BR112020004331A2

BR112020004331A2 - dispositivo gerador de aerossol operado eletricamente com regulação de energia contínua

Info

Publication number: BR112020004331A2
Application number: BR112020004331-1A
Authority: BR
Inventors: Jerome Christian Courbat
Original assignee: Philip Morris Products S.A.
Priority date: 2017-10-05
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2020-09-08
Also published as: CN111093409B; JP2020535838A; RU2764604C2; JP7344199B2; EP3691482B1; US20200275707A1; US11547151B2; RU2020115033A3; CN111093409A; EP3691482A1; RU2020115033A; KR20200067139A; WO2019068821A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema gerador de aerossol que compreende: uma fonte de energia elétrica (60); um aquecedor elétrico (40); e um circuito de controle de energia (100) conectado entre a fonte de energia elétrica (60) e o aquecedor elétrico (40), em que o circuito de controle de energia (100) compreende: uma unidade de medição de energia (30) configurada para determinar uma energia alimentada ao aquecedor elétrico (40) a partir da fonte de energia elétrica (60) e para emitir uma tensão de medição de energia proporcional à energia alimentada ao aquecedor elétrico (40); um comparador de tensão (10) conectado à unidade de medição de energia (30) e configurado para emitir um sinal de diferença de tensão com base em uma diferença entre a tensão de medição de energia e uma tensão de referência (Vref); e um regulador de energia (12) conectado entre a fonte de energia elétrica (60) e o aquecedor elétrico (40) e responsivo ao sinal de diferença de tensão, em que o regulador de energia (12) é configurado para ajustar a corrente ou tensão alimentada ao aquecedor elétrico (40) a fim de retornar o sinal de diferença de tensão dentro de um intervalo predeterminado ou a fim de minimizar o sinal de diferença de tensão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “DISPOSI-

TIVO GERADOR DE AEROSSOL OPERADO ELETRICAMENTE COM REGULAÇÃO DE ENERGIA CONTÍNUA”.

[0001] A presente invenção refere-se a sistemas geradores de aerossol aquecidos eletricamente e, em particular, a sistemas gerado- res de aerossol aquecidos de forma resistiva.

[0002] Um sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente aquece um substrato formador de aerossol para gerar um aerossol. Um exemplo de um sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente é um sistema para fumar aquecido eletricamente. Em um sistema para fumar aquecido eletricamente, um substrato formador de aerossol, tal como um plugue de tabaco ou de um cigarro, é aquecido a uma tempe- ratura na qual os compostos voláteis são liberados para formar um aerossol que um usuário pode inalar.

[0003] Em tal sistema, a temperatura do substrato formador de aerossol deve ser controlada para que esteja abaixo de uma tempe- ratura na qual a combustão do produto de tabaco possa ocorrer. Assim, em dispositivos geradores de aerossol aquecido eletricamente, é necessário controlar a temperatura do aquecedor. Isso é principalmente para assegurar que um aerossol com propriedades desejáveis seja gerado. Mas, para a satisfação do consumidor, também é importante que haja uma quantidade consistente de aerossol produzido de uma inalação à outra.

[0004] A temperatura de um aquecedor pode ser controlada limitan- do a magnitude da tensão ou corrente alimentada ao aquecedor. Alternativamente, se a corrente for alimentada em pulsos, o ciclo de trabalho ou largura de pulso da corrente pode ser alterada para controlar a temperatura do aquecedor.

[0005] No entanto, um problema com os aquecedores resistivos é que a resistência elétrica do aquecedor tende a aumentar ao longo do tempo e tipicamente varia com a temperatura. Em um produto produzido em massa, a resistência elétrica também pode variar de um aquecedor a outro. Isso significa que controlar a temperatura alcançada usando o controle de tensão ou de corrente simples não fornecerá resultados consistentes ao longo do tempo de um aquecedor a outro.

[0006] Por essa razão, tipicamente, os sistemas geradores de aerossol aquecidos eletricamente incluem um sensor de temperatura de algum tipo, a fim de assegurar que a temperatura seja regulada de forma confiável. Um microprocessador também é necessário para controlar a fonte de alimentação com base na temperatura detectada. No entanto, esses componentes são relativamente complexos e consomem energia. Em sistemas portáteis operados por baterias, é desejável minimizar o consumo de energia na medida do possível.

[0007] Seria desejável fornecer um sistema para regular a tempera- tura que seja simples e que não consuma energia significativa em si. Em particular, seria desejável não exigir um sensor de temperatura ou o uso de um microprocessador para realizar cálculos relacionados à temperatura.

[0008] Em um primeiro aspecto da divulgação, é fornecido um dispositivo gerador de aerossol que compreende: uma fonte de energia elétrica; um aquecedor elétrico; e um circuito de controle de energia conectado entre a fonte de energia elétrica e o aquecedor elétrico, em que o circuito de controle de energia compreende: uma unidade de medição de energia configurada para determinar uma energia alimentada ao aquecedor elétrico a partir da fonte de energia elétrica e para emitir uma tensão de medição de energia proporcional à energia alimentada ao aquecedor elétrico; um comparador de tensão conectado à unidade de medição de energia e configurado para emitir um sinal de diferença de tensão com base em uma diferença entre a tensão de medição de energia e uma tensão de referência; e um regulador de energia conectado entre a fonte de energia elétrica e o aquecedor elétrico e responsivo ao sinal de diferença de tensão, em que o regulador de energia é configurado para ajustar a corrente ou tensão alimentada ao aquecedor elétrico a fim de retornar o sinal de diferença de tensão dentro de um intervalo predeterminado ou a fim de minimizar o sinal de diferença de tensão.

[0009] O dispositivo pode operar aquecendo um substrato formador de aerossol para vaporizar os compostos voláteis no substrato formador de aerossol. Os compostos vaporizados então esfriam em um fluxo de ar para formar um aerossol. O dispositivo gerador de aerossol é confi- gurado preferencialmente para gerar um aerossol para inalação do usuário. Conforme usado neste documento, o termo “substrato formador de aerossol” se refere a um substrato capaz de liberar compostos volá- teis que podem formar um aerossol. Tais compostos voláteis podem ser liberados pelo aquecimento do substrato formador de aerossol. O substrato formador de aerossol pode, convenientemente, ser parte de um artigo gerador de aerossol ou de um artigo para fumar. Conforme usado neste documento, um “dispositivo gerador de aerossol” se refere a um dispositivo que interage com um substrato formador de aerossol para gerar um aerossol.

[0010] O calor gerado por um aquecedor elétrico como um resultado do aquecimento Joule é proporcional à energia aplicada ao aquecedor multiplicada pelo tempo ao qual essa energia é aplicada. Para uma determinada massa térmica, a mudança na temperatura da massa é proporcional ao calor aplicado à mesma. Assim, a mudança na tempe- ratura de um substrato formador de aerossol próximo ao aquecedor elétrico será proporcional à energia aplicada ao aquecedor multiplicada pelo tempo ao qual essa energia é alimentada.

[0011] Um sistema de acordo com a invenção estabelece uma simples regulação de energia para controlar a temperatura. O circuito de controle de energia pode ser implementado usando componentes que não consomem muita energia. Em particular, nenhum sensor de temperatura separado é necessário.

[0012] Além disso, não há necessidade de calibrar cada aquecedor elétrico porque a relação energia/temperatura para o sistema é indepen- dente da resistência do aquecedor. Isso é especialmente útil se o siste- ma for projetado para usar aquecedores intercambiáveis ou substi- tuíveis. Um sistema de acordo com a invenção também evita o problema da deriva de resistência do aquecedor.

[0013] Um sistema de acordo com a invenção também lida com o problema da diminuição de tensão de bateria conforme uma bateria descarrega e envelhece.

[0014] Vantajosamente, o circuito de controle de energia é um cir- cuito analógico. Em outras palavras, a unidade de medição de energia, o comparador de tensão e o regulador de energia são todos implemen- tados usando componentes de circuito analógico. Isso tem a vantagem de que o controle de energia é realizado de forma contínua, em vez de ser realizado periodicamente ou intermitentemente. Não há necessida- de de processar etapas para calcular uma tensão ou ciclo de trabalho necessário ou armazenar uma tabela de consulta de valores alvo.

[0015] Usar uma corrente CC regulada, mas contínua, é menos estressante para os componentes eletrônicos no dispositivo do que usar pulsos de corrente regulados usando modulação de ciclo de trabalho. Em particular, o uso de uma corrente CC contínua, mas inferior, reduz a eletromigração ao longo do tempo e, assim, melhora a confiabilidade do dispositivo.

[0016] Um dispositivo de acordo com a invenção não exige uma bateria para fornecer a corrente máxima de descarga possível da maneira que um dispositivo modulado de ciclo de trabalho faz. Isso melhora a vida útil da bateria.

[0017] Um dispositivo de acordo com a invenção permite a produ- ção de dispositivos pequenos, de baixa energia e baixo custo que são confiáveis.

[0018] Em uma modalidade, o regulador de energia é configurado para ajustar a corrente alimentada ao aquecedor elétrico somente se o sinal de diferença de tensão estiver fora do intervalo predeterminado.

[0019] Em outra modalidade, o regulador de energia é configurado para ajustar a corrente alimentada ao aquecedor elétrico de modo que a energia aplicada seja ajustada em relação à energia aplicada ao alvo.

[0020] O dispositivo gerador de aerossol pode ser configurado para alimentar energia elétrica ao aquecedor por um período de tempo predeterminado após a ativação. O período de tempo predeterminado pode corresponder a uma única tragada do usuário ou pode corres- ponder a uma sessão de uso do dispositivo, cobrindo mais de uma tragada do usuário. Por exemplo, o aquecedor pode ser alimentado com energia por um período de dois segundos depois de cada ativação. Nesse caso, o aquecedor pode ser ativado somente quando uma tragada do usuário for detectada ou quando um usuário atua um botão imediatamente antes de uma tragada. Alternativamente, em outro exemplo, o aquecedor pode ser alimentado com energia por um período de seis minutos após a ativação, correspondendo ao tempo típico levado para fumar um cigarro convencional. Durante esses seis minu- tos, o usuário pode dar várias tragadas no dispositivo. Qualquer que seja o período de ativação do aquecedor, uma energia constante, ou uma energia que corresponde a um perfil de energia predeterminado, pode ser fornecida durante a ativação. O uso de componentes analógicos para o circuito de controle de energia significa que a regulação de energia ocorre continuamente durante a ativação.

[0021] O regulador de energia pode compreender um transistor de junção bipolar com uma base conectada a uma saída do comparador de tensão. Alternativamente, o regulador de energia pode ser um regulador de queda, tal como um único regulador de queda de corrente de baixa resistência. Um exemplo de tal regulador é o LT3083 da Linear Technology Corporation de 2085 E Technology Cir., Tempe, AZ 85284, EUA.

[0022] A unidade de medição de energia pode compreender uma unidade multiplicadora configurada para multiplicar uma tensão aplicada ao aquecedor elétrico com um indicativo de tensão da corrente aplicada ao aquecedor elétrico para fornecer a tensão de medição de energia.

[0023] A unidade de medição de energia pode compreender uma unidade de medição de corrente configurada para fornecer um indicativo de tensão de saída da corrente aplicada ao aquecedor elétrico. A unidade de medição de corrente pode compreender um amplificador operacional. O amplificador operacional pode ser conectado através de um resistor de detecção de uma resistência elétrica conhecida. Alternati- vamente, a unidade de medição de corrente pode ser um sensor de Efeito Hall, por exemplo, o sensor LTC1966 da Linear Technology Corporation.

[0024] O dispositivo gerador de aerossol pode compreender ainda um microcontrolador. O microcontrolador pode ser configurado para fornecer a tensão de referência. O microcontrolador pode ser configurado para variar a tensão de referência durante a operação do dispositivo. Isso pode ser benéfico para produzir aerossol consistente para a duração da operação do dispositivo. Por exemplo, ao aquecer um substrato formador de aerossol sólido, tal como um cigarro, a quantidade de compostos voláteis no substrato formador de aerossol fica esgotada durante o aquecimento, e uma maior energia pode precisar ser aplicada a um substrato esgotado a fim de gerar um aerossol consistente. As mudanças na tensão de referência podem ser descontínuas ou graduais com base no tempo após a ativação ou outra variável medida, tal como as tragadas do usuário no dispositivo, ou podem ser contínuas. Por exemplo, a tensão de referência é variada após cada tragada do usuário no dispositivo ou pode ser variada após cada n tragadas, onde n é um número inteiro maior do que um. Em um exemplo, a tensão de referência é aumentada para cada tragada sucessiva do usuário após uma ativação inicial do dispositivo. O microcontrolador pode ser configurado para variar a tensão de referência com base em um número detectado de inalações do usuário. Alternativamente, ou além disso, o microcontrolador pode ser configurado para variar a tensão de referência com base no tempo após a ativação do dispositivo.

[0025] A tensão de referência pode ser alimentada por uma fonte de tensão constante diferente, tal como um regulador de tensão ou um divisor de tensão.

[0026] Em uma modalidade, o comparador de tensão compreende um amplificador operacional. As entradas no amplificador operacional podem ser a tensão de referência e a tensão de medição de energia. Um resistor limitante de corrente pode ser conectado à saída do amplificador de operação.

[0027] O aquecedor elétrico pode ser acoplado de forma removível ao circuito de controle de energia para permitir a substituição do aque- cedor elétrico. Por exemplo, o aquecedor pode ser fornecido juntamente com um substrato formador de aerossol em um cartucho consumível que é substituído quando o substrato formador de aerossol for esgotado. O circuito de controle de energia da invenção opera de uma maneira que significa que é desnecessário calibrar cada aquecedor elétrico de substituição antes do uso.

[0028] O aquecedor elétrico pode ser um aquecedor resistivo. O aquecedor pode compreender um material eletricamente resistivo. Os materiais eletricamente resistivos adequados incluem, mas não estão limitados a: semicondutores, tais como cerâmicas dopadas, cerâmicas eletricamente “condutoras” (tais como, por exemplo, dissiliceto de molibdênio), carbono, grafite, metais, ligas metálicas e materiais com- postos feitos de um material cerâmico e de um material metálico. Tais materiais compostos podem compreender cerâmicas dopadas ou não dopadas. Exemplos de cerâmicas dopadas adequadas incluem carbonetos de silício dopados. Exemplos de metais adequados incluem titânio, zircônio, tântalo, platina, ouro e prata. Exemplos de ligas metáli- cas adequadas incluem aço inoxidável, ligas contendo níquel, cobalto, cromo, alumínio, titânio, zircônio, háfnio, nióbio, molibdênio, tântalo, tungstênio, estanho, gálio, manganês, ouro e ferro, e superligas à base de níquel, ferro, cobalto, aço inoxidável, Timetal® e ligas à base de ferro, manganês e alumínio. Nos materiais compostos, o material elétrica- mente resistivo pode estar, opcionalmente, incorporado, encapsulado ou revestido com material isolante ou vice-versa, dependendo da cinética da transferência de potência e das propriedades fisioquímicas externas exigidas.

[0029] O aquecedor elétrico pode compreender um elemento de aquecimento interno ou um elemento de aquecimento externo ou ambos elementos de aquecimento interno e externo, em que "interno" e "externo" referem-se ao substrato formador de aerossol. Um elemento de aquecimento interno pode assumir qualquer forma adequada. Por exemplo, um elemento de aquecimento interno pode assumir a forma de uma lâmina de aquecimento. A lâmina de aquecimento pode ser formada a partir de um substrato cerâmico com uma ou mais faixas de aquecimento resistivas, formadas a partir de platina ou outro material adequado, depositado em um ou ambos os lados da lâmina.

Alternativamente, o aquecedor interno pode assumir a forma de um estojo ou substrato com diferentes porções eletrocondutoras ou um tubo metálico com resistência elétrica. Alternativamente, o elemento de aquecimento interno pode ser uma ou mais agulhas ou hastes de aquecimento que passam através do centro do substrato formador de aerossol. Outras alternativas incluem um fio ou filamento de aqueci- mento, por exemplo, um fio de Ni-Cr (níquel-cromo), platina, tungstênio ou fio de liga ou uma placa de aquecimento. Opcionalmente, o elemento de aquecimento interno pode ser colocado dentro de um material transportador rígido ou sobre ele. Em tal modalidade, o elemento de aquecimento com resistência elétrica pode ser formado usando um metal que tenha uma relação definida entre a temperatura e a resisti- vidade. Em um exemplo de tal dispositivo, o metal pode ser formado como uma faixa de um material isolante adequado, como um material cerâmico e então colocado entre outro material isolante, como um vidro. Os aquecedores formados desse modo podem ser utilizados tanto para aquecer quanto para monitorar a temperatura dos elementos de aquecimento durante o funcionamento.

[0030] Um elemento de aquecimento externo pode assumir qual- quer forma adequada. Por exemplo, um elemento de aquecimento externo pode assumir a forma de uma ou mais folhas flexíveis de aque- cimento em um substrato dielétrico, tal como poli-imida. As folhas de aquecimento flexíveis podem ser moldadas para se ajustar ao perímetro da cavidade de recebimento de substrato. Alternativamente, um elemento de aquecimento externo pode assumir a forma de uma grade ou grades metálicas, uma placa de circuito impresso flexível, um dispositivo moldado para interconexão (MID), aquecedor de cerâmica, aquecedor de fibra de carbono flexível ou pode ser formado pelo uso de uma técnica de revestimento, como deposição de vapor de plasma, sobre um substrato adequadamente moldado. Um elemento de aquecimento externo pode também ser formado usando um metal que tenha uma relação definida entre a temperatura e a resistividade. Em um exemplo de tal dispositivo, o metal pode ser formado como uma faixa entre duas camadas de materiais isolantes adequados. Um elemento de aquecimento externo formado desse modo pode ser usado tanto para aquecer quanto para monitorar a temperatura do elemento de aquecimento externo durante o funcionamento.

[0031] Em uma modalidade, o aquecedor elétrico compreende por uma malha, matriz ou tecido dos filamentos eletricamente condutores. Os filamentos eletricamente condutores podem definir interstícios entre os filamentos e os interstícios podem ter uma largura entre 10 µm e 100 µm.

[0032] Os filamentos eletricamente condutores podem formar uma malha de tamanho entre 160 e 600 Mesh US (+/- 10%) (ou seja, entre 160 e 600 filamentos por polegada (+/- 10%)). A largura dos interstícios é preferencialmente entre 75 µm e 25 µm. A porcentagem da área aberta da malha, que é a razão da área dos interstícios até a área total da malha, está preferencialmente entre 25% e 56%. A malha pode ser formada usando diferentes tipos de tecido ou estruturas de treliça. Alternativamente, os filamentos eletricamente condutores consistem em uma matriz de filamentos dispostos paralelamente entre si.

[0033] Os filamentos eletricamente condutores podem ter um diâmetro de entre 8 µm e 100 µm, preferencialmente entre 8 µm e 50 µm e, mais preferencialmente, entre 8 µm e 39 µm. Os filamentos podem ter uma seção transversal redonda ou podem ter uma seção transversal achatada.

[0034] A área da malha, matriz ou tecido de filamentos elétrica- mente condutores pode ser pequena, preferencialmente menor do que ou igual a 25 mm2, permitindo que seja incorporada em um sistema portátil. A malha, matriz ou tecido de filamentos eletricamente condutores pode, por exemplo, ser retangular e ter dimensões de 5 mm por 2 mm. Preferencialmente, a malha, matriz ou tecido de filamentos eletricamente condutores cobre uma área de entre 10% e 50% da área do conjunto aquecedor. Mais preferencialmente, a malha ou matriz dos filamentos eletricamente condutores abrange uma área entre 15 e 25% da área do conjunto aquecedor.

[0035] Os filamentos podem ser formados pela gravura em um material de folha, como uma lâmina de folha. Isto pode ser particular- mente vantajoso quando o conjunto aquecedor compreender uma matriz de filamentos paralelos. Se o elemento de aquecimento compre- ender uma malha ou tecido de filamentos, os filamentos podem ser formados individualmente e tricotados juntos.

[0036] Os materiais preferenciais para os filamentos eletricamente condutores são aço inoxidável 304, 316, 304L e 316L.

[0037] Em operação, o aquecedor aquece de forma vantajosa um substrato formador de aerossol por meio de condução. O aquecedor pode estar pelo menos parcialmente em contato com o substrato ou com o transportador em que o substrato é depositado. Alternativamente, o calor proveniente de um elemento de aquecimento interno ou externo pode ser conduzido ao substrato por meio de um elemento condutor de calor.

[0038] Durante a operação, um substrato formador de aerossol pode ser completamente contido no interior do dispositivo gerador de aerossol. Nesse caso, um usuário pode tragar no bocal do dispositivo gerador de aerossol. De modo alternativo, durante o funcionamento, um artigo para fumar que contenha um substrato formador de aerossol pode estar parcialmente contido dentro do dispositivo gerador de aerossol. Nesse caso, o usuário pode baforar diretamente no artigo para fumar. O elemento de aquecimento pode ser posicionado dentro de uma cavidade no dispositivo, sendo que a cavidade é configurada para receber um substrato formador de aerossol de modo que, durante a utilização, o elemento de aquecimento fique dentro do substrato formador de aerossol.

[0039] O artigo para fumar pode ser substancialmente de forma cilíndrica. O artigo para fumar pode ser substancialmente alongado. O artigo para fumar pode ter um comprimento e uma circunferência substancialmente perpendiculares ao comprimento. O substrato formador de aerossol pode ser substancialmente cilíndrico em sua forma. O substrato formador de aerossol pode ser substancialmente alongado. O substrato formador de aerossol pode também ter um comprimento e uma circunferência substancialmente perpendiculares ao comprimento.

[0040] O substrato formador de aerossol pode ser um substrato formador de aerossol sólido. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode compreender componentes sólidos e líquidos. O substra- to formador de aerossol pode compreender um material contendo tabaco, contendo compostos flavorizantes de tabaco voláteis, que são liberados do substrato mediante aquecimento. Alternativamente, o substrato formador de aerossol pode compreender um material sem tabaco. O substrato formador de aerossol pode compreender ainda um formador de aerossol. Exemplos de formadores de aerossol adequados são a glicerina e o propilenoglicol.

[0041] Se o substrato formador de aerossol for um substrato forma- dor de aerossol sólido, o substrato formador de aerossol poderá compreender, por exemplo, um ou mais destes: pó, grânulos, péletes, pedaços, filamentos, tiras ou folhas contendo um ou mais destes: folha de ervas, folha de tabaco, fragmentos de galhos de tabaco, tabaco reconstituído, tabaco homogeneizado, tabaco extrudado, tabaco reconstituído e tabaco expandido. O substrato formador de aerossol sólido pode estar na forma solta ou pode ser fornecido em um recipiente ou cartucho adequado. Opcionalmente, o substrato formador de aeros- sol sólido pode conter compostos aromatizantes adicionais voláteis de tabaco ou sem tabaco para serem liberados mediante o aquecimento do substrato. O substrato formador de aerossol sólido pode também conter cápsulas que, por exemplo, incluem os compostos aromatizantes adicionais voláteis de tabaco ou sem tabaco e tais cápsulas podem derreter durante o aquecimento do substrato formador de aerossol sólido.

[0042] Conforme usado neste documento, o tabaco homogeneiza- do se refere ao material formado pelo aglomerado de tabaco em partículas. O tabaco homogeneizado pode estar na forma de uma folha. O material de tabaco homogeneizado pode ter um teor de formador de aerossol superior a 5% em peso seco. Alternativamente, o material de tabaco homogeneizado pode ter um teor de formador de aerossol entre 5% e 30% em peso com base no peso seco. As folhas de material de tabaco homogeneizado podem ser formadas por um aglomerado de partículas de tabaco obtidas por moagem, ou outra forma de trituração, das lâminas e dos caules da folha de tabaco. Alternativa ou adicionalmente, as folhas do material de tabaco homogeneizado podem conter um ou mais dentre pó de tabaco, resíduos de tabaco e outros subprodutos de tabaco em partículas formadas durante, por exemplo, o tratamento, manuseio e envio do tabaco. Folhas de material de tabaco homogeneizado podem compreender um ou mais aglutinantes intrínsecos, ou seja, aglutinantes endógenos de tabaco, um ou mais aglutinantes extrínsecos, ou seja, aglutinantes exógenos de tabaco, ou uma combinação deles, a fim de ajudar a aglomerar as partículas de tabaco; alternativa ou adicionalmente, as folhas de material de tabaco homogeneizado podem conter outros aditivos incluindo, mas sem limitação, fibras e tabaco e não tabaco, formadores de aerossol, umectantes, plastificantes, aromatizantes, preenchedores, solventes aquosos e não aquosos e combinações destes.

[0043] Opcionalmente, o substrato formador de aerossol sólido pode ser fornecido ou incorporado em um carreador termicamente estável. O carreador pode ter a forma de pó, grânulos, péletes, filamen- tos, pedaços, tiras ou folhas. Alternativamente, o carreador pode ser um transportador tubular e conter uma fina camada do substrato sólido depositada em sua superfície interna ou em sua superfície externa ou em suas superfícies interna e externa. Tal carreador tubular pode ser formado, por exemplo, por um papel ou material semelhante a papel, uma manta de fibra de carbono não tecida, uma tela metálica de malha aberta de massa baixa, uma folha metálica perfurada ou qualquer outra matriz polimérica termicamente estável.

[0044] O substrato formador de aerossol sólido pode ser depositado sobre a superfície do transportador na forma de, por exemplo, uma folha, espuma, gel ou pasta. O substrato formador de aerossol sólido pode ser depositado sobre toda a superfície do carreador ou, alternati- vamente, pode ser depositado em um padrão para proporcionar uma distribuição de aroma não uniforme durante o uso.

[0045] Embora tenha sido feita referência a substratos formadores de aerossol sólidos anteriormente nesta divulgação, será evidente para aquele versado na técnica que outras formas de substrato formador de aerossol podem ser utilizadas com outras modalidades. Por exemplo, o substrato formador de aerossol pode ser um substrato formador de aerossol líquido. Se um substrato formador de aerossol líquido for forne- cido, o dispositivo gerador de aerossol compreende, preferencialmente, meios para reter o líquido. Por exemplo, o substrato formador de aeros- sol líquido pode ser retido em um recipiente. Alternativamente ou adicionalmente, o substrato formador de aerossol líquido pode ser absorvido em um material carreador poroso. O material carreador poroso pode ser feito de qualquer plugue ou corpo absorvente adequado, por exemplo, um material de espuma de metal ou de espuma de plástico, polipropileno, terileno, fibras de náilon ou cerâmica. O substrato formador de aerossol líquido pode ser retido no material carreador poroso antes da utilização do dispositivo gerador de aerossol ou, alternativamente, o material do substrato formador de aerossol líquido pode ser liberado no material carreador poroso durante ou imediatamente antes da utilização. Por exemplo, o substrato formador de aerossol líquido pode ser fornecido em uma cápsula. A proteção da cápsula derrete preferencialmente mediante aquecimento e libera o substrato formador de aerossol líquido no material carreador poroso. A cápsula pode conter, opcionalmente, um sólido em combinação com o líquido.

[0046] Alternativamente, o transportador pode ser um tecido não tecido ou um feixe de fibras no qual foram incorporados componentes do tabaco. O tecido não tecido ou feixe de fibras pode compreender, por exemplo, fibras de carbono, fibras de celulose natural ou fibras deriva- das de celulose.

[0047] A fonte de energia elétrica pode ser qualquer fonte de energia adequada, por exemplo, uma fonte de tensão CC. Em uma modalidade, a fonte de energia elétrica é uma bateria de íons de lítio. Alternativamente, a fonte de energia pode ser uma bateria de níquel- hidreto metálico, uma bateria de níquel cádmio ou uma bateria com base de lítio, por exemplo, lítio-cobalto, lítio-ferro-fosfato, titanato de lítio ou de polímero de lítio. A fonte de energia pode exigir recarga e pode ter uma capacidade que permite o armazenamento de energia suficiente para uma ou mais experiências de fumar; por exemplo, a fonte de energia pode ter capacidade suficiente para permitir a geração contínua de aerossol durante um período de cerca de seis minutos, correspon- dente ao típico tempo despendido para fumar um cigarro convencional, ou por um período que é um múltiplo de seis minutos. Em outro exemplo,

a fonte de energia pode ter capacidade suficiente para permitir um número predeterminado de tragadas ou de ativações discretas do aquecedor.

[0048] Preferencialmente, o dispositivo gerador de aerossol com- preende um compartimento. Preferencialmente, o compartimento é alongado. O compartimento pode compreender qualquer material ou combinação de materiais apropriados. Os exemplos de materiais adequados incluem metais, ligas, plásticos ou materiais compostos que contêm um ou mais daqueles materiais, ou termoplásticos que são adequados para as aplicações farmacêuticas ou alimentícias, por exemplo, polipropileno, poli-éter-éter-cetona (PEEK) e polietileno. Preferencialmente, o material é leve e não é frágil.

[0049] Preferencialmente, o dispositivo gerador de aerossol é portá- til. O dispositivo gerador de aerossol pode ser um sistema para fumar eletricamente aquecido e pode ter um tamanho comparável a um charuto ou cigarro convencional. O dispositivo gerador de aerossol pode ser um sistema para fumar. O sistema para fumar pode ter um compri- mento total entre cerca de 30 mm e aproximadamente 150 mm. O sistema para fumar pode ter um diâmetro externo entre cerca de 5 mm e cerca de 30 mm.

[0050] O dispositivo gerador de aerossol pode ser um dispositivo de peça única. Alternativamente, o dispositivo gerador de aerossol pode compreender duas ou mais peças que são separadas umas das outras, mas conectadas durante a operação. Por exemplo, o dispositivo gerador de aerossol pode compreender um compartimento principal que contém a fonte de energia e parte ou todo o circuito de controle de energia, e uma porção de cartucho que contém o substrato formador de aerossol e um bocal. O aquecedor elétrico pode estar no compartimento principal, em uma porção de cartucho ou em uma porção de aquecedor separado.

[0051] O aquecedor elétrico pode ser ativado em resposta a um usuário atuando um botão no dispositivo ou pode ser ativado em resposta a uma taxa de fluxo de ar detectada através do dispositivo que excede um limiar. O dispositivo gerador de aerossol pode incluir um sensor de fluxo de ar para este fim. Alternativamente, ou além disso, o fluxo de ar pode ser determinado detectando mudanças na temperatura do aquecedor elétrico. Um fluxo de ar significativo além do aquecedor terá um efeito de resfriamento no aquecedor.

[0052] O dispositivo pode ser configurado para gerar um aerossol para inalação do usuário e, em uso, a inalação do usuário pode tragar ar além do aquecedor elétrico. O dispositivo pode incluir uma memória e pode ser configurado para registrar mudanças na corrente ou tensão fornecida ao aquecedor elétrico como uma indicação de uma inalação do usuário. O fluxo de ar além do aquecedor elétrico tenderá a resfriar o aquecedor, o que mudará a resistência elétrica do aquecedor elétrico. Um desvio na resistência elétrica do aquecedor causará um desvio na corrente ou tensão necessária para manter uma determinada energia aplicada ao aquecedor. A indicação de uma inalação do usuário pode ser usada por um microcontrolador para mudar a tensão de referência de acordo com um perfil de tensão de referência predeterminado.

[0053] Em um segundo aspecto da invenção, é fornecido um méto- do para regular um fornecimento de energia a um aquecedor elétrico em um sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente, em que o sistema gerador de aerossol compreende uma fonte de energia elétrica, um aquecedor elétrico e um circuito de controle de energia conectado entre a fonte de energia elétrica e o aquecedor elétrico, em que o circuito de controle de energia é um circuito analógico, em que o método compreende: determinar uma energia alimentada ao aquecedor elétrico a partir da fonte de energia elétrica e gerar uma tensão de medição de energia proporcional à energia alimentada ao aquecedor elétrico;

gerar um sinal de diferença de tensão com base em uma diferença entre a tensão de medição de energia e uma tensão de referência; e ajustar a corrente ou tensão alimentada ao aquecedor elétrico a fim de manter o sinal de diferença de tensão dentro de um intervalo predeter- minado ou a fim de minimizar o sinal de diferença de tensão.

[0054] O método é preferencialmente realizado usando circuitos analógicos. Desta forma, a energia do aquecedor elétrico é regulada continuamente enquanto a energia está sendo alimentada.

[0055] Exemplos de acordo com a invenção serão agora descritos em detalhes, com referência os desenhos anexos nos quais:

[0056] A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente;

[0057] A Figura 2 é uma ilustração esquemática dos componentes de um sistema de controle de energia para um sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente de acordo com a invenção;

[0058] A Figura 3 é um diagrama de circuito de um sistema de controle de energia do tipo mostrado na Figura 2; e

[0059] A Figura 4 é um exemplo de um perfil de energia para um sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente do tipo mostrado na Figura 1.

[0060] Na Figura 1, os componentes de uma modalidade de um dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 1 são mostrados de forma simplificada. Particularmente, os elementos do dispositivo gerador de aerossol aquecido eletricamente 1 não estão desenhados em escala na Figura 1. Os elementos que não são relevantes para a compreensão desta modalidade foram omitidos para simplificar a Figura

1.

[0061] O sistema gerador de aerossol aquecido eletricamente com- preende um dispositivo gerador de aerossol 1 e um substrato formador de aerossol 2, por exemplo, um cigarro. O substrato formador de aerossol 2 é empurrado para dentro do compartimento do dispositivo 1 para ficar em proximidade térmica com um aquecedor elétrico 40. O substrato formador de aerossol 2 irá liberar uma variedade de compos- tos voláteis sob temperaturas diferentes. Ao controlar a energia ali- mentada ao aquecedor elétrico, a liberação ou formação desses com- postos voláteis pode ser controlada.

[0062] Dentro do dispositivo 1 há um fornecimento de energia elétri- ca 60, por exemplo, uma bateria de íons de lítio recarregável. O circuito de controle de energia 100 está conectado ao elemento de aquecimento 40 e ao fornecimento de energia elétrica 60. Um microcontrolador 70 está conectado ao circuito de controle de energia 100 e ao fornecimento de energia elétrica.

[0063] Neste exemplo, o elemento de aquecimento 40 está posicio- nado em um substrato rígido em forma de lâmina dentro do comparti- mento do dispositivo. O substrato em forma de lâmina pode penetrar no substrato formador de aerossol, que neste exemplo é um cigarro. No entanto, deve-se deixar claro que outras formas de elemento de aquecimento podem ser usadas. Em particular, o elemento de aqueci- mento pode ser posicionado externamente do substrato formador de aerossol.

[0064] Em uso, a energia é alimentada ao aquecedor para aquecer o substrato formador de aerossol. Um usuário traga em uma extremi- dade de bocal do substrato formador de aerossol para puxar o ar além do aquecedor e do substrato formador de aerossol. Os compostos no substrato formador de aerossol que foram vaporizados pelo aquecedor e arrastados no fluxo de ar, esfriam para formar um aerossol antes de entrar na boca do usuário.

[0065] Os elementos básicos do circuito de controle de energia 100 são mostrados esquematicamente na Figura 2 juntamente com a bateria 60 e o aquecedor 40. O circuito de controle de energia 100 compreende uma unidade de medição de corrente 20, uma unidade de medição de energia 30, um comparador de tensão 10 e um regulador de energia 12. O regulador de energia é configurado para ajustar a corrente ou tensão aplicada ao aquecedor 40 com base em uma saída do comparador de tensão 10. O comparador de tensão é configurado para comparar a tensão de referência Vref com a saída da unidade de medição de energia 30 e fornece, como uma saída, uma tensão que representa uma dife- rença entre VRef e a saída da unidade de medição de energia 30. A unidade de medição de energia é configurada para medir a energia alimentada ao aquecedor. A unidade de medição de energia recebe como entrada uma tensão que é representativa da corrente que é apli- cada ao aquecedor 40 a partir da unidade de medição de corrente 20 e da tensão aplicada ao aquecedor 40 pelo regulador de energia. A uni- dade de medição de energia fornece como uma saída uma tensão representativa do produto dos sinais de entrada. O regulador de energia 12 é configurado para atuar para minimizar uma saída do comparador de tensão ou para ajustar a energia aplicada ao aquecedor 40 se a saída do comparador de tensão estiver fora de um intervalo predeterminado.

[0066] A Figura 3 mostra uma modalidade do circuito de controle de energia da Figura 2. Uma bateria de íons de lítio 60 é conectada a um aquecedor elétrico 40 através do circuito de controle de energia 100. A bateria 60 gera uma tensão Vcc que dá origem a uma corrente através do aquecedor 40. O aquecedor aquece como resultado do efeito Joule. O circuito de controle de energia 100 mede a energia aplicada ao aquecedor e ajusta a energia aplicada com base na medição. O circuito de controle de energia compreende os mesmos componentes funcio- nais conforme mostrados na Figura 2.

[0067] A energia aplicada ao aquecedor é determinada medindo a corrente usando a unidade de medição de corrente 20 e multiplicando a corrente medida com a tensão aplicada ao aquecedor. A unidade de medição de corrente compreende um resistor 201 de resistência elétrica conhecida conectado em série com o aquecedor elétrico 40, e um amplificador de operação 202. A corrente através da resistência 201 é igual à corrente através do aquecedor elétrico 40. A corrente através do resistor 201 é igual à tensão através do resistor 201 dividido por sua resistência elétrica. O amplificador operacional 202 é conectado ao resistor 201 de modo que uma entrada no amplificador operacional seja conectada a um lado superior do resistor 201 e a outra entrada para o amplificador operacional seja conectada a um lado inferior do resistor

201. A saída do amplificador operacional é, portanto, uma tensão VI que é proporcional à corrente através do aquecedor elétrico 40. A saída do amplificador operacional é conectada a um multiplicador 30, que é a unidade de medição de energia. A outra entrada para o multiplicador 30 é a tensão Vcarga através do aquecedor 40.

[0068] A saída do multiplicador 30 é uma tensão Vmedido, propor- cional à energia aplicada ao aquecedor. Esta tensão é entrada para o comparador de tensão 10. O comparador de tensão 10 compreende um amplificador operacional 101. A entrada negativa para o amplificador operacional 101 é Vmedido. A entrada positiva para o amplificador opera- cional é uma tensão de referência Vref. Um microprocessador 70 fornece uma tensão de referência Vref para o circuito de controle de energia. O microprocessador é alimentado pela bateria 60.

[0069] A saída do amplificador operacional 101 é a diferença entre Vmedido e Vref, que é ∆V. Um resistor limitante de corrente 102 é fornecido entre a saída do amplificador operacional 101 e o regulador de energia 12 para limitar a corrente que flui para o regulador de energia. Da mesma forma, um resistor limitante de corrente 50 é conectado em série com o aquecedor 40 para limitar a corrente através do aquecedor 40.

[0070] O regulador de energia é um transistor NPN 12. A saída do comparador de tensão é conectada à base do transistor 12. Se ∆V estiver dentro de um intervalo específico, então a corrente através do transistor 12 será inalterada. No entanto, se ∆V é positivo (quando Vmedido é menor do que Vref) e maior que um valor limiar, então a corrente através do transistor 12 é aumentada para aumentar a energia transmitida ao aquecedor 40. Se ∆V é negativo (quando Vmedido é maior do que Vref) e maior que um valor limiar, então a corrente através do transistor 12 é diminuída para diminuir a energia transmitida ao aque- cedor 40. Desta forma, o valor da energia alimentada é regulado e, em particular, é mantido dentro de um determinado intervalo dependente do valor de Vref.

[0071] O circuito de controle de energia 100 atua como uma alça de controle e usa componentes analógicos de modo que a regulação de energia seja contínua e não exija amostragem. Se Vref é constante, então a energia alimentada ao aquecedor permanecerá com um interva- lo predeterminado.

[0072] É possível ajustar a energia alimentada ao aquecedor 40 durante a operação do dispositivo ao ajustar o valor de Vref. A Figura 4 ilustra um exemplo da maneira na qual Vref pode variar durante a opera- ção de um dispositivo do tipo ilustrado na Figura 1. No tempo t0 o dispo- sitivo é ativado por um usuário pressionando um botão "ligado" no dispo- sitivo. Inicialmente, Vref é definido em um valor relativamente alto, a fim de trazer o aquecedor 40 e substrato formador de aerossol 2 até uma temperatura de operação rapidamente. Isso é para permitir que um usuário tenha uma primeira tragada o quanto antes. Depois de um tempo definido ou com base em uma medição de temperatura, no tempo t1, Vref é reduzido a um valor menor. Isto é para manter o aquecedor 40 a uma temperatura de operação na qual um aerossol desejável pode ser gerado.

[0073] Pode ser desejável aumentar a energia aplicada ao aquece- dor conforme o substrato gerador de aerossol se esgota, a fim de garantir que uma quantidade adequada de aerossol seja produzida para cada tragada. A energia pode ser aumentada após cada tragada do usuário ou após um número definido de tragadas do usuário. Por exem- plo, conforme mostrado na Figura 4, no tempo P1, após a conclusão de três tragadas do usuário, Vref é aumentado. Nos tempos P2 e P3, cor- respondente à conclusão da quarta e sexta tragadas do usuário, respec- tivamente, Vref também é aumentado. Alternativamente, os aumentos em Vref podem ser feitos simplesmente em tempos predeterminados após a ativação do dispositivo.

[0074] As tragadas do usuário podem ser detectadas usando um sensor de fluxo de ar dedicado no dispositivo. Alternativamente, as tragadas do usuário podem ser detectadas monitorando mudanças na resistência elétrica do aquecedor 40. O fluxo de ar além do aquecedor como resultado das tragadas do usuário terá um efeito de resfriamento no aquecedor, levando a uma mudança na resistência elétrica do aque- cedor. Uma mudança na resistência elétrica do aquecedor resultará em uma mudança para Vcarga e de forma correspondente um aumento em VI. Ao monitorar Vcarga ou VI, o início e o fim das tragadas do usuário podem ser detectados. Essas informações podem ser usadas para desencadear mudanças na tensão de referência Vref.

[0075] Embora o circuito de controle tenha sido descrito com refe- rência ao dispositivo ilustrado na Figura 1, deve-se deixar claro que ele é aplicável a outros tipos de dispositivos geradores de aerossol. Em particular, ele pode ser usado em dispositivos que têm um aquecedor posicionado externamente de um substrato gerador de aerossol. Por exemplo, o aquecedor 40 pode ser implementado como um aquecedor flexível que envolve uma cavidade em um dispositivo gerador de aerossol, onde a cavidade é configurada para receber um substrato formador de aerossol. Em outro exemplo, o dispositivo gerador de aerossol pode ser integrado com substrato formador de aerossol e projetado para ser descartado quando o substrato formador de aerossol estiver esgotado. Em outro exemplo, o aquecedor 40 pode ser fornecido juntamente com o substrato formador de aerossol em um cartucho des- cartável, com a fonte de energia e circuito de controle de energia forne- cidos em uma unidade principal reutilizável.

[0076] Além disso, embora o circuito de controle tenha sido descrito com referência a um dispositivo que alimenta energia a um aquecedor continuamente durante a operação do dispositivo, ele é aplicável a dis- positivos configurados para alimentar energia a um aquecedor somente durante tragadas ou inalações do usuário. Por exemplo, o microproces- sador pode ser configurado para fornecer um Vref de zero até que uma tragada do usuário seja detectada por um sensor de tragada no dispo- sitivo, e, em seguida, para fornecer um valor positivo de Vref para um período de tempo definido, por exemplo, dois segundos, após a detec- ção da tragada do usuário, antes de retornar a um Vref de zero até que a próxima tragada do usuário seja detectada. O valor de Vref pode mudar de tragada em tragada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo gerador de aerossol, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de energia elétrica; um aquecedor elétrico; e um circuito de controle de energia conectado entre a fonte de energia elétrica e o aquecedor elétrico em que o circuito de controle de energia é um circuito analógico, em que o circuito de controle de energia compreende: uma unidade de medição de energia configurada para deter- minar uma energia alimentada ao aquecedor elétrico a partir da fonte de energia elétrica e para emitir uma tensão de medição de energia propor- cional à energia alimentada ao aquecedor elétrico; um comparador de tensão conectado à unidade de medição de energia e configurado para emitir um sinal de diferença de tensão com base em uma diferença entre a tensão de medição de energia e uma tensão de referência; e um regulador de energia conectado entre a fonte de energia elétrica e o aquecedor elétrico e responsivo ao sinal de diferença de tensão, em que o regulador de energia é configurado para ajustar a corrente ou tensão alimentada ao aquecedor elétrico a fim de retornar o sinal de diferença de tensão dentro de um intervalo predeterminado ou a fim de minimizar o sinal de diferença de tensão em que a unidade de medição de energia, o comparador de tensão e o regulador de energia são todos implementados usando componentes de circuito analógico.

2. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizado pelo fato de que o regulador de energia é configurado para ajustar a corrente alimentada ao aquecedor elétrico somente se o sinal de diferença de tensão estiver fora do intervalo predeterminado.

3. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com a reivindi- cação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o regulador de energia compreende um transistor de junção bipolar com uma base conectada a uma saída do comparador de tensão.

4. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a unidade de medição de energia compreende uma unidade multiplica- dora configurada para multiplicar uma tensão aplicada ao aquecedor elétrico com um indicativo de tensão da corrente aplicada ao aquecedor elétrico para fornecer a tensão de medição de energia.

5. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a unidade de medição de energia compreende uma unidade de medição de corrente configurada para fornecer um indicativo de tensão de saída da corrente aplicada ao aquecedor elétrico.

6. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um microcontrolador, em que o microcontrolador é configurado para fornecer uma tensão de referência.

7. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com a reivindi- cação 6, caracterizado pelo fato de que o microcontrolador é configu- rado para variar a tensão de referência durante a operação do dispo- sitivo.

8. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com a reivindi- cação 7, caracterizado pelo fato de que o microcontrolador é configu- rado para variar a tensão de referência com base em um número detec- tado de inalações de usuário.

9. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com a reivindi- cação 7, caracterizado pelo fato de que o microcontrolador é configurado para variar a tensão de referência com base no tempo após a ativação do dispositivo.

10. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é um dispositivo portátil.

11. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aquecedor elétrico é acoplado de forma removível ao circuito de controle de energia para permitir a substituição do aquecedor elétrico.

12. Dispositivo gerador de aerossol, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é configurado para gerar um aerossol para a inalação do usuário, e em que, em uso, a inalação do usuário traga o ar através do aquecedor elétrico, em que o dispositivo compreende uma memória e é configurado para registrar as mudanças na corrente ou tensão alimen- tada ao aquecedor elétrico como uma indicação de uma inalação do usuário.

13. Método para regular um fornecimento de energia a um aquecedor elétrico em um sistema gerador de aerossol aquecido eletri- camente, em que o sistema gerador de aerossol compreende uma fonte de energia elétrica, um aquecedor elétrico e um circuito de controle de energia conectado entre a fonte de energia elétrica e o aquecedor elétrico, em que o circuito de controle de energia é um circuito analógico e em que a unidade de medição de energia, o comparador de tensão e o regulador de energia são todos implementados usando componentes de circuito analógico, caracterizado pelo fato de que o método compre- ende: determinar uma energia alimentada ao aquecedor elétrico a partir da fonte de energia elétrica e gerar uma tensão de medição de energia proporcional à energia alimentada ao aquecedor elétrico;

gerar um sinal de diferença de tensão com base em uma diferença entre a tensão de medição de energia e uma tensão de referência; e ajustar a corrente ou tensão alimentada ao aquecedor elétri- co a fim de manter o sinal de diferença de tensão dentro de um intervalo predeterminado ou a fim de minimizar o sinal de diferença de tensão.