KR20160122803A - 전자 담배 - Google Patents

전자 담배

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KR20160122803A
KR20160122803A KR1020167025323A KR20167025323A KR20160122803A KR 20160122803 A KR20160122803 A KR 20160122803A KR 1020167025323 A KR1020167025323 A KR 1020167025323A KR 20167025323 A KR20167025323 A KR 20167025323A KR 20160122803 A KR20160122803 A KR 20160122803A
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제이티 인터내셔널 소시에떼 아노님
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Abstract

전자 담배(1)는,
- 흡연 구간 동안 기재를 기화시킬 수 있는 가열 요소(10)
- 상기 흡연 구간 동안 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 특징의 근사값[ΔU1OMES(t), U1OMES(t)]을 측정하기 위한 수단(30)으로서, 상기 근사값은 회로(500)의 단자(B1, B2)에서 측정되며, 회로의 어떠한 구성요소도 흡입에 의해 간섭을 받는 고유한 특징을 나타내지 않는 것인 수단;
- 흡연 구간에 걸쳐 흡입을 행하지 않는 경우에 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 전술한 특징의 근사값[ΔU1OTH(t), U1OTH(t)]을 평가하기 위한 수단(30);
- 상기 흡연 구간에 걸쳐 상기 근사값들 사이의 차이의 적분에 기초하여 흡연 구간 동안의 흡입을 나타내는 강도(F)를 산출하기 위한 수단(30);
- 상기 강도에 기초하여 가열 요소에 의해 기화된 기재의 양을 평가하기 위한 수단(30)
을 포함한다.

Description

전자 담배{ELECTRONIC CIGARETTE}
본 발명은, 대체적으로 가열 요소에 전력이 공급될 때 사용자에 의한 흡입에 응답하여 기재를 기화시키기에 적합한 가열 요소를 포함하는 전자 담배의 분야에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 가열 요소에 의해 기화되는 기재의 양을 평가하기 위해 제공되는 해법을 제안한다.
이러한 양의 평가를 목적으로 하는 해법은 공지되어 있으며, 전술한 가열 요소의 온도가 흡입으로 인해 변경될 때 가열 요소의 저항의 변동을 측정한다.
문헌 EP 2 468 116은 구체적으로 이러한 유형의 해법으로서, 가열 요소의 저항이 상기 가열 요소의 단자들을 가로지르는 포텐셜의 차이로부터 산출되는 것인 해법을 설명하고 있다.
불행하게도, 가열 요소의 저항의 변동은 측정하기가 매우 곤란하며, 이에 따라 전술한 해법은 기화된 기재의 양에 대한 정확한 평가를 제공하지 못한다.
본 발명의 과제는, 대체적으로 가열 요소에 전력이 공급될 때 사용자에 의한 흡입에 응답하여 기재를 기화시키기에 적합한 가열 요소를 포함하는 전자 담배에서, 가열 요소에 의해 기화되는 기재의 양을 평가하기 위해 제공되는 해법을 제안하는 것이다.
제1 양태에 따르면, 본 발명은 흡연 구간에 걸쳐 전자 담배에서 가열 요소에 의해 기화되는 기재의 양을 평가하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서, "기화(vaporization)"의 개념은 광의의 의미로 이해되며, 상기 “기화”는 섭씨 100도 미만의 온도에서의 변형을 비롯하여, 기재의 가스로의 변형을 지칭한다.
이러한 방법은,
- 흡연 구간에 걸쳐 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 특징의 근사값을 측정하기 위한 단계로서, 상기 근사값은 회로의 단자에서 측정되며, 회로의 어떠한 구성요소도 흡입에 의해 간섭을 받는 고유한 특징을 나타내지 않는 것인 단계;
- 흡연 구간에 걸쳐 흡입을 행하지 않는 경우에 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 전술한 특징의 근사값을 평가하기 위한 단계;
- 상기 흡연 구간에 걸쳐 상기 근사값들 사이의 차이의 적분으로부터 흡연 구간에 걸친 흡입을 나타내는 강도를 산출하는 단계;
- 상기 강도로부터 그리고 가능하다면 다른 파라메타로부터 가열 요소에 의해 기화된 기재의 양을 평가하는 단계
를 포함한다.
이에 대응하여, 본 발명은 전자 담배로서,
흡연 구간에 걸쳐 기재를 기화시키기에 적합한 가열 요소를 포함하는 전자 담배에 있어서,
- 상기 흡연 구간에 걸쳐 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 특징의 근사값을 측정하기 위한 수단으로서, 상기 근사값은 회로의 단자에서 측정되며, 회로의 어떠한 구성요소도 흡입에 의해 간섭을 받는 고유한 특징을 나타내지 않는 것인 수단;
- 흡연 구간에 걸쳐 흡입을 행하지 않는 경우에 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 전술한 특징의 근사값을 평가하기 위한 수단;
- 상기 흡연 구간에 걸쳐 상기 근사값들 사이의 차이의 적분으로부터 흡연 구간에 걸친 흡입을 나타내는 강도를 산출하기 위한 수단;
- 상기 강도로부터 그리고 가능하다면 다른 파라메타로부터 가열 요소에 의해 기화된 기재의 양을 평가하기 위한 수단
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 담배에 관한 것이다.
따라서, 그리고 일반적으로, 본 발명은 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 특징을, 흡입을 행하지 않은 경우에서의 특징과 비교함으로써, 흡연 구간에 걸쳐 기화된 기재의 양을 평가하는 것을 제안한다. 그러나, 매우 유리하게는, 본 발명은, 이러한 특징을 직접적으로 측정하지 않고, 회로의 단자에서의 평가값을 측정하며, 이러한 평가값의 고유한 특징은 흡입에 의해 간섭을 받지 않는다.
특히 유리한 이러한 특성으로 인해, 본 발명은 전술한 흡입의 강도에 대한 매우 신뢰성 있는 평가를 제공하며, 이에 따라 기화되는 기재의 양의 평가를 현저하게 개선한다.
매우 유리하게는, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 특징을 평가하기 위해 단자에서 측정이 이루어지는 전술한 회로는, 자체로 어떠한 가열 요소도 포함하지 않는다. 이러한 특성은, 유리하게는, 기화되는 기재의 양을 탐지하기 위해 소비되는 전력을 한정하며, 이에 따라 전자 담배에 의해 소비되는 총 전력 중 아주 많은 대부분이 기재를 기화시키는 데 사용된다. 따라서, 전자 담배에 의해 기화되는 기재의 양을 측정하기 위한 본 발명의 디바이스는, 문헌 EP 2 143 346에서 언급된 디바이스의 단점을 나타내지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기화되는 기재의 측정량은, 사용자에 의해 흡입된 성분의 양 또는 질, 예컨대 니코틴의 양을 평가하는 데 사용된다.
본 발명의 제1 변형예에 있어서, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 변동이 평가된다.
이러한 제1 변형의 제1 실시예에 있어서, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 변동의 근사값은 적어도 2개의 요소의 단자에서 측정되는 전압으로부터 산출되며, 각각의 전술한 요소의 단자들을 가로지르는 전압은 시간적으로 약간 시프트(shift)된 시각에서의, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 근사값을 제공한다.
본 발명의 이러한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 전자 담배는,
- 적어도 2개의 요소로서, 상기 적어도 2개의 요소 각각의 단자들을 가로지르는 전압은 시간적으로 약간 시프트된 시각에서의, 상기 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 근사값을 제공하는 것인 적어도 2개의 요소;
- 상기 요소의 단자에서 측정된 전압으로부터, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 변동의 근사값을 측정하기 위한 수단
을 포함한다.
본 발명은, 실시간으로 전술한 전압을 정확하게 그리고 바로 따르는 도구의 도움 없이, 그리고 전자 담배의 2개의 요소 사이의 인위적인 지연(δ)을 생성함으로써, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 특징에 관한 시간에 따른 변화를 추종하는 것을 가능하게 하며, 전술한 지연은, 시각(t-δ)과 시각(t) 사이에서 가열 수단의 단자들을 가로지르는 전압의 변화를 시각(t)에 평가할 수 있도록 한다.
일 실시예에 있어서, 이들 요소는 직렬로 연결된 직렬 RC 회로이다.
이러한 제1 변형의 제2 실시예에 있어서, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 변동에 대한 근사값은, 가열 요소와 직렬로 연결된 측정 저항의 단자에서 측정되는 전위차의 시간 변화율에 해당한다.
본 발명의 제2 변형예에서는, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압이 평가된다.
이러한 제2 변형의 일 실시예에 있어서, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 근사값은, 상기 가열 요소와 직렬로 연결된 측정 저항의 단자에서 측정되는 전압에 해당한다.
이러한 실시예에 있어서, 전자 담배는, 가열 요소와 직렬로 연결된 측정 저항의 단자들을 가로지르는 전위차를 측정하기에 적합한 수단, 그리고 상기 전위차로부터 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압의 변동의 근사값을 측정하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 특성 및 장점은, 어떠한 한정적인 특징도 갖지 않는 예시적인 실시예를 제시하는 첨부 도면을 참고하면 이하에 제시되는 상세한 설명으로부터 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 담배의 제1 실시예를 나타낸 것이다.
도 2는, 흡입 이후 도 1의 전자 담배의 다양한 구성요소의 단자들을 가로지르는 전압의 변동을 나타낸 것이다.
도 3은 흡입이 행해지지 않은 경우에 도 1의 2개의 RC 회로의 출력 전압들 사이의 이론적인 차이를 나타낸 것이다.
도 4는 도 1의 전자 담배에서의 흡입 강도를 산출하기 위한 방법을 제시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 담배의 세부사항을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 담배의 세부사항을 나타낸 것이다.
도 7은 도 6의 전자 담배에서의 흡입 강도를 산출하기 위한 방법을 제시한 것이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 담배의 세부사항을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 평가 방법의 주요 단계들을 흐름도의 형태로 나타낸 것이다.
이제 도 1을 참고로 하여 본 발명에 따른 전자 담배(1)의 제1 실시예가 설명될 것이며, 도 1에는 단지 본 실시예를 이해하는 데 유용한 전자적 구성요소만이 표시되어 있다.
전자 담배(1)는 기재를 기화시키기에 적합한 가열 요소(10)를 포함하며, 이러한 가열 요소의 저항[R10(t)]은 그 온도에 따라 변동 가능하다.
이러한 실시예에 있어서, 가열 요소(10)는, 표시되어 있지는 않지만 접지에 연결되는 제1 단자 및 제2 단자(A)를 포함하며, 이에 따라 전술한 단자의 전위(U10)는 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압에 대응한다.
본 발명에 따르면, 전자 담배(1)는, 오직 표시되지 않은 버튼을 사용자가 누를 때에만, 배터리(3)로부터 가열 요소(10)로 전력이 공급되도록 하기 위해, 전압(U0)을 전달하기에 적합한 배터리(3), 및 배터리의 단자(P)에 연결되는 스위치(5)를 포함한다.
여기서 설명되는 실시예에 있어서, 전압(U0)은 3.7V 정도의 공칭 전압, 그리고 범위 [4.2V, 0V] 내에서의 방전 곡선을 나타낸다.
스위치(5)가 닫힘 위치에 있을 때, 강도 i의 전류가 이 스위치를 통과하며, 강도 i10의 전류가 가열 요소(10)를 통과한다.
가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동을 측정할 수 있도록 하기 위해, 본 실시예에 있어서, 전자 담배(1)는 가열 요소(10)의 단자(A)와 스위치(5)의 단자(Q) 사이에 직렬로 배치되는 측정 저항(R)을 포함한다. 스위치(5)가 닫힘 위치에 있을 때 강도 i의 전류가 측정 저항을 통과한다. 측정 저항(R)의 고유한 특징은 흡입에 의해 간섭을 받지 않는다.
이러한 구체적인 구성으로 인해, 그리고 스위치(5)가 완전한 스위치(즉, 손실이 없고, 이에 따라 U5 = U0임)임을 고려하면, 알려진 방식으로 다음을 얻게 된다.
U10(t) = U0.R10(t)/(R+R10(t)) (1)
결과적으로, 가열 요소(10)의 저항[R10(t)]의 변동이 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[10(t)]의 변동에 수반된다.
도 2는 시간의 함수로서 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]을 세로좌표 상에 나타내며, 이 도면에는 시각(t1) 내지 시각(t4)에 발생하는 4개의 이벤트(event)가 제시되어 있다.
- t1 : 스위치(5)를 닫는 버튼을 누름. 제로(0)이었던, 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]이 거의 순간적으로 배터리(3)의 전압(U0)에 매우 가까운 전압에 도달한다. 이 시각(t1)으로부터 그리고 사용자가 흡입을 행하지 않는 한, 가열 요소가 그 한계 온도에 도달할 때까지 가열 요소(10)의 온도는 상승하며, 가열 요소의 저항[R10(t)]이 상승하고, 전압[U10(t)]이 상승한다.
- t2 및 t3 : 흡입의 개시와 중단. 흡입은 가열 요소(10)에 걸친 저온 공기의 유동을 유발하며, 이 유동은, 가열 요소의 온도를 낮추고 가열 요소의 저항[R10(t)]을 낮추며 이에 따라 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]을 낮추는 효과가 있다. 반대로, 흡입을 종료하면, 스위치(5)가 닫힌 상태로 유지되는 경우, 가열 요소가 재가열되고 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압이 상승한다.
- t4 : 버튼의 해제 및 스위치(5)의 열림. 가열 요소(10)는 더 이상 배터리(3)를 통해 전력을 공급받지 못하고, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]은 거의 순간적으로 다시 제로가 된다.
본 명세서에서, “흡연 구간”은 시각(t1)과 시각(t4) 사이의 시구간을 지칭하며, 즉 이 시구간에 걸쳐 사용자는 스위치(5)가 닫힘 위치가 되도록 명령하는 버튼을 누르게 된다. 이러한 구간 동안, 사용자는 필요에 따라 흡입을 행하지 않을 수도 있고 한 모금 또는 몇 모금 흡입할 수도 있다.
본 발명의 이러한 구체적인 제1 실시예에 있어서, 흡연 구간에 걸쳐 기화되는 기재의 양은, 이러한 흡연 구간에 걸쳐 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동의 근사값의 측정값[ΔU10MES(t)]을, 이러한 흡연 구간에 걸쳐 임의의 흡입이 행해지지 않은 상태에서 전술한 전압의 변동의 전술한 근사값에 대한 이론적인 평가값[ΔU10TH(t)]과 비교함으로써 평가된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 이러한 실시예에 있어서, 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는, 시각(t)에서의 전압의 변동의 근사값으로서, 구별되고 동일한 유형인 2개의 서브 회로(11, 12)를 포함하는 회로(500)의 단자(B1, B2)에서 측정되는 2가지 전압[U11(t) 및 U12(t)] 사이의 차이가 선택되며, 이러한 회로(500)의 단자들을 가로지르는 전압[U11(t) 및 U12(t)]은 시간적으로 약간 시프트(shift)된 2가지 시각에서 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 근사값이다.
기본적으로, 회로(500)의 어떠한 구성요소도 흡입에 의해 간섭을 받는 고유한 특징을 갖지 않는다는 것이 관찰된다.
여기서 설명되는 실시예에서는, 2개의 직렬 RC 서브 회로(11, 12)가 사용되며, 상기 서브 회로는 전압[U11(t)]과 전압[U12(t)] 사이의 차이를 산출하기에 적합한 산출 수단(30)과 가열 요소(10) 사이에 직렬로 배치된다.
여기서 설명되는 실시예에 있어서, 전압[U11(t) 및 U12(t)]은 도 1에 표시된 지점(B 및 C)의 전위이다.
제2 RC 회로(12)의 시간 상수(T12)는, 예컨대 100의 비율로, 제1 RC 회로(11)의 시간 상수(T11)보다 훨씬 크게 되도록 선택된다.
여기서 설명되는 실시예에 있어서, U11(t)와 U12(t) 사이의 차[ΔU10(t)]를 증폭시키기 위해 게인(gain; G)의 증폭기(20)가 사용된다.
여기서 설명되는 실시예에 있어서, RC 서브 회로(11 및 12)의 저항(R11 및 R12)은 증폭기(20)의 임피던스에 비해 무시할 만하다.
결과적으로, 다음이 성립한다.
ΔU10(t) = G.(U12(t) - U11(t))
여기서 설명되는 실시예에서,
- 게인(G)은 범위 [100; 10000]에서, 예컨대 500과 같은 값으로 선택되며,
- 차이 U12(t) - U11(t)는 수 십 마이크로볼트 정도이고,
- ΔU10(t)는 수 십 마이크로볼트, 심지어 수 백 마이크로볼트 정도이며, 산출 수단(30)에 의해 측정될 수 있다.
또한, 도 2에는, 직렬 RC 서브 회로(11 및 12)의 출력 전압[U11(t) 및 U12(t)]이 표시되어 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 사용자가 시각(t1)에서 버튼을 누를 때, 가열 요소(10)는 전력을 공급받고 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]이 상승한다. RC 서브 회로(11, 12)의 2개의 커패시턴스(C11, C12)가 충전되고, 제2의 더 큰 값의 커패시턴스(C12)는 제1의 더 낮은 값의 커패시턴스(C11)에 비해 지연된다. 결과적으로, 버튼의 눌림(t1)과 흡입의 개시(t2) 사이에서 U12(t)<U11(t)<U10(t)이 관찰된다.
사용자가 시각(t2)에서 흡입을 개시할 때 가열 요소(10)는 냉각되고 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]이 저하된다. 제2의 더 큰 값의 커패시턴스(C12)는 제1의 더 낮은 값의 커패시턴스(C11)에 비해 지연된다. 전체 흡입 유지시간에 걸쳐, 즉 t2와 t3 사이에서, U12(t)>U11(t)>U10(t)이 관찰된다.
사용자가 시각(t3)에서 흡입을 중지할 때 가열 요소(10)는 다시 가열되고 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]이 상승한다. 이제 U12(t)<U11(t)<U10(t)인 상황으로 돌아간다.
사용자가 시각(t4)에서 버튼을 해지시킨 직후, 전압[U10(t)]은 다시 제로(0)가 되고, 커패시턴스(C11 및 C12)는 방전되며, 커패시턴스의 출력 전압[U11(t), U12(t)]은 다시 제로가 된다.
공지된 방식으로, 일정한 전압이 커패시턴스의 단자들을 가로질러 인가될 때, 커패시턴스가 그 값에 따라 한계 충전(limit charge)에 도달할 때까지 점차적으로 충전되는 천이 상태와, 일정한 전압이 커패시턴스에 계속 인가되는 한 커패시턴스의 충전이 그 한계값에서 유지되는 정상 상태 사이에서 구분이 이루어진다.
도 2는 정상 상태에서 사용자가 흡입을 시작하는 상황[시각(t2)]에 해당한다. 당업자라면, 사용자가 천이 상태 동안 흡입을 시작하는 경우 높은 값의 커패시턴스(C12)가 완전히 충전되지 않기 때문에 제2 커패시턴스의 출력 전압[U12(t)]은 제1 커패시턴스의 출력 전압[U11(t)]보다 반드시 더 크게 되는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다.
여기에 설명되는 실시예에 있어서, 2개의 서브 회로(11 및 12)에 의해 형성되는 시스템은 사용자가 버튼을 누르는 시각(t1) 이후에 약 800 ms 동안 천이 상태에 있게 된다.
흡입이 행해지지 않은 상태에서 2개의 RC 서브 회로(11, 12)의 출력 전압[U11(t) 및 U12(t)] 사이의 이론적 차이[ΔU10TH(t)], 다시 말하면 시각(t)에서 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동에 대한 이론적 근사값을 나타내는 도 3은 이러한 다양한 상태를 예시하고 있다.
천이 상태 동안, U12(t)는 항상 U11(t)보다 작지만, 도 2에 나타낸 바와 같이, 이들 2가지 전압 사이의 차이의 절대값은 정상 상태에서의 상수값(α)에 도달할 때까지 증가한 다음 감소한다.
여기에 설명하는 실시예에 있어서, 전술한 상수(α)는 무시 가능하며, 이후에는 제로인 것으로 가정한다.
천이 상태에서는, 다음의 주석,
- R11, 제1 직렬 RC 서브 회로(11)의 저항,
- C11, 제1 직렬 RC 서브 회로(11)의 커패시턴스,
- R12, 제2 직렬 RC 서브 회로(12)의 저항,
- C12, 제2 직렬 RC 서브 회로(12)의 커패시턴스,
- T11, 제1 직렬 RC 서브 회로(11)의 시간 상수(R1.C1),
- T12, 제2 직렬 RC 서브 회로(12)의 시간 상수(R2.C2)
를 참고하면, 이론적으로 다음을 얻는다.
U11TH(t) = U10(t).(1 - exp(-t/T11))
U12TH(t) = U11TH(t).(1 - exp(-t/T12))
즉, U12TH(t) = U10(t).(1 - exp(-t/T11)).(1 - exp(-t/T12))
결과적으로, 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압의 이론적 변동[ΔU10TH(t)]은 다음과 같이 표현된다.
ΔU10TH(t) = G.(U11TH(t) - U12TH(t))
즉, ΔU10TH(t) = G.U10(t).(1 - exp(-t/T11)).(exp(-t/T12))
또는 (1)과 함께 다음이 성립한다.
ΔU10TH(t)=G.[U0.R10(t)/(R+R10(t))].(1 - exp(-t/T11)).(exp(-t/T12))
R10(t)이 흡연 구간에 걸쳐 일정하고 R10(t1)과 동일하다고 근사함으로써, 최종적으로 ΔU10TH(t)에 대한 표현을 얻는다.
- 천이 상태에서
ΔU10TH(t)=G.[U0.R10(t1)/(R+R10(t1))].(1-exp(-t/T11)).(exp(-t/T12)) (2)
- 정상 상태에서
ΔU10TH(t) = α = 0.
도 1의 실시예에 있어서, 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동의 근사값[ΔU10MES(t)]은 증폭 수단(20)의 출력 전압, 즉 단자(9)의 전위이다.
여기에 설명되는 실시예에 있어서, 흡연 구간에 걸쳐 기화되는 기재의 양은, 이러한 흡연 구간에 걸쳐 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동의 근사값[ΔU10MES(t)]과, 상기 흡연 구간에 걸쳐 어떠한 흡입도 행해지지 않은 경우에 전압의 변동의 근사값에 관한 이론적 평가값[ΔU10TH(t)] 사이의 차이를 흡입 구간에 걸쳐 적분함으로써 산출되는 흡입 강도(F)로부터 평가된다.
흡입 강도(F)는, 여기에 설명되는 예시적 실시예에 있어서, 도 4의 빗금친 영역에 대응한다. 이러한 영역은 특히 시각(t2)과 시각(t4) 사이에서 20 ms의 간격으로 리만 합산(Riemann sum)에 의해 산출될 수 있다.
여기에 설명되는 예시적인 실시예에 있어서, t2는 차이[ΔU10MES(t) 및 ΔU10TH(t)]의 절대값이 사전에 정해진 문턱값(ST2)(|ΔU10MES(t2) - ΔU10TH(t2)| > ST2를 만족함)보다 크게 되는 시각으로서 결정된다.
시각(t4)은 사용자가 버튼을 해제시키는 시각이다.
리만 방법에 의해 흡입 강도(F)를 산출하기 위해, ΔU10MES(t) 및 ΔU10TH(t)은 t1과 t4 사이에서 예컨대 매 20 ms마다 다양한 시각에 평가 및 저장된다. 이러한 실시예에 있어서, 다음이 성립한다.
1. ΔU10MES(t)은 시각(t)에서 단자(9)의 전위의 측정값이다.
2. t1과 t1+800 ms 사이에서(천이상태임) ΔU10TH(t)는, 전자 담배(1)에 저장되고 실험실에서 수행된 예비 시험 동안 구축되는 제1 데이터베이스(BD1)의 기록으로부터 판독되며, 상기 기록은 등식 (2)의 파라메타의 함수로서 선택된다.
3. ΔU10TH(t) = 0 [t1+800 ms와 t4 사이 (정상 상태에서)]
등식 (2)으로 돌아가면, 천이 상태에서의 ΔU10TH(t)에 대한 표현은 6개의 파라메타, 즉
- 증폭기(20)의 게인(G),
- 배터리(3)에 의해 전달되는 전압(U0),
- 일정한 것으로 가정되는 가열 요소의 저항[R10(t1)],
- 측정 저항(R)의 값,
- RC 서브 회로(11 및 12)의 시간 상수(T11 및 T12)
에 따라 좌우된다.
여기에 설명되는 실시예에 있어서, 그리고 도 1로 돌아가면, 상기 산출 수단(30)은 전압 프로브(6)에 의해 배터리(3)의 단자(P)에서의 전압(U0)을 측정하기에 적합하다.
여기에 설명되는 실시예에 있어서, 상기 산출 수단(30)은 또한 가열 요소의 저항[R10(t1)]을 평가하기에 적합하다. 이를 위해, 상기 산출 수단(30)은 시각(t1)에서 전압 프로브(7)를 이용하여 스위치(5)의 단자(Q)에서의 전압(U5)을 측정하며, 전압 프로브(8)를 이용하여 가열 요소(10)의 단자(A)에서 전압(U10)을 측정한다.
저항(R)을 통과하여 흐르는 전류의 강도를 i로 나타내면, 단자(A)에 키르히호프 전류 법칙을 적용하고 저항(R)에 대해 옴의 법칙을 적용하여 i1+i10=(U5 - U10)/R을 얻는다.
그러나, 여기에 설명되는 실시예에 있어서, i1은 i10에 비해 무시할만한다. 결론적으로, 가열 요소(10)에 옴의 법칙을 적용함으로써 다음을 얻는다.
R10 = R.U10/(U5 - U10) (3)
여기에 설명되는 본 발명의 실시예에 있어서, 제1 데이터베이스(BD1)는, 6개의 파라메타(G, U0, R10, R, T11, T12)에 대응하는 복수 개의 섹스튜플(sextuple)에 대해 흡입이 행해지지 않는 경우에 그리고 t1과 t1+800ms 사이에서 고려되는 다양한 시각(t)에서의 천이 상태에서 이론적인 전압[ΔU10TH(t)]의 값을 저장한다.
상기 산출 수단은 이에 따라 리만 방법에 의해 흡입 강도(F)를 산출할 수 있다.
여기에 설명되는 실시예에 있어서, 상기 산출 수단(30)은, 다음의 4개의 파라메타의 함수로서 흡연 구간에 걸쳐 기화되는 기재의 양을 결정하기 위해, 전기 담배(1)의 제2 데이터베이스(BD2)를 조회하며, 상기 4개의 파라메타는 다음과 같다.
- 흡연 구간의 유지 시간(t4-t1).
- 산출 수단(30)에 의해 측정되는 배터리(3)의 전압(U0).
- 흡연 구간에 걸쳐 일정한 것으로 간주되며 산출 수단(30)에 의해 측정되는, 가열 요소(10)의 저항[R10(t1)].
- 리만 방법에 의해 여기서 산출되는 흡입 강도(F).
또한, 변형으로서, 다른 파라메타가 사용될 수 있으며, 특히 t1에서의 가열 요소(10)의 온도, 기재의 점도, 기재의 기화 속도, 가열 요소의 냉각을 특징짓는 가열 요소(10)의 전달 함수, 흡입 강도(F)의 함수로서 기화되는 기재의 점적 밀도 등이 사용될 수 있다.
여기에 설명되는 실시예에 있어서, 배터리(3)의 전압(U0)은 산출 수단(30)에 의해 측정된다. 변형으로서, 이러한 전압은, 일정한 것으로 그리고 배터리의 공칭 값과 동일한 것으로 간주될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 관한 상세한 설명
도 1의 실시예에 있어서, 직렬로 되어 있는 2개의 직렬 RC 서브 회로(11, 12) 및 증폭기(20)가 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[ΔU10(t)]의 변동을 평가하는 데 사용된다.
변형으로서, 그리고 도 5에 나타낸 바와 같이, 예컨대 3개의 RC 서브 회로 및 2개의 증폭기(201, 202)를 포함하는 회로(500)가 사용될 수 있다.
이러한 실시예에 있어서, 다음이 성립한다.
- 제1 RC 서브 회로(R11/C11)는 가열 요소(R10)의 단자들을 가로지르는 전압을 매우 근접하게 따르며, 측정 시각(t)에서 가열 요소[R10(t)]의 단자들을 가로지르는 전압의 평가값을 나타낸다.
- 제2 RC 서브 회로(R12/C12)는 약간의 지연(dt)를 두면서 가열 요소(R10)의 단자들을 가로지르는 전압을 따르며, 측정 시각(t)에 근접한 과거 시각(t-dt)에서 가열 요소(R10)의 단자들을 가로지르는 전압[R10(t-dt)]이었던 평가값을 나타낸다.
- 제3 RC 서브 회로(R13/C13)는 보다 현저한 지연(Dt)를 두면서 가열 요소(R10)의 단자들을 가로지르는 전압을 따르며, 측정 시각(t)으로부터 더 멀리 떨어진 과거 시각(t-Dt)에서 가열 요소(R10)의 단자들을 가로지르는 전압[R10(t-Dt)]이었던 평가값을 나타낸다.
이를 위해, 3개의 RC 서브 회로의 시간 상수는 다음의 표현을 만족하도록 선택된다.
R11.C11 < R12.C12 < R13.C13
더욱이, 보다 정밀한 트랙킹(tracking)을 위해, 추가적으로 다음의 표현을 만족하는 것이 보다 최선일 수 있다.
(R11.C11)/(R12.C12) < (R12.C12)/(R13.C13)
회로(500)의 어떠한 구성요소도 흡입에 의해 간섭을 받는 고유한 특징을 갖지 않는다.
이러한 실시예에 있어서, 회로(500)는 4개의 단자(B1, B2, B3 및 B4)를 나타낸다.
제1 실시예에서와 같이, 흡연 구간에 걸쳐 기화되는 기재의 양은, 이러한 흡연 구간에 걸쳐 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동의 근사값과, 상기 흡연 구간에 걸쳐 어떠한 흡입도 행해지지 않은 경우에 전압의 변동의 근사값에 관한 이론적 평가값[ΔU10TH(t)] 사이의 차이를 흡연 구간에 걸쳐 적분함으로써 산출되는 흡입 강도(F)로부터 평가된다.
그러나, 매우 유리하게는, 이러한 실시예에 있어서, 흡연 구간에 걸쳐 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]에서의 변동에 대한 근사값[ΔU101 MES(t) 및 ΔU102 MES(t)]이 획득되며, 제1 근사값은 회로(500)의 단자(B1 및 B2)에서 측정되고, 제2 근사값은 회로(500)의 단자(B3 및 B4)에서 측정된다.
이러한 실시예는, 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압의 변동에 관한 평가를 개선시키며, 이는 퍼프(puff)의 특성과는 무관한다.
실제로, 시간 상수의 선택에 의해 다음이 달성된다.
- 회로(500)의 단자(B1 및 B2)에서 측정되는 전압은 특히 특정 유형의 흡입, 예컨대 빠른 흡입 및/또는 집중적인 흡입 또는 불규칙한 흡입에 대해 가열 요소(R10)의 단자들을 가로지르는 전압을 나타낸다.
- 반면, 회로(500)의 단자(B3 및 B4)에서 측정되는 전압은 특히 다른 유형의 흡입, 예컨대 느린 흡입 및/또는 가벼운 흡입 또는 연속적인 흡입에 대해 가열 요소(R10)의 단자들을 가로지르는 전압을 나타낸다.
따라서, 이러한 실시예에 있어서, 다음의 2가지 곡선[ΔU10MES(t) 및 ΔU10TH(t)]이 구축된다.
- ΔU10MES(t) = K1ΔU101 MES(t) + K2ΔU102 MES(t)
- ΔU10TH(t) = K1ΔU101 TH(t) + K2ΔU102 TH(t)
여기서 ΔU101 TH(t) 및 ΔU102 TH(t)은, 흡연 구간에 걸쳐 어떠한 흡입도 행해지지 않은 경우의 근사값[ΔU101 MES(t) 및 ΔU102 MES(t)]의 이론적인 평가값이다.
따라서, 흡입 강도(F)를 산출하기 위해, 이들 두 가지 곡선[ΔU10MES 및 ΔU10TH] 사이의 영역이 유지된다.
계수(K1 및 K2)는 고정되며 RC 회로의 시간 상수(R11.C11, R12.C12 및 R13.C13의 값)의 함수로서 결정된다.
비한정적인 방식으로, 이들 계수의 쌍은 다음의 4가지 예 중 하나에 따라 선택될 수 있다.
예 1
K1 = 1/2.
K2 = 1/2.
예 2
K1 = (R11.C11+R12.C12)/(R11.C11+2.R12.C12+R13.C13).
K2 = (R12.C12+R13.C13)/(R11.C11+2.R12.C12+R13.C13).
예 3
K1 = R12.C12/(R11.C11)/((R12.C12)/(R11.C11)+(R13.C13)/(R12.C12)).
K2 = R13.C13/(R12.C12)/((R12.C12)/(R11.C11)+(R13.C13)/(R12.C12)).
예 4
K1 = (R12.C12-R11.C11)/(R13.C13-R11.C11).
K2 = (R13.C13-R12.C12)/(R13.C13-R11.C11).
정확한 작동을 보장하기 위해, 이들 계수는 실험실에서 시험/검증될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 관한 상세한 설명
도 6의 실시예에 있어서, 평가되는 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압에 대한 변수는, 이 전압의 변동[ΔU10(t)]이 아니며 이 전압 자체의 값[U10(t)]이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 이러한 값[U10(t)]은 본 예에 있어서 측정 저항(R)에 의해 형성되는 회로(500)의 단자(B1 및 B2)를 가로지르는 전압(U5-U10)을 측정함으로써 평가된다.
구체적으로, 식 (3)으로부터 다음을 얻는다.
U10(t) = R10 / R.(U5 - U10)(t) (4)
본 실시예는, U5-U10의 변동에 대한 정확한 측정을 위해 측정 저항(R)의 단자(B1 및 B2)에 산출 수단(30)이 연결되도록 하는 것을 요구한다.
도 7은 다음을 나타낸다.
- 등식(4)을 이용하여 산출되는, 흡연 구간에 걸쳐 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 근사값[U10MES(t)][차이 (U5-U10)(t)는 지점(B1)과 지점(B2) 사이에서 도 6의 산출 수단(30)에 의해 측정되는 전위의 차이임].
- 상기 흡연 구간에 걸쳐 흡입이 행해지지 않는 경우에 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 근사값[U10TH(t)]에 대한 평가.
- 흡연 구간에 걸쳐 U10MES(t)와 U10TH(t)의 차이의 적분에 대응하는 흡입 강도(F).
본 발명의 제4 실시예에 관한 상세한 설명
도 8에 제시되는 제4 실시예에 있어서, 제1 실시예와 관련하여 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압에서의 변동[ΔUMES10(t)]을 평가하기 위해, 회로(500)의 단자(B1 및 B2)에서의 2개의 전압[U12(t) 및 U11(t)] 사이의 차이가 획득되며, 이들 전압 각각은 시간적으로 약간 시프트된 시각에서 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압의 근사값을 제공한다.
이러한 실시예에 있어서, 전술한 지연을 발생시키기 위해, 전압[U11(t) 및 U12(t)]에 대한 측정점들 사이의 딜레이 라인(delay line; 90)에 의해 형성되는 회로(500)가 사용된다.
이러한 딜레이 라인은 예컨대 다음에 의해 형성될 수 있다.
- 대형 커패시턴스.
- 디지털-아날로그 변환기에 결합되는 아날로그-디지털 변환기.
딜레이 라인(90)의 고유한 특징은 흡입에 의해 간섭을 받지 않는다.
본 발명의 제5 실시예에 관한 상세한 설명
본 발명의 제4 실시예에 있어서, 지점(B1)과 지점(B2) 사이의 도 6의 산출 수단(30)을 이용하여, 제3 실시예에서와 같이, 측정되는 전압[U10MES(t)]의 시간 변화율을 산출함으로써, 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압의 변동[ΔUMES10(t)]이 또한 평가될 수 있다.
이 값은, 제1 실시예에서와 같이, 흡입이 행해지지 않은 경우에 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압의 이론적 변동[ΔUTH10(t)]과 비교될 수 있다.
도 9는 본 발명의 구체적인 실시예에 따라, 기화되는 기재의 양을 평가하기 위한 방법을 흐름도의 형태로 나타낸 것이다.
상기 방법은 예컨대 도 1의 전자 담배(1)의 산출 수단(30)에 의해 실시될 수 있다.
단계(E10) 동안, 상기 산출 수단(30)은 스위치(5)의 닫힘을 초래하는 버튼의 눌림을 탐지한다. 이러한 탐지 시각(t1)은 메모리에 저장된다.
이러한 탐지 직후에, 단계(E20) 동안, 산출 수단(30)은 배터리(3)에 의해 전달되는 전압(U0) 및 가열 요소의 저항[R10(t1)]을 측정한다.
단계(E30) 동안, 매 20ms마다, 스위치(5)의 열림을 초래하는 버튼의 해제가 탐지되는 시각(t4)까지, 산출 수단(30)은 다음을 행한다.
- ΔU10MES(t)[단자(9)의 전위]의 측정.
- t1과 t1+800ms 사이에서 제1 데이터베이스(BD1)를 판독함에 의한 ΔU10TH(t)의 평가[t1+800ms과 t4 사이에서, ΔU10TH(t) = 0이라고 추정함].
단계(E40) 동안, 산출 수단(30)은 퍼프(puff)의 개시 시각(t2)을 평가하며, 이 시각은 |ΔU10MES(t2) - ΔU10TH(t2)| > ST2이 성립하도록 하는, t1 이후의 최초 시각이다.
단계(E50) 동안, 산출 수단(30)은 t2와 t4 사이에서 ΔU10MES(t)와 ΔU10TH(t)의 차이의 적분으로서 흡입 강도(F)를 산출한다.
단계(E60) 동안, 산출 수단(30)은 제2 데이터베이스(B2)를 조회함으로써 t2와 t4 사이에서 기화되는 기재의 양을 평가한다.

Claims (10)

  1. 흡연 구간에 걸쳐 전자 담배(1)에서 가열 요소(10)에 의해 기화되는 기재의 양을 평가하는 방법으로서,
    - 흡연 구간에 걸쳐 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 특징의 근사값[ΔU10MES(t), U10MES(t)]을 측정하기 위한 단계(E30)로서, 상기 근사값은 회로(500)의 단자(B1, B2)에서 측정되며, 회로의 어떠한 구성요소도 흡입에 의해 간섭을 받는 고유한 특징을 나타내지 않는 것인 단계;
    - 상기 흡연 구간에 걸쳐 흡입을 행하지 않는 경우에 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 상기 특징의 근사값[ΔU10TH(t), U10TH(t)]을 평가하기 위한 단계(E30);
    - 상기 흡연 구간에 걸쳐 상기 근사값들 사이의 차이의 적분으로부터, 상기 흡연 구간에 걸친 흡입 강도(F)를 산출하기 위한 단계(E50);
    - 적어도 상기 흡입 강도로부터 가열 요소에 의해 기화되는 상기 기재의 양을 평가하기 위한 단계(E60)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 주어진 시각에서의 상기 전압[U10(t)]의 특징은 이 시각에서의 상기 전압의 변동[ΔU10(t)]인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동의 근사값[ΔU10MES(t)]은 적어도 2개의 요소의 단자에서 측정되는 전압[U12(t), U11(t)]으로부터 산출되며, 각각의 상기 요소의 단자를 가로지르는 전압은 시간적으로 약간 시프트(shift)된 시각에서의, 상기 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압의 근사값을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 요소(11, 12)는 직렬로 연결되는 직렬 RC 회로인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동에 대한 근사값[ΔU10MES(t)]은, 상기 가열 요소(10)와 직렬로 연결된 측정 저항(R)의 단자에서 측정되는 전위차의 시간 변화율인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 근사값은, 상기 가열 요소(10)와 직렬로 연결된 측정 저항(R)의 단자에서 측정되는 전압인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 흡연 구간에 걸쳐 기재를 기화시키도록 되어 있는 가열 요소(10)를 포함하는 전자 담배(1)에 있어서,
    - 상기 흡연 구간에 걸쳐 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 특징의 근사값[ΔU10MES(t), U10MES(t)]을 측정하기 위한 수단(30)으로서, 상기 근사값은 회로(500)의 단자(B1, B2)에서 측정되며, 회로의 어떠한 구성요소도 흡입에 의해 간섭을 받는 고유한 특징을 나타내지 않는 것인 수단;
    - 상기 흡연 구간에 걸쳐 흡입이 행해지지 않는 경우에 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 상기 특징의 근사값[ΔU10TH(t), U10TH(t)]을 평가하기 위한 수단(30);
    - 상기 흡연 구간에 걸쳐 상기 근사값들 사이의 차이의 적분으로부터, 상기 흡연 구간에 걸친 흡입 강도(F)를 산출하기 위한 수단(30);
    - 적어도 상기 흡입 강도로부터, 가열 요소에 의해 기화되는 상기 기재의 양을 평가하기 위한 수단(30)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 담배.
  8. 제7항에 있어서,
    - 적어도 2개의 요소로서, 상기 적어도 2개의 요소 각각의 단자를 가로지르는 전압은 시간적으로 약간 시프트된 시각에서의, 상기 가열 요소(10)의 단자들을 가로지르는 전압의 근사값을 제공하는 것인 적어도 2개의 요소;
    - 상기 요소의 단자에서 측정된 전압[U12(t), U11(t)]으로부터, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동의 근사값[ΔU10MES(t)]을 측정하기 위한 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 담배.
  9. 제8항에 있어서, 상기 요소(11, 12)는 직렬로 연결되는 직렬 RC 회로인 것을 특징으로 하는 전자 담배.
  10. 제7항에 있어서, 상기 전자 담배는, 가열 요소(10)와 직렬로 연결된 측정 저항(R)의 단자들을 가로지르는 전위차를 측정하도록 되어 있는 산출 수단(30), 그리고 상기 전위차로부터, 가열 요소의 단자들을 가로지르는 전압[U10(t)]의 변동의 근사값[U10MES(t)]을 측정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 담배.
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