом приводной схемы, то небольшое смещение частоты полезно для того, чтобы система работала в точке совпадения импедансов, в которой на преобразователь подается самая высокая мощность. Эта частота может лежать где-то между резонансной и антирезонансной частотами. В этой области импеданс значительно меняется с частотой, что дает возможность точной настройки.The control circuit may be configured to control the operation of the drive circuit such that the oscillating current has a frequency different from the resonant frequency of the converter. This may be useful under certain conditions. For example, if the impedance of the converter at its resonant frequency does not match the output impedance of the drive circuit, then a small frequency offset is useful to ensure that the system operates at the impedance match point, where the highest power is supplied to the converter. This frequency may lie somewhere between the resonant and antiresonant frequencies. In this region, the impedance varies significantly with frequency, which allows for fine tuning.
Схема управления может быть выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние преобразователя на множестве резонансных частот преобразователя, соответствующих различным режимам вибрации. Преобразователь может приводиться в действие на множестве различных частот для генерирования капель аэрозоля с разными свойствами.The control circuit can be designed to monitor the resonant state of the converter at a plurality of resonant frequencies of the converter corresponding to different vibration modes. The converter can be driven at a plurality of different frequencies to generate aerosol droplets with different properties.
Схема управления может быть выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя путем измерения мощности, подаваемой на преобразователь, или входного импеданса. На резонансной частоте подаваемая мощность максимальна, а входной импеданс минимален.The control circuit may be configured to monitor the resonant state of the piezoelectric transducer by measuring the power supplied to the transducer or the input impedance. At the resonant frequency, the supplied power is maximum and the input impedance is minimum.
Схема управления может быть выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя путем определения точек пересечения нуля выходным сигналом от преобразователя или точек перегиба выходного сигнала от преобразователя. Точки пересечения нуля или точки перегиба можно использовать для определения частоты работы.The control circuit may be configured to monitor the resonant state of the piezoelectric transducer by determining zero crossing points of the output signal from the transducer or inflection points of the output signal from the transducer. The zero crossing points or inflection points may be used to determine the operating frequency.
Схема управления может содержать петлю фазовой автоподстройки (PLL). Петля фазовой автоподстройки может содержать фазовый компаратор и может определять фазовый сдвиг в ответе от преобразователя. Использование петли фазовой автоподстройки может быть полезно, поскольку она не требует микропроцессора. Это может быть недорогим и высоконадежным решением. The control circuit may contain a phase-locked loop (PLL). The phase-locked loop may contain a phase comparator and may detect the phase shift in the response from the converter. Using a phase-locked loop may be useful because it does not require a microprocessor. It may be a low-cost and highly reliable solution.
В некоторых вариантах реализации приводная схема и схема управления выполнены с возможностью:In some embodiments, the drive circuit and the control circuit are configured to:
подавать ток, имеющий задающую частоту, на преобразователь;supply current having a setting frequency to the converter;
через периодически разделенные временные интервалы, подавать ток, имеющий вторую частоту, которая выше или ниже задающей частоты;at periodically separated time intervals, supply a current having a second frequency that is higher or lower than the setting frequency;
определять, увеличивается ли мощность, подаваемая на преобразователь, при второй частоте по сравнению с первой частотой; иdetermine whether the power supplied to the converter increases at the second frequency compared to the first frequency; and
если подаваемая мощность увеличивается при второй частоте, использовать вторую частоту в качестве задающей частоты, в противном случае сохранять существующую задающую частоту; иif the supplied power increases at the second frequency, use the second frequency as the master frequency, otherwise maintain the existing master frequency; and
повторять этапы a)-d).repeat steps a)-d).
Приводная схема может использовать вторую частоту, которая выше задающей частоты, в чередующихся временных интервалах и может использовать вторую частоту, которая ниже задающей частоты, в чередующихся временных интервалах.The drive circuit may use a second frequency that is higher than the master frequency in alternating time intervals and may use a second frequency that is lower than the master frequency in alternating time intervals.
В результате этого процесса получается устройство, которое автоматически отслеживает резонансную частоту преобразователя. The result of this process is a device that automatically tracks the resonant frequency of the converter.
Вторая частота может быть выше или ниже задающей частоты на заданную величину.The second frequency can be higher or lower than the master frequency by a specified amount.
Другие варианты обнаружения изменений резонансной частоты включают использование специального датчика МЭМС. Например, кантилевер МЭМС с малой инерцией может быть приведен в контакт с вибрационным элементом узла преобразования так, чтобы кантилевер синхронизировался с колебанием узла преобразования и выдавал соответствующий электрический сигнал. Другим вариантом является использование измерения импеданса в режиме реального времени путем отслеживания напряжения и тока в преобразователе. В этом случае последовательный и параллельный режимы преобразователя могут выполняться по отдельности. Работа преобразователя может быть описана с помощью электрической эквивалентной схемы, состоящей из последовательно соединенных емкости C1, индуктивности L1 и сопротивления R1 для механической части и еще одной емкости C0 и сопротивления R0 для параллельной электрической части преобразователя. В зависимости от частоты эта схема может работать в состоянии, когда последовательная ветвь (C1, L1, R1) резонирует сама с собой (режим последовательного резонанса) или когда эта последовательная ветвь LCR резонирует с параллельной ветвью C0 (режим параллельного резонанса). Частота последовательного резонанса близка к резонансной частоте преобразователя, а частота параллельного резонанса близка к антирезонансной частоте преобразователя. Резонанс последовательного режима обеспечивает низкий импеданс и приводит к более высокому току и более низкому напряжению при той же мощности. Механически это обеспечивает большие амплитуды смещения. Резонанс параллельного режима обеспечивает высокий импеданс и приводит к более низкому току и более высокому напряжению при той же мощности. Механически, потери уменьшаются. В этом случае может быть добавлена настройка последовательной индуктивности, и эффективность передачи электроакустической энергии может быть выше при антирезонансе.Other options for detecting changes in the resonant frequency include using a dedicated MEMS sensor. For example, a low-inertia MEMS cantilever can be brought into contact with a vibrating element of the transducer assembly so that the cantilever synchronizes with the vibration of the transducer assembly and outputs a corresponding electrical signal. Another option is to use real-time impedance measurement by monitoring the voltage and current in the transducer. In this case, the series and parallel modes of the transducer can be performed separately. The operation of the transducer can be described by an electrical equivalent circuit consisting of a series-connected capacitance C1, inductance L1, and resistance R1 for the mechanical part, and another capacitance C0 and resistance R0 for the parallel electrical part of the transducer. Depending on the frequency, this circuit can operate in a state where the series branch (C1, L1, R1) resonates with itself (series resonance mode) or when this series branch LCR resonates with the parallel branch C0 (parallel resonance mode). The series resonance frequency is close to the resonant frequency of the converter, and the parallel resonance frequency is close to the antiresonant frequency of the converter. The series mode resonance provides low impedance and results in higher current and lower voltage at the same power. Mechanically, this provides large displacement amplitudes. The parallel mode resonance provides high impedance and results in lower current and higher voltage at the same power. Mechanically, the losses are reduced. In this case, a series inductance adjustment can be added, and the efficiency of electroacoustic energy transfer can be higher at antiresonance.
Устройство может содержать средство для настройки резонансной частоты преобразователя. Например, у мембраны, соединенной с пьезоэлектрическим преобразователем, может быть создано предварительное напряжение за счет приложения постоянного напряжения смещения, что изменит ее резонансное состояние. По мере старения компонентов устройства может быть полезно подстраивать резонансный отклик устройства таким образом, чтобы он совпадал с конкретной желаемой частотой или частотами, связанными с субстратом, образующим аэрозоль. The device may include means for adjusting the resonant frequency of the transducer. For example, a membrane coupled to a piezoelectric transducer may be pre-stressed by applying a constant bias voltage, which will change its resonant state. As the components of the device age, it may be useful to adjust the resonant response of the device to match a particular desired frequency or frequencies associated with the aerosol-forming substrate.
Схема управления может содержать микропроцессор. Схема управления может содержать программируемую пользователем логическую матрицу (FPGA). Приводная схема и схема управления могут быть выполнены за одно целое в единой схеме.The control circuit may contain a microprocessor. The control circuit may contain a field programmable gate array (FPGA). The drive circuit and the control circuit may be implemented as a single whole in a single circuit.
Схема управления может быть выполнена с возможностью управлять несущей частотой, режимом работы, мощностью, модулирующей частотой или амплитудой колебательного тока на выходе приводной схемы.The control circuit may be configured to control the carrier frequency, operating mode, power, modulating frequency, or amplitude of the oscillatory current at the output of the drive circuit.
Как описано, на резонансное состояние преобразователя может влиять количество жидкости, контактирующей с частью узла преобразования. Схема управления может быть выполнена с возможностью обнаруживать уменьшение количества жидкости, контактирующей с преобразователем, на основании изменений резонансного состояния преобразователя. Это может быть основано на резких изменениях резонансной частоты, превышающих пороговую величину. Схема управления может быть выполнена с возможностью останавливать работу приводной схемы в ответ на обнаружение значительного уменьшения жидкости, доставляемой в узел преобразования. Схема управления может быть выполнена с возможностью останавливать или изменять работу приводной схемы на основании любого сбоя функционирования устройства, определенного на основании резонансного состояния преобразователя.As described, the resonant state of the converter may be affected by the amount of liquid in contact with a part of the conversion unit. The control circuit may be configured to detect a decrease in the amount of liquid in contact with the converter based on changes in the resonant state of the converter. This may be based on sharp changes in the resonant frequency that exceed a threshold value. The control circuit may be configured to stop the operation of the drive circuit in response to detecting a significant decrease in the liquid delivered to the conversion unit. The control circuit may be configured to stop or change the operation of the drive circuit based on any malfunction of the device determined based on the resonant state of the converter.
Пьезоэлектрический преобразователь может содержать монокристаллический материал. Пьезоэлектрический преобразователь может содержать кварц. Пьезоэлектрический преобразователь может содержать керамику. Керамика может содержать титанат бария (BaTiO3). Керамика может содержать цирконат-титанат свинца (PZT). Керамика может содержать легирующие материалы, такие как ионы Ni, Bi, La, Nd или Nb. Пьезоэлектрический преобразователь может быть поляризованным. Пьезоэлектрический преобразователь может быть неполяризованным. Пьезоэлектрический преобразователь может дополнительно содержать как поляризованные, так и неполяризованные пьезоэлектрические материалы.The piezoelectric transducer may comprise a single crystal material. The piezoelectric transducer may comprise quartz. The piezoelectric transducer may comprise ceramics. The ceramics may comprise barium titanate (BaTiO3). The ceramics may comprise lead zirconate titanate (PZT). The ceramics may comprise doping materials such as Ni, Bi, La, Nd, or Nb ions. The piezoelectric transducer may be polarized. The piezoelectric transducer may be non-polarized. The piezoelectric transducer may further comprise both polarized and non-polarized piezoelectric materials.
Приводная схема может быть такой, чтобы обеспечивать подачу колебательного тока, имеющего частоту от приблизительно 20 кГц до приблизительно 1500 кГц, или от приблизительно 50 кГц до приблизительно 1000 кГц, или от приблизительно 100 кГц до приблизительно 500 кГц. Это может обеспечивать желаемую скорость производства аэрозоля и требуемый размер капель.The drive circuit may be such as to provide an oscillating current having a frequency of from about 20 kHz to about 1500 kHz, or from about 50 kHz to about 1000 kHz, or from about 100 kHz to about 500 kHz. This may provide the desired aerosol production rate and the required droplet size.
Устройство для генерирования аэрозоля, может быть выполнено с возможностью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем. Устройство для генерирования аэрозоля, может представлять собой электрическое курительное устройство.The aerosol generating device may be configured to generate an aerosol for inhalation by the user. The aerosol generating device may be an electric smoking device.
Устройство для генерирования аэрозоля может содержать резервуар для жидкости, заключающий в себе жидкий субстрат, образующий аэрозоль. При использовании пьезоэлектрический преобразователь может контактировать с жидкостью из резервуара для жидкости.The aerosol generating device may comprise a liquid reservoir containing a liquid substrate that forms the aerosol. In use, the piezoelectric transducer may be in contact with the liquid from the liquid reservoir.
Устройство для генерирования аэрозоля, может содержать часть для хранения жидкости, заключающую в себе резервуар для жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Часть для хранения жидкости может образовывать часть картриджа, который выполнен с возможностью отделения от остального устройства. Часть для хранения жидкости системы, генерирующей аэрозоль, может содержать корпус, который является по существу цилиндрическим, причем на одном конце цилиндра расположено отверстие. Корпус части для хранения жидкости может иметь по существу круглое поперечное сечение. Корпус может представлять собой жесткий корпус. В настоящем документе термин «жесткий корпус» означает корпус, который является самонесущим. Жесткий корпус части для хранения жидкости обеспечивает механическую поддержку нагревательного средства.The aerosol generating device may comprise a liquid storage portion comprising a reservoir for a liquid substrate that forms an aerosol. The liquid storage portion may form part of a cartridge that is designed to be separated from the rest of the device. The liquid storage portion of the aerosol generating system may comprise a housing that is substantially cylindrical, with an opening located at one end of the cylinder. The housing of the liquid storage portion may have a substantially circular cross-section. The housing may be a rigid housing. In this document, the term "rigid housing" means a housing that is self-supporting. The rigid housing of the liquid storage portion provides mechanical support for the heating means.
Часть для хранения жидкости может дополнительно содержать материал носителя, расположенный внутри корпуса и предназначенный для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль.The liquid storage portion may further comprise a carrier material located within the housing and designed to retain a liquid substrate that forms an aerosol.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может быть адсорбирован или иным образом нанесен на носитель или подложку. Материал носителя может быть изготовлен из любой подходящей поглощающей заглушки или корпуса, например, из вспененного металлического или пластмассового материала, полипропилена, терилена, нейлоновых волокон или керамики. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может удерживаться в материале носителя перед использованием системы, генерирующей аэрозоль. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может выделяться внутрь материала носителя во время использования. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может выделяться внутрь материала носителя непосредственно перед использованием. The liquid aerosol-forming substrate may be adsorbed or otherwise supported on a carrier or support. The carrier material may be made of any suitable absorbent plug or body, such as foamed metal or plastic material, polypropylene, terylene, nylon fibers, or ceramic. The liquid aerosol-forming substrate may be retained in the carrier material prior to use of the aerosol-generating system. The liquid aerosol-forming substrate may be released into the carrier material during use. The liquid aerosol-forming substrate may be released into the carrier material immediately prior to use.
В одном примере жидкий субстрат, образующий аэрозоль, удерживается в капиллярном материале. Капиллярный материал представляет собой материал, который активно перемещает жидкость от одного конца материала к другому. Капиллярный материал может быть ориентирован в корпусе таким образом, чтобы переносить жидкий субстрат, образующий аэрозоль, к узлу преобразования, что является преимуществом. Капиллярный материал может иметь волоконную структуру. Капиллярный материал может иметь губчатую структуру. Капиллярный материал может содержать пучок капилляров. Капиллярный материал может содержать множество волокон. Капиллярный материал может содержать множество нитей. Капиллярный материал может содержать трубки с тонким каналом. Капиллярный материал может содержать комбинацию из волокон, нитей и трубок с тонким каналом. Волокна, нити и трубки с узким каналом могут быть по существу выровнены для транспортировки жидкости к вибрационному элементу. Капиллярный материал может содержать губкообразный материал. Капиллярный материал может содержать пенообразный материал. Структура капиллярного материала может образовывать множество мелких каналов или трубок, через которые жидкость может транспортироваться за счет капиллярного эффекта.In one example, the liquid substrate that forms the aerosol is retained in a capillary material. The capillary material is a material that actively moves the liquid from one end of the material to the other. The capillary material can be oriented in the housing in such a way as to transport the liquid substrate that forms the aerosol to the conversion unit, which is an advantage. The capillary material can have a fibrous structure. The capillary material can have a sponge structure. The capillary material can comprise a bundle of capillaries. The capillary material can comprise a plurality of fibers. The capillary material can comprise a plurality of filaments. The capillary material can comprise tubes with a thin channel. The capillary material can comprise a combination of fibers, filaments and tubes with a thin channel. The fibers, filaments and tubes with a narrow channel can be substantially aligned to transport the liquid to the vibrating element. The capillary material can comprise a sponge-like material. The capillary material can comprise a foam-like material. The structure of the capillary material can form many small channels or tubes through which liquid can be transported by the capillary effect.
Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами подходящих материалов являются губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененные металлические или пластмассовые материалы, волоконный материал, например изготовленный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость для его использования с жидкостями, имеющими разные физические свойства. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, имеет такие физические свойства, включая, но без ограничения перечисленным: вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность транспортировки жидкости через капиллярный материал за счет капиллярного действия. Капиллярный материал может быть выполнен с возможностью переносить субстрат, образующий аэрозоль, к узлу преобразования. The capillary material may comprise any suitable material or combination of materials. Examples of suitable materials are sponge or foam material, ceramic or graphite based materials in the form of fibers or sintered powders, foamed metal or plastic materials, fibrous material, for example made of twisted or extruded fibers such as acetyl cellulose, polyester or bonded polyolefin, polyethylene, terylene or polypropylene fibers, nylon fibers or ceramics. The capillary material may have any suitable capillarity and porosity for its use with liquids having different physical properties. The liquid aerosol-forming substrate has such physical properties, including but not limited to: viscosity, surface tension, density, thermal conductivity, boiling point and vapor pressure, which provide the ability to transport the liquid through the capillary material due to capillary action. The capillary material can be configured to transport the aerosol-forming substrate to the conversion unit.
Материал носителя может упираться в узел преобразования. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может транспортироваться за счет капиллярного действия из части для хранения жидкости к узлу преобразования.The carrier material may abut against the conversion unit. The liquid substrate forming the aerosol may be transported by capillary action from the liquid storage portion to the conversion unit.
В альтернативном варианте осуществления или дополнительно устройство может содержать насос. Субстрат, образующий аэрозоль, может доставляться в узел преобразования из резервуара насосом.In an alternative embodiment or additionally, the device may comprise a pump. The aerosol-forming substrate may be delivered to the conversion unit from the reservoir by the pump.
Устройство для генерирования аэрозоля может содержать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в корпусе части для хранения жидкости. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, является субстратом, способным высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут высвобождаться в результате перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через каналы вибрационного элемента.The aerosol generating device may contain a liquid substrate that forms an aerosol in the body of the liquid storage portion. The liquid substrate that forms an aerosol is a substrate that is capable of releasing volatile compounds that can form an aerosol. The volatile compounds may be released as a result of the movement of the liquid substrate that forms an aerosol through the channels of the vibration element.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, содержащий никотин, может представлять собой матрицу из никотиновой соли. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табака. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.The aerosol-forming liquid substrate may contain nicotine. The aerosol-forming liquid substrate containing nicotine may be a nicotine salt matrix. The aerosol-forming liquid substrate may contain a material of plant origin. The aerosol-forming liquid substrate may contain tobacco. The aerosol-forming liquid substrate may contain a tobacco-containing material containing volatile tobacco flavor compounds that are released from the aerosol-forming substrate upon heating. The aerosol-forming liquid substrate may contain homogenized tobacco material. The aerosol-forming liquid substrate may contain a material that does not contain tobacco. The aerosol-forming liquid substrate may contain homogenized material of plant origin.
Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и стабильного аэрозоля и являются по существу устойчивыми к термическому разложению при рабочей температуре системы. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области техники и включают без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерина; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Вещества для образования аэрозоля представляют собой многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как вкусоароматические вещества.The liquid aerosol-forming substrate may comprise at least one aerosol forming agent. The aerosol forming agent is any suitable known compound or mixture of compounds that, when used, promote the formation of a dense and stable aerosol and are substantially resistant to thermal decomposition at the operating temperature of the system. Suitable aerosol forming agents are well known in the art and include, without limitation: polyhydric alcohols such as triethylene glycol, 1,3-butanediol and glycerol; 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. Aerosol forming agents are polyhydric alcohols or mixtures thereof such as triethylene glycol, 1,3-butanediol and glycerol. The liquid aerosol-forming substrate may contain other additives and ingredients such as flavoring agents.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой глицерин. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой пропиленгликоль. Вещество для образования аэрозоля может содержать как глицерин, так и пропиленгликоль. Концентрация никотина в субстрате, образующем аэрозоль, может составлять от приблизительно 2% до приблизительно 10%.The aerosol-forming substrate may comprise nicotine and at least one aerosol-forming agent. The aerosol-forming agent may be glycerin. The aerosol-forming agent may be propylene glycol. The aerosol-forming agent may comprise both glycerin and propylene glycol. The nicotine concentration in the aerosol-forming substrate may be from about 2% to about 10%.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь динамическую вязкость (μ) при температуре 20°C, составляющую от приблизительно 0,4 мПа·с (0,4 мПл, 0,4 сП) до приблизительно 1000 мПа·с (1000 мПл, 1000 сП), или от приблизительно 1 мПа·с до приблизительно 100 мПа·с, или от приблизительно 1,5 мПа·с до приблизительно 10 мПа·с.The aerosol-forming substrate may have a dynamic viscosity (μ) at 20°C of from about 0.4 mPa s (0.4 mP, 0.4 cP) to about 1000 mPa s (1000 mP, 1000 cP), or from about 1 mPa s to about 100 mPa s, or from about 1.5 mPa s to about 10 mPa s.
Устройство для генерирования аэрозоля, может содержать источник питания. Источник питания может представлять собой батарею. Батарея может представлять собой литиевую батарею, например, литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титановую или литий-полимерную батарею. Батарея может представлять собой никель-металлогидридную батарею или никель-кадмиевую батарею. Источник питания может представлять собой устройство накопления заряда другого типа, такое как конденсатор. Источник питания может нуждаться в перезарядке, и он может быть выполнен для множества циклов зарядки и разрядки. Источник питания может иметь емкость, которая делает возможным накопление достаточного количества энергии для одного или более сеансов курения; например, источник питания может иметь достаточную емкость, чтобы сделать возможным непрерывное генерирование аэрозоля в течение периода, составляющего приблизительно шесть минут, что соответствует обычному времени, затрачиваемому на выкуривание обычной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может иметь достаточную емкость, чтобы делать возможным осуществление заданного количества затяжек или отдельных активаций нагревательного средства и исполнительного элемента.The aerosol generating device may comprise a power source. The power source may be a battery. The battery may be a lithium battery, such as a lithium cobalt, lithium iron phosphate, lithium titanium or lithium polymer battery. The battery may be a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery. The power source may be another type of charge storage device, such as a capacitor. The power source may require recharging and may be designed for multiple charge and discharge cycles. The power source may have a capacity that makes it possible to store sufficient energy for one or more smoking sessions; for example, the power source may have sufficient capacity to make it possible to continuously generate aerosol for a period of approximately six minutes, which corresponds to the typical time spent smoking a conventional cigarette, or for a period that is a multiple of six minutes. In another example, the power source may have sufficient capacity to enable a specified number of puffs or individual activations of the heating means and actuator.
Устройство для генерирования аэрозоля, может быть портативным. Устройство для генерирования аэрозоля, может иметь размер, сопоставимый с традиционной сигарой или сигаретой. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Устройство для генерирования аэрозоля, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.The aerosol generating device may be portable. The aerosol generating device may be of a size comparable to a traditional cigar or cigarette. The aerosol generating system may have a total length of about 30 mm to about 150 mm. The aerosol generating device may have an outer diameter of about 5 mm to about 30 mm.
Устройство для генерирования аэрозоля, может содержать корпус. Корпус может быть продолговатым. Корпус может содержать любой подходящий материал или сочетание 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. Материал может быть легким и нехрупким.The aerosol generating device may comprise a housing. The housing may be elongated. The housing may comprise any suitable material or combination of materials. Examples of suitable materials include metals, alloys, plastics or composite materials containing one or more of such materials, or thermoplastic materials suitable for use in the food or pharmaceutical industries, such as polypropylene, polyetheretherketone (PEEK) and polyethylene. The material may be lightweight and non-brittle.
Корпус может содержать полость для размещения источника питания. Корпус может содержать мундштук. Мундштук может содержать по меньшей мере одно впускное отверстие для воздуха и по меньшей мере одно выпускное отверстие для воздуха. Мундштук может содержать более одного впускного отверстия для воздуха. The body may comprise a cavity for accommodating a power source. The body may comprise a mouthpiece. The mouthpiece may comprise at least one air inlet and at least one air outlet. The mouthpiece may comprise more than one air inlet.
Воздействие узла преобразования на жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может нагревать субстрат, образующий аэрозоль. Это может быть желательно, когда желательно доставлять пользователю теплый аэрозоль. В альтернативном варианте осуществления или дополнительно устройство может содержать нагреватель. Нагреватель может нагревать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, до того, как он достигнет узла преобразования, в узле преобразования или после того, как он образует аэрозоль.The action of the conversion unit on the liquid substrate forming the aerosol can heat the aerosol forming substrate. This can be desirable when it is desirable to deliver a warm aerosol to the user. In an alternative embodiment or in addition, the device can comprise a heater. The heater can heat the liquid substrate forming the aerosol before it reaches the conversion unit, in the conversion unit, or after it forms the aerosol.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ функционирования устройства для генерирования аэрозоля. Устройство может содержать пьезоэлектрический преобразователь. Устройство может содержать приводную схему, соединенную с пьезоэлектрическим преобразователем. Устройство может содержать схему управления, выполненную с возможностью отслеживать параметр пьезоэлектрического преобразователя и соединенную с приводной схемой. Способ может включать подачу колебательного тока на преобразователь с использованием приводной схемы. Способ может дополнительно включать отслеживание резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя с использованием схемы управления. Способ может дополнительно включать управление работой приводной схемы на основании отслеживаемого резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.According to another aspect of the present invention, a method for operating an aerosol generating device is proposed. The device may comprise a piezoelectric transducer. The device may comprise a drive circuit connected to the piezoelectric transducer. The device may comprise a control circuit configured to monitor a parameter of the piezoelectric transducer and connected to the drive circuit. The method may include supplying an oscillatory current to the transducer using the drive circuit. The method may further include monitoring the resonant state of the piezoelectric transducer using the control circuit. The method may further include controlling the operation of the drive circuit based on the monitored resonant state of the piezoelectric transducer.
Пьезоэлектрический преобразователь может представлять собой часть узла преобразования. Узел преобразования может быть расположен в жидкостном насосе. Узел преобразования может содержать мембрану или поверхность, выполненную с возможностью контактировать с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Пьезоэлектрический преобразователь может быть выполнен с возможностью заставлять указанную мембрану или поверхность вибрировать. Вибрация мембраны или поверхности может продавливать жидкость через смежный жидкостный клапан в жидкостном насосе.The piezoelectric transducer may be part of a transducer unit. The transducer unit may be located in a liquid pump. The transducer unit may comprise a membrane or a surface configured to contact a liquid substrate that forms an aerosol. The piezoelectric transducer may be configured to cause said membrane or surface to vibrate. Vibration of the membrane or surface may force liquid through an adjacent liquid valve in the liquid pump.
Способ может включать остановку работы приводной схемы на основании отслеживаемого резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя. Способ может включать управление несущей частотой, режимом работы, мощностью, модулирующей частотой или амплитудой колебательного тока от приводной схемы.The method may include stopping the operation of the drive circuit based on the monitored resonant state of the piezoelectric transducer. The method may include controlling the carrier frequency, the operating mode, the power, the modulating frequency, or the amplitude of the oscillatory current from the drive circuit.
Этап отслеживания резонансного состояния может включать периодическую подачу колебательного тока с другой частотой и определение резонансного состояния преобразователя при этой другой частоте. Способ может включать подачу колебательного тока, включающего множество синусоидальных частот.The resonant state tracking step may include periodically applying an oscillating current with a different frequency and determining the resonant state of the converter at this different frequency. The method may include applying an oscillating current that includes a plurality of sinusoidal frequencies.
Настоящее изобретение может обеспечивать преимущество эффективной работы в течение всего времени работы вне зависимости от меняющихся нагрузок на преобразователь и меняющихся внешних условий или условий в устройстве. Настоящее изобретение также может обеспечивать средство обнаружения сбоев функционирования и ненормальных условий функционирования, таких как уменьшение подачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль.The present invention can provide the advantage of efficient operation during the entire operating time regardless of changing loads on the converter and changing external conditions or conditions in the device. The present invention can also provide a means for detecting malfunctions and abnormal operating conditions, such as a decrease in the supply of a liquid substrate that forms an aerosol.
Настоящее изобретение определено в формуле изобретения. Однако ниже представлен не являющийся исчерпывающим перечень неограничивающих примеров. Любой один или более из признаков этих примеров можно комбинировать с любым одним или более признаками другого примера, варианта осуществления или аспекта, описанного в данном документе.The present invention is defined in the claims. However, a non-exhaustive list of non-limiting examples is provided below. Any one or more of the features of these examples may be combined with any one or more features of another example, embodiment or aspect described herein.
Пример 1: Устройство для генерирования аэрозоля, содержащее пьезоэлектрический преобразователь; приводную схему, соединенную с пьезоэлектрическим преобразователем и выполненную с возможностью подавать колебательный ток на преобразователь; и схему управления, соединенную с приводной схемой и выполненную с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя, причем схема управления выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы на основании резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.Example 1: An aerosol generating device comprising a piezoelectric transducer; a drive circuit connected to the piezoelectric transducer and configured to supply an oscillating current to the transducer; and a control circuit connected to the drive circuit and configured to monitor the resonant state of the piezoelectric transducer, wherein the control circuit is configured to control the operation of the drive circuit based on the resonant state of the piezoelectric transducer.
Пример 2: Устройство для генерирования аэрозоля, в соответствии с примером 1, в котором схема управления выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы таким образом, что колебательный ток имеет частоту, равную резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя.Example 2: An aerosol generating device according to example 1, wherein the control circuit is configured to control the operation of the drive circuit such that the oscillating current has a frequency equal to the resonant frequency of the piezoelectric transducer.
Пример 3: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно примеру 1, в котором схема управления выполнена с возможностью управлять работой приводной схемы таким образом, что колебательный ток имеет частоту, отличающуюся от резонансной частоты пьезоэлектрического преобразователя.Example 3: An aerosol generating device according to example 1, in which the control circuit is configured to control the operation of the drive circuit in such a way that the oscillating current has a frequency different from the resonant frequency of the piezoelectric transducer.
Пример 4: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором схема управления выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя на множестве резонансных частот пьезоэлектрического преобразователя, соответствующих различным режимам вибрации.Example 4: An aerosol generating device according to any of the previous examples, wherein the control circuit is configured to monitor the resonant state of the piezoelectric transducer at a plurality of resonant frequencies of the piezoelectric transducer corresponding to different vibration modes.
Пример 5: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором схема управления выполнена с возможностью отслеживать резонансное состояние пьезоэлектрического преобразователя путем измерения мощности, подаваемой на пьезоэлектрический преобразователь, или импеданса пьезоэлектрического преобразователя.Example 5: An aerosol generating device according to any of the previous examples, wherein the control circuit is configured to monitor the resonant state of the piezoelectric transducer by measuring the power supplied to the piezoelectric transducer or the impedance of the piezoelectric transducer.
Пример 6: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором приводная схема и схема управления содержит петлю фазовой автоподстройки (PLL).Example 6: An aerosol generating device according to any of the previous examples, wherein the drive circuit and the control circuit comprise a phase-locked loop (PLL).
Пример 7: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором пьезоэлектрический преобразователь представляет собой элемент, генерирующий аэрозоль, выполненный с возможностью генерировать аэрозоль из жидкого субстрата, образующего аэрозоль.Example 7: An aerosol generating device according to any of the previous examples, wherein the piezoelectric transducer is an aerosol generating element configured to generate an aerosol from an aerosol-forming liquid substrate.
Пример 8: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно примеру 7, в котором пьезоэлектрический преобразователь содержит перфорированную пластину.Example 8: An aerosol generating device according to example 7, wherein the piezoelectric transducer comprises a perforated plate.
Пример 9: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из примеров 1-6, в котором пьезоэлектрический преобразователь является частью жидкостного насоса.Example 9: An aerosol generating device according to any one of examples 1-6, wherein the piezoelectric transducer is part of a liquid pump.
Пример 10: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, содержащее резервуар для жидкости, заключающий в себе жидкий субстрат, образующий аэрозоль, причем при использовании пьезоэлектрический преобразователь контактирует с жидкостью из резервуара для жидкости.Example 10: An aerosol generating device according to any of the previous examples, comprising a liquid reservoir containing a liquid substrate that forms an aerosol, wherein in use the piezoelectric transducer contacts the liquid from the liquid reservoir.
Пример 11: Устройство для генерирования аэрозоля, в соответствии с примером 10, в котором жидкость содержит смесь различных соединений.Example 11: An aerosol generating device according to example 10, wherein the liquid comprises a mixture of different compounds.
Пример 12: Устройство для генерирования аэрозоля, в соответствии с примером 10 или 11, в котором схема управления выполнена с возможностью обнаруживать уменьшение количества жидкости в контакте с пьезоэлектрическим преобразователем на основании изменений резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.Example 12: An aerosol generating device according to example 10 or 11, wherein the control circuit is configured to detect a decrease in the amount of liquid in contact with the piezoelectric transducer based on changes in the resonant state of the piezoelectric transducer.
Пример 13: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором устройство для генерирования аэрозоля, представляет собой электронную сигарету.Example 13: An aerosol generating device according to any of the previous examples, wherein the aerosol generating device is an electronic cigarette.
Пример 14: Устройство для генерирования аэрозоля, согласно любому из предыдущих примеров, в котором колебательный ток содержит первую частоту, модулируемую по меньшей мере одной другой частотой.Example 14: An aerosol generating device according to any of the previous examples, wherein the oscillating current comprises a first frequency modulated by at least one other frequency.
Пример 15: Способ обеспечения работы устройства для генерирования аэрозоля, причем устройство содержит пьезоэлектрический преобразователь, приводную схему, соединенную с пьезоэлектрическим преобразователем, и схему управления, выполненную с возможностью отслеживать параметр пьезоэлектрического преобразователя и соединенную с приводной схемой, причем способ включает:Example 15: A method for ensuring the operation of a device for generating an aerosol, wherein the device comprises a piezoelectric transducer, a drive circuit connected to the piezoelectric transducer, and a control circuit configured to monitor a parameter of the piezoelectric transducer and connected to the drive circuit, wherein the method includes:
подачу колебательного тока на преобразователь с использованием приводной схемы; иsupplying an oscillating current to the converter using a drive circuit; and
отслеживание резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя с использованием схемы управления иmonitoring the resonant state of a piezoelectric transducer using a control circuit and
управление работой приводной схемы на основании отслеживаемого резонансного состояния пьезоэлектрического преобразователя.control of the operation of the drive circuit based on the monitored resonant state of the piezoelectric transducer.
Далее примеры будут дополнительно описаны со ссылкой на фигуры, на которых:Below, the examples will be further described with reference to figures in which:
На Фиг. 1 показана система управления с обратной связью в соответствии с настоящим изобретением; Fig. 1 shows a feedback control system according to the present invention;
Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение устройства для генерирования аэрозоля, в соответствии с настоящим изобретением;Fig. 2 is a schematic representation of an aerosol generating device according to the present invention;
На Фиг. 3 показан узел преобразования для использования в системе, представленной на Фиг. 2;Fig. 3 shows a conversion unit for use in the system shown in Fig. 2;
Фиг. 4 представляет собой схематический график, на котором показано изменение отклика преобразователя во времени;Fig. 4 is a schematic graph showing the change in response of the converter over time;
На Фиг. 5 показан пример приводной схемы и схемы управления, реализующих управление с обратной связью; иFig. 5 shows an example of a drive circuit and a control circuit implementing feedback control; and
Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение устройства для генерирования аэрозоля, содержащего пьезоэлектрический насос в соответствии с настоящим изобретением.Fig. 6 is a schematic representation of an aerosol generating device comprising a piezoelectric pump according to the present invention.
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение петли обратной связи в соответствии с настоящим изобретением. Петля обратной связи содержит преобразователь 12, приводную схему 14 и схему 14 управления. В этом примере преобразователь представляет собой пьезоэлектрический преобразователь. Преобразователь соединен с мембраной и обеспечивает ее вибрацию для генерирования аэрозоля из подаваемой жидкости. Преобразователь 12 приводится в действие на определенной задающей частоте приводной схемой 12. Приводная схема 12 подает колебательный ток на преобразователь, что вызывает его расширение и сжатие. Это, в свою очередь, заставляет мембрану вибрировать.Fig. 1 is a schematic representation of a feedback loop according to the present invention. The feedback loop comprises a
Преобразователь имеет одну или более резонансных частот. Резонансные частоты зависят от нескольких факторов, включая нагрузку на преобразователь. Нагрузка на преобразователь зависит от свойств мембраны и любых нагрузок на мембрану. Резонансные частоты также зависят от температуры, например.The transducer has one or more resonant frequencies. The resonant frequencies depend on several factors, including the load on the transducer. The load on the transducer depends on the properties of the membrane and any loads on the membrane. The resonant frequencies also depend on temperature, for example.
Чтобы обеспечить приведение приводной схемой преобразователя в действие на резонансной частоте, схема управления 14 завершает петлю обратной связи. Схема управления получает параметр обратной связи от преобразователя, например, фазовый сдвиг или амплитуду вибрации. Значение параметра обратной связи варьирует в зависимости от того, насколько задающая частота близка к резонансной частоте преобразователя. Приводная схема 12 регулирует задающую частоту колебательного тока, подаваемого на преобразователь 10, а схема управления отслеживает влияние этого изменения задающей частоты на параметр обратной связи. Затем схема управления посылает управляющий сигнал на приводную схему, приводная схема регулирует частоту подаваемого колебательного тока на основании управляющего сигнала таким образом, чтобы достичь конкретного результата. Во многих случаях желательно приводить преобразователь в действие с частотой, как можно более близкой к резонансной. Но в некоторых условиях может быть желательно приводить преобразователь в действие с определенным сдвигом относительно резонансной частоты или на частоте между резонансной и антирезонансной частотами. Схема управления может содержать фильтры, микроконтроллер или любое аналоговое или цифровое средство для обработки параметра обратной связи для генерирования управляющего сигнала.In order to ensure that the drive circuit drives the converter at a resonant frequency, the
Фиг. 2 представляет собой схематический вид первого варианта реализации устройства для генерирования аэрозоля, согласно настоящему изобретению, включающего управление с обратной связью, показанное на Фиг. 1. Фиг. 2 является схематической по своему характеру. В частности, компоненты необязательно показаны в масштабе как по отдельности, так и по отношению друг к другу. Устройство для генерирования аэрозоля, содержит многоразовую часть 100 устройства, взаимодействующую с картриджем 200, который предпочтительно является одноразовым. На Фиг. 2 устройство представляет собой электрическую курительную систему.Fig. 2 is a schematic view of a first embodiment of the aerosol generating device according to the present invention, including the feedback control shown in Fig. 1. Fig. 2 is schematic in nature. In particular, the components are not necessarily shown to scale, either individually or in relation to each other. The aerosol generating device comprises a
Часть 100 устройства содержит основную часть, имеющую корпус 101. Корпус 101 является по существу круглоцилиндрическим и имеет продольную длину приблизительно 100 мм и внешний диаметр приблизительно 20 мм, что сравнимо с обычной сигарой. В устройстве расположены источник электропитания в форме батареи 102 и электрическая схема 104 управления. Электрическая схема 104 управления включает приводную схему и схему управления для преобразователя, как описано применительно к Фиг. 1. Корпус 101 основной части образует также полость 112, в которой размещается картридж 200.The
Картридж 200 (показан схематично на Фиг. 2) содержит жесткий корпус, образующий часть 201 для хранения жидкости. Часть 201 для хранения жидкости удерживает жидкий субстрат, образующий аэрозоль (не показан). Корпус картриджа 200 является непроницаемым для текучей среды, однако он имеет открытый конец (не показан), который может быть закрыт съемной крышкой (не показана) при извлечении картриджа из устройства 100. Крышка может быть снята с картриджа 200 перед вставкой картриджа в устройство. Картридж 200 содержит шпоночные элементы (не показаны) для того, чтобы обеспечить невозможность вставления картриджа 200 внутрь устройства в перевернутом положении.The cartridge 200 (shown schematically in Fig. 2) comprises a rigid body forming a
Часть 100 устройства содержит также мундштучную часть 120. Мундштучная часть 120 в данном примере соединена с корпусом 101 основной части посредством шарнирного соединения, однако может использоваться любой тип соединения, такой как защелкивающееся или винтовое соединение. Мундштучная часть 120 содержит множество впусков 122 для воздуха, выпуск 124 для воздуха, камеру 125, образующую аэрозоль, и установленный в ней распылитель 300 (показан схематично на Фиг. 2). Впуски 122 для воздуха образованы между мундштучной частью 120 и корпусом 101 основной части устройства 100 при нахождении мундштучной части в закрытом положении, как показано на Фиг. 2. Тракт 127 воздушного потока проходит от впусков 122 для воздуха до выпуска 124 для воздуха через камеру 125, образующую аэрозоль, и распылитель 300, как показано стрелками на Фиг. 2.The
Как показано на Фиг. 3, распылитель 300 содержит вибрационный элемент 301 и преобразователь 302, размещенные внутри корпуса 304 распылителя. Корпус 304 распылителя содержит полую цилиндрическую коробку, имеющую впуск 305 и выпуск 306, выровненные по оси и расположенные с противоположных сторон корпуса 304. Корпус 304 съемно присоединен к мундштуку 120 части 100 устройства посредством винтового соединения (не показано). Внешняя резьба (не показана) выполнена на внешней поверхности корпуса 304 распылителя и соответствует внутренней резьбе (не показана) на внутренней поверхности мундштука 120. Распылитель 300 выполнен с возможностью отсоединения от мундштучной части 120 части устройства для утилизации или чистки.As shown in Fig. 3, the
Вибрационный элемент 301 содержит по существу круглый алюминиевый диск, имеющий толщину приблизительно 2 мм и диаметр приблизительно 15 мм.The vibrating
Множество каналов 303 проходят от впускной стороны 308 до противоположной выпускной стороны 309 вибрационного элемента. Указанное множество каналов образуют матрицу, имеющую по существу круглую форму. По существу круглая матрица имеет диаметр приблизительно 7 мм и расположена по существу по центру в элементе 301.A plurality of
Указанные каналы (не показаны) имеют по существу круглое поперечное сечение и сужаются от впускной стороны 308 к выпускной стороне 309 вибрационного элемента 301. Указанные каналы имеют диаметр приблизительно 8 мкм с впускной стороны и диаметр приблизительно 6 мкм с выпускной стороны. Указанные каналы обычно образуют путем высокоскоростного лазерного сверления. Указанное множество каналов содержит приблизительно 4000 каналов, расположенных через равные промежутки в пределах матрицы. Said channels (not shown) have a substantially circular cross-section and taper from the
Преобразователь 302 содержит пьезоэлектрический преобразователь. Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой по существу круглый кольцевой диск из пьезоэлектрического материала, обычно цирконата титаната (PZT). Пьезоэлектрический преобразователь имеет толщину приблизительно 2 мм, внешний диаметр приблизительно 17 мм и внутренний диаметр приблизительно 8 мм.The
Как показано на Фиг. 3, преобразователь 302 находится в непосредственном контакте с вибрационным элементом 301 с выпускной стороны 309 вибрационного элемента. Внутренний диаметр пьезоэлектрического преобразователя 302 окружает матрицу каналов 303 вибрационного элемента 301 таким образом, что открытые концы каналов с выпускной стороны не покрыты пьезоэлектрическим преобразователем 302. В других вариантах осуществления (не показаны) предусмотрена возможность нахождения пьезоэлектрического преобразователя 302 в непосредственном контакте с вибрационным элементом 301 с впускной стороны 308.As shown in Fig. 3, the
Вибрационный элемент 301 и пьезоэлектрический преобразователь 302 поддерживаются внутри корпуса 304 распылителя посредством пары эластомерных О-образных колец 311, которые обеспечивают возможность вибраций вибрационного элемента 301 и пьезоэлектрического преобразователя 302 внутри корпуса 304. Вибрационный элемент 301 и пьезоэлектрический преобразователь 302 удерживаются вместе под действием давления со стороны противоположных О-образных колец 311. Тем не менее, в других вариантах осуществления (не показаны) вибрационный элемент 301 и пьезоэлектрический преобразователь 302 могут быть связаны с помощью любых подходящих средств, таких как адгезивный слой.The vibrating
Вибрационный элемент 301 и пьезоэлектрический преобразователь 302 расположены внутри корпуса 304 распылителя таким образом, что матрица каналов 303 выровнена коаксиально с впускными и выпускным отверстиями 305, 306 корпуса 304. The
Один или более пружинных штифтов 310 проходят через отверстие 312 в корпусе 304 распылителя для обеспечения электрического соединения пьезоэлектрического преобразователя 302 со схемой 104 управления и батареей 102 устройства 100. Указанные один или более пружинных штифтов 310 удерживаются в контакте с пьезоэлектрическим преобразователем 302 под действием давления, а не посредством механического соединения, таким образом, что поддерживается хороший электрический контакт во время вибраций пьезоэлектрического преобразователя 302. One or more spring pins 310 pass through an
При использовании, когда распылитель 300 съемно присоединен к мундштучной части 120 части 100 устройства, и картридж 200 размещен в полости 112 устройства, продолговатое капиллярное тело (не показано на Фиг. 2) проходит от части 201 для хранения жидкости в картридже 200 до распылителя 300 с целью соединения по текучей среде картриджа 200 с распылителем 300. Как показано на Фиг. 3, продолговатое капиллярное тело 204 проходит внутрь корпуса 304 распылителя и примыкает к впускной стороне 308 вибрационного элемента 301 в матрице каналов 303. Нагревательные средства в части для хранения жидкости обеспечены в виде спирального нагревателя 205, окружающего капиллярное тело 204. Следует иметь в виду, что на Фиг. 3 спиральный нагреватель показан лишь схематично. Спиральный нагреватель 205 соединен с электрической схемой 104 и батареей 102 устройства 100 посредством соединений (не показаны), которые могут проходить вдоль внешней стороны части 200 для хранения жидкости, хотя это не показано на Фиг. 2 и Фиг. 3.In use, when the
При использовании жидкий субстрат, образующий аэрозоль (не показан), переносится за счет капиллярного действия из части 201 для хранения жидкости от того конца капиллярного тела 204, который проходит внутрь части 201 для хранения жидкости, мимо нагревательной катушки 205 к другому концу капиллярного тела 204, которое проходит внутрь корпуса 304 распылителя и примыкает к вибрационному элементу 301 с впускной стороны 308 на матрице каналов 303.In use, a liquid aerosol-forming substrate (not shown) is transferred by capillary action from the
Когда пользователь осуществляет затяжку на выпуске 124 для воздуха мундштучной части 120, окружающий воздух втягивается через впуски 122 для воздуха. В варианте осуществления по Фиг. 2 обеспечено также устройство 106 для обнаружения затяжки, выполненное в виде микрофона и представляющее собой часть электронной схемы 104 управления. Слабый воздушный поток втягивается через сенсорный впуск 121 в корпус 101 основной части, проходит мимо микрофона 106 и поступает в мундштучную часть 120. При обнаружении затяжки электрической схемой 104, эта электрическая схема 104 активирует нагревательную катушку 205 и пьезоэлектрический преобразователь 302. Батарея 102 подает электроэнергию на спиральный нагреватель 205 для нагрева капиллярного тела 204, окруженного спиральным нагревателем. When the user takes a puff on the
Батарея 102 дополнительно подает, под управлением приводной схемы и схемы управления, электроэнергию на пьезоэлектрический преобразователь 302, который вибрирует, деформируясь в направлении толщины. Пьезоэлектрический преобразователь 302 обычно вибрирует с частотой около приблизительно 150 кГц. Задающий ток, подаваемый на преобразователь, имеет исходную частоту и длину волны, основанные на параметрах, хранящихся в памяти. В процессе изготовления устройства может быть определен частотный отклик узла преобразования, включая вибрационный элемент 301, и заданы исходные частота и форма волны. Пьезоэлектрический преобразователь 302 передает вибрации на вибрационный элемент 301, который вибрирует, также деформируясь в направлении толщины. Светодиод 108 также активируется для индикации того, что устройство активировано. Как будет описано, в процессе работы петля управления с обратной связью используется для регулировки задающего тока, подаваемого на преобразователь, в ответ на обнаруженные изменения в резонансном состоянии. The
Спиральный нагреватель 205 нагревает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, переносимый через капиллярное тело мимо спирального нагревателя 205, до заданной температуры, составляющей приблизительно 45°C.The
Под действием вибраций в вибрационном элементе происходит деформация множества каналов 303, в результате чего происходит вытягивание нагретого жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из капиллярного тела 204 через множество каналов 303 с впускной стороны 308 вибрационного элемента 301 и выброс распыленных капель жидкого субстрата, образующего аэрозоль, из указанных каналов с выпускной стороны 309 вибрационного элемента 301 с образованием аэрозоля. Одновременно с этим распыленная нагретая жидкость замещается новой жидкостью, перемещающейся по капиллярному телу 204 за счет капиллярного действия. (Это иногда называют «эффектом накачки»). Аэрозольные капли, выбрасываемые из вибрационного элемента 301, смешиваются с воздушным потоком 127 из впусков 122 в камере 125, образующей аэрозоль, и переносятся в воздушном потоке в направлении выпуска 124 для воздуха мундштука 120 для вдыхания пользователем.Under the action of vibrations in the vibration element, deformation of the plurality of
Как было описано ранее, во время работы резонансный отклик преобразователя может изменяться. Фиг. 4 представляет собой схематический график регистрируемого параметра от преобразователя, на котором показано изменение частоты во времени. Расстояние между последовательными переходами сигнала через ноль является мерой частоты и может использоваться для синхронизации задающего сигнала с рабочей частотой преобразователя, в этом примере - его резонансной частотой. Сигнал может представлять собой, например, ток, измеряемый чувствительным резистором, соединенным последовательно с преобразователем. В этом случае амплитуда может измеряться в амперах как единицах тока или амплитуда может быть нормирована, например, на максимальное значение, и тогда единицей амплитуды будет 1. Единицей времени может быть, например, миллисекунда или микросекунда, в зависимости от рабочего диапазона характеристических частот, охватываемого преобразователем.As described earlier, the resonant response of the converter may change during operation. Fig. 4 is a schematic graph of the recorded parameter from the converter, which shows the change in frequency over time. The distance between successive zero-crossings of the signal is a measure of the frequency and can be used to synchronize the driving signal with the operating frequency of the converter, in this example, its resonant frequency. The signal may be, for example, a current measured by a sensing resistor connected in series with the converter. In this case, the amplitude may be measured in amperes as units of current, or the amplitude may be normalized, for example, to the maximum value, and then the unit of amplitude will be 1. The unit of time may be, for example, a millisecond or a microsecond, depending on the operating range of characteristic frequencies covered by the converter.
Один конкретный пример возможной реализации такой петли обратной связи показан на Фиг. 5. Преобразователь 500, который соединен с выполненной с возможностью вибрировать перфорированной пластиной в варианте реализации, представленном на Фиг. 3, приводится в действие полумостовой схемой 505, состоящей из двух силовых МОП-транзисторов 510, 515. Необязательный последовательно включенный индуктор 520, например индуктор 10 микрогенри, может использоваться между указанной полумостовой схемой и преобразователем для настройки импеданса. Токочувствительный резистор 525, например, на 1 Ом, может быть размещен на нижнем конце преобразователя 500. Напряжение, измеряемое на токочувствительном резисторе, пропорционально току через преобразователь. Этот сигнал напряжения можно фильтровать и усиливать посредством стадии 530 фильтрации и усиления. Стадия 530 фильтрации и усиления может включать, например, фильтр, пропускающий низкие частоты, для отсечения высокочастотных гармоник, и усилитель на полевых транзисторах, например, AD823, для усиления сигнала. Компаратор 540 создает сигнал обратной связи, в этом примере - прямоугольный волновой сигнал, в качестве подходящего входного сигнала для вентиля-формирователя 550. Вентиль-формирователь 550 может представлять собой, например, интегральную схему типа LT1162, и приводит в действие полумостовую схему 505. При обнаружении и передаче на привод изменения частоты преобразователь 500 всегда будет приводиться в действие на его рабочей частоте, например, на его резонансной частоте. Приводная схема и схема управления, показанные на Фиг. 5, могут быть интегрированы в схему 104 управления, показанную на Фиг. 2.One specific example of a possible implementation of such a feedback loop is shown in Fig. 5. The
Фиг. 6 представляет собой изображение устройства для генерирования аэрозоля, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения. Фиг. 6 является схематической по своему характеру. В частности, компоненты необязательно показаны в масштабе как по отдельности, так и по отношению друг к другу. Устройство, показанное на Фиг. 6, генерирует аэрозоль путем нагревания жидкого субстрата, образующего аэрозоль, с использованием нагревателя. Однако устройство содержит насос, который использует пьезоэлектрический преобразователь для перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, к нагревателю. Fig. 6 is an illustration of an aerosol generating device according to another embodiment of the present invention. Fig. 6 is schematic in nature. In particular, the components are not necessarily shown to scale, either individually or in relation to each other. The device shown in Fig. 6 generates an aerosol by heating a liquid aerosol-forming substrate using a heater. However, the device includes a pump that uses a piezoelectric transducer to move the liquid aerosol-forming substrate toward the heater.
Устройство представляет собой удерживаемое рукой электрическое курительное устройство 600 и содержит корпус 610. Внутри корпуса 610 расположены источник электропитания в виде батареи 612 и схема 614 управления. Также внутри корпуса расположен резервуар 620 для жидкости, содержащий жидкий субстрат, образующий аэрозоль, испаряемый для образования аэрозоля, вдыхаемого пользователем. Внутри корпуса расположен распылительный узел 630, соединенный с резервуаром 620 для жидкости. Распылительный узел содержит испаритель 634, в этом примере - электрический нагреватель, и насос 632, расположенный таким образом, чтобы перекачивать жидкость из резервуара 620 для жидкости к испарителю 634. Как насос 632, так и электрический нагреватель 634 получают питание от батареи 612 под управлением схемы 614 управления, как будет описано далее.The device is a hand-held
Корпус 610 содержит впуск 618 для воздуха и выпуск 616 для воздуха. Выпуск 616 для воздуха расположен на мундштучном конце корпуса. При использовании пользователь делает затяжку на мундштучном конце корпуса. Это обеспечивает втягивание воздуха через впуск 618 для воздуха в корпус, мимо испарителя 634 и наружу, через выпуск 616 в рот пользователя. Воздух, втягиваемый мимо испарителя, увлекает испаренный субстрат, образующий аэрозоль. Испаренный субстрат, образующий аэрозоль, охлаждается с образованием аэрозоля по мере прохождения сквозь устройство и в рот пользователя.The
Пользователь может непосредственно управлять активацией нагревателя путем нажатия на кнопку на корпусе 610. В альтернативном варианте осуществления система может содержать датчик потока воздуха, такой как микрофон 615, который обнаруживает поток воздуха, проходящий сквозь систему, и нагреватель может быть активирован на основании сигналов от датчика потока воздуха. Когда пользователь втягивает воздух через систему, что в настоящем документе обозначено термином «затяжка», воздух проходит мимо датчика 615 потока воздуха. Если поток воздуха, обнаруженный датчиком потока воздуха, превышает пороговое значение, то схема управления может активировать нагреватель путем подачи питания на нагреватель. Схема управления может подавать питание на нагреватель в течение заданного периода времени или может подавать питание на нагреватель до тех пор, пока обнаруженный поток воздуха превышает пороговое значение. Схема управления может содержать средство определения температуры, такое как специальный датчик температуры, или определять температуру, отслеживая электрическое сопротивление нагревателя. Затем схема управления может подавать питание на нагреватель для повышения температуры нагревателя до значения в требуемом температурном диапазоне. Температура должна быть достаточной для испарения субстрата, образующего аэрозоль, но не настолько высокой, чтобы привести к существенному риску возгорания.The user can directly control the activation of the heater by pressing a button on the
Жидкость в этом примере содержит смесь воды, глицерина, пропиленгликоля, никотина и ароматизаторов. Жидкость содержится в резервуаре 620 для жидкости. Резервуар для жидкости выполнен в виде картриджа, который можно заменить, когда жидкость израсходована. Для предотвращения утечки жидкости как до, так и во время использования резервуар для жидкости содержит корпус, выполненный из жесткой пластмассы, и является непроницаемым для жидкости. В настоящем документе термин «жесткий» означает, что корпус является самонесущим. В этом примере резервуар изготовлен посредством 3D печати из фотополимера на основе акрила. Картридж должен быть надежным и способным выдерживать значительные нагрузки в ходе транспортировки и хранения. Тем не менее, поскольку корпус резервуара для жидкости герметично закрыт и является жестким, резервуар для жидкости имеет фиксированный внутренний объем. Снижение внутреннего давления в резервуаре для жидкости по мере перекачивания жидкости насосом может отрицательно влиять на возможность выкачивания жидкости из резервуара. Для предотвращения существенного снижения давления резервуар для жидкости содержит уравнительный впускной воздушный клапан 622. Уравнительный клапан 622 позволяет воздуху проходить внутрь резервуара для жидкости, когда разность давлений внутри резервуара и снаружи резервуара превышает пороговую разность давлений.The liquid in this example contains a mixture of water, glycerin, propylene glycol, nicotine and flavorings. The liquid is contained in a
Насос может быть активирован таким же образом, что и нагреватель. Например, схема управления может подавать питание на насос в течение тех же периодов времени, когда питание подается на нагреватель. В альтернативном варианте осуществления схема управления может подавать питание на насос в периоды, непосредственно следующие за активацией нагревателя.The pump may be activated in the same manner as the heater. For example, the control circuit may supply power to the pump during the same periods of time that power is supplied to the heater. In an alternative embodiment, the control circuit may supply power to the pump during periods immediately following activation of the heater.
Схема 614 управления включает в себя петлю обратной связи как показано на Фиг. 1 для управления насосом 632. Насос 632 содержит пьезоэлектрический преобразователь, который заставляет гибкую диафрагму вибрировать. Вибрация гибкой диафрагмы выталкивает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, из камеры насоса через выпускной клапан, когда она уменьшает объем камеры, и втягивает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, в камеру насоса через впускной клапан, когда она увеличивает объем камеры. Для максимизации эффективности накачки полезно, чтобы насос 632 работал на резонансной частоте преобразователя или близко к ней. Однако, как было описано ранее, резонансная частота преобразователя может меняться по ряду причин.The
Изменения резонансной частоты преобразователя из-за изменений температуры, других изменений в окружающей среде или старения можно отслеживать и модифицировать приводной сигнал соответствующим образом, используя один из механизмов обратной связи, описанных выше.Changes in the converter's resonant frequency due to temperature changes, other environmental changes, or aging can be monitored and the drive signal modified accordingly using one of the feedback mechanisms described above.
Изменение резонансной частоты преобразователя из-за недостаточного количества жидкости, втягиваемой в камеру насоса, может быть обнаружено как резкое изменение резонансного состояния, такое как изменение, превышающее заданный порог, между двумя циклами измерения. При обнаружении резкого изменения резонансного состояния работа насоса и нагревателя может быть остановлена до размещения нового резервуара для жидкости в устройстве.A change in the resonant frequency of the converter due to insufficient fluid drawn into the pump chamber can be detected as an abrupt change in the resonant state, such as a change exceeding a predetermined threshold, between two measurement cycles. When an abrupt change in the resonant state is detected, the operation of the pump and heater can be stopped until a new fluid reservoir is placed in the device.
Claims (21)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20161319.7 | 2020-03-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2833155C1 true RU2833155C1 (en) | 2025-01-14 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013173495A1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-21 | Corinthian Ophthalmic, Inc. | Ejector devices, methods, drivers, and circuits therefor |
| EP2992968A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-09 | Delta Electronics, Inc. | Nebulizer and controlling method thereof |
| US10070662B2 (en) * | 2014-02-28 | 2018-09-11 | Beyond Twenty Ltd. | Electronic vaporiser system |
| RU2018128591A (en) * | 2016-01-07 | 2020-02-07 | Филип Моррис Продактс С.А. | SEALED AEROSOL DEVICE WITH SEALED DIVISION |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013173495A1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-21 | Corinthian Ophthalmic, Inc. | Ejector devices, methods, drivers, and circuits therefor |
| US10070662B2 (en) * | 2014-02-28 | 2018-09-11 | Beyond Twenty Ltd. | Electronic vaporiser system |
| EP2992968A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-09 | Delta Electronics, Inc. | Nebulizer and controlling method thereof |
| RU2018128591A (en) * | 2016-01-07 | 2020-02-07 | Филип Моррис Продактс С.А. | SEALED AEROSOL DEVICE WITH SEALED DIVISION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP4114214B1 (en) | Aerosol-generating device with feedback control of transducer | |
| JP2024023466A (en) | Aerosol generation system with vibrating elements | |
| JP7758780B2 (en) | Smoking device and method for aerosol generation | |
| JP6850298B2 (en) | Aerosol generation system with smoke absorption detector | |
| CN108471811B (en) | Aerosol generation system with electrodes | |
| US20170119059A1 (en) | Aerosol-generating system comprising a vibratable element | |
| JP7701927B2 (en) | Aerosol generator containing multiple atomizers | |
| KR20180111845A (en) | Aerosol generating system with liquid aerosol forming substrate identification | |
| JP2023500985A (en) | Hookah device | |
| JP2023545772A (en) | Aerosol generator with curved chamber | |
| WO2022242733A1 (en) | Electronic atomization apparatus and control method | |
| RU2833155C1 (en) | Device for generating aerosol with control of converter by feedback and method of operation thereof | |
| RU2804294C2 (en) | Aerosol generating system, cartridge for aerosol generating system and nebulizer for spraying liquid aerosol forming substrate for aerosol generation | |
| RU2781445C2 (en) | Sprayer assembly with oscillating chamber | |
| CN119677419A (en) | Aerosol generating article comprising a piezoelectric component |