具有用于测量由蒸气产生材料产生的应变的传感器的蒸气产生装置

摘要

提供了一种蒸气产生装置(1)。所述蒸气产生装置(1)具有腔室(3)，应变计布置在所述腔室中以测量由被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料(2)产生的应变。所述应变计(4)布置在所述腔室(3)的侧壁(12)上。控制器(9)基于所测量的应变来确定操作；操作包括：选择要应用于所述蒸气产生材料(2)的加热曲线；调整抽吸的保持力；以及防止或允许所述装置对所述蒸气产生材料进行操作。

说明书

背景技术

在传统香烟中，燃烧烟草并吸入烟雾。传统香烟的替代品是加热不燃烧装置。加热不燃烧装置在较低温度下加热烟草以使其汽化或气溶胶化，而不是燃烧烟草。传统香烟的另一替代品是液体产品的汽化，所述液体产品可以基于丙二醇、丙三醇和尼古丁的混合物。

用于汽化或气溶胶化的加热装置是本领域已知的。这类装置典型地包括加热腔室和加热器。在操作中，操作者将要汽化的产品插入加热腔室中。然后用电子加热器加热产品来使产品的成分汽化以供操作者吸入。在一些示例中，烟草产品可以类似于传统香烟，在其他示例中，产品可以是液体或在胶囊中的液体内容物。

已知的装置所面临的问题包括提供最佳加热曲线以及防止使用不达标的假冒蒸气产生材料来实现最佳用户体验。

发明内容

根据一个方面，本发明提供了一种蒸气产生装置，包括：腔室，所述腔室用于接纳蒸气产生材料；汽化装置，所述汽化装置用于使被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料汽化；至少一个应变计，所述至少一个应变计被布置为测量由被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料产生的应变；以及控制器，所述控制器被布置为确定操作，所述操作取决于所测量的应变。以这种方式，蒸气产生材料可以被接纳在所述蒸气产生装置中并且可以基于所测量的应变来确定操作，使得可以在不需要进一步用户交互的情况下自动进行下一步骤。

优选地，所述汽化装置是被布置为接合被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料的加热器。以这种方式，可以对所述蒸气产生材料加热以产生蒸气。

所述加热器可以从所述腔室的底部突出并在使用时插入所述蒸气产生材料中。以这种方式，在所述腔室的侧壁处的所述应变计与要插入所述蒸气产生材料中的从所述腔室的底部突出的所述加热器的组合提供了装置的简单且容易的构型。

所述加热器可以是元件式加热器、红外加热器、激光加热器、感应加热器或用于加热可汽化产品的任何其他合适的器件。替代性地，可以使用超声波汽化装置来取代所述加热器。

优选地，所产生的应变与被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料的尺寸或形状相关。以这种方式，用户不需要针对具体插入的蒸气产生材料来单独输入关于所述蒸气产生材料的具体信息以优化所述蒸气产生装置的性能，因为这可以基于所产生的应变而自动确定。

优选地，所述至少一个应变计连接到所述腔室的至少一个侧壁。以这种方式，被接纳在所述腔室中的所述蒸气产生材料可以与所述至少一个应变计相互作用，以执行应变确定。

优选地，存在两个或更多个应变计。以这种方式，可以在多个应变计上对施加的应变取平均，因此提供更准确的测量值。

优选地，所述两个或更多个应变计围绕所述腔室的侧壁均匀地分布。以这种方式，所述蒸气产生材料被引导至所述腔室的中心以与所述加热器有效地接合。

所述应变计可以是板状的。以这种方式，所述蒸气产生材料在插入所述腔室中时与所述应变计有效地相互作用。

总的施加的应变可以被计算为在每个所述应变计上产生的平均应变。

所述应变计可以由具有弹性性质的柔性材料(诸如塑料)制成。

所述应变计可以在所述腔室中布置在相同的平面中。替代性地，所述应变计可以沿着所述腔室的长度在所述蒸气产生材料的插入方向上彼此偏移。

优选地，所述应变计被布置为将所述蒸气产生材料朝向所述腔室中的期望位置引导。以这种方式，所述应变计可以有助于确保所述蒸气产生材料正确地定位在所述腔室中，例如以与所述汽化装置接合。

优选地，所述应变计沿所述插入方向定向。以这种方式，沿所述插入方向定向可以将所述蒸气产生材料引导至所述腔室的底部，使得所述蒸气产生材料可以完全插入。

优选地，所述汽化装置在所述腔室的与所述腔室的开口相对的一端，并且所述应变计被定位成比所述汽化装置更靠近所述腔室的开口。以这种方式，所述蒸气产生材料在与所述汽化装置相互作用之前可以与所述应变计相互作用以进行测量；这可以提供更准确的检测，因为在检测时，除了来自所述应变计的对所述蒸气产生材料的压力外没有压力。进一步地，所述应变计可以充当引导件，使得所述蒸气产生材料可以相对于所述汽化装置的位置有效地插入；所述蒸气产生材料可以在接合所述汽化装置之前被引导至正确的位置。

优选地，由所述腔室的截面区域、所述应变计和被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料限定的空气入口的大小根据被接纳在所述腔室中的所述蒸气产生材料的截面形状来进行调整，由此调整抽吸的保持力。以这种方式，可以增强用户体验，因为能够针对每种蒸气产生材料最佳地调整抽吸的保持力。

优选地，所述控制器被布置为：将由被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料产生的所测量的应变与预定阈值应变进行比较；以及如果述所测量的应变小于或大于所述预定阈值应变，则选择防止所述蒸气产生装置对被接纳在所述腔室中的所述蒸气产生材料进行操作的操作。以这种方式，如果所述蒸气产生材料产生的应变小于预定阈值应变，则可以防止所述蒸气产生装置对所述蒸气产生材料进行操作；如果所述蒸气产生材料产生的应变大于或等于所述预定阈值，则可以选择允许所述蒸气产生装置对所述蒸气产生材料进行操作的操作。有利地，这可以防止在所述装置中使用错误的蒸气产生材料，由此防止对所述装置和/或蒸气产生材料的可能损坏或其故障。此外，可以在所述蒸气产生材料对于所述汽化装置是错误大小的情况下防止所述蒸气产生材料与汽化装置之间的不良连接或所述蒸气产生材料的过度加热。

优选地，所述控制器被布置为：将由被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料产生的所测量的应变同与由授权的蒸气产生材料产生的应变相对应的所存储的信息进行比较；基于所述比较来确定被接纳在所述腔室中的所述蒸气产生材料是否为授权的蒸气产生材料；以及如果所述蒸气产生材料不对应于授权的蒸气产生材料，则选择防止所述蒸气产生装置对被接纳在所述腔室中的所述蒸气产生材料进行操作的操作。以这种方式，如果基于所述比较所述蒸气产生材料不是授权的蒸气产生材料，则可以防止所述蒸气产生装置对所述蒸气产生材料进行操作；如果基于所述比较而确定所述蒸气产生材料是授权的材料，则可以选择允许所述蒸气产生装置对所述蒸气产生材料进行操作的操作。有利地，这可以防止使用可能提供次优的用户体验的第三方蒸气产生材料。

优选地，所述控制器被布置为：将由被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料产生的所测量的应变同与由具有相关联的所存储的加热曲线的蒸气产生材料产生的应变相对应的所存储的信息进行比较；以及基于所测量的应变来从与被接纳在所述腔室中的所述蒸气产生材料一起使用的所存储的加热曲线中选择操作，其中，所述操作是加热曲线。以这种方式，可以通过将所述蒸气产生材料加热到最佳温度来增强用户体验。

优选地，所述控制器被布置为：基于所测量的应变来确定被接纳在所述腔室中的蒸气产生材料的类型；以及向所述蒸气产生装置的用户指示被接纳在所述腔室中的所述蒸气产生材料的所述类型。以这种方式，用户可以核对已插入正确的蒸气产生材料而不必将所述蒸气产生材料从所述腔室移除。

根据另一方面，本发明提供了一种系统，包括第一方面的装置，所述装置在所述腔室中接纳有蒸气产生材料。

所述蒸气产生材料可以是烟草杆件，诸如香烟。

替代性地，所述蒸气产生材料可以是包括壳体中的液体的胶囊。所述胶囊可以具有液体可渗透部分，诸如布置在所述加热器与所述胶囊内的储液器之间的棉层，使得可以将所述液体供应到所述加热器。

所述蒸气产生材料(例如，烟草消耗品)可以是胶囊，所述胶囊在透气性材料内包括可汽化物质。替代性地，所述蒸气产生材料可以是被固持在不透气的但是包括合适的穿孔或开口以允许空气流动的材料内的可汽化物质。替代性地，所述蒸气产生材料可以是可汽化物质本身。替代性地，蒸气产生材料可以基本上形成为棒的形状，所述棒可以具有吸嘴过滤器。在这种情况下，所述蒸气产生材料可以是片材，诸如纸包裹的可汽化物质。换句话说，所述蒸气产生材料可以包括具有包裹在呈杆件形状的包裹物(诸如纸)中的可汽化物质(诸如烟草)的杆件。蒸气产生杆件在其端部可以具有过滤器(诸如醋酸纤维过滤器)。包括可汽化材料的材料可以具有高透气性，以允许空气流过具有耐高温性的材料。合适的透气性材料的示例包括纤维素纤维、纸、棉以及丝绸。透气性材料还可以用作过滤器。替代性地，所述蒸气产生材料可以是包裹在纸中的可汽化物质。如果使用电磁场来产生热量，则包括可汽化物质的所述材料可以是电绝缘的且非磁性的材料。

所述可汽化物质(例如，烟草)可以是能够形成蒸气的任何合适的物质。所述物质可以是固体或半固体物质。所述物质可以包括植物衍生材料，并且特别地，所述物质可以包括烟草。典型地，所述可汽化物质是固体或半固体烟草物质。示例性类型的蒸气产生固体或半固体包括粉末、微粒、球粒、碎片、线、多孔材料、泡沫或片材。所述物质可以是烟草泡沫；烟草泡沫典型地包括多个细烟草颗粒，并且典型地还可以包含一定体积的水和/或水分添加剂，诸如湿润剂。所述烟草泡沫可以是多孔的，并且可以允许空气或蒸气流过所述泡沫。优选地，所述可汽化物质可以包括气溶胶形成剂。气溶胶形成剂的示例包括多元醇及其混合物，诸如丙三醇或丙二醇。典型地，所述可汽化物质可以包括在大约5％到大约50％(基于干重)之间的气溶胶形成剂含量。优选地，所述可汽化物质可以包括大约10％-20％(基于干重)的气溶胶形成剂含量。更优选地，所述可汽化物质可以包括大约15％(基于干重)的气溶胶形成剂含量。并且，所述可汽化物质可以是气溶胶形成剂本身。在这种情况下，所述可汽化物质可以是液体。并且，在这种情况下，所述蒸气产生材料可以具有液体保持物质(例如，一束纤维、诸如陶瓷等多孔材料等)，所述液体保持物质保持要被诸如加热器等汽化装置汽化的液体，并且允许蒸气形成并从所述液体保持物质朝空气出口释放/排放以供用户吸入。如果使用电磁场来产生热量，则固体或半固体可汽化物质允许将感受器固持和保持在所述蒸气产生材料内的适当位置，使得能够有效且始终提供加热。

在本披露的上下文中，气溶胶和蒸气可以被认为是可互换的表达。也就是说，气溶胶是蒸气，且蒸气是气溶胶。用于吸烟的气溶胶可以是指颗粒大小为0.5-7微米的气溶胶。颗粒大小可以小于10或7微米。

在一些情况下，所述蒸气产生装置使用感应加热系统。所述蒸气产生装置的电源和电路系统可以被配置为在高频下工作。优选地，所述电源和电路系统可以被配置为在大约80kHz到500kHz之间、优选地在大约150kHz到250kHz之间、更优选地在大约200kHz的频率下进行操作。该组件可以被布置为在使用中以波动的电磁场来操作，该波动的电磁场具有在大约0.5特斯拉(T)到最高浓度点处的大约2.0T之间的磁通量密度。虽然感应线圈可以包括任何合适的材料，但是感应线圈典型地可以包括利兹(Litz)电线或利兹电缆。

感受器可以包括但不限于铝、铁、镍、不锈钢及其合金(例如镍铬合金)中的一种或多种。通过在其附近施加电磁场，感受器由于涡电流和磁滞损耗而可以产生热量，从而引起电磁能到热能的转换。

所述腔室可以具有由侧壁限定的基本上圆形的截面。替代性地，所述截面可以是正方形、矩形、椭圆形或任何其他形状，具有一个或多个侧壁。所述蒸气产生材料可以具有基本上圆形的截面形状。替代性地，所述截面也可以是正方形、矩形、椭圆形或任何其他合适的形状。所述蒸气产生装置或蒸气产生材料的截面形状与所述腔室的截面形状可以相同或可以不同。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的蒸气产生系统的图。

图2A示出了加热腔室的截面图。

图2B示出了沿着图2A的线A的截面图。

图3A示出了加热腔室的截面图。

图3B示出了沿着图3A的线A的截面图。

图4A示出了加热腔室的截面图。

图4B示出了沿着图4A的线A的截面图。

图5A至图5D示出了加热器与具有不同大小的蒸气产生材料之间的相互作用的图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的蒸气产生系统的图。所述系统包括蒸气产生装置1和蒸气产生材料2。在实施例中，蒸气产生材料是烟草杆件2。蒸气产生装置1包括主体5，腔室3位于所述主体中。腔室3被布置为接纳穿过开口10的烟草杆件2。加热器或汽化装置6布置在腔室3中以使烟草杆件2的可汽化成分汽化。

内部电源7(诸如可再充电电池)布置在主体5中以向加热器6提供电力。外部电力输入8结合内部电源7布置使得可以在需要时对内部电源7充电和再充电。内部电源7通过控制器9连接到加热器6。控制器9被布置为在由用户输入(例如由主体5上的可操作按钮)指示时向加热器6提供电力。替代性地，控制器9可以被布置为在腔室3中检测到烟草杆件2后自动向加热器6提供电力。加热器6可以是元件式加热器、红外加热器、激光加热器、感应加热器或用于加热可汽化产品的任何其他合适的器件。在替代方案中，可以使用超声波汽化装置来取代加热器。

在使用中，烟草杆件2插入穿过开口10并被接纳在腔室3中。加热器6具有带尖刺的形状(spiked shape)，所述形状通过插入烟草杆件2中而接合烟草杆件2。烟草杆件2由加热器6加热并且然后用户可以在加热的烟草杆件2上抽吸以产生蒸气。用户随后可以在使用完成时通过开口10移除用过的烟草杆件2。

传感器4布置在腔室3中以测量烟草杆件2的一个或多个物理属性。传感器是附接到腔室3的侧壁12的应变计4。参考图2A、图2B、图3A、图3B、图4A和图4B更详细地解释应变计4。

图2A和图2B示出了腔室3的截面。图2A示出了腔室3的与烟草杆件2的插入方向垂直的截面。图2B示出了腔室3的沿着图2A的线A的截面。腔室3具有由侧壁12限定的基本上圆形的截面。在替代性实施例中，截面也可以是正方形、矩形、椭圆形或任何其他形状，具有一个或多个侧壁。四个应变计4从腔室3的侧壁12向内延伸到腔室3的中心并在烟草杆件2的插入方向上朝向加热器6延伸。这种布置将烟草杆件2引导到腔室3的中心并朝向加热器6引导，使得烟草杆件2易于与加热器接合。尽管示出了四个应变计4，但是在替代性实施例中，可以使用任何其他数目的应变计4。应变计4的形状是平面的。应变计4在腔室3中布置在相同的平面中。在替代性实施例中，应变计可以沿着腔室的长度在烟草杆件的插入方向上彼此偏移。

应变计4位于加热器6与到腔室3的开口10之间，使得当烟草杆件2插入腔室3中时，烟草杆件2在与加热器6接合之前与应变计4相互作用。

图3A和图3B示出了在具有第一大小的烟草杆件2已被接纳之后的腔室3的图。图3A示出了腔室3的与烟草杆件2的插入方向垂直的截面。图3B示出了腔室3的沿着图3A的线A的截面。

图4A和4B示出了在具有第二大小的烟草杆件2已被接纳之后的腔室3的图。图4A示出了腔室3的与烟草杆件2的插入方向垂直的截面。图4B示出了腔室3的沿着图4A的线A的截面。

具有第二大小的烟草杆件2的直径比具有第一大小的烟草杆件2大，分别如图3A、图3B和图4A、图4B所示。烟草杆件2具有基本上圆形的截面形状。在替代性实施例中，截面也可以是正方形、矩形、椭圆形或任何其他合适的形状。蒸气产生装置或烟草杆件的截面形状无需与腔室的截面形状相同。

当烟草杆件2被接纳在腔室3中时，所述烟草杆件与加热器6接合使得烟草杆件2可以被加热以汽化。当烟草杆件2插入腔室3中时，所述烟草杆件与应变计4相互作用。这种相互作用对应变计4施加应变。应变与应变计4在与烟草杆件2的插入方向垂直的方向上移位的远近程度成正比。应变计4由于与烟草杆件2抵接而被施加的压力而朝向腔室3的侧壁12弯曲，借此应变计移位。对每个应变计4施加的应变与烟草杆件2的尺寸或截面形状相关。总的施加的应变可以被计算为每个应变计上产生的平均应变。应变计4由具有弹性性质的柔性材料(诸如塑料)制成。

将较厚的烟草杆件2或直径较大的烟草杆件插入腔室3中引起的应变计4的弯曲将大于由较薄的烟草杆件2或直径较小的烟草杆件引起的弯曲。这在图3B和图4B中以视觉方式表示，其中应变计4示出为在具有较大的第二大小的烟草杆件2(图4B)的情况下的弯曲比在具有较小的第一大小的烟草杆件2(图3B)的情况下更大。

当看图3A和图3B时，腔室3的未被应变计4或烟草杆件2占据的部分构成空气入口区域11。当插入具有较大的第二大小的烟草杆件2(图4A)时的空气入口区域11比当插入具有较小的第一大小的烟草杆件2(图3A)时的空气入口区域小。进气区域的面积的减小会增大用户在装置上抽吸以吸入蒸气时的阻力。气流阻力的这种差异可能会影响用户体验并且烟草杆件的形状可以被设计为选择与每种类型(或口味)的烟草匹配的合适的阻力。可以由于空气入口区域11的不同的大小而调整抽吸的保持力。

烟草杆件2对应变计4施加应变；应变计4测量此应变。应变计4电联接到控制器9并将对应于应变测量值的电信号发送到控制器9。根据应变的测量值，控制器9确定要由蒸气产生装置执行的操作。确定操作的控制器是控制加热器6的同一控制器。在替代性布置中，可以使用单独的控制器。操作可以包括允许或防止装置1对所接纳的烟草杆件2操作、向用户显示信息、或为所接纳的烟草杆件2选择加热曲线。

一些类型的烟草杆件2可能较厚并且一些类型可能较薄并且因此将施加不同的应变。可能需要对不同厚度的烟草杆件应用不同的加热曲线。较厚的烟草杆件的要加热的烟草产品的量可能较大，并且也将减小空气入口11的大小。在示例中，控制器9响应于烟草杆件2产生的所测量的应变而确定的操作是为烟草杆件2选择并应用特定加热曲线。控制器9存储与各种厚度的烟草杆件2相关的各种应变值和对应的加热曲线。控制器9将所测量的应变与存储的应变值进行比较并基于比较而选择最合适的加热曲线。为产生第一应变(即，具有第一厚度)的烟草杆件分配第一加热曲线，并且为产生第二应变(即，具有第二厚度)的烟草杆件分配第二加热曲线。本发明不限于仅两种加热曲线和两个所产生的应变；可以使用与任何数目的所产生的应变相对应的任何数目的加热曲线。通过测量烟草杆件产生的应变，控制器9可以为不同厚度的烟草杆件选择最合适的加热曲线，从而带来最佳用户体验。

在另一示例中，使用由被接纳在腔室3中的烟草杆件2产生的所测量的应变来确定烟草杆件2是授权类型还是未授权类型的烟草杆件2。在这种情况下，通过控制器9将所测量的应变与存储在控制器9处的与授权类型的烟草杆件2相对应的应变值进行比较。如果确定烟草杆件2产生的所测量的应变与存储的授权类型的应变值相对应，则控制器9选择允许加热器6对烟草杆件2加热的操作。如果烟草杆件2产生的所测量的应变不与存储的授权类型的应变值相对应，则确定烟草杆件2是未授权的类型并且控制器选择防止加热器6对烟草杆件2加热的操作。对使用授权和未授权的烟草杆件的这种控制用以防止使用可能对用户体验具有不利影响的未授权的或假冒的烟草杆件。

在另一示例中，使用由被接纳在腔室3中的烟草杆件2产生的所测量的应变来确定烟草杆件2的类型，使得可以向用户显示所述类型。通过控制器9将所测量的应变与存储在控制器9处的已知类型的烟草杆件2的应变值进行比较。控制器选择所存储的应变值与所测量的应变最紧密地对应的烟草杆件2的类型。通过显示屏向用户显示烟草杆件2的类型。替代性地，可以通过发光二极管等显示烟草杆件2的类型。

在替代性实施例中，蒸气产生材料2是含有用于汽化的成分的胶囊2，在这个实施例中，这些成分可以是液体。在这类实施例中，蒸气产生装置基本上如先前参考烟草杆件描述的进行布置和操作。在这个实施例中，胶囊2具有尺寸被确定为与加热器6的尺寸对应的突起接合的凹部。在这个实施例中，胶囊的直径必须大于腔室3中的加热器6的预定直径，否则加热器6的突起的大小将大于胶囊2的凹部，并且胶囊2将不能与加热器6接合。在替代方案中，加热器具有插入胶囊中的带尖刺的形状。再次，在这个实施例中，胶囊的直径必须大于腔室3中的加热器6的预定直径，否则加热器6的尖刺的大小将大于胶囊2，并且胶囊2将不能与加热器6接合。图5A至图5D示出了具有固定大小的加热器6与大小递增的胶囊2A、2B、2C、2D(从2A开始到2D直径递增)之间的相互作用。在这种情况下，应变计4测量由被接纳的胶囊产生的施加的应变。直径较大的胶囊与直径较小的胶囊相比将产生更多应变。控制器9存储与大于或等于加热器6的所存储直径的胶囊直径相对应的阈值应变值。控制器9将所测量的应变与所存储的阈值应变值进行比较以确定胶囊是具有大于或等于加热器6的已知预定直径的直径，还是具有小于加热器的已知预定直径的直径。如果胶囊产生的所测量的应变高于或等于阈值并且因此与大于或等于加热器6的已知预定直径的胶囊直径相对应，则确定胶囊适合用于蒸气产生装置1中，并且控制器8选择允许加热器对胶囊2加热的操作。如果胶囊产生的所测量的应变低于阈值并且因此与小于加热器6的已知预定直径的胶囊直径相对应，则确定胶囊不适合用于蒸气产生装置1中，并且控制器选择防止加热器对不适合的胶囊2加热的操作。因此，控制器9防止加热器6对不适合的类型的胶囊加热，而允许加热器6对合适类型的胶囊加热。这确保在加热之前实现胶囊与加热器之间的合适的接合，并且降低对胶囊过度加热或对不能正确接合的胶囊加热的风险。在另一实施例中，蒸气产生装置的这种布置可以与烟草杆件而不是胶囊一起使用。

在不脱离本发明的范围的情况下，所描述的特征和实施例可以组合成任何合适的布置。