KR102624340B1 - 용량 센서를 갖는 카트리지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어로졸 발생 시스템용 카트리지로서, 제1 축전판(34A) 및 제2 축전판(34B)를 갖는 축전지를 포함하는 센서(34A, 34B), 액체 에어로졸 형성 기재를 유지하기 위한 액체 저장부(38A, 38B) 및 기화기를 포함하되, 액체 저장부(38A, 38B)는 제1 축전판(34A)와 제2 축전판(34B) 사이에 배치되고, 액체 저장부(38A, 38B)의 유전율은 액체 저장부(38A, 38B)에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피 변화에 따라 변하고, 센서는 축전지의 정전 용량을 측정하도록 구성되고, 측정된 정전 용량은 액체 저장부(38A, 38B)에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 대응하는 유전율과 관련되어 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피의 양이 측정된 정전 용량으로부터 결정될 수 있는, 카트리지에 관한 것이다. 본 발명은 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 더 관한 것이다. 본 발명은 액체 저장부(38A, 38B)에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피를 결정할 수 있는 정전 용량을 측정하는 방법에 더 관한 것이다.

Description

용량 센서를 갖는 카트리지
본 발명은 에어로졸 발생 시스템, 예컨대 핸드헬드 전동식 흡연 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 에어로졸 형성 기재가 액체이며 액체 저장부에 포함되는 에어로졸 발생 시스템에 사용되는 액체 저장부에 관한 것이다.
에어로졸 발생 시스템의 한 유형은 전동식 흡연 시스템이다. 배터리 및 제어 전자 장치를 포함하는 장치부, 액체 저장부에 유지되는 에어로졸 형성 기재의 공급부를 포함하는 카트리지부, 및 전동식 기화기로 이루어진 핸드헬드 전동식 흡연 시스템이 공지되어 있다. 액체 저장부에 유지되는 에어로졸 형성 기재의 공급부와 기화기 모두를 포함하는 카트리지는 때로는 “카토마이저(cartomizer)”로서 지칭된다. 기화기는 일반적으로 액체 저장부에 유지되는 액체 에어로졸 형성 기재에 젖은 세장형의 심지(elongate wick) 둘레로 권취된 히터 와이어의 코일을 포함한다. 카트리지부는 일반적으로 에어로졸 형성 기재의 공급부 및 전동식 증발기뿐만 아니라, 사용 중에 사용자가 에어로졸을 입 속으로 흡인하기 위해 입을 대서 빠는 마우스피스도 포함한다.
에어로졸 형성 기재의 소모를 감지하고 액체 저장부에 남아있는 에어로졸 형성 기재의 양을 판단하는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
WO 2012/085207 A1은 에어로졸 형성 기재를 수용하기 위한 전동식 에어로졸 발생 시스템으로서, 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 액체 저장부, 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터, 및 전기 히터의 활성화를 모니터링하고 모니터링된 활성화에 기초하여 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸 형성 기재의 양을 추정하도록 구성된 전기 회로를 포함하는 시스템을 개시하고 있다.
예를 들어, 활성화 횟수 및 활성화 시간을 카운팅하여 전기 히터의 활성화를 모니터링한 것은, 비록 전력과 온도를 감안하였다 하더라도 액체 잔여량에 대한 대략적인 추정치에 불과하다.
남은 액체의 결정된 부피의 정밀도를 개선하는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 지금까지 소모된 액체의 부피를 누계할 필요 없이 남은 액체의 부피를 결정할 수 있는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 것이 더 바람직할 것이다.
본 발명에 따르면, 에어로졸 발생 시스템용 카트리지로서, 제1 축전판 및 제2 축전판을 갖는 축전지를 포함하는 센서, 액체 에어로졸 형성 기재를 유지하기 위한 액체 저장부 및 기화기를 포함하되, 액체 저장부는 제1 축전판과 제2 축전판 사이에 배치되고, 액체 저장부의 유전율은 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피 변화에 따라 변하고, 센서는 축전지의 정전 용량을 측정하도록 구성되고, 측정된 정전 용량은 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 대응하는 유전율과 관련되어 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피의 양이 측정된 정전 용량으로부터 결정될 수 있는, 카트리지가 제공된다.
이제 본 발명의 구현예들은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 액체 저장부, 모세관 매질, 및 기화기를 포함하는 통상적인 에어로졸 발생 시스템의 상측도이고;
도 2a는 본 발명의 구현예에 따라 액체 저장부, 평행판 축전지를 포함하는 센서, 모세관 매질, 및 기화기를 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 상측도이고;
도 2b는 도 2a의 에어로졸 발생 시스템의 사시도이고;
도 3a는 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피가 감소된 도 2a의 에어로졸 발생 시스템의 상측도이고;
도 3b는 도 3a의 에어로졸 발생 시스템의 사시도이고;
도 4a는 본 발명의 구현예에 따라 액체 저장부, 평행판 축전지를 포함하는 센서, 모세관 매질, 및 기화기를 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 상측도이고;
도 4b는 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피가 감소된 도 4a의 에어로졸 발생 시스템의 상측도이고;
도 5a는 본 발명의 구현예에 따라 액체 저장부, 평행판 축전지를 포함하는 센서, 모세관 매질, 및 기화기를 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 상측도이고;
도 5b는 원형 평행판 축전지를 갖는 도 5a의 에어로졸 형성 시스템의 사시도이고;
도 5c는 사각 평행판 축전지를 갖는 도 5a의 에어로졸 형성 시스템의 사시도이고;
도 6a는 본 발명의 구현예에 따라 액체 저장부, 동심 원통 축전지를 포함하는 센서, 모세관 매질, 및 기화기를 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 상측도이고;
도 6b는 도 6a의 에어로졸 발생 시스템의 사시도이고;
도 7a는 본 발명의 구현예에 따라 축전판에 본질적으로 수직하는 액체 레벨을 갖는 평행판 축전지의 사시도이고;
도 7b는 본 발명의 구현예에 따라 축전판에 본질적으로 수직하는 액체 레벨을 갖는 동심 원통 축전지의 사시도이고;
도 7c는 본 발명의 구현예에 따라 축전판 사이에서 자유롭게 움직이는 액체를 갖는 평행판 축전지의 사시도이고;
도 7d는 본 발명의 구현예에 따라 축전판 사이에서 자유롭게 움직이는 액체를 갖는 동심 원통 축전지의 사시도이고;
도 8a는 본 발명의 구현예에 따라 액체가 모세관 매질에 침지된 사각 및 원형 평행판 축전지의 사시도이고;
도 8b는 본 발명의 구현예에 따라 액체가 모세관 매질에 침지된 동심 원통 축전지의 사시도이고;
도 9는 센서의 전기적 구성의 개략도이고;
도 10은 본 발명의 구현예에 따라 액체 저장부, 축전지를 갖는 센서, 모세관 매질, 및 기화기를 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 개략도이다.
본 발명은 또한 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재는 축전지의 유전체의 일부를 형성한다. 액체 저장부는 밀봉되며 액체 에어로졸 형성 기재가 액체 저장부로부터 기화기에 흐르도록 하는 배출구를 포함한다. 카트리지는 액체 저장부가 위치된 하우징을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재를 기화기에 흡인하는 심지와 같은 모세관 매질을 포함한다. 본 발명의 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 정상적인 동작에 있어서, 액체를 흡인하는 것이 액체 저장부 내에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피를 줄이는 유일한 방법이다. 모세관 매질은 하우징 내에서 배향될 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재가 기화되어 소모됨에 따라 액체 저장부 내의 액체 에어로졸 형성 기재는 감소한다. 이러한 액체 에어로졸 형성 기재의 양의 변화는 축전지의 유전 특성을 변화시킴으로써 정전 용량의 판독 값이 변화하게 될 것이다. 정전 용량 측정 값은 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 양을 결정하는데 사용될 수 있다.
액체 저장부는 액체 에어로졸 형성 기재가 저장될 수 있는 액체 저장부의 표면을 나타내는 하나 이상의 벽을 포함한다. 바람직하게는, 액체 저장부의 하나 이상의 벽은 강성이며, 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 양이 변하더라도 실질적으로 일정한 부피를 제공한다. 액체 저장부는 전체가 강성인 액체 용기일 수 있다. 액체 저장부의 하나 이상의 벽은 가요성일 수 있다. 하나 이상의 가요성 벽은 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피에 적합하도록 구성된다. 액체 저장부는 제1 벽, 제1 벽과 대향하는 제2 벽, 및 제1 벽과 제2 벽 사이로 연장되는 측벽을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 액체 저장부의 강성 벽 중 하나 이상은 일체로 형성된다. 액체 저장부는, 서로 부착되어 액체 에어로졸 형성 기재가 저장될 수 있는 액체 저장부의 표면의 일부인 하나 이상의 구분된 벽을 포함할 수 있다.
액체 저장부는 액체 에어로졸 형성 기재의 레벨을 제1 축전판 및 제2 축전판에 본질적으로 수직으로 유지하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 액체 저장부는 액체 에어로졸 형성 기재를 유지하기 위한 적어도 하나의 경로를 포함한다. 적어도 하나의 경로는 모세관력이 액체 에어로졸 형성 기재에 작용하여 액체 에어로졸 형성 기재의 레벨이 제1 축전판 및 제2 축전판에 본질적으로 수직으로 유지되도록 구성된다. 액체 저장부의 내부 부피는 용기의 적어도 하나의 구간이 미리 정의된 값 미만의 폭 치수를 갖도록 형성될 수 있다. 미리 정의된 값은 액체 에어로졸 형성 기재의 물리적 및 화학적 특성 뿐만 아니라 액체 저장부에 사용된 재료에 따라 달라진다. 일부 구현예에서, 폭 치수는 3 mm 미만, 2 mm, 0.5 mm 미만 또는 0.25 mm 미만이다. 모세관력의 사용은 잘 정의된 인접한 부피 영역에 액체 에어로졸 형성 기재를 유지시키는 간단하고 신뢰성있는 방법을 대표한다.
센서는 신호 생성 기능, 신호 생성 기능에 의해 생성된 신호를 변경시키는 신호 변경 기능, 및 신호 생성 기능에 의해 생성된 신호를 신호 변경 기능에 의해 변경된 후 검출하는 신호 검출 기능을 포함한다. 신호 생성 기능은 교류(AC) 전압원에 의해 구현될 수 있다. 축전지는 신호 변경 기능을 제공한다. 신호 검출 기능은 AC 전압원에 연결된 축전지로부터 아날로그-디지털 변환된(ADC) 전압을 처리하는 컨트롤러에 의해 구현될 수 있다.
신호 검출 기능은 축전지의 정전 용량을 결정한다. 정전 용량은 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 유전율에 대응한다. 유전율은 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 대응하는 부피와 관련된다. 결과적으로, 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 현재 부피는 센서의 축전지의 측정된 정전 용량에 따라 결정될 수 있다. 이는, 액체 저장부의 현재 부피를 결정하기 위해 과거의 측정 데이터를 검색할 필요가 없기 때문에 유리하다.
제1 축전판은 액체 저장부의 제1 벽에 배치될 수 있다. 제2 축전판은 액체 저장부의 제2 벽에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 제1 벽 및 제2 벽은 평면 형상이고 제2 벽은 제1 벽에 대향한다. 제1 축전판 및 제2 축전판은 평면 형상일 수 있다.
제1 벽 및 제2 벽은 원통 형상일 수 있고, 여기서 제2 벽은 제1 벽에 의해 정의된 부피 내에 위치된다. 제1 축전판 및 제2 축전판은 원통 형상일 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부에 유지된 자유롭게 움직이는 액체 에어로졸 형성 기재가 제1 축전판 및 제2 축전판에 본질적으로 수직인 액체 레벨을 갖는지 여부를 결정하는 경사(tilt) 센서를 더 포함할 수 있다.
축전판들 간의 유전체는 절연체여야 한다. 액체 에어로졸 형성 기재는 비전도성이므로 적절한 유전체 재료이다. 공기는 절연체이면서 적절한 유전체 재료이다.
재료의 유전 특성은 온도에 따라 달라진다. 카트리지는 온도의 영향을 감안하기 위한 온도 센서를 포함할 수 있다.
상이한 액체 에어로졸 형성 기재는 상이한 유전율을 야기하는 상이한 유전 특성을 가질 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재들 간의 상이한 유전율은, 예를 들어 액체 에어로졸 형성 기재의 주 성분들 간의 비율을 변화시키거나, 글리세린과 프로필렌 글리콜 간의 비율을 변경함으로써 크게 과장될 수 있다. 식별 가능한 상이한 액체 에어로졸 형성 기재를 갖는 카트리지를 생산하기 위해, 액체 에어로졸 형성 기재의 성분들 간의 비율은 액체 에어로졸 형성 기재의 유전율이 식별 가능한 차이를 갖도록 선택될 수 있다. 이러한 구현예에서, 액체 에어로졸 형성 기재는 축전지의 정전 용량을 측정함으로써 식별된다. 이는, 특성 중 하나가 정전 용량을 크게 변경시킬 수 있는 경우를 제외하고는 새 카트리지의 경우에만 가능할 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재는 각각 별도의 유전 상수(k)를 갖는 유전체 재료의 혼합물을 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재의 주 성분은 실온(20℃)에서 글리세린(k ~ 42), 프로필렌 글리콜(k ~ 32), 물(k ~ 80), 공기(k ~ 1), 니코틴, 및 향미제를 포함할 수 있다.
축전지는 피코패럿(pF) 범위의 정전 용량을 가질 수 있다. 상대적으로 낮은 정전 용량이지만, 피코패럿 축전지는 널리 사용되고 있고 통상적인 범위 내인 것으로 간주된다. 피코패럿 축전지는 극도로 신속하게 충전 및 방전될 수 있고, 획득해야 할 정전 용량을 신속하게 측정할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
액체 에어로졸 형성 기재의 유전 상수를 얻기 위해, 평균 유전체 값은 각 성분의 부피 분율에 해당 유전체를 곱한 다음 결정된 값을 합산함으로써 얻어질 수 있는 것으로 가정한다.
액체 에어로졸 형성 기재는 글리세린의 50:50 혼합물, 예를 들어 식물 글리세린(VG)과 2% 니코틴 및 2% 향미제 함량을 갖는 프로필렌 글리세린(PG)의 50:50 혼합물을 포함할 수 있다. 따라서, 작은 니코틴 및 향미제 함량을 무시하고 VG(k ~ 42)와 PG(k ~ 32)의 유전 상수를 평균하면 액체 에어로졸 형성 기재의 경우 k ~ 42 x 0.5 + 32 x 0.5 = 37이 된다.
축전판은 전하를 유지하는 도전성 판이다. 이들은 금속 및 전도성 중합체를 포함하는 다양한 범위의 전도성 재료로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 축전판은 축전지의 형상을 유지하도록 충분하게 강성이거나 지지된다. 바람직하게는, 축전판은 액체 에어로졸 형성 기재와 반응하거나 이를 오염시키지 않도록 충분히 비반응성이다. 이는 판을 처리하여 금도금이나 산화막과 같은 일종의 보호층을 형성함으로써 달성될 수 있다.
정전 용량은 주로 대전판의 간격, 대전판의 크기 및 유전체 재료 특성의 함수이다. 따라서, 유전 특성의 변화로 인한 의미있는 결과를 얻기 위해, 축전지는 판 간격을 유지하고 형상이 변하지 않도록 충분히 강성이고 고정되어야 한다. 축전지는 고체 금속판 또는 지지 기판에 부착된 얇은 금속 시트로 형성될 수 있다. 지지 기판은 판들 사이에 축전지 유전체의 일부를 형성할 수 있거나 축전판의 외부에 있을 수 있다.
센서는 축전판 사이에 일정량의 액체 에어로졸 형성 기재를 갖는 기준 축전지를 포함할 수 있다. 액체 레벨의 변화는 기준 축전지와 관련하여 결정된다. 기준 축전지는 액체 에어로졸 형성 기재의 최소 충전 레벨을 필요로 하는 축전지의 구분된 부분이므로 기준 축전지에 대응하는 적어도 축전지의 영역이 액체 에어로졸 형성 기재로 충전되는 것이 바람직하다.
바람직한 구현예의 제1 그룹에 따르면, 카트리지는 적어도 하나의 경로에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재에 모세관력이 작용하도록 충분히 좁은 상기 적어도 하나의 경로를 갖는 강성 액체 저장부를 포함한다.
두개의 축전판은 평면이고 서로에 대해 실질적으로 평행하다. 적어도 하나의 경로는 축전판에 실질적으로 평행하게 배치된다. “충분히 좁은”은 하나의 폭 치수가 경로 재료 및 액체 에어로졸 형성 기재에 따라 달라지는 소정의 값 미만일 때를 의미한다. 액체 에어로졸 형성 기재가 소모될 때, 액체 에어로졸 형성 기재가 심지 단부를 향해 흡인되는 동안 액체 저장부 내의 액체 에어로졸 형성 기재의 충전 레벨이 감소된다. 이는 액체 레벨이 정상적인 작동 조건 하에서 항상 축전판에 대해 실질적으로 수직이 되게 한다.
바람직한 구현예의 제1 그룹에서, 액체 에어로졸 형성 기재와 공기만이 유전체가 되도록 액체 에어로졸 형성 기재는 흡수성 발포 재료에 침지되지 않는다.
축전판은 액체 에어로졸 형성 기재를 사이에 두고 액체 저장부의 표면 상에 배치된다. 액체 에어로졸 형성 기재는 유전체이다. 축전판 사이에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 양이 소모로 인해 감소됨에 따라, 정전 용량의 변화는 액체 에어로졸 형성 기재의 소모를 반영한다.
액체 에어로졸 형성 기재가 축전판에 수직으로 배치됨으로써, 축전지는 축전판의 구분된 영역을 갖는 제1 축전지와 제2 축전지로 분할될 수 있다. 제1 축전지는 액체 저장부의 액체 구간을 커버하도록 배치되고 제2 축전지는 액체 저장부의 공기 구간을 커버하도록 배치된다. 액체 구간은 액체 에어로졸 형성 기재로 완전히 충전된 액체 저장부의 구간을 지칭하는 반면, 공기 구간은 비어 있고 따라서 통상적인 조건 하에서 카트리지가 사용될 때 공기로 채워지는 액체 저장부의 잔여 구간을 지칭한다. 액체 저장부로부터 액체 에어로졸 형성 기재의 양이 감소하면, 제1 축전지에 대응하는 제1 영역의 크기가 감소하는 반면, 제2 축전지에 대응하는 제2 영역의 크기는 따라서 증가한다. 확실하게, 제1 축전지와 제2 축전지 모두를 커버하는 총 영역은 일정하게 유지된다. 제1 축전지는 제1 축전판의 제1 영역 및 제1 축전판의 제1 영역과 대향하는 제2 축전판의 제1 영역을 커버한다. 제2 축전지는 제1 축전판의 제2 영역 및 제1 축전판의 제2 영역과 대향하는 제2 축전판의 제2 영역을 커버한다. 전기적으로, 제1 축전지와 제2 축전지는 서로에 대해 평행하게 연결된다.
본질적으로 평행한 두개의 평면 축전판 사이에 배치된 액체 저장부의 경우, 축전지의 정전 용량(C1, C2)과 대응하는 영역(A1, A2)의 크기 사이의 관계는 아래 방정식으로 도시된다:
축전판 각각의 총 영역 크기 및 축전판의 간격(d)뿐만 아니라 액체 에어로졸 형성 기재와 공기의 비유전율(k1, k2)이 공지되어 있다. 따라서, 제1 영역(A1)의 크기 및 제2 영역(A2)의 크기는 측정된 정전 용량(C)으로부터 결정될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재의 잔여 부피는 제1 영역(A1)의 크기에 두 축전판 사이의 간격(d)을 곱함으로써 결정될 수 있다.
대안적으로, 액체 저장부는 동심 원통으로서 형성된 두개의 축전판 사이에 배치될 수 있다. 내측 동심 원통은 반경(a)을 가질 수 있고, 외측 동심 원통은 반경(b)을 가질 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 (a)와 (b) 사이의 반경으로 유지된다. 액체 에어로졸 형성 기재가 액체 저장부로부터 감소하면, 제1 축전지의 액체 구간의 길이(L1)가 감소하고 이에 따라 공기 구간의 길이(L2)는 증가한다. 총 길이는 일정하게 유지되며, 이는 동심 원통의 길이이다. 축전지의 정전 용량(C1, C2)과 대응하는 영역의 길이(L1, L2) 사이의 관계는 아래의 방정식에 도시된다:
축전지의 총 길이와 두개의 원통형 축전판의 반경(a, b)뿐만 아니라 액체 에어로졸 형성 기재와 공기의 비유전율(k1, k2)이 공지되어 있다. 따라서, 액체 구간에 대응하는 제1 축전지의 길이(L1) 및 공기 구간에 대응하는 제2 축전지의 길이(L2)가 측정된 정전 용량으로부터 결정될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재의 잔여 부피는 제1 영역의 길이(L1)에 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하는 두개의 축전판 사이의 단면적 크기를 곱함으로써 결정될 수 있다.
바람직한 구현예의 제2 그룹에 따르면, 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재 내에서 포화된 흡수성 발포체 재료에 의해 둘러싸인 중심 기류 튜브를 갖는 액체 저장부를 포함한다. 흡수성 발포체 재료는 폴리프로필렌 발포체 또는 면일 수 있다. 발포체 재료는 유전 특성을 갖는다. 대안적으로, 기류는 카트리지의 측부에 제공된다. 심지는 발포체로부터 이어지며, 코일은 심지 둘레 및 기류 경로에 위치된다. 액체 에어로졸 형성 기재가 소모됨에 따라, 발포체의 포화도가 감소한다.
축전판은 중간에서 유전체로서 작용하는 포화된 발포체의 일부를 사이에 갖는 발포체 주위에 배치된다. 액체 에어로졸 형성 기재가 소모됨에 따라, 유전 특성을 갖는 공기가 액체 에어로졸 형성 기재를 대체할 것이다. 따라서, 총 평균 유전체는 액체 에어로졸 형성 기재, 흡수성 발포체, 및 공기의 조합이다. 총 평균 유전체는 액체 에어로졸 기재가 소모됨에 따라 변화할 것이다. 정전 용량의 측정은 총 평균 유전체에 대한 측정치를 제공하고, 이는 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 양을 결정할 수 있게 한다.
액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재는 중력과 가속력을 받게 될 것이며, 이는 액체 에어로졸 형성 기재를 다른 위치로 이동시킬 수 있다. 그러나, 액체 저장부 전체가 축전지 내에 포함된 경우, 액체 에어로졸 형성 기재에 있어서의 이러한 이동은 총 유전체 조성이 변하지 않기 때문에 총 평균 유전체에 영향을 미치지 않을 수 있다.
본질적으로 평행한 두개의 평면 축전판 사이에 배치된 액체 저장부의 경우, 축전지의 용량(C)과 유전체의 비유전율(k) 사이의 관계는 아래 방정식에 도시된다:
축전판 각각의 총 영역의 크기(A) 및 축전판들의 간격(d)은 공지되어 있다. 따라서, 유전체의 비유전율(k)의 현재 값은 측정된 정전 용량으로부터 결정될 수 있다. 유전체의 비유전율(k)은 축전판 사이의 액체 에어로졸 형성 기재, 발포체 재료, 및 공기의 현재 비율을 계산할 수 있게 한다. 액체 저장부의 총 부피 및 초기 비율이 공지되어 있으므로, 액체 에어로졸 형성 기재의 잔여량은 측정된 비율로부터 결정될 수 있다.
대안적으로, 액체 저장부는 동심 원통으로서 형성된 두개의 축전판 사이에 배치될 수 있다. 내측 동심 원통은 반경(a)을 가질 수 있고, 외측 동심 원통은 반경(b)을 가질 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 축전지에 대한 유전체로서 작용하는 흡수성 발포체 재료 내에 (a)와 (b) 사이의 반경으로 유지된다. 액체 에어로졸 형성 기재가 액체 저장부로부터 감소하면, 유전체의 비유전율(k)이 감소한다. 축전지의 정전 용량(C)과 유전체의 비유전율(k) 사이의 관계는 아래 방정식에 도시된다:
축전지의 길이(높이)(L), 두개의 축전판의 내측 반경(a) 및 외측 반경(b)은 공지되어 있다. 따라서, 유전체의 비유전율(k)의 현재 값은 측정된 정전 용량으로부터 결정될 수 있다. 유전체의 비유전율(k)은 축전판 사이의 액체 에어로졸 형성 기재, 발포체 재료, 및 공기의 현재 비율을 계산할 수 있게 한다. 액체 저장부의 총 부피가 공지되어 있으므로, 액체 에어로졸 형성 기재의 잔여량은 측정된 비율로부터 결정될 수 있다.
예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재는 VG와 2%의 니코틴 및 2%의 향미제 성분을 갖는 PG의 50:50 혼합물을 포함한다. 작은 니코틴 및 향미제 함량을 무시하고 VG(k ~ 42)와 PG(k ~ 32)의 유전 상수를 평균하면 액체 에어로졸 형성 기재의 경우 k ~ 42 x 0.5 + 32 x 0.5 = 37이 된다.
액체 에어로졸 형성 기재가 균일한 폴리프로필렌 발포체(k ~ 2.2)에 침지되어 있고, 발포체는 발포체 중량의 3배에 해당하는 액체의 질량을 흡수할 수 있다고 가정한다. 발포체가 가득차면 발포체 내에 공기가 존재하지 않는 것으로 더 가정한다. 완전 포화 발포체의 경우 평균은 k ~ 0.25 x 2.2 + 0.75 x 37 ~ 28이 된다. 액체 에어로졸 형성 기재가 소모되면, 발포체 내의 액체 에어로졸 형성 기재의 포화도가 감소한다. 반 포화 발포체의 경우, 액체 에어로졸 형성 기재의 반이 공기(k=1)로 대체된다. 평균은 k ~ 0.25 x 2.2 + 0.375 x 37 + 0.375 x 1 ~ 5이 된다. 비어 있는 액체 저장부의 경우, 액체 에어로졸 형성 기재 전체가 공기로 대체된 것이다. 평균은 k ~ 0.25 x 2.2 + 0.75 x 1 ~ 1.3이 된다.
바람직한 구현예의 제3 그룹에 따르면, 카트리지는 기류에 위치된 코일 상에 위킹(wicked)될 수 있는 액체 에어로졸 형성 기재로 충전된 액체 저장부를 포함한다. 축전판은 액체 에어로졸 형성 기재 및 액체 저장부의 공기의 조합이 축전지용 유전체를 제공하도록 액체 저장부 주위에 배치된다. 액체 에어로졸 형성 기재가 소모됨에 따라, 액체 에어로졸 형성 기재 및 액체 저장부 내의 공기의 비율이 변한다. 따라서 정전 용량이 변한다. 용량 측정 값에 따라, 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 잔여량이 결정될 수 있다.
이 바람직한 구현예의 제3 그룹에 있어서, 액체는 용기 내에서 이동이 자유로우며, 액체 레벨은 축전판에 수직할 필요가 없다. 이들 구현예에서, 액체 에어로졸 형성 기재는 흡수성 발포 재료에 침지되지 않으므로 액체 에어로졸 형성 기재 및 공기 유전체를 고려할 필요만 있다. 총 평균 유전체는 액체가 소모됨에 따라 변화할 것이다. 정전 용량의 측정은 총 평균 유전체에 대한 측정치를 제공해야 하고, 이는 축전판들 사이에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 양을 결정하는데 사용될 수 있다.
액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재는 중력과 가속력을 받게 될 것이며, 이는 액체 에어로졸 형성 기재를 다른 위치로 이동시킬 수 있다. 그러나, 액체 저장부 전체가 축전지 내에 포함된 경우, 액체 에어로졸 형성 기재에 있어서의 이러한 이동은 총 유전체 조성이 변하지 않기 때문에 총 평균 유전체에 영향을 미치지 않을 수 있다.
유전체를 조합할 때, 평균 유전체 값은 각 성분의 부피 분율에 해당 유전체를 곱한 다음 결정된 값을 합산함으로써 얻어질 수 있는 것으로 가정한다.
액체 에어로졸 형성 기재는 VG와 2%의 니코틴 및 2%의 향미제 성분을 갖는 PG의 50:50 혼합물을 포함하는 것으로 가정한다. 따라서, 작은 니코틴 및 향미제 함량을 무시하고 VG(k ~ 42)와 PG(k ~ 32)에 대한 유전 상수를 평균하면 k ~ 42 x 0.5 + 32 x 0.5 = 37이 된다.
결과적으로, 바람직한 구현예의 제3 그룹에 따라 전체적으로 가득 찬 액체 저장부의 유전체는 k ~ 37의 비유전율을 가질 것이다. 액체 에어로졸 형성 기재가 소모되면, 소모된 액체 에어로졸 형성 기재는 공기로 대체된다. 절반만 채워진 액체 저장부의 경우, 액체 에어로졸 형성 기재의 절반이 공기(k ~ 1)로 대체된다. 평균은 k ~ 0.5 x 1 + 0.5 x 37 = 19가 된다. 액체 에어로졸 형성 기재의 전량이 소모된 경우, 모든 액체는 공기로 대체된다. 따라서, k ~ 1이다.
비유전율은 바람직한 구현예의 제2 그룹의 방정식에 따른 측정된 정전 용량으로부터 계산될 수 있다.
구현예의 제4 그룹에 따르면, 카트리지는 적어도 하나의 적어도 부분적으로 투명한 축전판이 제공되는 적어도 부분적으로 투명한 액체 저장부를 포함한다. 액체 저장부에 포함된 액체 에어로졸 형성 기재는 액체 저장부 외부 표면 상의 창을 통해 사용자에게 보여질 수 있다. 투명 전극은 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어진 것일 수 있다. 축전지 및 액체 저장부는 바람직한 구현예의 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹에 따라 배치될 수 있다.
본 발명은, 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피를 측정할 수 있는 정전 용량을 측정하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은: 제1 축전판 및 제2 축전판을 갖는 축전지를 포함하는 센서를 제공하는 단계; 액체 에어로졸 형성 기재를 유지하는 액체 저장부를 제공하는 단계; 액체 저장부를 제1 축전판과 제2 축전판 사이에 배치하되, 액체 저장부의 유전율은 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피 변화에 따라 변하는 단계; 및 축전지의 정전 용량을 측정하되, 측정된 정전 용량은 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 대응하는 유전율과 관련되어 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피의 양이 측정된 정전 용량으로부터 결정될 수 있는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 부피는 정전 용량을 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 대응하는 부피와 관련시키는 룩업 테이블(look-up table)에 액세스함으로써 결정된다.
본 발명의 구현예에 따른 카트리지를 갖는 에어로졸 발생 시스템은 기화기 및 전원에 연결된 전기 회로를 더 포함할 수 있고, 상기 전기 회로는 기화기의 전기 저항을 모니터링하고, 기화기의 전기 저항에 따라 기화기로의 전력 공급을 제어하도록 구성된다.
전기 회로는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 갖는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 전기 회로는 추가적인 전자 부품을 포함할 수 있다. 전기 회로는 기화기로의 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전력은 시스템이 활성화된 후 기화기에 연속적으로 공급되거나 간헐적으로, 예컨대 퍼핑할 때마다(puff-by-puff basis) 공급될 수 있다. 전력은 전류의 펄스 형태로 기화기에 공급될 수 있다. 바람직하게는, 기화기는 필라멘트의 배열을 포함하는 히터 조립체이다.
에어로졸 발생 시스템은 유리하게는, 전원, 일반적으로는 배터리를 하우징의 본체 내에 포함한다. 하나의 대안으로서, 전원은 축전지와 같은 전하 저장 장치의 다른 형태일 수 있다. 전력 공급부는 재충전을 필요로 할 수도 있고 하나 이상의 흡연 체험을 위해 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수도 있다; 예를 들면, 전력 공급부는 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 2배인 기간 동안 에어로졸의 연속적인 발생을 허용하기에 충분한 용량을 가질 수도 있다. 다른 실시예에서, 전원은 소정의 퍼핑 횟수 또는 히터 조립체의 이산된 활성화를 가능하게 하는 충분한 용량을 가질 수 있다.
대기가 카트리지에 유입될 수 있도록 적어도 하나의 반개방 유입부가 카트리지의 하우징의 벽, 바람직하게는 기화기와 대향하는 벽, 바람직하게는 바닥 벽에 제공된다. 반개방 유입부는 공기를 카트리지에 유입시키지만, 어떠한 공기나 액체도 반개방 유입부를 통해서 카트리지 밖으로 유출되지 않는다. 반개방 유입부는, 한 방향으로는 공기에 대해서만 투과성이지만 반대 방향으로는 기밀성 및 수밀성인, 예를 들어 반투과성 막일 수 있다. 반개방 유입부는, 또한, 예를 들어, 일방향 밸브일 수 있다. 바람직하게는, 반개방 유입부는 특정한 조건, 예를 들어, 카트리지가 최소로 함몰되거나 밸브나 막을 통과하는 공기의 최소 부피가 충족되는 경우에만 공기가 유입부를 통과할 수 있게 한다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 방출될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 가열시에 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는, 휘발성 담배 향미 화합물들을 함유하는 담배 함유 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는, 대안적으로, 비-담배 함유 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 본체 및 본체에 제거 가능하게 결합된 카트리지를 포함할 수 있으며, 여기서 액체 저장부와 기화기는 카트리지 내에 제공되고, 본체는 전원, 컨트롤러, 및 메모리를 포함한다. 컨트롤러 및 메모리는 전원에 의해 동작한다. 컨트롤러는 센서에 연결되어 센서의 축전지의 정전 용량을 측정하고 측정된 정전 용량 또는 액체 저장부의 결정된 부피를 나타내는 데이터를 메모리에 저장하도록 구성된다. 센서의 적어도 하나의 부품이 카트리지 내에 위치되며, 나머지 부품들이 있는 경우 이들은 본체 내에 위치된다.
에어로졸 발생 시스템은 전동식 흡연 시스템일 수 있다. 바람직하게, 상기 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이다. 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 필적하는 크기를 가질 수 있다. 상기 흡연 시스템은 약 30 mm 내지 약 150 mm의 총 길이를 가질 수 있다. 상기 흡연 시스템은 약 5 mm 내지 약 30 mm의 외경을 가질 수 있다.
일 양태에 관하여 설명한 특징들은 본 발명의 다른 양태에 동일하게 적용될 수 있다.
도 1은 심지(32) 및 심지(32) 둘레로 권취된 가열 코일(30)을 갖는 강성 액체 저장부(22)를 포함하는 통상적인 카트리지를 도시한다. 액체 저장부(22)는 액체 에어로졸 형성 기재가 포함된 내부 부피(38)를 제공한다.
도 2a 및 2b는 바람직한 구현예의 제1 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 카트리지는 내부 부피의 액체 구간(38A) 내의 액체 에어로졸 형성 기재에 모세관력이 작용하도록 충분히 좁은 내부 부피를 갖는 강성 액체 저장부를 포함한다. 두개의 축전판(34A, 34B)은 액체 저장부 주위에 배치된다. 액체 에어로졸 형성 기재가 소모됨에 따라 액체 에어로졸 형성 기재는 심지(32)의 단부에 흡인된다. 액체 에어로졸 형성 기재는 액체 저장부 내에서 자유롭게 이동하지 않으므로 액체 에어로졸 기재의 소모에 따라 공기 구간(38B)이 증가한다. 이런 방식으로, 유전체가 감소하고, 따라서 정전 용량 또한 감소한다. 도 2a 및 2b에서, 액체 구간(38A)에 대응하는 축전지의 유효 길이는 L1이다.
도 3a 및 3b에서, 소모 후 액체 구간(38A)에 대응하는 축전지의 유효 길이는 L2이다.
도 4a는 바람직한 구현예의 제2 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 카트리지는 액체 저장부의 내부 부피(38C) 내에 위치된 액체 에어로졸 형성 기재에 침지된 발포체를 갖는 강성 액체 저장부를 포함한다. 축전판(34A, 34B)은 액체 저장부의 대향 표면 상에 제공되고 액체 에어로졸 형성 기재에 침지된 발포체는 유전체로 작용한다. 도 4a에서, 발포체는 제1 포화도를 갖는다.
도 4b는 액체 에어로졸 형성 기재의 일부가 소모된 후의 도 4a의 카트리지를 도시한다. 소모로 인해, 발포체 내의 액체 에어로졸 형성 기재의 포화도는 감소한다. 내부 부피(38D)는 내부 부피(38C)와 동일한 크기를 가지지만, 포함된 액체 에어로졸 형성 기재의 상이한 포화도를 나타낸다. 포화도의 변화는 유전 특성을 변화시켜 축전지의 측정된 정전 용량을 변화시킨다.
도 5a 및 5b는 기류에 수직하는 심지/발포체 요소 및 코일을 갖는 카토마이저의 일회용 구간을 제공하는 바람직한 구현예의 제2 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 심지/발포체 요소는 축전판(34A, 34B) 사이에 제공된다. 액체 에어로졸 형성 기재에 침지된 심지는 축전지용 유전체로서 작용한다. 액체가 소모됨에 따라, 심지의 포화도는 감소하고 유전 특성과 정전 용량이 변화한다. 정전 용량은 액체 저장부의 내부 부피(38C)에 남아 있는 액체 에어로졸 형성 기재를 나타낸다. 도 5b가 원형 평면 축전판(34A, 34B)을 도시하는 반면, 도 5c는 사각형 평면 축전판(34A, 34B)을 갖는 대안적 구성을 도시한다.
도 6a 및 6b는 바람직한 구현예의 제2 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 축전지는 동심 축전판(34A, 34B)에 의해 카토마이저의 길이를 따라 형성된다.
도 7a는 두개의 평면이면서 본질적으로 평행한 축전판을 갖는 바람직한 구현예의 제1 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 축전판은 25 mm 내지 30 mm의 길이와 5 mm 내지 7 mm의 폭을 가질 수 있다. 두개의 축전판 각각의 총 영역 크기는 25 x 5 mm2 내지 30 x 7 mm2의 범위에 있을 수 있다. 총 영역은 액체 저장부의 액체 구간에 대한 영역(A1)으로 표시된 제1 축전지와 액체 저장부의 공기 구간에 대한 영역(A2)으로 표시된 제2 축전지로 분할된다. 두 축전판 사이의 간격(d)은 액체 에어로졸 형성 기재가 모세관력에 의해 유지되도록 충분히 작다. 간격(d)은 2 mm 내지 3 mm일 수 있다. 대안적으로, 두개의 평행판 축전지 사이에 기류 통로가 제공된다. 영역 값이 도 7a에 도시된 카트리지와 유사하지만 판 간격이 더 작다고 가정할 경우, 각각의 축전지에 대한 영역 값은 125 내지 210 mm2이고 간격(d)은 1.5 내지 2 mm이다.
도 7b는 모세관력에 의해 제한될 필요없이 자유 유동 액체를 갖는 원통형 축전지를 제공하는 바람직한 구현예의 제1 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 카트리지가 수직으로 배향될 때 정확한 판독 값을 얻을 수 있다. 이를 달성하기 위해, 경사 센서가 제공될 수 있고, 사용자는 판독 값을 얻기 위해 장치를 수직으로 정렬하도록 지침을 받을 수 있다. 수직 정렬에 대한 지침은 빛, 디스플레이 또는 소리로 사용자에게 전달될 수 있다. 일단 수직으로 정렬되면, 카트리지에 의해 정전 용량이 측정될 수 있다. 기류 통로의 직경은 2 내지 3 mm일 수 있다. 축전지는 25 mm 내지 40 mm의 총 길이(높이), 1.5 mm 내지 2 mm의 내측 반경(a) 및 4 mm 내지 6 mm의 외측 반경(b)을 가질 수 있다.
도 7c는 사각 액체 저장부 주위에 배치된 평행판 축전지를 제공하는 바람직한 구현예의 제3 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재는 자유롭게 움직일 수 있다. 축전판은 25 mm 내지 30 mm의 길이와 5 mm 내지 7 mm의 폭을 가질 수 있다. 두개의 축전판 각각의 총 영역 크기는 25 x 5 mm2 내지 30 x 7 mm2의 범위에 있을 수 있다. 간격(d)은 5 mm 내지 7 mm일 수 있다.
도 7d는 모세관력에 의해 제한될 필요 없는 자유 유동 액체를 갖는 원통형 축전지를 제공하는 바람직한 구현예의 제3 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재는 자유롭게 움직일 수 있다. 이 구현예에서, 정확한 판독 값을 얻기 위해 카트리지가 수직으로 배향될 필요는 없다. 액체의 현재 양은 유전체의 측정된 비유전율로부터 계산된다. 기류 통로의 직경은 2 내지 3 mm일 수 있다. 축전지는 25 mm 내지 40 mm의 총 길이(높이), 1.5 mm 내지 2 mm의 내측 반경(a) 및 4 mm 내지 6 mm의 외측 반경(b)을 가질 수 있다.
도 8a는 사각 액체 저장부 및 평행판 축전지를 갖는 바람직한 구현예의 제2 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 대안적으로, 원통형 액체 저장부가 평행판 축전지 사이에 배치될 수 있다. 각각의 축전판에 대해 25 mm 내지 30 mm의 길이 및 5 mm 내지 7 mm의 폭을 가정하면, 총 영역 범위는 25 x 5 mm2 내지 30 x 7 mm2이고 간격(d)은 5 mm 내지 7 mm이다.
도 8b는 중심 기류 경로 주위에 래핑된 원통형 포화된 발포체를 갖는 바람직한 구현예의 제2 그룹에 따른 카트리지를 도시한다. 기류 통로의 직경은 2 내지 3 mm일 수 있다. 축전지는 25 mm 내지 40 mm의 총 길이(높이), 1.5 mm 내지 2 mm의 내측 반경(a) 및 4 mm 내지 6 mm의 외측 반경(b)을 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 구현예에 따른 센서(34)의 전기적 구성을 도시한다. 센서(34)는 교류 전압이 인가되는 두개의 축전판(34A, 34B)을 갖는 적어도 하나의 축전지를 포함한다. 생성된 전압은 제어 전자 장치(16)에 의해, 바람직하게는 아날로그-디지털 변환(ADC) 이후에 측정된다. 제어 전자 장치(16)는 계산 파라미터의 검색과 부피 계산 결과의 저장을 위한 컨트롤러(40)와 메모리(42)를 포함한다. 제어 전자 장치(16)는 전원(14)에 연결된다.
도 10은 에어로졸 발생 시스템의 개략도이다. 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 장치(10) 및 별도의 카트리지(20)를 포함한다. 카트리지(20)는 액체 에어로졸 형성 기재를 유지하도록 구성된 액체 저장부(22)를 포함한다. 카트리지(20)는 모세관 매질(32)을 통해 액체 저장부(22)로부터 흡인되는 액체 에어로졸 형성 기재를 수용하는 기화기(30)를 더 포함한다. 또한, 카트리지(20)는 센서(34)의 적어도 하나의 부품을 포함하고, 센서(34)의 나머지 부품들이 있는 경우 이들은 에어로졸 발생 장치(10) 내에 배치될 수 있다. 이 실시예에서, 에어로졸 발생 시스템은 전동식 흡연 시스템이다.
카트리지(20)는 장치 내의 공동(18)에 수용되도록 구성된다. 카트리지(20)는 카트리지(20)에 제공된 에어로졸 형성 기재가 고갈되는 경우 사용자에 의해 교체 가능해야 한다. 도 10은 장치 내에 삽입되기 직전의 카트리지(20)를 도시하며, 도 10의 화살표(1)는 카트리지(20)의 삽입 방향을 나타낸다. 기화기(30)와 모세관 매질(32)은 덮개(26) 뒤의 카트리지(20) 내에 위치된다. 에어로졸 발생 장치(10)는 휴대용이며, 종래의 엽궐련 또는 궐련에 필적할만한 크기를 가지고 있다. 장치(10)는 본체(11) 및 마우스피스부(12)를 포함한다. 본체(11)는 전원(14), 예를 들어 리튬 철 인산염 배터리와 같은 배터리, 제어 전자 장치(16), 및 공동(18)을 포함한다. 마우스피스부(12)는 힌지 연결부(21)에 의해 본체(11)에 연결되고, 도 10에 도시된 개방 위치와 폐쇄 위치 사이를 이동할 수 있다. 마우스피스부(12)는 카트리지(20)의 삽입과 제거가 가능하도록 개방 위치에 놓이고, 에어로졸을 발생시키기 위해 시스템이 사용될 때 폐쇄 위치에 놓인다. 마우스피스부는 복수의 공기 유입부(13) 및 유출부(15)를 포함한다. 사용 시, 사용자는 유출부에 입에 대고 빨거나 퍼핑하여 공기를 공기 유입부(13)로부터 마우스피스부를 통해 유출부(15)로 흡인한 다음 사용자의 입이나 폐로 흡인한다. 내부 배플(17)은 마우스피스부(12)를 통해 흐르는 공기가 카트리지를 지나도록 강제한다.
공동(18)은 원형 단면을 가지고, 카트리지(20)의 하우징(24)을 수용하는 크기를 가진다. 전기 커넥터(19)는 공동(18)의 측부에 제공되어 제어 전자 장치(16)와 배터리(14) 및 카트리지(20) 상의 대응하는 전기 접점 사이의 전기적 연결을 제공한다.
이제, 센서(34)의 적어도 하나의 부품, 기화기(30) 및 모세관 매질(32)을 포함하는 다른 카트리지 디자인이 당업자에 의해 고안될 수 있다. 예를 들어, 카트리지(20)는 마우스피스부(12)를 포함할 수 있고, 둘 이상의 기화기를 포함할 수 있고, 임의의 바람직한 형상을 가질 수 있다.
전술한 예시적인 구현예들은 예시적이되 한정적인 것은 아니다. 위에서 논의된 예시적인 구현예들을 고려하면, 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예들은 이제 당업자에게 명백해질 것이다.
1: 화살표
10: 에어로졸 발생 장치
11: 본체
12: 마우스피스
13: 유입부
14: 배터리
15: 유출부
16: 제어 전자 장치
17: 내부 배플
18: 공동
19: 전기 커넥터
20: 카트리지
21: 힌지 연결부
22: 액체 저장부
24: 하우징
26: 덮개
30: 기화기
32: 모세관 매질
34: 센서
34A, 34B: 축전판
38: 내부 부피
38A: 액체 구간
38B: 공기 구간
38C: 내부 부피
38D: 내부 부피
40: 컨트롤러
42: 메모리

Claims (14)

  1. 에어로졸 발생 시스템용 카트리지로서:
    제1 축전판 및 제2 축전판을 갖는 축전지를 포함하는 센서;
    액체 에어로졸 형성 기재를 유지하기 위한 액체 저장부로서, 상기 액체 저장부는 상기 제1 축전판과 상기 제2 축전판 사이에 배치되고, 상기 액체 저장부의 유전율은 상기 액체 저장부에 유지된 상기 액체 에어로졸 형성 기재의 부피의 변화시에 변하는, 액체 저장부; 및
    기화기를 포함하되,
    상기 센서는 상기 축전지의 정전 용량을 측정하도록 구성되고; 측정된 정전 용량은 상기 액체 저장부에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 소모에 따른 대응하는 유전율과 관련되어 상기 액체 저장부에 유지된 상기 액체 에어로졸 형성 기재의 부피의 양이 상기 측정된 정전 용량으로부터 결정될 수 있으며; 그리고
    상기 액체 저장부의 내부 부피 중 적어도 일 구간은 미리 정의된 값 미만의 폭 치수를 가짐으로써, 모세관력이 상기 액체 저장부에 유지된 상기 액체 에어로졸 형성 기재에 작용하여 상기 액체 에어로졸 형성 기재의 액체 레벨을 상기 제1 축전판 및 상기 제2 축전판에 본질적으로 수직으로 유지하도록 구성된, 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액체 저장부의 내부 부피 중 상기 미리 정의된 폭 치수의 값은 3 mm인, 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액체 저장부는 상기 액체 에어로졸 형성 기재를 유지하기 위한 적어도 하나의 경로를 포함하되, 상기 적어도 하나의 경로의 하나의 폭 치수는, 모세관력이 상기 경로에 유지된 상기 액체 에어로졸 형성 기재에 작용하여 상기 액체 에어로졸 형성 기재의 액체 레벨을 상기 제1 축전판 및 상기 제2 축전판에 본질적으로 수직하게 유지하도록 미리 정의된 값 미만인, 카트리지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액체 저장부는 상기 액체 저장부에 유지된 상기 액체 에어로졸 형성 기재의 부피에 적합하게 구성된 하나 이상의 가요성 벽을 포함하는, 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액체 저장부는 상기 액체 에어로졸 형성 기재가 유지된 모세관 매질을 포함하는, 카트리지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 액체 저장부는 제1 벽 및 제2 벽을 포함하되,
    상기 제1 축전판은 상기 제1 벽에 배치되고 상기 제2 축전판은 상기 제2 벽에 배치된, 카트리지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 벽은 상기 제1 벽과 대향하고, 상기 제1 축전판 및 상기 제2 축전판은 평면 형상인, 카트리지.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 벽 및 상기 제2 벽은 원통 형상이고, 상기 제2 벽은 상기 제1 벽에 의해 정의된 부피 내에 위치된, 카트리지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 축전판 및 상기 제2 축전판은 원통 형상인, 카트리지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 카트리지를 갖는 에어로졸 발생 시스템으로서, 본체와 상기 카트리지를 포함하되, 상기 카트리지는 상기 본체에 제거 가능하도록 결합되고, 상기 본체는 전원을 포함하며, 상기 액체 저장부는 상기 카트리지 내에 제공되고, 상기 카트리지의 상기 센서는 컨트롤러와 메모리를 더 포함하며, 상기 센서의 부품 각각은 상기 본체 및 상기 카트리지 중 하나에 제공되는, 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 액체 저장부에 유지된 자유롭게 움직이는 액체 에어로졸 형성 기재가 상기 제1 축전판 및 상기 제2 축전판에 본질적으로 수직인 액체 레벨을 갖는지 여부를 결정하는 경사(tilt) 센서를 더 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 시스템은 전동식 흡연 시스템인, 에어로졸 발생 시스템.
  13. 삭제
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