KR102526864B1 - 온도 의존성 배터리 예열을 포함하는 배터리 동력식 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

온도 의존성 배터리 예열을 포함하는 배터리 동력식 에어로졸 발생 장치 Download PDF

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Abstract

온도 의존성 배터리 예열을 포함하는 배터리 동력식 에어로졸 발생 장치
전기 작동식 에어로졸 발생 요소(102); 에어로졸 발생 요소(102)에 전력을 공급하도록 구성된 제1 전기화학적 에너지 저장 장치(EESD, 충전 배터리(106), 제1 배터리(126)); 그리고 제1 EESD의 온도를 감지하도록 위치된 적어도 하나의 온도 센서 및 제1 EESD를 가열하도록 구성된 전기 히터를 포함하는 EESD 온도 제어 시스템을 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 설명되며, 상기 EESD 온도 제어 시스템은 적어도 하나의 출력 온도 센서로부터의 출력에 따라서, 예를 들어 마이크로 제어기에 의하여 전기 히터를 작동시킨다. 제1 EESD용 전기 히터를 제공함으로써, 시스템은 필요한 양의 전력이 다양한 상이한 환경 조건에서 에어로졸 발생 요소(102)로 전달될 수 있도록 보장할 수 있다.

Description

온도 의존성 배터리 예열을 포함하는 배터리 동력식 에어로졸 발생 장치
본 발명은 배터리 동력식 에어로졸 발생 시스템 및 특히 다양한 상이한 환경에서 작동할 것이 요구될 수 있는 핸드헬드 배터리 동력식 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
전기 가열식 흡연 장치 또는 전자 담배와 같은 핸드헬드 에어로졸 발생 장치용 배터리는 작아야 할 것이 요구되지만 동시에 단일 흡연 세션(session) 동안 단지 몇 분, 통상적으로 약 7 분의 기간에 걸쳐 상당한 양의 전력을 전달할 수 있어야 한다. 배터리는 재충전이 가능하며 몇 분 및 바람직하게 6 분 미만 내에 다른 완전한 흡연 체험을 허용하는 데 충분하게 재충전될 수 있는 것이 또한 바람직하다.
핸드헬드 에어로졸 발생 장치용 배터리가 장치의 전체 크기를 작게 유지하기 위해 작기 때문에, 이들은 통상적으로 자주 충전될 필요가 있다. 전기 가열식 흡연 시스템의 경우, 배터리는 단지 단일 흡연 세션에 충분한 용량을 가질 수 있으며 따라서 각각의 흡연 세션 이후에 재충전을 필요로 한다. 이런 이유로, 휴대용 충전기가 몇몇 장치에 제공된다. 휴대용 충전기는 자체 배터리 동력식이다. 휴대용 충전기에 사용되는 배터리는 또한 상당히 작은 크기와 높은 용량을 가질 필요가 있다.
리튬 이온 배터리는 에어로졸 발생 장치와 휴대용 충전기 둘 모두에 대한 요건을 만족할 수 있다. 그러나 리튬 이온 배터리의 성능은 온도에 의해 상당히 영향을 받는다. 상이한 배터리가 달리 실시되지만, 일반적으로 10℃ 미만의 온도에서 리튬 이온 배터리뿐만 아니라 리튬 커패시터와 같은 배터리의 성능은 상당히 저하된다. 특히, 이용 가능한 방전 용량은 이러한 온도 미만에서 급격히 떨어진다. 이는 에어로졸 발생 장치가 추운 기후 또는 추운 환경에서 작동될 것이 일상적으로 요구되기 때문에 중요한 문제이다. 또한, 에어로졸 발생 장치는 스키장의 실외와 같은 추운 환경에서의 한 순간과 따뜻한 실내 환경의 다음 순간에 일정하게 작동될 것이 요구될 수 있다. 한 사용과 다음 사용 사이의 주위 온도에서 40℃ 정도의 차이가 있을 수 있다. 사실, 제조 관점에서, 에어로졸 발생 장치 및 휴대용 충전기는 60℃ 정도의 범위에 걸쳐서 일정하게 작동할 필요가 있다.
미국 특허출원공개공보 US2012/0227753호(2012.09.13.)
매우 낮은 주위 온도에서조차도 허용 가능한 수준의 성능을 제공하는 에어로졸 발생 장치, 시스템 및 방법을, 그 장치 및 시스템의 크기 또는 용이성을 손상시키지 않고 제공하는 것이 바람직할 것이다.
제1 양태에서, 에어로졸 발생 시스템이 제공되며, 상기 시스템은:
전기 작동식 에어로졸 발생 요소;
에어로졸 발생 요소에 전력을 공급하도록 구성된 제1 전기화학적 에너지 저장 장치(EESD); 및
제1 EESD의 온도를 감지하도록 위치된 적어도 하나의 온도 센서 및 제1 EESD를 가열하도록 구성된 전기 히터를 포함하는 EESD 온도 제어 시스템을 포함하며, 상기 EESD 온도 제어 시스템은 적어도 하나의 온도 센서로부터의 출력에 따라서 전기 히터를 작동시키는, 에어로졸 발생 시스템.
상기 시스템은 핸드헬드 에어로졸 발생 장치를 포함할 수 있으며 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 요소, 제1 EESD 및 EESD 온도 제어 시스템을 포함할 수 있다.
제1 EESD는 배터리일 수 있거나 슈퍼커패시터 또는 리튬 커패시터(LIC)일 수 있다. 제1 EESD는 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 제1 EESD는 인산 철 리튬 배터리를 포함하지만, 다른 배터리 유형이 사용될 수 있다.
제1 EESD는 유리하게 핸드헬드 장치에 적합한 크기이며 유리하게 100 cm3 이하의 용적을 가진다. 일 구현예에서, 제1 EESD는 원통형이다. 제1 EESD는 5 mm 내지 100 mm의 길이를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 제1 EESD는 37 mm의 길이 및 10 mm의 직경을 가진다.
전기 히터는 또한 유리하게 저 용적이다. 전기 히터는 전기 히터에 대한 전력 요건을 최소화하도록 제1 EESD를 효율적으로 가열하도록 구성된다. 전기 히터는 제1 EESD와 직접 접촉하게 위치될 수 있고 전도에 의해 제1 EESD를 가열할 수 있다. 전기 히터는 제1 EESD 주위에 래핑되는 가열 포일 또는 가열 코일을 포함할 수 있다. 전기 히터는 전류가 전기 히터를 통과할 때 줄 가열(Joule heating)에 의해 열을 발생시키는 전기 저항 히터를 포함할 수 있다. 전기 히터는 고온에서 안정한 가요성 기재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 히터는 폴리이미드 기재를 포함할 수 있다. 전기 히터는 기재에 하나 이상의 저항 가열 트랙을 포함할 수 있다. 저항 가열 트랙은 구리로 형성될 수 있다. 히터는 0.05 mm 내지 0.3 mm의 두께를 가질 수 있고 제1 EESD를 완전히 덮기 위한 길이와 폭을 가질 수 있다.
EESD 온도 제어 시스템은 제1 EESD로부터 에어로졸 발생 요소로의 전력 공급을 제어하도록 구성된 전력 제어기에 연결되거나 그와 일체일 수 있다. 전력 제어기는 적어도 하나의 온도 센서로부터의 출력에 따라서 제1 EESD로부터 에어로졸 발생 요소로의 전력 공급을 방지하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, EESD가 만족스러운 성능을 제공할 수 있는 온도에 있지 않으면 장치는 작동하는 것이 방지될 수 있다.
EESD 온도 제어 시스템은 마이크로 제어기를 포함할 수 있다. 마이크로 제어기는 저온 마이크로 제어기일 수 있다. 마이크로 제어기는 다양한 범위의 작동 온도에서 이용 가능하다. 마이크로 제어기는 바람직하게, 0℃ 미만의 온도에서 작동하도록 구성된 산업용 또는 군용 마이크로 제어기이다. 마이크로 제어기는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있다. 전력 제어기는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로 제어기를 포함할 수 있다. EESD 온도 제어 시스템 및 전력 제어기는 단일 마이크로 제어기를 사용하여 실시될 수 있다. EESD 온도 제어 시스템은 전기 히터의 전기 저항을 모니터링하도록 구성될 수 있고 전기 저항에 기초하여 전기 히터로 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
EESD 온도 제어 시스템은 전기 히터로 공급되는 전력을 제어하기 위한 PID 조절기를 포함할 수 있다. 제어기는 전력 펄스로서 히터에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 제어기는 전력 펄스의 듀티 사이클을 변경함으로써 전기 히터로의 전력 공급을 변경하도록 구성될 수 있다.
제1 EESD는 전기 단자를 가질 수 있으며 EESD 온도 제어 시스템은 EESD 단자에 연결되어 전기 히터가 제1 EESD에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 저온에서조차도, 제1 EESD는 전기 히터를 작동시키는 데 충분한 전력을 전달할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 전기 히터는 장치 내의 부속 EESD 또는 장치의 외부에 있는 EESD에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 핸드헬드 흡연 시스템일 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 에어로졸 형성 기재로부터 에어로졸을 발생하도록 구성될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 장치 내에 수용될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하거나 연소시킴으로써 방출될 수 있다. 가열이나 연소의 대안으로서, 몇몇 경우에 휘발성 화합물은 화학 반응에 의해 또는 진동과 같은 기계적 자극에 의해 방출될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담체나 지지부 상으로 흡착, 코팅, 침지, 또는 그렇지 않으면 로딩될 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 제1 EESD를 둘러싸는 단열재를 더 포함할 수 있다. 적합한 단열재의 예는 유리 섬유 및 세라믹 종이와 같은 섬유 계열 직물, 펄라이트, 질석, 알루미나 및 실리카 계열 세라믹과 같은 세라믹 분말 계열 재료, 고무와 같은 중합체, 팽창 또는 압출 폴리스티렌, 폴리우레탄 발포체, 폴리이소시아누레이트 발포체, 페놀 발포체와 폴리이미드 발포체, 및 에어로젤을 포함한다. 단열재의 두께는 재료에 따라 그리고 단열재가 제1 EESD에 코팅으로서 또는 별도의 층으로서 도포되는지에 따라 다르다. 일반적으로, 단열재가 두꺼울수록 열 절연성이 양호하다. 바람직하게, 단열재는 적어도 1 mm 두께이다.
단열재는 적외선 반사 층을 포함할 수 있다. 적외선 반사 층은 알루미늄 포일 또는 알루미늄 처리된 중합체 박막일 수 있다. 필름은 약 0.02 ㎜의 두께를 가질 수 있다. 적외선 반사 층은 단열재 또는 EESD 상에 코팅으로서 제공될 수 있다. 코팅은 알루미늄, 은 및 금과 같은 금속, 산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 산화 아연 및 이산화 세륨과 같은 금속 산화물, 또는 불소, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 탈륨, 구리 및 철과 같은 도펀트와 혼합된 금속 산화물을 포함할 수 있다.
단열재는 상 변화 재료의 온도가 임계치 미만으로 떨어질 때 제1 EESD로 잠열을 방출하도록 구성된 상 변화 재료를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 전기 히터는 제1 EESD가 10℃ 미만의 온도를 갖는다는 것을 적어도 하나의 온도 센서로부터의 출력이 나타나면 활성화될 수 있다. 그러나, 임의의 임계 온도는 제1 EESD의 특성 및 에어로졸 발생 장치의 전력 요건에 따라서 선택될 수 있다. 또한, 임계 온도는 하나 이상의 다른 측정된 파라미터에 따라서 변화될 수 있다.
적어도 하나의 온도 센서는 제1 EESD와 단열재 사이에 위치된 제1 온도 센서 및 단열재 외부에 위치된 제2 온도 센서를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 단열재는 제1 온도 센서와 제2 온도 센서 사이에 위치될 수있다. 전기 히터는 제1 온도 센서로부터의 출력 및 제2 온도 센서로부터의 출력에 따라서 활성화될 수 있다.
전기 히터는 제1 온도 센서로부터의 출력이 제1 임계치 미만이며 제2 온도 센서로부터의 출력이 제2 임계치 미만 둘 모두일 때 활성화될 수 있다. 제1 임계치는 제2 임계치와 동일할 수 있거나 제2 임계치와 상이할 수 있다. 대안으로, 전기 히터는 제1 온도 센서로부터의 출력이 제1 임계치 미만일 때 활성화될 수 있지만, 제2 온도 센서로부터의 출력 변화에 따라서 비활성화될 수 있다. 대안으로, 전기 히터는 제1 온도 센서로부터의 출력이 제1 임계치 미만일 때 활성화될 수 있지만, 제1 임계치의 값은 제2 온도 센서의 출력에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 전기 히터는 제1 온도 센서로부터의 출력이 10℃ 미만의 온도를 나타낼 때 항상 활성화될 수 있지만, 제2 온도 센서의 출력은 제1 온도 센서로부터의 출력이 10℃보다 높은 임계치보다 낮은 온도를 나타낼 때 전기 히터를 활성화해야 하는 것을 결정할 수 있다. 주위 온도가 10℃를 초과하면, EESD는 제1 온도 센서의 출력이 10℃일 때까지 가열될 수 있다. 주위 온도가 10℃ 미만, 예를 들어 -5℃이면, EESD는 제1 온도 센서의 출력이 더 높은 온도, 예를 들어, 25℃를 나타낼 때까지 가열될 수 있어, 환경으로의 지속적인 열 손실에도 불구하고 제1 EESD가 완전히 기능을 유지하도록 보장한다. 대안으로, 전기 히터로 공급되는 전력량, 따라서 가열 속도는 제2 온도 센서로부터의 출력에 의존할 수 있다.
단열재 내부의 온도 센서 이외에 단열재 외부에 온도 센서를 갖는 장점은 EESD 온도 제어 시스템이 제2 온도 센서의 출력에 기초하여 주위 온도의 변화에 더 빠르게 반응할 수 있고 따라서 제1 EESD의 과열 위험을 감소시킬 수 있다는 점이다.
적어도 하나의 온도 센서는 저항 온도 검출기(RTD), 서미스터, 실리콘 계열 집적 회로(IC) 온도 센서 및 열전쌍 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 요소는 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 생성하도록 구성된 전기 히터일 수 있다. 에어로졸 발생 요소는 하나 이상의 가열 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 가열 요소는 하나 이상의 저항 가열 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 가열 요소는 하나 이상의 유도 가열 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 가열 요소는 하나 이상의 저항 가열 요소 및 하나 이상의 유도 가열 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기 가열 요소는 약 250℃ 내지 약 450℃의 정상 작동에서의 온도 범위를 가질 수 있다.
하나 이상의 전기 가열 요소는 전기 저항 재료를 포함한다. 적절한 전기 저항성 재료는: 도핑된 세라믹과 같은 반도체, "전도성" 세라믹(예를 들어, 이규화 몰리브덴과 같은), 탄소, 흑연, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 재료와 금속 재료로 제조된 복합 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 복합 재료는 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기 가열 요소는 적외선 가열 요소, 광자 소스, 또는 유도 가열 요소를 포함할 수 있다.
하나 이상의 전기 가열 요소는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전기 가열 요소는 가열 블레이드의 형태를 취할 수 있다. 하나 이상의 전기 가열 요소는 상이한 전기 전도성 부분을 갖는 케이싱 또는 기재, 또는 전기 저항성 금속 튜브의 형태를 취할 수 있다. 에어로졸 형성 기재의 중심을 관통하는 하나 이상의 가열 바늘 또는 로드가 사용될 수 있다. 하나 이상의 전기 가열 요소는 디스크(단부) 가열 요소, 또는 가열 바늘이나 로드를 갖는 디스크 가열 요소의 조합일 수 있다. 하나 이상의 전기 가열 요소는 에어로졸 형성 기재를 둘러싸거나 부분적으로 둘러싸도록 배열된 재료의 가요성 시트를 포함할 수 있다. 다른 가능성은, 가열 와이어 또는 필라멘트, 예를 들어 Ni-Cr(니켈-크롬), 백금, 텅스텐 또는 합금 와이어, 또는 가열 판을 포함한다. 선택적으로, 하나 이상의 가열 요소는 강성 캐리어 재료 내에 또는 강성 캐리어 재료 상에 증착될 수 있다.
하나 이상의 전기 가열 요소는 열을 흡수 및 저장하고 시간 경과에 따라 후속적으로 열을 방출할 수 있는 재료를 포함하는 히트 싱크, 또는 열 저장소를 포함할 수 있다. 히트 싱크는 적절한 금속 또는 세라믹 재료와 같은 임의의 적절한 재료로 형성된 것일 수 있다. 바람직하게는, 재료는 고 열용량(현열 축열재)을 갖거나, 열을 흡수하여 고온 상 변화와 같은 가역 공정을 통해 후속적으로 열을 방출할 수 있는 재료이다. 적절한 축열재는 실리카 겔, 알루미나, 탄소, 유리 매트(glass mat), 유리 섬유, 광물, 알루미늄, 은 또는 납과 같은 금속 또는 합금, 및 종이와 같은 셀룰로오스 재료를 포함한다. 가역적 상 변화를 통해 열을 방출하는 다른 재료는 파라핀, 아세트산 나트륨, 나프탈렌, 왁스, 폴리에틸렌 옥사이드, 금속, 금속염, 공융염(eutectic salt)의 혼합물 또는 합금을 포함한다.
장치가 에어로졸 발생 장치 및 제거 가능한 에어로졸 발생 물품으로 구성되는 에어로졸 발생 시스템의 일부를 형성하는 경우, 물품과 장치 사이에 전기 접점이 형성되지 않도록 하나 이상의 가열 요소는 유도 가열 요소를 포함할 수 있다. 장치는 인덕터 코일 및 인덕터 코일에 고주파 진동 전류를 공급하도록 구성된 전원을 포함할 수 있다. 물품은 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 위치된 서셉터 요소를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 고주파 발진 전류는 500 kHz 내지 10 MHz의 주파수를 갖는 발진 전류를 의미한다.
바람직하게는, 에어로졸 발생 장치는 휴대용이다. 에어로졸 발생 장치는 종래의 엽궐련 또는 궐련과 비슷한 크기를 가질 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 약 30 mm 내지 약 150 mm의 총 길이를 가질 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 약 5 mm 내지 약 30 mm의 외경을 가질 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 세장형일 수 있다. 하우징은 임의의 적절한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 재료의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 재료 중 하나 이상을 함유하는 복합 재료, 또는 식품이나 약제학적 적용에 적합한 열가소성 수지, 예를 들면 폴리프로필렌, 폴리에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌을 포함한다. 바람직하게, 재료는 가볍고 비-취성(non-brittle)이다.
하우징은 마우스피스를 포함할 수 있다. 마우스피스는 적어도 하나의 공기 유입구 및 적어도 하나의 공기 배출구를 포함할 수 있다. 마우스피스는 둘 이상의 공기 유입구를 포함할 수 있다. 공기 유입구 중 하나 이상은 에어로졸이 사용자에게 전달되기 전에 에어로졸의 온도를 감소시킬 수 있고, 에어로졸이 사용자에게 전달되기 전에 에어로졸의 농도를 감소시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "마우스피스"는 에어로졸 발생 장치의 일부분으로서, 하우징의 공동에 수용된 에어로졸 발생 물품으로부터 에어로졸 발생 장치에 의해 발생된 에어로졸이 직접 흡입되도록 사용자의 입 안에 놓이는 부분을 지칭한다.
에어로졸 발생 장치는 시스템을 활성화하기 위한 사용자 인터페이스, 예를 들어 장치 또는 에어로졸 형성 기재의 상태를 나타내는 장치 또는 디스플레이의 가열을 개시하기 위한 버튼을 포함할 수 있다.
장치는 하나 이상의 표시기를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 표시기는 적어도 하나의 온도 센서의 출력이 작동 임계치를 초과하거나 작동 임계치 미만인 때를 나타내도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 표시기는 시각적 표시기일 수 있고 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 물품 내에 제공될 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물이 방출 가능한 에어로졸 형성 기재를 포함하는 물품이다. 에어로졸 발생 물품은 비가연성 에어로졸 발생 물품일 수 있거나 가연성 에어로졸 발생 물품일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 사용자에 의해 직접 흡입될 수 있는 에어로졸을 발생할 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 사용자의 입을 통해 사용자의 폐로 직접 흡입될 수 있는 에어로졸을 발생하는 흡연 물품일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 궐련과 같은 종래의 흡연 물품과 유사할 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 실질적으로 원통형 형상일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 실질적으로 세장형일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 길이 및 이 길이에 실질적으로 수직인 원주를 가질 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실질적으로 원통형 형상일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실질적으로 세장형일 수 있다. 에어로졸 형성 기재 또한 길이 및 길이에 실질적으로 수직인 원주를 가질 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 약 30 ㎜ 내지 약 100 ㎜의 총 길이를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 에어로졸 발생 물품은 약 45 ㎜의 총 길이를 갖는다. 에어로졸 발생 물품은 약 5 mm 내지 약 12 mm의 외경을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 에어로졸 발생 물품은 약 7.2 mm의 외경을 가질 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 약 7 mm 내지 약 15 mm의 길이를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 약 10 mm의 길이를 가질 수 있다. 대안으로, 에어로졸 형성 기재는 약 12 mm의 길이를 가질 수 있다.
에어로졸 발생 기재는 바람직하게 에어로졸 발생 물품의 외경과 약 동일한 외경을 갖는다. 에어로졸 형성 기재의 외경은 약 5 mm 내지 약 12 mm일 수 있다. 일 구현예에서, 에어로졸 발생 기재는 약 7.2 mm의 외경을 가질 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 필터 플러그를 포함할 수 있다. 필터 플러그는 에어로졸 발생 물품의 하류 단부에 위치될 수 있다. 필터 플러그는 셀룰로오스 아세테이트 필터 플러그일 수 있다. 필터 플러그는 일 구현예에서 약 7 mm의 길이를 갖지만, 약 5 mm 내지 약 10 mm의 길이를 가질 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 외부 종이 래퍼를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재와 필터 플러그 사이에 분리부를 포함할 수 있다. 분리부는 약 18 mm일 수 있지만, 약 5 mm 내지 약 25 mm의 범위 내에 있을 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 고체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 고체 및 액체 구성 요소 둘 모두를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 가열 시에 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 대안으로, 에어로졸 형성 기재는 비-담배 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 조밀하고 안정한 에어로졸의 형성을 용이하게 하는 에어로졸 형성제를 더 포함할 수 있다. 적절한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
에어로졸 발생 시스템은:
에어로졸 발생 장치, 및
부속 장치를 포함하며, 부속 장치는 부속 EESD를 포함하며, 에어로졸 발생 장치 및 부속 장치는 전기적으로 연결될 수 있다. 시스템은 에어로졸 발생 장치와 부속 장치가 전기적으로 연결될 때 부속 EESD가 전기 히터로 전력을 공급하게 하도록 구성될 수 있다.
EESD 온도 제어 시스템은 부속 장치에 적어도 부분적으로 포함될 수 있다. 예를 들어, EESD 온도 센서는 부속 장치 내에 위치될 수 있거나 전기 히터의 일부 또는 전부가 부속 장치 내에 위치될 수 있다.
부속 장치는 교류 전류 공급원 및 제1 EESD를 유도 가열하도록 구성된 유도 코일을 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 서셉터를 포함할 수 있다. 서셉터는 제1 EESD와 일체형 또는 그의 일부일 수 있거나, 제1 EESD 주위에 또는 그에 인접하여 위치될 수 있다. 유도 코일 및 서셉터는 함께 전기 히터를 형성할 수 있다.
부속 장치는 휴대용 충전기일 수 있으며 부속 EESD는 충전 EESD일 수 있다. 시스템은 충전 EESD로부터 에어로졸 발생 장치 내의 제1 EESD의 충전을 허용하도록 구성될 수 있다.
부속 장치는 부속 EESD의 온도를 감지하도록 위치된 적어도 하나의 부속 온도 센서 및 부속 EESD를 가열하도록 구성된 제2 전기 히터를 포함하는 부속 EESD 온도 제어 시스템을 포함할 수 있으며, 부속 EESD 온도 제어 시스템은 적어도 하나의 부속 온도 센서로부터의 출력에 따라서 제2 전기 히터를 작동시킨다.
부속 장치는 에어로졸 발생 장치 내의 온도 센서로부터의 신호에 기초하여 에어로졸 발생 장치 내의 제1 EESD를 가열하도록 구성된 히터를 포함할 수 있다.
부속 장치가 휴대용 충전기일 때, 부속 EESD 온도 제어 시스템은 부속 EESD로부터 에어로졸 발생 장치로의 전력 공급을 제어하도록 구성된 충전 전력 제어기에 연결되거나 그와 일체일 수 있다. 충전 전력 제어기는 적어도 하나의 충전기 온도 센서로부터의 출력에 따라서 부속 EESD로부터 에어로졸 발생 장치로의 전력 공급을 방지하도록 구성될 수 있다.
부속 EESD는 전기 단자를 가질 수 있으며 부속 EESD 온도 제어 시스템은 부속 EESD 단자에 연결되어 제2 전기 히터가 부속 EESD에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
부속 EESD는 리튬 이온 배터리일 수 있다. 일 구현예에서, 부속 EESD는 리튬 코발트 산화물 배터리이다. 휴대용 충전기의 경우, 부속 EESD는 바람직하게 제1 EESD보다 큰 용량을 가진다. 유리하게, 부속 EESD는 제1 EESD의 용량보다 적어도 5 배 더 큰 용량을 가진다. 이는 부속 EESD가 제1 EESD의 여러 번의 재충전을 제공하는 데 사용될 수 있음을 의미한다. 또한, 더 큰 용량의 부속 EESD는 제1 EESD용 전기 히터에 전력을 공급하는 데 유리하다.
에어로졸 발생 시스템은 부속 EESD를 둘러싸는 제2 단열재를 더 포함할 수 있다. 제2 단열재는 적외선 반사 층을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 부속 온도 센서는 부속 EESD와 제2 단열재 사이에 위치된 제1 부속 온도 센서 및 제2 단열재 외부에 위치된 제2 부속 온도 센서를 포함할 수 있다. 제2 전기 히터는 제1 부속 온도 센서로부터의 출력 및 제2 부속 온도 센서로부터의 출력에 따라서 활성화될 수 있다.
부속 전기 히터는 제1 부속 온도 센서로부터의 출력이 제1 임계치 미만이며 제2 부속 온도 센서로부터의 출력이 제2 임계치 미만 둘 모두일 때 활성화될 수 있다. 제1 임계치는 제2 임계치와 동일할 수 있거나 제2 임계치와 상이할 수 있다. 제1 임계치는 제2 온도 센서의 출력에 의존할 수 있다. 대안으로, 부속 전기 히터는 제1 부속 온도 센서로부터의 출력이 제1 임계치 미만일 때 활성화될 수 있지만, 제2 부속 온도 센서로부터의 출력 변화에 따라서 비활성화될 수 있다. 대안으로, 부속 전기 히터는 제1 부속 온도 센서로부터의 출력이 제1 임계치 미만일 때 활성화될 수 있지만 부속 전기 히터로 공급되는 전력은 제2 부속 온도 센서로부터의 출력에 의존할 수 있다.
적어도 하나의 온도 센서는 저항 온도 검출기(RTD), 서미스터, 실리콘 계열 집적 회로(IC) 온도 센서 및 열전쌍 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
부속 EESD 온도 제어 시스템은 마이크로 제어기를 포함할 수 있다. 마이크로 제어기는 저온 마이크로 제어기일 수 있다. 마이크로 제어기는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있다. 충전 전력 제어기는 프로그래밍 가능 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로 제어기를 포함할 수 있다. 부속 EESD 온도 제어 시스템 및 충전 전력 제어기는 단일 마이크로 제어기를 사용하여 실시될 수 있다.
부속 EESD 온도 제어 시스템은 부속 전기 히터 또는 전기 히터로 공급되는 전력을 제어하기 위한 PID 조절기를 포함할 수 있다. 제어기는 전력 펄스로서 히터에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 제어기는 전력 펄스의 듀티 사이클을 변경함으로써 전력 공급을 변경하도록 구성될 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 장치가 부속 장치에 연결될 때 부속 EESD로부터의 전력이 전기 히터로 전달되게 하도록 전환되는 스위치를 포함할 수 있다.
데이터는 에어로졸 발생 장치와 부속 장치 사이뿐만 아니라 부속 장치로부터 컴퓨터 또는 인터넷으로 데이터를 전송할 수 있는 컴퓨터 또는 다른 전자 장치에 의해 판독될 수 있는 컴퓨터 인터페이스로 통신될 수 있다. 바람직하게는 데이터 연결은 인터페이스 표준 하에서 작동한다. 인터페이스 표준은, 코드 변환, 회선 할당 또는 프로토콜 준수와 같은 하나 이상의 기능적 특성, 또는 2개 이상의 시스템 또는 장비 간의 정보 교환을 허용하는 데 필요한, 전기적 특성, 기계적 특성, 또는 광학적 특성과 같은 물리적 특성을 설명하는 표준이다. 통신 링크를 위한 적절한 인터페이스 표준의 예는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 표준 중 권장 표준 232(RS-232)군; USB; 블루투스; FireWire(IEEE 1394 인터페이스용 Apple, Inc의 브랜드명), IrDA(Infrared Data Association - 적외선 광에 의한 단거리 데이터 교환을 위한 통신 표준); Zigbee(무선 개인 영역 네트워크용 IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 한 규격) 및 다른 Wi-Fi 표준을 포함한다.
부속 장치는 사용자에게 나타내기 위한 표시기를 더 포함할 수 있다. 표시기는, 바람직하게, 광 또는 일련의 광 같은 가시적 표시기; 소리, 또는 일련의 소리; 및 촉각 표시기 중 적어도 하나를 포함한다. 촉각 표시기는 진동 또는 일련의 진동일 수 있다. 표시기는 전기 히터가 활성화될 때를 나타낼 수 있다. 가시적 표시기는 전자 디스플레이일 수 있다. 휴대용 충전기의 경우, 전자 디스플레이는 제1 EESD를 완전히 충전할 것을 요구하는 때의 추정을 제공할 수 있다.
부속 장치 또는 휴대용 충전기는 정보를 사용자에게 나타내는 디스플레이 또는 추가 디스플레이(예를 들어, 디지털 디스플레이)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는 흡연 물품 소모, 에너지 사용 또는 다른 정보를 나타낼 수 있다. 디스플레이는 제1 EESD가 흡연 물품을 소모하는 데 사용될 충분한 충전을 갖는 때를 추가로 나타낼 수 있다. 디스플레이는 부속 EESD 또는 제1 EESD가 사용되기 전에 가열되는 때를 나타낼 수 있다.
바람직하게, 휴대용 충전기는 하우징을 더 포함할 수 있다. 하우징은 에어로졸 발생 장치가 충전될 때 에어로졸 발생 장치를 공동 내부에 수용하는 장치일 수 있다. 휴대용 충전기는 두 개의 더 좁은 측벽과 상단 벽 및 하단 벽에 의해 이격된 두 개의 더 넓은 벽을 포함하는 실질적으로 직육면체일 수 있다. 휴대용 충전기는 라이트-엔드 궐련(lit-end cigarettes)의 팩과 유사한 크기와 형상일 수 있다.
부속 장치는 에어로졸 발생 장치를 수용하도록 구성된 가열 장치일 수 있으며, 가열 장치는 가열 장치 EESD를 포함한다. 에어로졸 발생 장치 및 가열 장치는 전기적으로 연결될 수 있다. 시스템은 에어로졸 발생 장치와 가열 장치가 전기적으로 연결될 때 가열 장치 EESD가 전기 히터에 전력을 공급하게 하도록 구성될 수 있다.
부속 장치가 휴대용 충전기인 경우, 시스템은 휴대용 충전기 및 에어로졸 발생 장치를 수용하도록 구성된 가열 장치일 수 있는 제2 부속 장치를 포함할 수 있으며, 가열 장치는 가열 장치 EESD를 포함하며, 상기 에어로졸 발생 장치 또는 휴대용 충전기 및 가열 장치가 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 시스템은 에어로졸 발생 장치 또는 휴대용 충전기 및 가열 장치가 전기적으로 연결될 때 가열 장치 EESD가 전기 히터에 전력을 공급하게 하도록 구성된다.
본 발명의 제3 양태에서, 에어로졸 발생 시스템이 제공되며, 에어로졸 발생 시스템은:
본 발명의 제1 양태에 따른 에어로졸 발생 장치, 및
휴대용 충전기를 포함하며, 상기 휴대용 충전기는 충전 전기화학적 에너지 저장 장치(EESD)를 포함하며, 에어로졸 발생 장치 및 휴대용 충전기는 제1 EESD가 충전 EESD로부터 충전되게 하도록 전기 연결될 수 있으며, 상기 휴대용 충전기는 충전 EESD의 온도를 감지하도록 위치된 적어도 하나의 충전기 온도 센서 및 충전 EESD를 가열하도록 구성된 제2 전기 히터를 포함하는 충전 EESD 온도 제어 시스템을 포함하며, 상기 충전 EESD 온도 제어 시스템은 적어도 하나의 충전기 온도 센서로부터의 출력에 따라서 제2 전기 히터를 작동시킨다.
본 발명의 제 4 양태에서, 전기 작동식 에어로졸 발생 장치의 작동을 제어하는 방법이 제공되며, 전기 작동식 에어로졸 발생 장치는 전기 작동식 에어로졸 발생 요소; 에어로졸 발생 요소에 전력을 공급하도록 구성된 제1 전기화학적 에너지 저장 장치(EESD); 및 제1 EESD의 온도를 감지하도록 위치된 적어도 하나의 온도 센서 및 제1 EESD를 가열하도록 구성된 전기 히터를 포함하는 EESD 온도 제어 시스템을 포함하며, 상기 방법은:
적어도 하나의 온도 센서의 출력을 모니터링하고 적어도 하나의 온도 센서의 출력이 제1 임계치 미만이면 전기 히터를 작동시키는 단계, 및
적어도 하나의 온도 센서의 출력이 제2 임계치 이상이 될 때까지 제1 EESD로부터 전기 작동식 에어로졸 발생 요소로의 전력 공급을 방지하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 제1 온도 센서로부터의 출력이 제1 임계치 미만이고 제2 온도 센서로부터의 출력이 제2 임계치 미만인 둘 모두일 때에만 전기 히터를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 임계치는 제2 임계치와 동일할 수 있거나 제2 임계치와 상이할 수 있다. 제1 임계치는 제2 온도 센서의 출력에 의존할 수 있다. 대안으로, 상기 방법은 제1 온도 센서로부터의 출력이 제1 임계치 미만일 때만 전기 히터를 작동시키는 단계, 및 제2 온도 센서로부터의 출력 변화에 따라서 전기 히터를 비활성화시키는 단계를 포함할 수 있다. 대안으로, 상기 방법은 제1 온도 센서로부터의 출력이 제1 임계치 미만일 때 전기 히터를 작동시키는 단계 및 제2 온도 센서로부터의 출력에 따라서 전기 히터에 공급되는 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 양태에서, 에어로졸 발생 시스템이 제공되며, 에어로졸 발생 시스템은:
에어로졸 발생 장치, 및
부속 장치를 포함하며, 상기 부속 장치는 사용 시에 에어로졸 발생 장치를 수용하도록 구성되고 감지된 온도에 기초하여 에어로졸 발생 장치 내의 EESD를 가열하도록 구성된 히터를 포함한다. 부속 장치는 온도 센서를 포함할 수 있다. 대안으로, 부속 장치는 에어로졸 발생 장치에 전기 연결될 수 있고 에어로졸 발생 장치로부터 감지된 온도를 나타내는 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 하나의 양태를 참조하여 설명된 특징은 본 발명의 다른 양태에 적용될 수 있다.
본 발명의 구현예는 첨부된 도면을 참조하여, 단지 예시하기 위한 목적으로 상세하게 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 장치 및 휴대용 충전기의 개략도이며;
도 2a는 배터리 히터 및 절연 조립체를 갖는 배터리의 개략적인 횡단면도이며;
도 2b는 도 2a의 히터 및 절연 조립체의 분해도이며;
도 3은 본 발명에 따른 EESD 온도 제어 시스템의 제어 요소의 개략도이며;
도 4는 본 발명에 따른 EESD 온도 제어 시스템에 사용되는 제어 공정의 일 실시예를 예시하는 흐름도이며;
도 5는 휴대용 충전기를 사용하는 유도 히터를 사용하는 EESD 온도 제어 시스템의 구현예의 개략도이며; 그리고
도 6은 전용 배터리 가온 부속 장치를 사용하는 유도 히터를 사용하는 EESD 온도 제어 시스템의 일 구현예의 개략도이다.
도 1은 휴대용 충전기(100) 및 에어로졸 발생 장치(102)를 도시한다. 이러한 실시예에서 에어로졸 발생 장치(102)는 에어로졸 형성 기재를 포함하는 흡연 물품(104)을 수용하는 데 적응되는 전기 가열식 에어로졸 발생 장치이다. 에어로졸 발생 장치는 작동 시 에어로졸 형성 기재를 가열하는 히터(134)를 포함한다. 사용자는 흡연 물품(104)의 마우스피스 부분을 흡입해서 사용자의 입 안으로 에어로졸을 흡인한다. 에어로졸 발생 장치(102)는 에어로졸 발생 장치 내의 전원을 재충전하기 위해 휴대용 충전기(100)의 공동(112) 내부에 수용되도록 구성된다.
휴대용 충전기(100)는 충전 배터리(106), 충전 제어 전자기기(108), 및 에어로졸 발생 장치가 전기 접점(110)과 연결될 때 충전 배터리(106)로부터 에어로졸 발생 장치 내의 제1 배터리로 전력을 제공하도록 구성된 전기 접점(110)을 포함한다. 전기 접점(110)는 공동(112)의 하단에 인접하여 제공된다. 공동은 에어로졸 발생 장치(102)를 수용하도록 구성된다. 휴대용 충전기(100)의 구성 요소는 하우징(116) 내에 수용된다.
에어로졸 발생 장치(102)는 제1 배터리(126), 제어 전자기기(128) 및 전기 접점(130)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(102)의 제1 배터리(126)는 전기 접점(130)이 휴대용 충전기(100)의 전기 접점(110)과 접촉할 때 충전 배터리(106)로부터 전력 공급을 수용하도록 구성된다. 에어로졸 발생 장치(102)는 흡연 물품(104)을 수용하도록 구성된 공동(132)을 더 포함한다. 예를 들어, 블레이드 히터 형태인 히터(134)가 공동(132)의 하단에 제공된다. 사용 시, 사용자는 에어로졸 발생 장치(102)를 활성화하고, 전력은 제1 배터리(126)로부터 제어 전자기기(128)를 경유하여 히터(134)로 제공된다. 히터는 에어로졸 발생 물품(104)의 에어로졸 형성 기재로부터 에어로졸을 발생시키기에 충분한 표준 작동 온도로 가열된다. 에어로졸 발생 장치(102)의 구성 요소는 하우징(136) 내에 수용된다. 이러한 유형의 에어로졸 발생 장치는, 예를 들어 EP 2110033호에서 보다 완전하게 설명된다.
에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 가열 시에 상기 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함한다. 대안으로, 에어로졸 형성 기재는 비-담배 재료를 포함할 수 있다. 바람직하게, 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성제를 더 포함한다. 적절한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
에어로졸 형성 기재는 고체 기재일 수 있다. 고체 기재는, 예를 들어, 허브 잎, 담배 잎, 담배 리브의 조각, 재생 담배, 균질화 담배, 압출 담배 및 팽화 담배 중 하나 이상을 함유하는, 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이와 같은 실시예에서, 에어로졸 발생 장치(102)는 전기 가열식 흡연 장치이다. 이와 같이, 에어로졸 발생 장치(102)는 소형(종래의 궐련 크기)이지만, 단 몇 분, 통상적으로 단일의 흡연 세션 동안 대략 7 분의 기간에 걸쳐서 높은 전력을 전달해야 한다. 그 후에, 제1 배터리는 재충전하기 위해 휴대용 충전기(100)로 복귀될 필요가 있을 수 있다. 몇 분 만에, 바람직하게는 6 분 미만에, 적어도 다른 완전한 흡연 경험을 하게 하도록 충분한 수준으로 재충전이 완성되는 것이 바람직하다.
휴대용 장치 내의 충전 배터리(106)는 자체 재충전이 필요하기 전에 제1 배터리(126)를 여러 번 재충전하는 데 충분한 충전을 유지하도록 구성된다. 이는, 주 콘센트(mains outlet)로부터의 재충전이 요구되기 전에 여러 번의 흡연 세션을 허용하는 휴대용 시스템을 사용자에게 제공한다.
충전 배터리를 자주 교체할 필요가 없는 것이 또한 바람직하다. 바람직하게, 충전 배터리는 적어도 1 년의 유효 수명을 가지며, 이는 통상적인 사용자에 대해 약 8000 회의 충전/방전 사이클과 동일하다.
소형 크기, 충분한 용량 및 안전하지만 고속의 충전 및 방전뿐만 아니라, 허용 가능한 수명을 갖는 제1 배터리(126)에 대한 경합하는 요건을 충족시키기 위해서, 이와 같은 실시예에서와 같이, 리튬인산철(LiFePO4) 배터리 화학 물질이 사용될 수 있다. 이와 같은 실시예에서 제1 배터리(126)는 10 mm의 직경 및 37 mm의 길이를 갖는 원통 형상을 가진다. 이 배터리는 900J/사이클 넘게 8000 사이클의 충전/방전을 겪을 수 있다. 평균 충전 속도는 최대 12 C일 수 있다. 1 C의 충전 속도는 배터리가 1시간에 제로 충전에서 완전 충전으로 완전히 충전되는 것을 의미하며 2 C 충전 속도는 배터리가 30분에 제로 충전에서 완전 충전으로 완전히 충전되는 것을 의미한다. 배터리 용량은 125 mAh의 영역이다. 최대 충전 전류는 980 mA 내지 1.5 A 범위일 수 있다. 방전은 최대 4 A의 1 밀리초 펄스를 사용하여 수행된다. 통상적인 작동 온도에서 방전 속도는 대략 13 C이다. 대안적으로, 티탄산 리튬 배터리가 제1 배터리를 위해 사용될 수 있다.
휴대용 충전기(100) 내의 충전 배터리(106)는 프리즘 유형의 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 배터리이다. 충전 배터리는 제1 배터리 용량의 10 배를 초과하는 약 2900 mAh의 용량을 가진다. 제1 배터리는 2 C 내지 16 C의 속도로 충전 배터리로부터 충전될 수 있다. 1 C의 속도로 충전 배터리를 방전시키면 제1 배터리에 10 C 초과의 충전 속도를 제공한다. 충전 배터리의 충전은 배터리 수명을 최대화하기 위해 0 내지 1.5 C의 속도, 통상적으로 약 0.5C의 속도로 주 전원으로부터 수행될 수 있다.
리튬 코발트 산화물 배터리는 리튬 인산철보다 더 높은 배터리 전압을 제공해서, 단일의 리튬 코발트 산화물 배터리로부터 리튬 인산철 배터리를 충전하게 한다.
제1 배터리(126) 및 충전 배터리(106) 둘 모두는 관련된 배터리 히터 조립체를 가진다. 전기 히터(140)는 제1 배터리(126)를 둘러싸고 저온 마이크로 제어기(142)에 의해 제어된다. 충전 배터리 히터(144)는 충전 배터리(106)를 둘러싸고 제2 저온 마이크로 제어기(146)에 의해 제어된다.
도 2a는 도 1에 도시된 제1 배터리(126)를 둘러싸는 배터리 히터 조립체의 개략적인 단면도이다. 도 2b는 도 2a의 배터리 히터 조립체 내의 히터 및 절연 층의 분해도이다. 배터리 히터 조립체는 배터리(126) 주위를 래핑하는 포일인 제1 배터리 히터(140)를 포함한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 전기 연결부(141, 143)는 포일 히터(140)에 전류를 제공한다. 히터(140)로의 전력 공급은 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 포일 히터(140)를 둘러싸는 것은 포일 또는 코팅으로서 제공될 수 있는 적외선 반사층이다. 절연 층(160)은 반사 층 주위에 제공된다. 히터(140), 반사 층(150) 및 절연 층(160)은 동일 적층 구조물로서 제공될 수 있다. 반사 층은 배터리로부터 방사 열 손실을 감소시킨다. 절연 층은 배터리로부터 전도성 열 손실을 감소시킨다.
또한, 배터리 히터 조립체는 2 개의 온도 센서를 포함한다. 제1 온도 센서(200)는 배터리(126)와 배터리 히터(140) 사이에 제공된다. 제2 온도 센서(210)는 절연 층(160) 외측에 제공된다. 2 개의 온도 센서로부터의 출력은 마이크로 제어기(142)에 의해 배터리 히터(140)에 공급되는 전력의 제어에 사용된다.
이러한 실시예에서, 절연 층(160)은 유리 솜으로 형성되고 3 mm의 두께를 가진다. 반사층(150)은 두께 0.02 ㎜의 알루미늄 포일이다. 포일 히터(140)는 저항성 구리 층이 그 위에 적층된 폴리이미드의 기재를 포함한다. 온도 센서(200, 210)는 서미스터이다.
도 2a 및 도 2b는 제1 배터리(126)용 배터리 히터 조립체를 예시한다. 동일한 배터리 히터 조립체가 충전 배터리(106)용으로 제공된다.
도 3은 도 1에 예시된 바와 같은 시스템 내의 EESD 온도 제어 시스템의 제어 요소를 예시한다. 에어로졸 발생 장치(102)는 도 2a를 참조하여 설명된 배터리 히터 조립체에 의해 둘러싸여 있지만 명확성을 위해 도 3에 도시되지 않은 제1 배터리(126)를 포함한다. 마이크로 제어기(142)는 -40℃ 아래의 온도에서 작동하는 산업용 마이크로 제어기이다. 마이크로 제어기(142)는 연결부(T1 및 T2)를 통해 제1 온도 센서(200)에 연결되고 연결부(T3 및 T4)를 통해 제2 온도 센서에 연결된다. 전력은 연결부(H1 및 H2)를 통해 제1 배터리(126)로부터 히터 조립체로 공급된다. 마이크로 제어기(142)는 스위치(147)를 제어함으로써 연결부(H2)를 통해 히터 조립체로의 전류의 공급을 제어한다. 온도 센서(200 및 210)의 출력에 기초하여, 마이크로 제어기는 스위치(147)를 폐쇄하거나 개방한다. 히터 조립체에 제공된 전력의 양 및 그에 따른 제1 배터리(126)의 온도는 스위치(147)의 작동 듀티 사이클을 변화시킴으로써 제어된다. 온도 센서(200 및 210)로부터의 피드백을 사용하여, 배터리의 온도는 원하는 온도로 또는 그 초과의 온도로 유지될 수 있다. 이러한 실시예에서, 원하는 온도는 10℃이고 제어 공정은 도 6을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
EESD 온도 제어 시스템은 또한 동일한 방식으로 작동하는 휴대용 충전기(100)에 제공된다. 충전 배터리(106)에는 도 2a 및 2b를 참조하여 설명된 바와 같이, 유사한 배터리 히터 조립체가 제공된다. 마이크로 제어기(146)는 또한, -40℃ 아래의 온도에서 작동하는 산업용 마이크로 제어기이다. 마이크로 제어기(146)는 연결부(T1 및 T2)를 통해 제1 온도 센서(200)에 연결되고 연결부(T3 및 T4)를 통해 제2 온도 센서에 연결된다. 전력은 연결부(H1 및 H2)를 통해 충전 배터리(106)로부터 히터 조립체로 공급된다. 마이크로 제어기(146)는 스위치(149)를 제어함으로써 연결부(H2)를 통해 히터 조립체로의 전류 공급을 제어한다. 온도 센서의 출력에 기초하여, 마이크로 제어기는 스위치(149)를 폐쇄하거나 개방한다. 히터 조립체에 공급되는 전력의 양, 따라서 충전 배터리(106)의 온도는 스위치(149)의 작동 듀티 사이클을 변화시킴으로써 제어된다. 온도 센서(200 및 210)로부터의 피드백을 사용하여, 충전 배터리의 온도는 원하는 온도 또는 그 초과의 온도로 유지될 수 있다.
에어로졸 발생 장치가 휴대용 충전기에 연결될 때, 휴대용 충전기로부터 제1 배터리용 배터리 히터에 전력을 제공하는 것이 가능하다. 충전 배터리를 제1 배터리용 배터리 히터에 선택적으로 연결하게 하는 제2 스위치(170)가 제공된다. 마이크로 제어기(142)는 스위치(147) 및 스위치(170) 둘 모두를 제어함으로써 연결부(H2)를 통해 히터 조립체로의 전류 공급을 제어한다. 에어로졸 발생 장치가 휴대용 충전기에 연결되면, 마이크로 제어기(142)는 제1 배터리(126)를 제1 배터리 히터로부터 분리할 수 있지만 충전 배터리를 제1 배터리 히터에 연결하게 할 수 있다. 충전 배터리는 제1 배터리보다 더 높은 온도에 있을 수 있으므로 더 많은 전력을 전달할 수 있다. 충전 배터리는 또한, 통상적으로 제1 배터리보다 더 큰 용량을 가진다.
도 4는 2 개의 온도 센서를 사용하는 기본 제어 방법을 예시한다. 제1 단계에서, 제1 온도 센서로부터의 출력은 T1으로 지칭되며, T2로 지칭되는 제2 온도 센서(210)로부터의 출력은 마이크로 제어기에 의해 판독된다. 단계(310)에서, T1의 값은 제1 임계 값(Ta), 이 경우에 10℃와 비교된다. T1이 Ta보다 작지 않으면, 공정은 다른 사이클 동안 단계(300)로 복귀한다. T1이 Ta보다 작으면, 공정은 단계(320)로 진행한다. 단계(320)에서, T2의 값은 제1 임계 값(Tb), 이 경우에 12℃와 비교된다. T2가 Tb보다 작지 않으면, 공정은 다른 사이클 동안 단계(300)로 복귀한다. T2가 Tb보다 작으면, 공정은 배터리 히터에 전류 펄스를 제공함으로써 배터리 히터가 활성화되는 단계(330)로 진행한다. 공정은 그 후 단계(300)로 복귀함으로써 반복된다. 주위 온도를 감지하는 제2 온도 센서를 갖는 장점은 열 오버슈트를 더 쉽게 회피할 수 있다는 점이다. 장치의 정상적인 작동은 약간의 열을 발생할 것이다. 주위 온도가 임계 레벨을 초과하면, 배터리 온도가 초기에 제1 임계치 미만인 경우라도 배터리의 능동 가열은 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 추운 환경으로부터 사용하기 바로 전에 따뜻한 실내 환경으로 장치를 취하면, 배터리 온도가 최적 온도 미만일 수 있지만 배터리의 수동 가열만으로 충분할 수 있다. 배터리의 능동 가열은 에너지 낭비가 될 수 있고 열 오버슈트가 유도될 수 있다.
도 5는 에어로졸 발생 장치 및 휴대용 충전기를 위한 EESD 온도 제어 시스템의 대체 구성을 예시한다. 도 5의 구현예는 충전기 내에 유지된 코일을 사용하여 에어로졸 발생 장치 내부의 제1 배터리를 가열하기 위해 유도 가열을 사용한다.
에어로졸 발생 장치(402)는 개략적으로 예시되고 제1 배터리(404) 및 에어로졸 발생 요소(406)를 포함한다. 휴대용 충전기(400)는 충전 배터리(408)를 포함한다. 에어로졸 발생 장치(402)는 휴대용 충전기의 공동(410) 내에 유지된다. 휴대용 충전기 내의 코일(412)은 에어로졸 발생 장치(402)가 공동(410) 내에 유지될 때 제1 배터리(404)의 일부분을 둘러싸도록 공동(410)의 일부분을 둘러싼다. 에어로졸 발생 장치는 제1 배터리와 일체형이거나 그에 가까운 서셉터 요소(도시되지 않음)를 가진다. 코일(412)은 충전 배터리(408)에 의해 전력이 공급되는 고주파수 AC 공급원(418)에 연결된다. 휴대용 충전기는 또한, 제1 배터리 또는 에어로졸 발생 장치의 하우징의 온도를 감지하기 위해 공동(410)에 인접한 서미스터(416)를 포함한다. 마이크로 제어기(414)는 서미스터(416), 충전 배터리(408) 및 고주파수 AC 공급원(418)에 연결된다. 서미스터(416)의 출력에 기초하여, 마이크로 제어기(414)는 고주파 교류 전류를 코일(412)에 공급하게 한다. 온도 센서에 의해 감지된 온도가 10℃ 미만으로 떨어질 때 AC 공급원은 마이크로 제어기에 의해 켜진다. 고주파 교류 전류가 코일에 공급될 때 서셉터의 유도 가열을 유발하고 따라서 제1 배터리를 가열한다. 서미스터(416)로부터의 피드백을 사용하여, 배터리의 온도는 원하는 온도 또는 그 초과의 온도로 유지될 수 있다.
휴대용 충전기는 온도 센서에 의해 감지된 온도를 연속적으로 모니터링하고 코일을 작동시켜 온도가 10℃ 훨씬 미만으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 동일한 공정이 충전 배터리에 대해 수행될 수 있다. 대안으로, 충전 배터리는 저온에서 작동하도록 구성될 수 있고 배터리 가열 시스템은 사용자 입력 후에만 작동될 수 있다.
유도 가열에 대한 일 대안으로서, 코일(412)은 공동(410)을 가열하는 저항 히터로서 작용하도록 구성될 수 있고, 따라서 공동 내에 있을 때 제1 배터리(404)를 가열한다. DC 전류는 코일(412) 또는 다른 형태의 저항 히터에 인가되어 줄 가열에 의해 공동을 가열할 수 있다.
도 6은 전용 가온 부속 장치가 휴대용 충전기에 별도로 제공되는 다른 대체 구성을 예시한다. 가온 부속 장치(500)는 휴대용 충전기와 에어로졸 발생 장치 둘 모두를 함께 수용하는 파우치이며 에어로졸 발생 장치의 배터리를 유도 가열하도록 작동한다.
도 6의 에어로졸 발생 장치(402)는 도 5에 도시된 에어로졸 발생 장치와 동일하고 제1 배터리(404) 및 에어로졸 발생 요소(406)를 포함한다. 에어로졸 발생 장치는 제1 배터리와 일체형이거나 그에 가까운 서셉터 요소(도시되지 않음)를 가진다. 휴대용 충전기(440)는 충전 배터리(448)를 포함한다. 에어로졸 발생 장치(402)는 휴대용 충전기의 공동(410) 내에 유지된다. 휴대용 충전기는 또한, 제1 배터리 또는 에어로졸 발생 장치의 하우징의 온도를 감지하기 위해 공동(410)에 인접한 온도 센서(446)를 포함한다. 마이크로 제어기(444)는 온도 센서(446), 충전 배터리(448) 및 가온 부속 장치(500)와의 인터페이스(450)에 연결된다.
가온 부속 장치(500)는 부속 EESD(502), 마이크로 제어기(504), 고주파 AC 공급원(506) 및 코일(508)을 포함한다. 코일은 에어로졸 발생 장치가 가온 부속 장치에 수용될 때 제1 배터리에 인접한 위치에서 가온 부속 장치 내에 위치된다. 도시된 실시예에서, 코일(508)은 평면형 코일이다. 마이크로 제어기(504)는 부속 EESD(502) 및 고주파 AC 공급원(506)에 연결된다. 마이크로 제어기(504)는 또한, 인터페이스(450)에 연결되고 휴대용 충전기의 온도 센서(446)로부터의 출력에 기초하여 인터페이스(450)를 통해 신호를 수신한다. 인터페이스는 가온 부속 장치와 휴대용 충전기 사이의 데이터 교환을 허용하며, 예를 들어 마이크로 USB 연결부일 수 있다. 인터페이스(450)에 대한 일 대안으로서, 가온 부속 장치는 블루투스와 같은 무선 연결을 통해 휴대용 충전기와 정보를 교환할 수 있다. 온도 센서(446)에 의해 감지된 온도가 임계 온도, 예를 들어 10℃ 미만으로 떨어질 때, 마이크로 제어기는 AC 공급원을 켠다. 고주파 교류 전류가 코일에 공급될 때 서셉터의 유도 가열을 유발하고 따라서 제1 배터리를 가열한다. 온도 센서(446)로부터의 피드백을 사용하여, 배터리의 온도는 원하는 온도 또는 그 초과 온도로 유지될 수 있다.
휴대용 충전기 내의 충전 배터리를 가열하기 위해 동일한 배열이 제공될 수 있다.
가온 부속 장치는 부속 EESD(502)뿐만 아니라 휴대용 충전기 및 에어로졸 발생 장치 둘 모두로부터의 열 손실을 감소시키는 단열재를 포함할 수 있다.
또한, 유도 가열에 대한 일 대안으로서, 가온 부속 장치는 부속 장치의 내부를 가열하도록 구성된 저항 히터 및 부속 장치 내에 수용된 임의의 충전기 및 에어로졸 발생 장치를 포함할 수 있다. 저항 히터는 도 6을 참조하여 설명된 방식으로 온도 센서(446)로부터의 피드백에 기초하여 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 배터리 온도 조절이 없는 시스템과 비교하여 개선되고 더 일정한 사용자 체험을 초래한다. 배터리 가온이 에어로졸 발생이나 배터리 충전에 이용할 수 있는 에너지를 감소시킬 수 있지만, 주위 조건에 관계없이 사용자에게 에어로졸의 만족스러운 전달을 제공하는 장점이 더 중요하다.
본 발명의 구현예가 하나의 특정 유형의 에어로졸 발생 장치를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 임의의 유형의 배터리 동력식 휴대용 에어로졸 발생 장치에 적용될 수 있다는 것을 확실히 해야 한다.

Claims (18)

  1. 에어로졸 발생 시스템으로서:
    전기 작동식 에어로졸 발생 요소;
    에어로졸 발생 요소에 전력을 공급하도록 구성된 제1 전기화학적 에너지 저장 장치(EESD); 및
    제1 EESD의 온도를 감지하도록 위치된 적어도 하나의 온도 센서 및 제1 EESD를 가열하도록 구성된 전기 히터를 포함하는 EESD 온도 제어 시스템을 포함하며, 상기 EESD 온도 제어 시스템은 적어도 하나의 온도 센서로부터의 출력에 따라서 전기 히터를 작동시키고,
    상기 에어로졸 발생 시스템은 상기 제1 EESD를 둘러싸는 단열재를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 온도 센서는 제1 EESD와 단열재 사이에 위치된 제1 온도 센서 및 단열재 외부에 위치된 제2 온도 센서를 포함하고, 상기 전기 히터는 제1 온도 센서로부터의 출력 및 제2 온도 센서로부터의 출력에 따라서 활성화되는, 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 핸드헬드 에어로졸 발생 장치를 포함하며, 상기 에어로졸 발생 장치는 상기 에어로졸 발생 요소, 상기 제1 EESD 및 상기 EESD 온도 제어 시스템을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 EESD 온도 제어 시스템은 제1 EESD로부터 에어로졸 발생 요소로의 전력 공급을 제어하도록 구성된 전력 제어기에 연결되거나 그와 일체이며, 상기 전력 제어기는 적어도 하나의 온도 센서로부터의 출력에 따라서 제1 EESD로부터 에어로졸 발생 요소로의 전력 공급을 방지하도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 EESD는 전기 단자를 가지며, 상기 EESD 온도 제어 시스템은 전기 히터가 제1 EESD에 의해 전력이 공급될 수 있도록 제1 EESD 단자에 연결되는, 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 에어로졸 발생 시스템은:
    에어로졸 발생 장치, 및
    부속 장치를 포함하며, 상기 부속 장치는 부속 EESD를 포함하며, 상기 에어로졸 발생 장치 및 부속 장치는 전기 연결될 수 있으며, 상기 시스템은 에어로졸 발생 장치 및 부속 장치가 전기 연결될 때 부속 EESD가 전기 히터에 전력을 공급하게 하도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 EESD 온도 제어 시스템은 부속 장치 내에 적어도 부분적으로 포함되는, 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 부속 장치는 교류 공급원 및 제1 EESD를 유도 가열하도록 구성된 유도 코일을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제5항, 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 부속 장치는 휴대용 가열 장치인, 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제5항, 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 부속 장치는 휴대용 충전기이며, 상기 시스템은 부속 EESD로부터 제1 EESD의 충전을 허용하도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 휴대용 충전기 및 에어로졸 발생 장치를 수용하도록 구성된 가열 장치를 더 포함하며, 상기 가열 장치는 가열 장치 EESD를 포함하며, 상기 에어로졸 발생 장치 또는 휴대용 충전기 및 가열 장치는 전기 연결될 수 있으며, 상기 시스템은 에어로졸 발생 장치 또는 휴대용 충전기 및 가열 장치가 전기 연결될 때 가열 장치 EESD가 전기 히터에 전력을 공급하게 하도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 부속 장치는 부속 EESD의 온도를 감지하도록 위치된 적어도 하나의 부속 온도 센서 및 부속 EESD를 가열하도록 구성된 제2 전기 히터를 포함하는 부속 EESD 온도 제어 시스템을 포함하며, 상기 부속 EESD 온도 제어 시스템은 적어도 하나의 부속 온도 센서로부터의 출력에 따라서 제2 전기 히터를 작동시키는, 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 부속 EESD 온도 제어 시스템은 부속 EESD로부터 에어로졸 발생 장치로의 전력 공급을 제어하도록 구성된 전력 제어기에 연결되거나 그와 일체이며, 상기 전력 제어기는 적어도 하나의 부속 온도 센서로부터의 출력에 따라서 부속 EESD로부터 에어로졸 발생 장치로의 전력 공급을 방지하도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 부속 EESD는 전기 단자를 가지며, 상기 부속 EESD 온도 제어 시스템은 부속 EESD 단자에 연결되어 제2 전기 히터가 부속 EESD에 의해 전력이 공급될 수 있는, 에어로졸 발생 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 단열재는 적외선 반사층을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  15. 제2항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 시스템은:
    휴대용 충전기를 더 포함하며, 상기 휴대용 충전기는 충전 EESD를 포함하며, 상기 에어로졸 발생 장치 및 휴대용 충전기는 제1 EESD가 충전 EESD로부터 충전되게 하도록 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 휴대용 충전기는 충전 EESD의 온도를 감지하도록 위치된 적어도 하나의 충전기 온도 센서 및 충전 EESD를 가열하도록 구성된 제2 전기 히터를 포함하는 충전 EESD 온도 제어 시스템을 포함하며, 상기 충전 EESD 온도 제어 시스템은 적어도 하나의 충전기 온도 센서로부터의 출력에 따라서 제2 전기 히터를 작동시키는, 에어로졸 발생 시스템.
  16. 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템의 작동을 제어하는 방법으로서, 상기 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템은 전기 작동식 에어로졸 발생 요소; 에어로졸 발생 요소에 전력을 공급하도록 구성된 제1 EESD; 그리고 제1 EESD의 온도를 감지하도록 위치된 적어도 하나의 온도 센서 및 제1 EESD를 가열하도록 구성된 전기 히터를 포함하는 EESD 온도 제어 시스템을 포함하며, 상기 방법은:
    적어도 하나의 온도 센서의 출력을 감시하고 적어도 하나의 온도 센서의 출력이 제1 임계치 미만이면 전기 히터를 작동시키는 단계, 및 적어도 하나의 온도 센서의 출력이 제2 임계치 이상이 될 때까지 제1 EESD로부터 전기 작동식 에어로졸 발생 요소로의 전력 공급을 방지하는 단계를 포함하고,
    상기 에어로졸 발생 시스템은 상기 제1 EESD를 둘러싸는 단열재를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 온도 센서는 제1 EESD와 단열재 사이에 위치된 제1 온도 센서 및 단열재 외부에 위치된 제2 온도 센서를 포함하고, 상기 전기 히터는 제1 온도 센서로부터의 출력 및 제2 온도 센서로부터의 출력에 따라서 활성화되는, 전기 작동식 에어로졸 발생 장치의 작동을 제어하는 방법.
  17. 삭제
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