KR102066847B1 - 에어로졸 발생 장치에서 에어로졸 형성 기질의 검출 - Google Patents

에어로졸 발생 장치에서 에어로졸 형성 기질의 검출 Download PDF

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Abstract

에어로졸-형성 기질을 가열하도록 구성된 히터 엘리먼트와; 히터 엘리먼트에 연결된 전원; 및 히터 엘리먼트 및 전원에 연결된 콘트롤러를 구비하여 구성되고, 콘트롤러가 목표 온도로 히터 엘리먼트의 온도를 유지하기 위해 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력을 제어하도록 구성되고, 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 존재 또는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 검출하기 위해 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력 또는 히터 엘리먼트에 공급된 에너지의 측정을 전력 또는 에너지의 임계값 측정에 비교하도록 구성되는 에어로졸 발생 장치가 제공된다.

Description

에어로졸 발생 장치에서 에어로졸 형성 기질의 검출{DETECTION OF AEROSOL-FORMING SUBSTRATE IN AN AEROSOL GENERATING DEVICE}
본 발명은 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로, 특히 흡연 장치와 같은, 사용자 흡입(inhalation)을 위한 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 비용 효율적이고 신뢰성 있는 방법으로 에어로졸 발생 장치에서 에어로졸-형성 기질의 존재 또는 특성을 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적인 점화 종단 궐련(lit end cigarettes)은 퍼프 동안 섭씨 800도를 넘을 수 있는 온도에서 야기되는 담배(tobacco) 및 포장지(wrapper)의 연소의 결과로서 연기를 전달한다. 이들 온도에서, 담배는 열분해(pyrolysis) 및 연소(combustion)에 의해 열적으로 분해된다. 연소의 열은 담배로부터 다양한 기체 연소 생성물(gaseous combustion products) 및 추출물(distillates)을 발산 및 발생시킨다. 생성물은 궐련을 통해 끌어 당겨지고 흡연과 관련된 맛과 향기를 포함하는 연기를 형성하기 위해 냉각 및 응축된다. 연소 온도에서, 맛과 향기뿐만 아니라 다수의 원하지 않는 화합물이 발생된다.
통상적인 점화 종단 궐련 보다 낮은 온도에서 동작하는, 기본적으로 에어로졸 발생 시스템인, 전기적으로 가열되는 흡연 장치가 알려져 있다. 이러한 전기적 흡연 장치의 예가 WO2009/118085에 개시된다. WO2009/118085는 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸-형성 기질(aerosol-forming substrate)이 히터 엘리먼트에 의해 가열되는 전기적 흡연 시스템을 개시한다. 히터 엘리먼트의 온도는 원하지 않는 휘발성 화합물이 기질로부터 발생 및 발산되지 않으면서 다른 원하는 휘발성 화합물이 발산됨을 보장하기 위해 온도의 특정 범위 내로 되도록 제어된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 저렴하고 신뢰성 있는 방식으로, 예컨대 에어로졸 발생 장치에 기질 검출 기능(substrate detection function)을 제공하는 것이 바람직하다. 기질 검출은, 예컨대 기질이 존재하지 않을 때 히터 엘리먼트의 활성화를 방지하기 위해 그리고 적절하지 않은 기질의 가열을 방지하기 위해 유용하다.
1실시예에 있어서,
에어로졸-형성 기질을 가열하기 위해 구성된 히터 엘리먼트와;
히터 엘리먼트에 연결된 전원; 및
히터 엘리먼트 및 전원에 연결된 콘트롤러;를 구비하여 구성되고, 콘트롤러가 목표 온도로 히터 엘리먼트의 온도를 유지하기 위해 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력을 제어하도록 구성되고, 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 존재 또는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 검출하기 위해 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력 또는 히터 엘리먼트에 공급된 에너지의 측정을 전력 또는 에너지의 임계값 측정에 비교하도록 구성되는 에어로졸 발생 장치가 제공된다.
여기서 이용되는 바와 같이, "에어로졸-발생 장치(aerosol-generating device)"는 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸-형성 기질과 상호작용하는 장치에 관한 것이다. 에어로졸-형성 기질은 에어로졸-발생 기구의 일부, 예컨대 흡연 기구의 일부일 수 있다. 에어로졸-발생 장치는 사용자의 입을 통해 사용자의 폐로 직접적으로 흡입가능한 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸-발생 기구의 에어로졸-형성 기질과 상호작용하는 흡연 기구일 수 있다. 에어로졸-발생 장치는 홀더(holder)일 수 있다.
여기서 이용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸-형성 기질(aerosol-forming substrate)"은 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 발산(releasing)할 수 있는 기질과 관련된다. 이러한 휘발성 화합물은 에어로졸-형성 기질을 가열하는 것에 의해 발산될 수 있다. 에어로졸-형성 기질은 편리하게 에어로졸-발생 기구 또는 흡연 기구의 일부일 수 있다.
여기서 이용되는 바와 같이, "에어로졸-발생 기구(aerosol-generating article)" 및 "흡연 기구(smoking article)"는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 발산할 수 있는 에어로졸-형성 기질을 구비하여 구성되는 기구로 언급된다. 예컨대, 에어로졸-발생 기구는 사용자의 입을 통해 사용자의 폐로 직접적으로 흡입가능한 에어로졸을 발생시키는 흡연 기구일 수 있다. 에어로졸-발생 기구는 일회용일 수 있다. 용어 "흡연 기구(smoking article)"가 이후 일반적으로 이용된다. 흡연 기구는 담배 스틱(tobacco stick)일 수 있거나, 그를 구비하여 구성될 수 있다.
전력 또는 에너지의 측정은, 소정의 시간 기간에 걸친 또는 소정의 다수의 측정 사이클에 걸친 평균 전력(average power), 전력 또는 에너지의 변화율(rate of change), 또는 소정 시간 기간에 걸쳐 또는 소정의 다수의 측정 사이클에 걸쳐 공급된 전력 또는 에너지의 누적 측정(cumulative measure)을 포함하는, 전력 또는 에너지의 소정 측정일 수 있다.
1실시예에 있어서, 에너지의 측정은 소정 시간 기간에 걸친 정규화 에너지(normalised energy)이다. 다른 실시예에 있어서, 에너지의 측정은 소정 시간 기간에 걸친 정규화 에너지의 감소율(rate of decrease)이다.
목표 온도(target temperature)로 히터 엘리먼트를 도달시키거나 유지하기 위해 요구된 전력 또는 에너지의 양은 히터 엘리먼트로부터의 열 손실율(rate of heat loss)에 따른다. 이는 히터 엘리먼트를 에워싸는 환경에 강하게 의존한다. 기질이 히터 엘리먼트에 근접하거나 접촉하면, 이는 히터 엘리먼트에 근접하는 기질이 없는 상황에 비해 히터 엘리먼트로부터의 열 손실율에 영향을 주게 된다. 1실시예에 있어서, 장치는 히터 엘리먼트와 접촉하는 에어로졸-형성 기질을 수용하도록 구성된다. 히터 엘리먼트는 이어 전도(conduction)에 의해 기질에 대해 열을 빼앗긴다. 장치가 구성되어 기질은 사용 중에 히터 엘리먼트를 에워싼다.
콘트롤러는 전력 또는 에너지의 측정이 전력 또는 에너지의 임계값 측정 보다 낮으면 전원으로부터 히터 엘리먼트에 대한 전력의 공급을 제로(zero)로 감소시키도록 구성될 수 있다. 목표 온도로 히터 엘리먼트 온도를 유지하는데 필요한 에너지의 양이 예상 보다 낮으면, 이는 에어로졸 형성 기질이 장치에 존재하지 않기 때문일 수 있거나, 이전에 이용된 기질과 같은, 적절하지 않은 기질이 장치에 있는 것일 수 있다. 이전에 이용된 기질은 전형적으로 새로운 기질 보다 더 낮은 수분 함량과 더 낮은 에어로졸 형성제 함량(aerosol former content)을 갖게 되고, 따라서 히터 엘리먼트로부터 에너지를 덜 얻는다. 어느 경우라도, 이는 일반적으로 히터에 대해 전력의 공급을 중지시키는 것이 바람직하다.
전원(power source)은 소정의 적절한 전원 공급기(power supply), 예컨대 배터리와 같은 DC 전압원일 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 전원 공급기는 리튬-이온 배터리(Lithium-ion battery)이다. 대안적으로, 전원 공급기는 니켈-금속 수소 배터리(Nickel-metal hydride battery), 니켈 카드뮴 배터리(Nickel cadmium battery), 또는 리튬 기반 배터리, 예컨대 리튬-코발트(Lithium-Cobalt), 리튬-철-인산염(Lithium-Iron-Phosphate) 또는 리튬-폴리머 배터리(Lithium-Polymer battery)일 수 있다. 전력은 펄스 신호(pulsed signal)로서 히터 엘리먼트에 공급될 수 있다. 히터 엘리먼트에 전달된 전력의 양은 전력 신호의 듀티 사이클 또는 펄스 폭을 변경시키는 것에 의해 조정될 수 있다.
콘트롤러는 히터 엘리먼트의 전기 저항(electrical resistance)의 측정을 기초로 히터 엘리먼트의 온도를 모니터하도록 구성될 수 있다. 이는 부가적인 센싱 하드웨어에 대한 필요 없이 히터 엘리먼트의 온도가 검출되어지도록 할 수 있다.
히터의 온도는, 몇 밀리초와 같은, 소정의 시간 간격으로 모니터될 수 있다. 이는 연속적으로 또는 전력이 히터 엘리먼트에 공급되는 때의 기간 동안에만 수행될 수 있다.
장치는 데이터 출력 수단을 포함할 수 있고, 콘트롤러는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 검출된 존재의 기록 또는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 데이터 출력 수단에 제공하도록 구성된다. 기질 검출 기록(substrate detection records)은 임상 분석 동안 이용되는 것으로부터 부적절한 데이터를 방지하는데 유용할 수 있다. 예컨대, 에어로졸 발생 장치는 콘트롤러에 연결된 무선(wireless radio) 또는 콘트롤러에 연결된 USB(universal serial bus) 소켓을 포함할 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 장치가 적절한 데이터 연결을 통해 재충전될 때 마다 메모리로부터 배터리 충전 장치의 외부 메모리로 데이터를 전달하도록 구성될 수 있다. 장치에는 해당 목적을 위한 특정 콘택트(contacts)가 제공될 수 있다.
장치는 또한 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 콘트롤러는 메모리에 기질 검출 기록을 저장하도록 구성될 수 있다. 메모리는, 더 큰 많은 영구적 외부 메모리로 또는 직접적으로 데이터 처리 장치로 지나가기 전에, 기록을 위한 일시적 데이터 저장(temporary data store)을 제공할 수 있다.
1실시예에 있어서, 콘트롤러는 전원의 충전 동작 동안 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 검출된 존재의 기록 또는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 데이터 출력 수단에 제공하도록 구성된다. 장치는 기질 검출 기록의 더 긴 기간 저장을 위해 더 큰 메모리를 갖춘 충전 장치에 연결될 수 있다.
장치는 전기적 흡연 장치일 수 있다. 에어로졸-발생 장치는 전기 히터를 구비하여 구성되는 전기적으로 가열되는 흡연 장치일 수 있다. 용어 "전기 히터(electric heater)"는 하나 이상의 전기 히터 엘리먼트로 언급된다.
장치는 전기적 흡연 장치일 수 있다. 대안적으로, 전기 히터는 하나 이상의 히터 엘리먼트를 구비하여 구성될 수 있다. 히터 엘리먼트 또는 히터 엘리먼트들은 가장 효과적으로 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위해 적절하게 구성될 수 있다.
전기 히터는 전기적으로 저항성 재료(resistive material)를 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 전기적으로 저항성 재료는, 이에 한정되는 것은 아니지만: 도우프된 세라믹과 같은 반도체, (예컨대, 몰리브덴 디실리사이드와 같은) 전기적으로 "도전성(conductive)" 세라믹, 카본, 흑연, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 재료 및 금속성 재료로 이루어진 복합 재료를 포함한다. 이러한 복합 재료는 도우프된 또는 비도우프된 세라믹을 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 도우프된 세라믹의 예는 도우프된 실리콘 카바이드(doped silicon carbides)를 포함한다. 적절한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 및 백금족(platinum group)으로부터의 금속을 포함한다. 적절한 금속 합금의 예는 스테인레스 스틸, 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-티타늄-지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 금- 및 철-함유 합금과, 니켈, 철, 코발트, 스테인레스 스틸, Timetal®, 및 철-망간-알루미늄 기반 합금을 기반으로 하는 초-합금(super-alloys)을 포함한다. 복합 재료(composite materials)에 있어서, 전기적으로 저항성 재료는, 요구되는 외부 물리화학적 특성 및 에너지 전달의 동역학에 따라, 선택적으로 절연 재료(insulating material)에 매립되고, 절연 재료로 캡슐화 또는 코딩될 수 있으며, 또는 그 반대로 될 수 있다. 대안적으로, 전기 히터는 적외선 히터 엘리먼트, 광학 소스, 또는 도전성 히터 엘리먼트를 구비하여 구성될 수 있다.
전기 히터는 소정의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 전기 히터는 가열 블레이드(heating blade)의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 전기 히터는 여러 전기-도전성 부분을 갖춘 기질 또는 케이싱, 또는 전기적으로 저항성 금속 튜브의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 액체 에어로졸-형성 기질의 중앙을 통해 뻗어가는 하나 이상의 가열 바늘(heating needles) 또는 막대(rods)가 이미 설명된 바와 같이 될 수 있다. 대안적으로, 전기 히터는 가열 바늘 또는 막대를 구비하는 디스크 (종단) 히터(disk (end) heater) 또는 디스크 히터의 조합일 수 있다. 다른 대안은 가열 와이어(heating wire) 또는 필라멘트(filament), 예컨대 Ni-Cr(Nickel-Chromium), 백금, 금, 은, 텅스텐 또는 합급 와이어(alloy wire), 또는 가열 플레이트(heating plate)를 포함한다. 선택적으로, 가열 엘리먼트는 단단한 캐리어 재료(rigid carrier material) 내 또는 위에 증착될 수 있다. 하나의 이러한 실시예에 있어서, 전기적으로 저항성 히터 엘리먼트는 온도와 저항 간의 정의된 관계를 갖춘 금속을 이용해서 형성될 수 있다. 이러한 예시적 장치에 있어서, 금속은, 세라믹 재료와 같은, 적절한 절연 재료 상에 트랙(track)으로서 형성될 수 있고, 이어, 유리와 같은, 다른 절연 재료에 샌드위치된다. 이러한 방식으로 형성된 히터는 동작 동안 히터의 온도를 가열하고 모니터하는데 이용될 수 있다.
전기 히터는 히트 싱크(heat sink), 또는 열을 흡수 및 저장하고 계속해서 에어로졸-형성 기질에 대해 시간 경과에 따라 열을 방출할 수 있는 재료를 구비하여 구성되는 열 저장소(heat reservoir)를 구비하여 구성될 수 있다. 히트 싱크는, 적절한 금속 또는 세라믹 재료와 같은, 소정의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 재료는 높은 열 용량(high heat capacity)(현열 저장 재료(sensible heat storage material))을 갖는 재료이거나, 또는 고온 상변화(high temperature phase change)와 같은, 가역 프로세스(reversible process)를 매개로 열을 흡수하고 이어서 방출할 수 있는 재료이다. 적절한 현열 저장 재료는 실리카 겔, 알루미나, 탄소, 유리 매트, 유리 섬유, 미네랄, 알루미늄과 은 또는 납과 같은 금속 또는 합금, 및 종이와 같은 셀룰로오스 재료를 포함한다. 가역 상 변화(reversible phase change)를 매개로 열을 방출하는 다른 적절한 재료는 파라핀, 나트륨 아세테이트, 나프탈렌, 왁스, 폴리에틸렌 옥사이드, 금속, 금속 염, 공융 염(eutectic salts) 또는 합금의 혼합물을 포함한다.
히트 싱크 또는 열 저장소가 구성될 수 있어, 액체 에어로졸-형성 기질과 직접적으로 접촉하고 저장된 열을 직접적으로 기질로 전달할 수 있다. 대안적으로, 히트 싱크 또는 열 저장소에 저장된 열은, 금속 튜브(metallic tube)와 같은, 열 전도체에 의해 에어로졸-형성 기질로 전달될 수 있다.
전기 히터는 전도(conduction)에 의해 에어로졸-형성 기질을 가열할 수 있다. 사용에 있어서, 전기 히터는 적어도 부분적으로 기질, 또는 기질이 증착되는 캐리어와 접촉될 수 있다. 대안적으로, 전기 히터로부터의 열은 열 전도성 엘리먼트에 의해 기질로 전도될 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 전력은 전기 히터의 히터 엘리먼트 또는 엘리먼트들이 약 250℃와 440℃ 사이의 온도에 도달할 때까지 전기 히터에 공급된다. 소정의 적절한 온도 센서 및 제어 회로가, 상기 논의된 히터의 이중 이용(dual use)을 포함하는, 약 250℃와 440℃ 사이의 온도에 도달하도록 히터 엘리먼트 또는 엘리먼트들의 가열을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 이는 담배 및 궐련 포장지의 연소가 800℃에 도달할 수 있는 통상적인 궐련과 대비된다.
콘트롤러는 프로그래머블 마이크로 프로세서를 구비하여 구성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 콘트롤러는 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)와 같은 전용 전자 칩을 구비하여 구성될 수 있다. 일반적으로, 히터 엘리먼트를 제어할 수 있는 신호를 제공할 수 있는 소정의 장치는 여기서 논의된 실시예와 일치되어 이용될 수 있다. 1실시예에 있어서, 콘트롤러는 사용자 흡입을 나타내는 히터 엘리먼트를 지나는 공기 흐름의 변화를 검출하기 위해 히터 엘리먼트의 온도와 목표 온도 간의 차이를 모니터하도록 구성된다.
에어로졸-형성 기질은 흡연 기구에 포함될 수 있다. 동작 동안, 에어로졸-형성 기질을 포함하는 흡연 기구는 에어로졸-발생 장치 내에 모두 포함될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 사용자는 에어로졸-발생 장치의 마우스피스(mouthpiece)에 대해 퍼프(puff)할 수 있다. 마우스피스는 에어로졸-발생 기구 또는 에어로졸-발생 장치에 의해 발생된 에어로졸을 직접적으로 흡입하기 위해 사용자의 입에 위치되는 에어로졸-발생 장치의 소정 부분일 수 있다. 에어로졸은 마우스피스를 통해 사용자의 입으로 전달된다. 대안적으로, 동작 동안 에어로졸-형성 기질을 포함하는 흡연 기구는 에어로졸-발생 장치 내에 부분적으로 포함될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 사용자는 흡연 기구의 마우스피스에 대해 직접적으로 퍼프할 수 있다.
흡연 기구는 실질적으로 형상에서 원통형(cylindrical)일 수 있다. 흡연 기구는 실질적으로 길게(elongate) 될 수 있다. 흡연 기구는 길이(length) 및 길이에 실질적으로 수직인 외주(circumference)를 갖을 수 있다. 에어로졸-형성 기질은 실질적으로 형상에서 원통형일 수 있다. 에어로졸-형성 기질은 실질적으로 길게 될 수 있다. 에어로졸-형성 기질은 또한 길이 및 길이에 실질적으로 수직인 외주를 갖을 수 있다. 에어로졸-형성 기질은 에어로졸-발생 장치의 슬라이딩 리셉터클(sliding receptacle)에 수용될 수 있어 에어로졸 형성 기질의 길이는 실질적으로 에어로졸 발생 장치의 공기 흐름 방향에 실질적으로 평행하다.
흡연 기구는 약 30㎜와 약 100㎜ 사이의 전체 길이를 갖을 수 있다. 흡연 기구는 약 5㎜와 약 12㎜ 사이의 외부 직경을 갖을 수 있다. 흡연 기구는 필터 플러그(filter plug)를 구비하여 구성될 수 있다. 필터 플러그는 흡연 기구의 하류 종단(downstream end)에 위치될 수 있다. 필터 플러그는 셀룰로오스 아세테이트 필터 플러그(cellulose acetate filter plug)일 수 있다. 필터 플러그는 1실시예에서 길이로 약 7㎜이지만, 약 5㎜ 내지 약 10㎜ 사이의 길이를 갖을 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 흡연 기구는 약 45㎜의 전체 길이를 갖는다. 흡연 기구는 약 7.2㎜의 외부 직경을 갖을 수 있다. 더욱이, 에어로졸-형성 기질은 약 10㎜의 길이를 갖을 수 있다. 대안적으로, 에어로졸-형성 기질은 약 12㎜의 길이를 갖을 수 있다. 더욱이, 에어로졸-형성 기질의 직경은 약 5㎜ 내지 약 12㎜ 사이일 수 있다. 흡연 기구는 외부 종이 포장지(outer paper wrapper)를 구비하여 구성될 수 있다. 더욱이, 흡연 기구는 에어로졸-형성 기질과 필터 플러그 사이에 분리(separation)를 구비하여 구성될 수 있다. 분리는 약 18㎜이지만, 약 5㎜ 내지 약 25㎜의 범위로 될 수 있다.
에어로졸-형성 기질은 고체 에어로졸-형성 기질일 수 있다. 대안적으로, 에어로졸-형성 기질은 고체 또는 액체 성분 양쪽을 구비하여 구성될 수 있다. 에어로졸-형성 기질은 가열에 따라 기질로부터 발산되는 휘발성 담배 풍미 화합물(volatile tobacco flavour compounds)을 포함하는 담배-함유 물질(tobacco-containing material)을 구비하여 구성될 수 있다. 대안적으로, 에어로졸-형성 기질은 비-담배 물질을 구비하여 구성될 수 있다. 에어로졸-형성 기질은 짙고 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하는 에어로졸 형성제(aerosol former)를 더 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
에어로졸-형성 기질이 고체 에어로졸-형성 기질이면, 고체 에어로졸-형성 기질은, 예컨대 허브 잎, 담배 잎, 담배 엽맥 조각, 재생 담배(reconstituted tobacco), 균질화 담배(homogenised tobacco), 압출 담배(extruded tobacco) 및 팽화 담배(expanded tobacco) 중 하나 이상을 포함하는, 분말, 과립, 펠렛, 조각(shreds), 절연튜브(spaghettis), 스트립(strips) 또는 시트(sheets) 중 하나 이상을 구비하여 구성될 수 있다. 고체 에어로졸-형성 기질은 느슨한 형태로 될 수 있고, 또는 적절한 콘테이너 또는 카트리지에 제공될 수 있다. 선택적으로, 고체 에어로졸-형성 기질은, 기질의 가열에 따라 발산되는, 부가적인 담배 또는 비-담배 휘발성 풍미 화합물을 포함할 수 있다. 고체 에어로졸-형성 기질은 또한, 예컨대 부가적인 담배 또는 비-담배 휘발성 풍미 화합물을 포함하는, 캡슐(capsules)울 포함할 수 있고, 이러한 캡슐은 고체 에어로졸-형성 기질의 가열 동안 용해될 수 있다.
여기서 이용되는 바와 같이, 균질화 담배는 미립자 담배(particulate tobacco)를 덩어리로 만드는 것(agglomerating)에 의해 형성된 재료에 대해 언급된다. 균질화 담배는 시트(sheet)의 형태일 수 있다. 균질화 담배 재료는 건조 중량(dry weight) 기준으로 5% 보다 큰 에어로졸-형성제 함유량을 갖을 수 있다. 균질화 담배 재료는 대안적으로 건조 중량 기준에 대해 중량으로 5%와 30% 사이의 에어로졸-형성제 함유량을 갖을 수 있다. 균질화 담배 재료의 시트는 그라인딩(grinding)에 의해 얻어진 미립자 담배를 덩어리로 만드는 것 또는 그렇지 않으면 담배 잎 박편(tobacco leaf lamina) 및 담배 잎 줄기(tobacco leaf stems)의 하나 또는 양쪽을 분쇄하는 것(comminuting)에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 또는 부가하여, 균질화 담배 재료의 시트는, 예컨대 담배의 처치(treating), 취급(handling) 및 선적(shipping) 동안 형성된 담배 가루(tobacco dust), 담배 미분(tobacco fines) 및 다른 미립자 담배 부산물(particulate tobacco by-products) 중 하나 이상을 구비하여 구성될 수 있다. 균질화 담배 재료의 시트는 미립자 담배를 덩어리로 만드는데 도움을 주기 위해 담배 내인성 바인더(tobacco endogenous binders)인, 하나 이상의 내재성 바인더(intrinsic binders), 담배 외인성 바인더(tobacco exogenous binders)인 하나 이상의 외재성 바인더(extrinsic binders), 또는 그 조합을 구비하여 구성될 수 있고; 대안적으로, 또는 부가하여, 균질화 담배 재료의 시트는, 이에 한정되는 것은 아니고, 담배 및 비-담배 섬유(tobacco and non-tobacco fibres), 에어로졸 형성제(aerosol-formers), 습윤제(humectants), 가소제(plasticisers), 풍미제(flavourants), 충진제(fillers), 수성 및 비-수성 솔벤트(aqueous and non-aqueous solvents) 및 그 조합을 포함하는 다른 첨가제(additives)를 구비하여 구성될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에 있어서, 에어로졸-형성 기질은 균질화 담배 재료의 집합된 주름진 시트(gathered crimpled sheet)를 구비하여 구성될 수 있다. 여기서 이용되는 바와 같이, 용어 "주름진 시트"는 다수의 실질적으로 평행하는 능선(ridges)이나 주름(corrugations)을 갖춘 시트를 나타낸다. 바람직하기는, 에어로졸-발생 기구가 조립될 때, 실질적으로 평행하는 능선 또는 주름은 에어로졸-발생 기구의 길이 방향 축을 따라 또는 평행하여 연장된다. 이는 에어로졸-형성 기질을 형성하기 위해 균질화 담배 재료의 주름진 시트를 집합시키는 것을 편리하게 용이하게 한다. 그러나, 에어로졸-발생 기구에 포함을 위한 균질화 담배 재료의 주름진 시트는 대안적으로 또는 부가하여 에어로졸-발생 기구가 조립될 때 에어로졸-발생 기구의 길이 방향 축에 대해 예각 또는 둔각으로 배치되는 다수의 실질적으로 평행하는 능성 또는 주름을 갖을 수 있음을 인식하게 될 것이다. 소정 실시예에 있어서, 에어로졸-형성 기질은 실질적으로 그 전체 표면에 걸쳐 고르게 짜여진 균질화 담배 재료의 집합된 시트를 구비하여 구성될 수 있다. 예컨대, 에어로졸-형성 기질은 시트의 폭을 가로질러 실질적으로 고르게 공간지워져 떨어지는 다수의 실질적으로 평행하는 능선 또는 주름을 구비하는 균질화 담배 재료의 집합된 주름진 시트를 구비하여 구성될 수 있다.
선택적으로, 고체 에어로졸-형성 기질은 열적으로 안정된 캐리어(thermally stable carrier)에 제공되거나 매립될 수 있다. 캐리어는 분말, 과립, 펠렛, 조각(shreds), 절연튜브(spaghettis), 스트립(strips) 또는 시트(sheets)의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 캐리어는 그 내부 표면 상에, 또는 그 외부 표면 상에, 또는 그 내부 및 외부 표면 양쪽 상에 증착된(deposited) 고체 기질의 얇은 층을 갖춘 관형상 캐리어(tubular carrier)일 수 있다. 이러한 관형상 캐리어는, 예컨대 종이(paper), 종이와 같은 재료, 비-직조 탄소 섬유 매트(non-woven carbon fibre mat), 저 질량 개방 메쉬 금속 스크린(low mass open mesh metallic screen), 또는 천공 금속 호일(perforated metallic foil)이나 소정의 다른 열적으로 안정된 폴리머 매트릭스(thermally stable polymer matrix)로 형성될 수 있다.
고체 에어로졸-형성 기질은, 예컨대 시트(sheet), 거품(foam), 겔(gel) 또는 슬러리(slurry)의 형태로 캐리어의 표면 상에 증착될 수 있다. 고체 에어로졸-형성 기질은 캐리어의 전체 표면 상에 증착될 수 있고, 또는 대안적으로, 사용 동안 불균일한 풍미 전달(non-uniform flavour delivery)을 제공하기 위해 패턴으로 증착될 수 있다.
참조가 상기 고체 에어로졸-형성 기질에 대해 이루어짐에도 불구하고, 에어로졸-형성 기질의 다른 형태가 다른 실시예와 함께 이용될 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 예컨대, 에어로졸-형성 기질은 액체 에어로졸-형성 기질일 수 있다. 액체 에어로졸-형성 기질이 제공된다면, 전기적으로 가열된 흡연 시스템은 바람직하기는 액체를 유지하기 위한 수단을 구비하여 구성된다. 예컨대, 액체 에어로졸-형성 기질은 콘테이너에 유지될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 액체 에어로졸-형성 기질은 다공성 캐리어 재료(porous carrier material)에 흡수될 수 있다. 다공성 캐리어 재료는, 예컨대 발포 금속(foamed metal) 또는 플라스틱 재료(plastics material), 폴리프로필렌, 테릴렌(terylene), 나일론 섬유(nylon fibres) 또는 세라믹(ceramic)인, 소정의 적절한 흡수 플러그(absorbent plug) 또는 바디(body)로 만들어질 수 있다. 액체 에어로졸-형성 기질은 에어로졸-발생 장치의 이용 이전에 다공성 캐리어 재료에 유지될 수 있고, 또는 대안적으로 액체 에어로졸-형성 기질은 사용 동안, 또는 바로 직전에 다공성 캐리어 재료로 발산될 수 있다. 예컨대, 액체 에어로졸-형성 기질은 캡슐(capsule)에 제공될 수 있다. 캡슐의 껍질은 바람직하기는 가열에 따라 용해되고 다공성 캐리어 재료로 액체 에어로졸-형성 기질을 발산한다. 캡슐은 선택적으로 액체와의 조합으로 고체를 포함할 수 있다.
대안적으로, 캐리어는 담배 구성요소가 일체화되는 비-직조 직물(non-woven fabric) 또는 섬유 다발(fibre bundle)일 수 있다. 비-직조 직물 또는 섬유 다발은, 예컨대 탄소 섬유, 천연 셀룰로오스 섬유, 또는 셀룰로오스 유도체 섬유(cellulose derivative fibres)를 구비하여 구성될 수 있다.
에어로졸-발생 장치는 공기 입구(air inlet)를 더욱 더 구비하여 구성될 수 있다. 에어로졸-발생 장치는 공기 출구(air outlet)를 더욱 더 구비하여 구성될 수 있다. 에어로졸-발생 장치는 형성하도록 원하는 특성을 갖춘 에어로졸을 허용하기 위한 응축 챔버(condensation chamber)를 더욱 더 구비하여 구성될 수 있다.
에어로졸-발생 장치는 한 손의 손가락 사이에 유지되도록 사용자를 위해 편한 휴대용 에어로졸-발생 장치이다. 에어로졸-발생 장치는 실질적으로 형상에서 원통형일 수 있다. 에어로졸-발생 장치는 다각형 단면 및 하나의 면 상에 형성된 돌출 버튼(protruding button)을 갖을 수 있는 바: 본 실시예에 있어서, 에어로졸-발생 장치의 외부 직경은, 편평한 면으로부터 대향하는 편평한 면까지 측정된 약 12.7㎜와 약 13.65㎜ 사이; 엣지로부터 대향하는 엣지까지 (즉, 에어로졸-발생 장치의 하나의 측 상의 2개의 면의 교차점으로부터 다른 측 상의 대응하는 교차점까지) 측정된 약 13.4㎜와 약 14.2㎜ 사이; 버튼의 상부로부터 대향하는 바닥의 편평한 면까지 측정된 약 14.2㎜와 약 15㎜ 사이일 수 있다. 에어로졸 발생 장치의 길이는 약 70㎜와 120㎜ 사이일 수 있다.
다른 측면의 실시예에 있어서, 에어로졸 발생 장치에서 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 존재 또는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 검출하기 위한 방법을 제공하는 바, 에어로졸 발생 장치가 에어로졸-형성 기질을 가열하도록 구성된 히터 엘리먼트와 히터 엘리먼트에 연결된 전원을 구비하여 구성되고, 방법이:
목표 온도로 히터 엘리먼트의 온도를 유지하기 위해 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력을 제어하는 단계와, 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력 또는 히터 엘리먼트에 공급된 에너지의 측정을 전력 또는 에너지의 임계값 측정에 비교하는 단계, 및 비교 단계의 결과를 기초로 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 존재 또는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 결정하는 단계를 갖추어 이루어진다.
전력 또는 에너지의 측정은 소정의 시간 기간에 걸친 또는 소정의 다수의 측정 사이클에 걸친 평균 전력(average power), 전력 또는 에너지의 변화율(rate of change), 또는 소정 시간 기간에 걸쳐 또는 소정의 다수의 측정 사이클에 걸쳐 공급된 전력 또는 에너지의 누적 측정(cumulative measure)을 포함하는, 전력 또는 에너지의 소정 측정일 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 에너지의 측정은 소정 시간 기간에 걸친 정규화 에너지이다. 다른 실시예에 있어서, 에너지의 측정은 소정 시간 기간에 걸친 정규화 에너지의 감소율이다.
방법은 전력 또는 에너지의 측정이 전력 또는 에너지의 임계값 측정 보다 낮으면 전원으로부터 히터 엘리먼트에 대한 전력의 공급을 제로로 감소시키는 단계를 더 갖추어 이루어질 수 있다. 목표 온도로 히터 엘리먼트 온도를 도달시키고 유지하는데 필요한 에너지의 양이 예상 보다 낮으면, 이는 에어로졸 형성 기질이 장치에 존재하지 않기 때문일 수 있거나, 이전에 이용된 기질과 같은, 적절하지 않은 기질이 장치에 있는 것일 수 있다. 어느 경우라도, 이는 일반적으로 히터에 대해 전력의 공급을 중지시키는 것이 바람직하다.
방법은 히터 엘리먼트의 전기 저항의 측정을 기초로 히터 엘리먼트의 온도를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 있어서, 컴퓨터 또는 다른 적절한 처리 장치 상에서 실행될 때, 상기 논의된 방법을 수행하는 컴퓨터 판독가능 프로그램이 제공된다. 명세서는 프로그래머블 콘트롤러뿐만 아니라 다른 요구된 하드웨어 엘리먼트를 갖춘 에어로졸 발생 장치 상에서 실행하기 위해 적절한 소프트웨어 제품으로서 구현될 수 있는 실시예를 포함한다.
도 1은 1실시예에 따른 에어로졸 발생 장치의 기본 엘리먼트를 나타내는 개요도이다.
도 2는 1실시예에 따른 제어 엘리먼트를 나타내는 개요도이다.
도 3은 히터 엘리먼트 옆에 기질이 새로운, 오래된 그리고 없는 것에 대해 목표 레벨로 온도를 유지하기 위해 히터 엘리먼트에 공급되어지도록 요구되는 여러 정규화 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 4는 적절한 기질이 장치에 존재하는가를 결정하기 위한 제어 시퀀스를 나타낸다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1에 있어서, 전기적으로 가열되는 에어로졸-발생 장치(100)의 실시예의 내부가 간단화된 방식으로 도시된다. 특히, 전기적으로 가열되는 에어로졸-발생 장치(100)의 엘리먼트는 실제 비율과는 다르다. 시스템의 이해와 관련되지 않는 엘리먼트는 도 1을 간단화하기 위해 생략된다.
전기적으로 가열되는 에어로졸-발생 장치(100)는 하우징(10)과 에어로졸-형성 기질(2), 예컨대 궐련을 구비하여 구성된다. 에어로졸-형성 기질(2)은 히터 엘리먼트(20)와 열 접근으로 들어가도록 하우징(10) 내부로 밀려진다. 에어로졸-형성 기질(2)은 여러 온도에서 휘발성 화합물의 범위를 발산하게 된다. 에어로졸-형성 기질(2)로부터 발산된 몇몇 휘발성 화합물은 가열 프로세스를 통해서만 형성된다. 각 휘발성 화합물은 특징적 발산 온도 이상에서 발산되게 된다. 몇몇 휘발성 화합물의 발산 온도 이하로 되도록 전기적으로 가열되는 에어로졸-발생 장치(100)의 최대 동작 온도를 제어하는 것에 의해, 이들 연기 성분의 발산 또는 형성이 회피될 수 있다.
부가적으로, 하우징(10)은 전기적 에너지 공급기(electrical energy supply; 40), 예컨대 재충전가능 리튬 이온 배터리를 구비하여 구성된다. 콘트롤러(30)는 히터 엘리먼트(heater element; 20), 전기적 에너지 공급기(40), 퍼프 검출기(puff detector; 32) 및 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface; 36), 예컨대 디스플레이에 연결된다.
콘트롤러(30)는 시스템 정보, 예컨대 배터리 전력, 온도, 에어로졸-형성 기질(2)의 상태, 다른 메시지 또는 그 조합을 디스플레이하기 위해 사용자 인터페이스(36)를 제어한다.
퍼프 검출기(32)는 선택적 엘리먼트이고, 사용자에 의해 취해진 퍼프를 나타내는, 장치에서의 공기 흐름을 검출한다.
콘트롤러(30)는 히터 엘리먼트(20)의 최대 동작 온도를 더 제어한다. 히터 엘리먼트의 온도는 전용 온도 센서에 의해 검출될 수 있다. 그러나 본 실시예에 있어서, 히터 엘리먼트의 온도는 그 전기적 비저항(electrical resistivity)을 모니터링하는 것에 의해 결정된다. 배선의 길이의 전기적 비저항은 그 온도에 의존한다. 비저항(ρ)은 온도가 증가함에 따라 증가한다. 실제 비저항(ρ) 특성은 합금의 정확한 성분과 히터 엘리먼트(20)의 기하학적 구성(geometrical configuration)에 따라 변하게 되고, 경험에 의거하여 결정된 관계가 콘트롤러에서 이용될 수 있다. 따라서, 소정의 주어진 시간에서 비저항(ρ)의 지식은 히터 엘리먼트(20)의 실제 동작 온도를 추론하는데 이용될 수 있다.
히터 엘리먼트의 저항 R = V/I이고; 여기서 V는 히터 엘리먼트를 가로지르는 전압이고 I는 히터 엘리먼트(20)를 통해 지나가는 전류이다. 저항(R)은 히터 엘리먼트(20)의 구성 뿐만 아니라 온도에 의존하고 다음의 관계에 의해 표현된다:
R = ρ(T) * L/S ---- 식 (1)
여기서, ρ(T)는 온도 의존 비저항이고, L은 길이이며, S는 히터 엘리먼트(20)의 단면 영역이다. L 및 S는 주어진 히터 엘리먼트(20) 구성에 대해 고정되고 측정될 수 있다. 따라서, 주어진 히터 엘리먼트 설계에 대해 R은 ρ(T)에 비례한다.
히터 엘리먼트의 비저항 ρ(T)는 다음과 같이 다항식 형태로 표현될 수 있다:
ρ(T) = ρ0 * (1 + α1 T + α2 T2) ---- 식 (2)
여기서, ρ0는 참조 온도(T0)에서의 비저항이고, α1 및 α2는 다항식 계수이다.
따라서, 히터 엘리먼트(20)의 길이 및 단면을 알면, 히터 엘리먼트 전압(V) 및 전류(I)를 측정하는 것에 의해 주어진 온도에서 저항(R), 그리고 따라서 비저항(ρ)을 결정하는 것이 가능하다. 온도는 이용되는 히터 엘리먼트에 대한 특징적 비저항 대 온도 관계의 룩-업 테이블로부터 또는 상기 식 (2)의 다항식을 평가하는 것에 의해 간단히 얻어질 수 있다. 바람직하기는, 프로세스는 담배에 적용가능한 온도 범위에서 하나 이상, 바람직하기는 2가지 선형 근사(linear approximations)로 비저항(ρ) 대 온도 곡선을 표현하는 것에 의해 간단화될 수 있다. 이는 제한된 전산 자원(limited computational resources)을 갖춘 콘트롤러(30)에서 바람직하게 온도의 평가를 간단화한다.
도 2는 도 1의 장치의 제어 엘리먼트를 나타내는 블록도이다. 도 2는 또한 외부 장치(58)에 대한 에어로졸-발생 장치의 연결을 나타낸다. 콘트롤러(30)는 측정 유닛(50) 및 제어 유닛(52)을 포함한다. 측정 유닛은 히터 엘리먼트(20)의 저항(R)을 결정하도록 구성된다. 측정 유닛(50)은 제어 유닛(52)으로 저항 측정을 지나가게 한다. 이어 제어 유닛(52)은 토글링 스위치(54)에 의해 히터 엘리먼트(20)로 배터리(40)로부터의 전력의 제공을 제어한다. 콘트롤러는 마이크로프로세서뿐만 아니라 별도의 전자 구성요소를 구비하여 구성될 수 있다.
온도를 제어하는 준비에 있어서, 전기적으로 가열되는 에어로졸-발생 장치(100)의 목표 동작 온도(target operation temperature)에 대한 값이 선택된다. 선택은 발산되고 되지 말아야만 하는 휘발성 화합물의 발산 온도를 기초로 한다. 이러한 소정 값은 이어 제어 유닛(52)에 저장된다. 제어 유닛(52)은 비-휘발성 메모리(56)를 포함한다.
콘트롤러(30)는 배터리로부터 히터 엘리먼트(20)로 공급 전기 에너지를 제어하는 것에 의해 히터 엘리먼트(20)의 가열을 제어한다. 스위치(54)를 절환시키는 것에 의해, 전력이 펄스 신호(pulsed signal)로서 제공된다. 신호의 펄스 폭(pulse width) 또는 듀티 사이클(duty cycle)은 히터 엘리먼트에 공급된 에너지의 양을 변경시키기 위해 제어 유닛(52)에 의해 변조될 수 있다.
사용에 있어서, 콘트롤러(30)는 히터 엘리먼트(20)의 비저항(ρ)을 측정한다. 콘트롤러(30)는 이어, 측정된 비저항(ρ)을 룩-업 테이블과 비교하는 것에 의해, 히터 엘리먼트(20)의 비저항을 히터 엘리먼트의 실제 동작 온도를 위한 값으로 변환시킨다. 이는 측정 유닛(50)에 의해 또는 제어 유닛(52)에 의해 행해질 수 있다. 다음 단계에서, 콘트롤러(30)는 추론된 실제 동작 온도와 목표 동작 온도를 비교한다. 실제 동작 온도가 목표 동작 온도 이하이면, 히터 엘리먼트(20)의 실제 동작 온도를 상승시키기 위해 제어 유닛(52)은 부가적인 전기 에너지를 히터 엘리먼트(20)에 공급한다. 실제 동작 온도가 목표 동작 온도 이상이면, 실제 동작 온도를 목표 동작 온도로 되돌리기기 위해 제어 유닛(52)은 히터 엘리먼트(20)에 공급된 전기 에너지를 감소시킨다.
제어 유닛은, 자동온도조절 피드백 루프(thermostatic feedback loop) 또는 PID(proportional, integral, derivative) 제어 기법과 같이, 온도를 조정하기 위해 소정의 적절한 제어 기법을 실행할 수 있다.
목표 온도에 도달하고 목표 온도로 히터 엘리먼트를 유지하는데 요구되는 에너지의 양은 히터 엘리먼트(20)에 근접하는 기질 재료(2)의 존재 또는 부재에, 그리고 기질의 특성에 의존한다. 도 3은 시간의 함수로서 히터 엘리먼트에 공급된 정규화 에너지의 전개를 나타낸다. 곡선(60)은 새로운 기질이 장치에 있을 때의 정규화 에너지이고 곡선(61)은 장치에 기질이 없을 때의 정규화 에너지이다. 정규화 에너지는 초기 에너지 측정에 대해 정규화된 고정된 시간 간격 동안 공급된 에너지이다. 에너지의 정규화 측정은 주변 온도, 공기 흐름 및 습도와 같은 환경 조건의 영향을 최소화한다.
양 경우에 있어서 히터 엘리먼트에 전달된 전력은 히터 엘리먼트를 목표 온도까지 이르게 하도록 초기 고전력 기간 다음에 시간에 따라 단조롭게 감소됨을 알 수 있다. 그러나, 도 3은 T=10초에서 장치의 새로운 기질에 공급된 에너지의 양은 장치에 기질이 없을 때 공급된 에너지의 양의 약 2배이다. 새로운 기질과 이전에 가열된 기질 사이에 공급된 에너지의 차이는 더 작지만 여전히 검출가능하다. 1실시예에 있어서, 정규화 에너지에서의 차이는 T=5에서 측정될 수 있고 기질이 존재하는지 아닌지가 정확하게 결정된다.
콘트롤러는 소정 시간까지 히터 엘리먼트에 공급된 정규화 에너지를 계산할 수 있고, 그로부터 예상되거나 적절한 기질이 장치에 있는가가 결정될 수 있다.
도 4는 기질이 장치에 있는가를 결정하기 위해 제어 유닛(52)에 의해 수행될 수 있는 제어 프로세스의 예를 나타낸다. 프로세스는 루프 프로세스(loop process)이고 단계(400)에서 시작한다. 단계(410)에서 라운드 넘버(round number)가 증가된다. 프로세스의 시작에서 라운드 넘버는 제로(zero)로 설정된다. 제어 루프를 통해 지나갈 때마다 라운드 넘버는 단계(410)에서 증가된다. 단계(420)에서, 프로세스는 라운드 넘버의 값에 따라 분기되다. 초기 루프에서, 라운드 넘버가 1(one)과 동등할 때, 프로세스는 단계(430)로 지나간다. 단계(430)에서 초기 에너지, 예컨대 지금까지 히터에 공급된 에너지는 에너지로서 설정된다. 이 초기 에너지는 이어지는 에너지 측정을 정규화하는데 이용된다. 프로세스는 이어 단계(440)로 지나가고 단계(410)로 되돌아간다. 이어지는 라운드는 결정 라운드(decision round)가 도달될 때까지 단계(420)로부터 단계(440)로 직접 지나간다. 각 라운드는 고정된 시간 간격, 예컨대 매 2초에서 수행될 수 있다. 결정 라운드는 기질이 존재하는가를 결정하기 위해 콘트롤러가 정규화 에너지를 예상된 또는 임계 값과 비교하도록 구성되는 시간에 대응한다. 정규화 에너지의 임계 값은 도 3에서 파선(64)에 의해 도시된다. 이러한 예에 있어서, 결정 라운드는 라운드 5이고, 장치가 스위치 온된 후 10초를 야기시킨다. 결정 라운드에 있어서, 프로세스는 단계(420)로부터 단계(450)로 지나간다. 단계(450)에서, 정규화 에너지는 초기 에너지와 결정 라운드 넘버(본 예에서는 5)의 곱(product)에 의해 분할된 장치가 스위치 온 된 이래로 공급된 에너지로서 계산된다. 계산된 정규화 에너지는 이어 단계(460)에서 임계 값에 대해 비교된다. 정규화 에너지가 임계 값을 넘으면 이어 제어 유닛은 적절한 기질이 존재하고 장치가 이용되도록 계속될 수 있음을 결정한다. 정규화 에너지가 임계를 넘지 않으면, 제어 유닛은 존재하는 기질(또는 적절한 기질)이 없음을 결정하고 제어 유닛은 이어 스위치(54)를 개방으로 유지하는 것에 의해 히터 엘리먼트에 대한 전력의 공급을 막는다.
도 4에 도시된 프로세스는 적절한 기질이 에어로졸 발생 장치에 존재하는가를 결정하기 위한 프로세스의 단지 하나의 예이다. 히터 엘리먼트에 공급된 전력 또는 에너지의 다른 측정이 이용될 수 있고 정규화 또는 비정규화 데이터가 이용될 수 있다. 결정이 이루어진 시간은 또한 선택의 문제이다. 필요하다면 빠른 행위(early action)를 취하기 위한 빠른 결정(early determination)의 이점은 신뢰할 만한 결과를 얻기 위한 필요성에 대해 균형되어져야만 한다.
전력 또는 에너지의 측정은 다수의 임계에 대해 비교될 수 있다. 이는 여러 형태의 기질 간 또는 적절하지 않은 기질과 소정 기질의 존재 간의 구별에 유용할 수 있다.
에어로졸 발생 장치의 동적 제어(dynamic control)를 위해 유용할 뿐만 아니라, 콘트롤러(30)에 의해 결정된 기질 검출 데이터는 임상 시험에서 분석 목적을 위해 유용할 수 있다. 도 2는 외부 장치(58)에 대한 콘트롤러(30)의 연결을 설명한다. 기질 검출 데이터는 (소정의 다른 캡쳐된 데이터와 함께) 외부 장치(58)로 엑스포트(exported)될 수 있고 장치(58)로부터 다른 외부 처리 또는 데이터 저장 장치로 더욱 중계(relay)될 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 소정의 적절한 데이터 출력 수단을 포함할 수 있다. 예컨대, 에어로졸 발생 장치는 콘트롤러(30) 또는 메모리(56)에 연결된 무선, 또는 콘트롤러(30) 또는 메모리(56)에 연결된 USB(universal serial bus) 소켓을 포함할 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 장치가 적절한 데이터 연결을 통해 재충전될 때 마다 메모리로부터 배터리 충전 장치의 외부 메모리로 데이터를 전달하도록 구성될 수 있다. 배터리 충전 장치는 퍼프 데이터의 더 긴 기간 저장을 위해 더 큰 메모리를 제공할 수 있고 실질적으로 적절한 데이터 처리 장치 또는 통신 네트워크에 연결될 수 있다.
상기한 예시적 실시예가 설명되지만 한정하는 것은 아니다. 상기 논의된 예시적 실시예의 관점에서, 상기 예시적 실시예와 일치되는 다른 실시예가 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (13)

  1. 에어로졸 발생 장치로서, 상기 에어로졸 발생 장치는:
    에어로졸-형성 기질을 가열하도록 구성된 히터 엘리먼트;
    히터 엘리먼트에 연결된 전원; 및
    히터 엘리먼트 및 전원에 연결된 콘트롤러를 포함하고,
    상기 콘트롤러는 히터 엘리먼트의 온도를 목표 온도로 유지하기 위해 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력을 제어하도록 구성되고,
    상기 콘트롤러는, 별도의 검출기 없이도 상기 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 존재 여부 또는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 검출하기 위해, 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력 또는 히터 엘리먼트에 공급된 에너지의 측정을 전력 또는 에너지의 임계값 측정에 비교하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    에너지의 측정이 소정 시간 기간에 걸친 정규화 에너지(normalised energy) 또는 정규화 에너지의 감소율(rate of decrease)인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    콘트롤러는 전력 또는 에너지의 측정이 전력 또는 에너지의 임계값 측정 보다 낮으면 전원으로부터 히터 엘리먼트에 대한 전력의 공급을 제로(zero)로 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    장치는 히터 엘리먼트와 접촉하는 에어로졸-형성 기질을 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    콘트롤러는 히터 엘리먼트의 전기 저항의 측정을 기초로 히터 엘리먼트의 온도를 모니터하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    장치가 전기적 흡연 장치인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    장치는 데이터 출력 수단을 포함하고, 콘트롤러가 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 검출된 존재의 기록 또는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 데이터 출력 수단에 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    콘트롤러가 전원의 충전 동작 동안 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 검출된 존재의 기록 또는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 데이터 출력 수단에 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  9. 에어로졸 발생 장치에서 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 존재 또는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 검출하기 위한 방법으로서,
    에어로졸 발생 장치는,
    에어로졸-형성 기질을 가열하도록 구성된 히터 엘리먼트;
    히터 엘리먼트에 연결된 전원; 및
    히터 엘리 먼트 및 전원에 연결된 콘트롤러를 포함하고,
    상기 방법은:
    콘트롤러가 목표 온도로 히터 엘리먼트의 온도를 유지하기 위해 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력을 제어하는 단계;
    콘트롤러가 전원으로부터 히터 엘리먼트에 공급된 전력 또는 히터 엘리먼트에 공급된 에너지의 측정을, 전력 또는 에너지의 임계값 측정에 비교하는 단계; 및
    콘트롤러가 별도의 검출기 없이도 비교 단계의 결과를 기초로 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 존재 여부 또는 히터 엘리먼트에 근접하는 에어로졸-형성 기질의 재료 특성을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    전력 또는 에너지의 측정이 전력 또는 에너지의 임계값 측정 보다 낮으면 전원으로부터 히터 엘리먼트에 대한 전력의 공급을 제로로 감소시키는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    에너지의 측정이 소정 시간 기간에 걸친 정규화 에너지 또는 정규화 에너지의 감소율인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    히터 엘리먼트의 전기 저항의 측정을 기초로 히터 엘리먼트의 온도를 모니터링하는 단계를 더 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 컴퓨터 또는 다른 처리 장치 상에서 실행될 때, 청구항 제9항의 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능 저장매체.
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