KR20170121162A - 에어로졸 발생 장치에 대한 피드백 제어 rtd 조정 - Google Patents

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KR20170121162A
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Abstract

본 발명은 전기 가열식 에어로졸 발생 장치(100) 및 시스템에 관한 것이다. 장치(100)는 에어로졸 발생 기재를 수용하기 위한 공동(102)을 갖는 외부 하우징; 공동(102) 내의 에어로졸 발생 기재를 가열해서 에어로졸을 발생시키기 위한 적어도 하나의 가열 요소를 포함하고 있는 전기 히터(110); 적어도 하나의 공기 유입부(114); 적어도 하나의 공기 유출부(116); 적어도 하나의 공기 유입부(114)로부터, 공동(102)을 통해, 적어도 하나의 공기 유출부(116)로 연장되어 있는 기류 경로(115); 기류 경로(115)의 흡인 저항을 결정하기 위한 수단; 및 결정된 흡인 저항에 따라 기류 경로(115)의 흡인 저항을 자동으로 조정하기 위한 수단을 포함하고 있다. 시스템은, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치(100) 및 담배를 포함하고 있는 에어로졸 발생 기재를 포함하고 있다.

Description

에어로졸 발생 장치에 대한 피드백 제어 RTD 조정
본 발명은 전기 가열식 에어로졸 발생 장치, 예를 들어 흡연 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 사용하는 동안 장치의 흡인 저항을 조정하기 위한 피드백 제어 시스템을 갖는 장치에 관한 것이다.
전기 가열식 흡연 시스템은 통상적으로 히터에 연결되어서 에어로졸 형성 기재를 가열하여, 흡연자에게 제공되는 에어로졸을 형성하는, 전력 공급부, 예컨대 배터리를 포함하고 있다. 작동 시, 이러한 전기 가열식 흡연 시스템은 통상적으로 히터에 높은 전력 펄스를 제공하여 작동에 요망되는 온도 범위를 제공하고 휘발성 화합물을 방출한다. 전기 가열식 흡연 시스템은 재사용가능할 수도 있고, 에어로졸 형성 기재를 함유하는 일회용 흡연 물품을 수신하도록 배열되어서 에어로졸을 형성할 수도 있다. 대안적으로, 말아피는 담배(loose tobacco)가 전기 히터 근처에 제공될 수도 있다. 말아피는 담배를 사용하는 경우, 일반적으로 사용자는 장치를 사용하기 전에 필요한 양의 담배를 공동에 채운다. 그런 다음, 말아피는 담배는 담배의 연소에 충분한 온도에 도달하지 않으면서 담배 내의 바람직한 휘발성 화합물을 휘발시키기에 충분한 온도로 가열된다.
이러한 시스템은 사용된 담배의 특정 특성 및 유형, 공동에 배치된 담배의 양 및 공동에 제공할 때 사용자가 담배를 압축하는 정도와 같이 사용자의 제어에서만 많은 요인에 따라 매우 다양한 결과를 산출한다. 특히, 흡인 저항은 바람직하지 않은 요인에 따라 크게 달라질 수 있다.
사용자에 의해 변화될 수 있는 흡인 저항을 갖는 에어로졸 발생 장치가 공지되어 있다. 그러나, 이들 장치는 회전식 요소에 의해서와 같이, 수동으로 조정 가능하며, 일반적으로 사용 동안에 또는 임의의 특정 정확성 또는 일관성을 가지고, 쉽게 조정될 수 없다.
따라서, 에어로졸 발생 장치의 한 번의 사용 및 사용들 사이에서 흡인 저항의 다양성을 감소시키는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치를 제공하고 있다. 상기 장치는 에어로졸 발생 기재를 수용하기 위한 공동을 갖는 외부 하우징; 공동 내의 에어로졸 발생 기재를 가열해서 에어로졸을 발생시키기 위한 적어도 하나의 가열 요소를 포함하고 있는 전기 히터; 적어도 하나의 공기 유입부; 적어도 하나의 공기 유출부; 상기 적어도 하나의 공기 유입부로부터, 상기 공동을 통해, 상기 적어도 하나의 공기 유출부로 연장되어 있는 기류 경로; 기류 경로의 흡인 저항을 결정하기 위한 수단; 및 상기 결정된 흡인 저항에 따라 상기 기류 경로의 흡인 저항을 자동으로 조정하기 위한 수단을 포함하고 있다.
유리하게는, 상기 기류 경로의 흡인 저항(RTD)을 결정하기 위한 수단, 및 상기 결정된 RTD에 따라 상기 RTD를 조정하기 위한 수단을 모두 제공함으로써, 상기 장치는 상기 사용자로 하여금 사용 사이와, 및 사용 동안 전부에서, 보다 일관된 사용자 경험을 제공할 수 있게 한다. 다공도, 습도, 및 크기와 같은 에어로졸 형성 기재의 불균일성으로 인해, 장치의 사용 사이에 RTD가 달라질 수 있다는 것이 밝혀졌다. 또한, 각각의 사용 동안에 에어로졸 형성 기재가 건조함에 따라 RTD가 달라지는 것으로 밝혀졌다. 본 발명은 사용 동안 사용자 개입 없이 RTD가 변할 수 있게 함으로써 이러한 단점을 완화시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치의 개략도를 보여주고 있으며;
도 2는 도 1의 장치에 사용하기에 적합한 4개의 대안적인 홍채 조리개를 보여주고 있으며;
도 3은 도 1의 에어로졸 발생 장치의 제어 공정을 보여주는 흐름도이다.
본원에서 사용하는 바와 같이, 용어 ‘에어로졸 발생 장치’는 에어로졸 형성 기재와 상호작용해서 사용자의 입을 거쳐서 사용자의 폐 속으로 직접 흡입될 수 있는 에어로졸을 발생시키는 장치를 설명하는 데에 사용된다.
바람직한 구현예에서, 상기 조정 수단은 기류 경로의 흡인 저항을 일정 범위 내에 자동으로 유지하도록 구성되어 있다. 조정 수단은 바람직하게는 흡인 저항을 약 75mmWG 내지 약 110mmWG의 범위 내에서, 더욱 바람직하게는 약 80mmWG 내지 약 100mmWG의 범위 내에서 자동으로 유지하도록 구성되어 있다. RTD의 범위는 종래의 말단에 불붙는 궐련과 유사하도록 구성되어 있을 수도 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 “흡인 저항”은 22℃ 및 101 kPa(760 Torr)에서 17.5 ml/초의 속도로 시험 하에서 공기를 물체의 총 길이를 통과시키는 데 필요한 압력을 지칭하며, 일반적으로 밀리미터 수위계(mmWG) 단위로 표현되고, ISO 6565:2011에 따라 측정된다.
이해할 수 있듯이, 에어로졸 발생 장치의 사용 동안 표준 ISO 6565:2011 방법을 사용하여 RTD를 측정하는 것은 불가능하다. 따라서, 장치에 제공된 RTD를 결정하기 위한 수단은 ISO 6565:2011 방법에 따라, 실제 RTD의 근사치를 제공하도록 보정된다.
장치의 RTD를 제어할 수 있게 하여, 사용자에게 더욱 일관된 사용자 경험을 제공하는 것 이외에, 에어로졸화된 에어로졸 형성 기재의 양이 제어될 수 있게 할 수도 있다. 또한, 장치의 RTD와 형성된 에어로졸의 양 사이에 상관 관계가 있음이 밝혀졌다. 또한, 장치의 RTD가 제어될 수 있게 함으로써, 에어로졸의 액적 크기가 제어될 수 있게 할 수도 있다. 장치의 RTD와 형성된 에어로졸의 액적 크기 사이에 상관 관계가 있음이 밝혀졌다. 예를 들어, 이것은 흡입된 에어로졸의 입맛에 영향을 줄 수도 있다.
조정 수단은 조정가능한 수축부를 기류 경로에 포함할 수도 있으며, 특히 조정가능한 수축부는 조정가능한 오리피스일 수도 있다. 조정가능한 수축부는 기류 경로의 가요성 부분일 수 있어서 외부 힘이 가요성 부분에 가해져서 제어 가능한 수축을 기류 경로에 일으킬 수도 있다. 조정가능한 수축부가 조정가능한 오리피스인 경우, 조정가능한 오리피스는 홍채, 홍채 조리개 또는 셔터일 수도 있다. 바람직한 구현예에서, 조정가능한 오리피스는 홍채 조리개다. 홍채 조리개는 임의의 적당한 수의 리프(leaf), 예를 들어 5 내지 11 또는 그 이상을 가질 수도 있다.
전기 가열식 에어로졸 발생 시스템은 바람직하게는 전기 히터에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부; 전력 공급부 및 전기 히터에 연결된 전기 하드웨어; 및 상기 전력 공급부로부터 상기 전기 히터로의 전력 공급을 제어하도록 구성되어 있는 제어기를 더 포함하고 있다.
흡인 저항을 측정하기 위한 수단은 압력 센서를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 압력 센서는 용량식 센서, 압전 센서 또는 전자기 센서일 수도 있다. 특히 이들은 측정 중인 저압에 가장 적합하므로 용량식 센서가 사용될 수도 있다.
흡인 저항은 룩업 테이블을 사용하여 압력 센서 출력을 흡인 저항에 상관시키는 것; 또는 압력 센서 출력에 의존하는 다항식을 평가하는 것에 의해 결정될 수도 있다.
기류 경로의 RTD를 결정하기 위한 수단은 바람직하게는 공동의 하류에 제공되어 있다. RTD를 조정하기 위한 수단은 공동의 상류 또는 하류에 제공될 수도 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 '하류'는 공기 유입부로부터 공기 유출부로의 기류의 방향을 지칭하는데 사용되며, 용어 '상류'는 '하류'와 반대 방향이다. 따라서, 에어로졸 발생 장치의 하류 말단은 마우스피스 말단 같이, 사용자가 흡인하는 말단이다.
적어도 하나의 공기 유입부는 공동의 상류의 임의의 위치에 제공될 수도 있다. 한 구현예에서, 적어도 하나의 공기 유입부는 공동 측벽면에 제공되어 있다. 장치는 1개, 2개, 3개, 4개, 5개 이상의 공기 유입부를 포함하고 있을 수도 있다.
적어도 하나의 공기 유출부는 기류 경로의 하류 말단에 제공되어 있다. 장치는 1개, 2개, 3개, 4개, 5개 이상의 공기 유입부를 포함하고 있을 수도 있다.
제어기는 바람직하게는 조정 수단을 제어하도록 추가로 구성되어 있고, 조정 수단은 전기적으로 작동된다. 제어기는 바람직하게는 비례 제어기로서 작동하도록 구성되어 있다. 즉, 결정된 RTD와 목표 RTD의 차이가 클수록, 보상하기 위한 조정 수단에 가해진 변화가 커진다. 이런 식으로, 장치는 목표 RTD의 오버슈트(overshoot) 또는 언더슈트(undershoot) 가능성이 적고, 사용자 경험을 향상시킬 수 있다.
사용 시, 사용자는 장치의 공기 유출구를 흡인한다. 에어로졸 형성 기재의 기류 경로의 제한, RTD 및 기류 경로 자체의 나머지를 조정하기 위한 수단으로 인해, 장치 전체에 압력 강하가 발생된다. 전술한 바와 같이, RTD를 결정하기 위한 수단은 압력 강하를 이용하여 RTD를 결정하도록 보정된다. 결정된 RTD에 따라, 조정 수단은 기류 경로를 조정하여 RTD를 소정의 값 또는 소정의 값 범위 내로 유지시킨다.
제어기는 제1 퍼프 동안 흡인 저항을 결정하고, 제1 퍼프와 제2 퍼프 사이에 조정 수단을 자동적으로 제어하여 결정된 제1 퍼프의 흡인 저항에 따라 제2 퍼프에 대한 흡인 저항을 조정하도록 구성되어 있을 수도 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 이 제어 방법은 이전의 퍼프가 후속하는 퍼프에게 알려주도록 각 퍼프에 대해 구현될 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '퍼프(puff)'는 사용자가 에어로졸 발생 장치를 흡인하는 경우를 나타내기 위해 사용된다. 각 퍼프는 약 1초 내지 약 3초 동안 지속될 수도 있고, 일 실시예에서 약 2초 동안 지속된다. 사용하는 동안, 사용자는 약 20초 내지 약 60초마다 퍼프를 개시할 수도 있으며, 일 실시예에서 사용자는 약 40초마다 퍼프를 개시한다.
제어기는 복수의 소정의 RTD, 또는 RTD 범위 중 하나가, 사용자에 의해 선택될 수 있도록 구성될 수도 있다. 복수의 소정의 범위는 사용자 선호도에 기초하여 사용자에 의해 선택 가능한 제1 범위, 제2 범위 및 제3 범위일 수도 있다. 유리하게는, 이것은 더 높은 RTD를 원하는 사용자와 더 낮은 RTD를 요구하는 사용자 모두에게 단일 장치가 제공될 수 있게 한다. 상기 범위는 소정의 값, 예를 들어 필요한 소정의 값의 ± 5%에 대한 설정 오차 대역일 수도 있다.
조정 수단이 조정가능한 수축부인 경우, RTD가 상기 요구된 값보다 높거나, 상기 범위의 상한보다 높으면 수축부가 열린다. RTD가 요구된 값보다 낮거나 상기 범위의 하한보다 낮으면, 수축부가 닫힌다.
대안적인 구현예에서, 에어로졸 발생 장치는 밸브를 가로지르는 압력 차에 따라 밸브를 통한 기류 속도를 유지하도록 구성되어 있는 기계 작동식 압력 보상 흐름 밸브를 포함하고 있다. 압력 보상 흐름 밸브는 RTD를 결정하기 위한 수단과 RTD를 조정하기 위한 수단을 모두 포함하고 있다. 이러한 제어 밸브는 바람직하게는 조정가능한 가변형 오리피스, 보상기와 직렬로 배치되어 있는, 조정 수단, 결정 수단을 포함하고 있다. 보상기는 다양한 작동 조건에서 본질적으로 일정한 유속을 유지하면서, 다양한 유입구 및 부하 압력에 자동으로 조정한다. 따라서, 이러한 유형의 밸브는 공기 유입부로부터 공기 유출부로 실질적으로 일정한 압력 강하를 가능하게 할 수 있다.
기계 작동식 압력 보상 흐름 밸브는 바람직하게는 밸브를 가로지르는 압력 차를 설정하는 스프링 계수를 갖는, 나선형 스프링과 같은 스프링을 포함하고 있다. 바람직하게는, 상이한 스프링 계수를 각각 갖는 일련의 스프링이 상이한 RTD를 갖는 일련의 장치를 사용자에게 제공하기 위해 이용가능할 수도 있다.
바람직하게는, 전기 히터는 적어도 하나의 벽면, 바람직하게는 공동의 측벽면에 인접하여 제공되어 있다. 전기 히터는 실질적으로 전체적으로 공동의 주변부 둘레에 제공될 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전기 히터는 공동의 바닥 벽면에 제공될 수도 있다. 바닥 벽면은 에어로졸 형성 기재를 수용하기 위해 공동의 개방 말단에 대향하는 벽면이다.
상기 전기 히터는 하나 이상의 가열 요소를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 상기 히터는 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 그 이상의 가열 요소를 포함할 수도 있다.
상기 전기 히터는 바람직하게는 호일 히터이다. 상기 전기 히터는 박막 히터, 예컨대 폴리이미드 히터일 수도 있다. 상기 전기 히터는 바람직하게는 공동의 외부 벽면, 또는 벽면들에 접합되어 있다.
상기 하나 이상의 가열 요소는 바람직하게는 전기 저항 물질을 포함하고 있다. 적절한 전기 저항 물질은, 도핑된 세라믹과 같은 반도체, (예를 들어, 이규화 몰리브덴과 같은) 전기 "전도성" 세라믹, 카본, 흑연, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 물질과 금속 물질의 복합 물질을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 복합 물질은 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적합한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다. 적합한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 백금족 금속을 포함한다. 적절한 금속 합금의 예는 스테인리스 스틸, 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 스틸, Timetal® 및 철-망간-알루미늄계 합금들에 기초한 초합금을 포함하고 있다. 복합 물질에서, 요구되는 외부 물리화학적 성질과 에너지 전달 동역학에 따라, 전기 저항 물질은 선택적으로, 절연 물질에 매립되거나 절연 물질로 캡슐화되거나 코팅될 수 있거나, 또는 그 반대로 될 수 있다. 적절한 복합체 가열 요소는 US-A-5 498 855, WO-A-03/095688 및 US-A-5 514 630에 개시되어 있다.
제어기는 바람직하게는 전기 히터의 작동 온도를 약 180℃와 약 300℃ 사이로 유지하도록 구성되어 있다. 한 구현예에서, 상기 장치는 사용자 선호도를 수신하도록 구성되어 있는 사용자 입력부를 더 포함하고 있다. 이 구현예에서, 제어기는 사용자 입력에 따라 전기 히터의 온도를 제어하도록 구성되어 있다. 제어기는 입력으로부터 2, 3, 4, 5개 또는 그 이상의 신호를 수신하도록 구성될 수도 있으며, 각각의 신호는 별개의 사용자 선호도에 대응한다. 예를 들면, 제어기는 약 190℃, 약 200℃ 및 약 210℃의 전기 히터 온도에 대응하는 3개의 신호를 수신하도록 구성되어 있을 수도 있다. 제어기는 임의의 다른 적절한 온도 세트에서 전기 히터의 온도를 제어하도록 구성되어 있을 수도 있다.
제어기는 전기 히터에 지속적으로 전력을 공급하도록 구성될 수도 있다. 선택적으로, 또는 추가적으로, 상기 장치는 사용자가 상기 장치를 퍼프할 때 검출하도록 구성되어 있는 퍼프 검출기를 더 포함할 수도 있다. RTD를 결정하기 위한 수단은 사용자가 퍼프 검출기로서도 작동하도록 장치를 퍼프(puff)할 때를 검출하도록 더 구성되는 것이 바람직하다. 사용자가 장치를 퍼프할 때, 제어기는 전기 히터에 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 한 구현예에서, 제어기는 전기 히터를 제1 온도로 가열한 다음, 퍼프가 검출될 때, 전기 히터에 추가 전력을 제공하여 온도를 제2 온도로 증가시키도록 구성되어 있다. 또한, 제어기는 퍼프가 검출될 때 단지 조정 수단을 제어하도록 구성될 수도 있다.
바람직하게는, 제어기는 전기 히터의 작동을 제어하기 위한, 프로그램 가능한 제어기, 예를 들어 마이크로제어기이고, 기류 경로의 RTD를 조정하기 위한 수단이다. 한 구현예에서, 제어기는 소프트웨어에 의해 프로그래밍 가능할 수도 있다. 대안적으로, 제어기는, 특정 용도를 위해 하드웨어 내부에 논리 블록을 맞춤화하여 프로그래밍 가능할 수도 있는, 용도 특정 하드웨어, 예를 들어 주문형 집적 회로(ASIC; Application-Specific Integrated-Circuit)를 포함하고 있을 수도 있다. 바람직하게는, 전기 하드웨어는 프로세서를 포함하고 있다. 또한, 전기 하드웨어는 특정 에어로졸 형성 기재에 대한 가열 선호도, 사용자 선호도, 사용자 흡연 습관 또는 다른 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함하고 있을 수도 있다. 바람직하게는, 저장된 정보는 흡연 시스템과 함께 사용할 수 있는 특정 에어로졸 형성 기재에 따라 업데이트되고 대체될 수 있다. 또한, 상기 정보는 상기 시스템으로부터 다운로드될 수도 있다.
에어로졸 발생 장치는 바람직하게는 전기 히터에 공급될 전력을 작동시키기 위해, 사용자 작동 스위치를 포함하고 있다.
공동의 개방 벽면에 대향하는, 공동의 바닥 벽면은 다공성일 수도 있거나 공기 유입부를 포함할 수도 있다.
에어로졸 발생 장치는 적어도 하나의 공기 유출부를 갖는 마우스피스를 포함할 수도 있다. 한 구현예에서, 마우스피스는 장치의 근위 말단에서 제공되어 있고, 공동은 원위 말단에서 제공되어 있다. 이러한 방식으로, 사용자에 의한 흡입을 위해 보다 적절한 온도로 에어로졸을 냉각시킬 수 있는 공기 흐름 경로 길이가 최대화된다.
장치는 바람직하게는 장치가 사용될 때 공동을 덮기 위한 덮개를 포함하고 있다. 덮개는 네오디뮴 자석과 같은 자석, 또는 나사산과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 보유될 수도 있다. 덮개는 적어도 하나의 공기 유입부를 포함할 수도 있다.
본 발명의 추가 측면에 따르면, 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있다. 상기 시스템은 본원에 기재된 에어로졸 발생 장치, 및 담배를 포함하고 있는 에어로졸 발생 기재를 포함하고 있다. 담배는 바람직하게는 다음 중 적어도 하나이다: 파이프 담배; 각초; 재구성 담배; 및 균질화 담배.
본원에서 사용되는 바와 같이, ‘에어로졸 형성 기재’는 에어로졸을 형성할 수 있는, 가열 시에 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재를 설명하는 데에 사용된다. 본 발명에 따른 에어로졸 형성 기재에서 발생된 에어로졸은 가시적 또는 비가시적일 수 있고, 증기(예를 들면, 실온에서는 보통 액체 또는 고체인, 기체 상태에 있는 물질의 미립자)뿐만 아니라, 기체 및 응집된 증기의 액적을 포함하고 있을 수도 있다.
상기 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성제를 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 다음을 포함하고 있다: 균질화 담배 물질; 에어로졸 형성제; 및 물. 균질화 담배 물질을 제공하면 에어로졸 생성, 니코틴 함량 및 향미 프로파일이 향상된다. 이는 균질화 담배를 제조하는 과정에서 가열시 니코틴 및 향미를 훨씬 더 효과적으로 방출할 수 있게 하는 담배 잎을 분쇄하는 과정이 포함되기 때문이다.
균질화 담배 물질은 바람직하게는 다음과 같은 시트로 제공된다: 접히거나; 주름지거나; 또는 스트립으로 절단된 시트. 특히 바람직한 구현예에서, 시트는 약 0.2mm 내지 약 2mm, 보다 바람직하게는 약 0.4mm 내지 약 1.2mm의 폭을 갖는 스트립으로 절단된다. 한 구현예에서, 스트립의 폭은 약 0.9mm이다.
대안적으로, 균질화 담배 물질은 구형화를 사용하여 구형으로 형성될 수도 있다. 상기 구형의 평균 직경은 바람직하게는 약 0.5mm와 약 4mm 사이, 더욱 바람직하게는 약 0.8mm와 약 3mm 사이이다.
에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 약 55 중량% 내지 약 75 중량%의 균질화 담배 물질; 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 에어로졸 형성제; 및 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 물을 포함하고 있다.
에어로졸 형성 기재의 샘플을 측정하기 전에 22℃에서 50% 상대 습도에서 48 시간 동안 평형을 이룬다. Karl Fischer 기술을 사용하여 균질화 담배 물질의 수분 함량을 측정한다.
에어로졸 형성 기재는 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 향미제를 추가로 포함할 수도 있다. 향미제는 멘톨과 같은 당업계에 공지된 임의의 적합한 향미제일 수도 있다.
본 발명에서 사용하기 위한 균질화 담배 물질의 시트는 담배 잎몸(leaf lamina) 및 담배 잎자루(leaf stem) 중 하나 또는 양쪽 모두를 분쇄하거나 그렇지 않으면 세분(comminuting)하여 얻어진 미립자 담배를 응집시켜서 형성될 수도 있다.
본 발명에서 사용하기 위한 균질화 담배 물질의 시트는 담배 내인성 바인더인 하나 이상의 내재성 바인더, 담배 외인성 바인더인 하나 이상의 외재성 바인더, 또는 그들의 조합을 포함해서 미립자 담배를 응집하는 것을 도울 수도 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 본 발명에서 사용하기 위한 균질화 담배 물질의 시트는 이들에만 한정되는 것은 아니지만, 담배 및 비담배 섬유, 향미제, 충전제, 수성 및 비수성 용매, 및 그들의 조합을 포함하는 기타 첨가제를 포함할 수도 있다.
본 발명에서 사용하기 위한 균질화 담배 물질의 시트에 포함시키기 위한 적절한 외재성 바인더는 본 기술분야에 공지되어 있고, 이들에만 한정되는 것은 아니지만, 검류, 예컨대 구아 검, 잔탄 검, 아라비아 검 및 메뚜기콩 검; 셀룰로오스 바인더류, 예컨대 하이드록시프로필 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스 및 에틸 셀룰로오스; 다당류, 예컨대 전분, 유기산, 예컨대 알긴산, 유기산의 짝염기 염, 예컨대, 알긴산 나트륨, 한천 및 30 펙틴; 및 그들의 조합을 포함한다.
균질화 담배 물질의 시트를 생산하기 위한 다수의 재구성 공정이 당 기술분야에 공지되어 있다. 이들에는 이들에만 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 US-A-3,860,012에 기재되어 있는 유형의 제지 공정; 예를 들어 US-A-5,724,998에 기재되어 있는 유형의 캐스팅 또는 ‘캐스트 잎’ 공정; 예를 들어 US-A-3,894,544에 기재되어 있는 유형의 도우 재생(dough reconstitution) 공정; 및 예를 들어 GB-A-983,928에 기재되어 있는 유형의 압출 공정을 포함한다. 일반적으로, 압출 공정 및 도우 재생 공정에 의해 생산된 균질화 담배 물질 시트의 밀도는 캐스팅 공정에 의해 생산된 균질화 담배 물질 시트의 밀도보다 크다.
본 발명에서 사용하기 위한 균질화 담배 물질의 시트는, 일반적으로, 미립자 담배를 포함하는 슬러리 및 하나 이상의 바인더를 컨베이어 벨트 또는 다른 지지면 상에 캐스팅하는 단계, 캐스팅된 슬러리를 건조시켜서 균질화 담배 물질의 시트를 형성하는 단계 및 지지면으로부터 균질화 담배 물질의 시트를 제거하는 단계를 포함하는 유형의 캐스팅 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
균질화 담배 시트 물질은 여러 유형의 담배를 사용하여 생산될 수도 있다. 예를 들어, 담배 시트 물질은 다수의 상이한 종류의 담배로부터의 담배, 또는 잎 또는 줄기 같은 담배 식물의 상이한 영역으로부터의 담배로부터의 담배를 사용하여 형성될 수도 있다. 가공 후, 시트는 균일한 특성 및 균질화된 향미를 갖는다. 균질화 담배 물질의 단일 시트가 특정 향미를 가지도록 제조될 수도 있다. 상이한 풍미를 갖는 제품을 제조하기 위해서, 상이한 담배 시트 물질이 생산될 필요가 있다. 종래의 궐련에 다수의 상이한 썰은 담배를 배합하여 생산된 일부 향미는 단일의 균질화 담배 시트에서 복제하기가 어려울 수도 있다. 예를 들어, 버지니아(Virginia) 담배와 버얼리(Burley) 담배는 개별의 향미를 최적화하기 위해 여러 가지 방법으로 가공될 필요가 있을 수도 있다. 균질화 담배 물질의 단일 시트에 버지니아와 버얼리 담배의 특정 배합물을 복제하는 것은 불가능할 수도 있다. 이와 같이, 주머니는 제1 균질화 담배 물질 및 제2 균질화 담배 물질을 포함할 수도 있다. 단일 주머니에 담배 물질의 두 가지의 상이한 시트를 조합하여, 균질화 담배의 단일 시트로는 생산할 수 없는 새로운 배합물이 생성될 수도 있다.
에어로졸 형성제는 바람직하게는 적어도 하나의 다가 알코올을 포함하고 있다. 바람직한 구현예에서, 에어로졸 형성제는 다음 중 적어도 하나를 포함하고 있다: 트리에틸렌 글리콜; 1,3-부탄디올; 프로필렌 글리콜; 및 글리세린.
본 발명의 하나의 측면에서의 임의의 특징은 임의의 적절한 조합으로 본 발명의 다른 측면들에 적용될 수도 있다. 특히, 방법 측면들은 장치 측면들에 적용될 수도 있고, 그 반대일 수도 있다. 또한, 하나의 측면에서의 어느 하나, 일부 및/또는 모든 특징은 임의의 적절한 조합으로, 임의의 다른 측면에서의 어느 하나, 일부 및/또는 모든 특징에 적용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 임의의 측면들에서 설명되고 정의된 다양한 특징들의 조합이 구현될 수 있고 그리고/또는 공급될 수 있고 그리고/또는 독립적으로 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 더욱 설명될 것이다:
도 1에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(100)는 에어로졸 발생 기재를 수용하기 위한 공동(102), 공동(102)을 덮기 위한 덮개(104), 전력 공급부(106), 제어기(108), 전기 히터(110) 및 마우스피스(112)를 포함하고 있다. 장치는 덮개(104)에 제공된 공기 유입부(114), 마우스피스(112)에 제공된 공기 유출부(116), 및 공동(102)을 통해 공기 유입부로부터 공기 유출부로 연장되어 있는 기류 경로(115)를 더 포함하고 있다. 기류 경로(115)를 통과하는 기류는 화살표로 표시되고 있다. 장치는 장치의 사용 동안에 기류 경로(115) 내의 공기압의 변화를 측정하도록 구성되어 있는 압력 센서(118)를 더 포함하고 있다. 압력 센서(118)는 마우스피스 말단에 인접하여, 장치의 하류 말단에 제공되어 있다. 장치의 흡인 저항을 조정하기 위한 전기 작동식 수단(120)이 또한 제공되어 있다. 조정 수단(120)은 기류 경로(115) 내부에, 그리고 공동(102)의 하류에 위치되어 있다. 마우스피스는 필요할 경우 세정 또는 교체를 위해 제거가능할 수도 있다.
제어기(108)는 전력 공급부(106)로부터 전기 히터(110)에 전력을 제공하여 에어로졸 형성 기재를 작동 온도까지 가열하도록 구성되어 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 전기 히터는 공동의 주변부 주위에 제공되어 히터로부터 공동 벽으로 그리고 나서 에어로졸 형성 기재로의 열 전도를 개선한다.
상기 장치는 상기 장치를 활성화하기 위한 사용자 작동 스위치(미도시함)를 더 포함할 수도 있다.
사용 시에, 사용자는 공동(102) 내로 에어로졸 형성 기재를 삽입하고, 덮개(104)를 교체하여 공동을 폐쇄한 다음, 장치를 작동시킨다. 그런 다음 제어기는 전기 히터에 전력을 공급하여 에어로졸 형성 기재의 온도를 작동 온도까지 증가시킨다. 일 실시예에서, 작동 온도는 약 200℃이다.
에어로졸 형성 기재가 작동 온도에 도달하면, 사용자는 마우스피스를 흡인하고, 공기는 공기 유입부(114)로부터, 공동(102)을 통해, 조정 수단(120)을 통해, 전력 공급부(106)에 인접한 기류 경로(115)를 따라 그리고 마우스피스(112) 내의 공기 유출부(116) 밖으로 흡인된다.
공동(102) 내의 에어로졸 형성 기재, 및 기류 경로(115)는 마우스피스를 흡인하는 사용자가 경험하는 흡인 저항을 유발할 것이다. 기류 경로에서 기인한 흡인 저항의 성분들을 측정할 수 있으며, 이들은 사용 간 또는 한 번의 사용 동안 크게 변하지 않을 것이다. 그러나, 공동(102) 내부의 에어로졸 형성 기재로부터 기인한 흡인 저항의 성분은 사용자의 제어, 특히 공동에 배치된 담배의 양, 및 공동에 제공할 때 사용자가 담배를 얼마나 많이 압축하는지에 따라 달라질 것이다. 이 문제점을 극복하고, 사용자에게 사용들 사이에 일관된 흡인 저항을 제공하기 위해, 조정 수단(120)은 장치의 RTD가 사용 동안에 자동적으로 조정될 수 있도록 구성되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 조정 수단은 홍채 조리개(200a, 200b, 200c, 200d)이다. 홍채 조리개(200)는 임의의 바람직한 형상을 갖는 임의의 적절한 수의 리프(leaf)(202a, 202b, 202c, 202d)를 가질 수도 있다. 알 수 있는 바와 같이, 홍채 조리개에 의해 형성된 오리피스의 형상은 리프(202)의 형상에 의존한다. 홍채 조리개(200)는 필요에 따라 홍채를 열고 닫도록 구성되어 있는 스테퍼 모터와 같은 모터(미도시함)를 더 포함하고 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 홍채는 장치의 RTD를 제어하는데 사용될 수 있는 기류 경로(115) 내부에 조정가능한 수축부를 제공하고 있다.
도 3은 제어기(108)의 제어 공정의 흐름도를 보여주고 있다. 사용 시에, 사용자는 스위치를 활성화시키거나, 제공된다면, 또는 마우스피스를 흡인하거나 해서 장치를 활성화시킨다(단계 300). 스위치가 제공되지 않으면, 압력 센서는 사용자가 언제 장치를 흡인할지 결정하기 위해 퍼프 검출기로서 작동하도록 구성되어 있다.
단계 302에서, 사용자가 장치를 흡인할 때, 기류 경로(115) 내의 공기압은 압력 센서(118)에 의해 측정된다. 제어기(108)는 압력 센서 출력을 수신하고, 그 측정된 압력 입력에 따라 제1 퍼프 이벤트의 RTD를 결정한다.
단계 304에서, 제어기(108)는 일 실시예에서, 룩업 테이블을 사용하여 압력 센서 출력을 RTD에 상관시켜서 제1 퍼프 이벤트의 RTD를 결정한다. 룩업 테이블은 표준 ISO 6565:2011, 상술한 RTD 측정 방법을 사용하여 다양한 RTD로 압력 센서 출력을 보정하여 생성된다.
단계 306에서, 제어기는 제1 퍼프 이벤트의 결정된 RTD를 소정의 RTD 범위와 비교한다. 일 실시예에서, 소정의 RTD 범위는 약 80mmWG 내지 약 100mmWG이다. RTD가 상기 범위 내에 있으면, 공정은 다시 302 단계로 되돌아가고, 다음 퍼프 이벤트에 대해, 기류 경로의 공기 압력을 측정한다. 장치의 RTD를 변경하기 위한 조정은 이루어지지 않는다. 결정된 RTD가 상기 범위를 벗어나면, 공정은 단계 308로 진행한다.
단계 308에서, 제어기는 조정 수단(120)에 신호를 전달하여 기류 경로를 조정해서 다음 퍼프에 대한 RTD를 변경하도록 한다. 이 공정은 퍼프 이벤트들 사이에 발생한다. 결정된 RTD가 상기 범위의 하한보다 낮으면, 제어기는 조정 수단(120)에 신호를 전달하여 기류 경로를 추가로 수축시킨다. 결정된 RTD가 상기 범위의 상한보다 높으면, 제어기는 조정 수단(120)에 신호를 전달하여 기류 경로의 수축을 감소시킨다. 그 후, 공정은 단계 302로 되돌아가서, 다음 퍼프 이벤트의 기류 경로 내의 공기압을 측정하여 피드백 루프가 생성되어 장치의 RTD를 자동적으로 제어하게 된다.
100: 에어로졸 발생 장치
102: 공동
104: 덮개
106: 전력 공급부
108: 제어기
110: 전기 히터
112: 마우스피스
114: 공기 유입부
115: 기류 경로
116: 공기 유출부
118: 압력 센서
120: 전기 작동식 수단
200a, 200b, 200c, 200d: 홍채 조리개
202a, 202b, 202c, 202d: 리프

Claims (15)

  1. 전기 가열식 에어로졸 발생 장치로,
    에어로졸 발생 기재를 수용하기 위한 공동을 갖는 외부 하우징;
    상기 공동 내의 에어로졸 발생 기재를 가열해서 에어로졸을 발생시키기 위한 적어도 하나의 가열 요소를 포함하는 전기 히터;
    적어도 하나의 공기 유입부;
    적어도 하나의 공기 유출부;
    상기 적어도 하나의 공기 유입부로부터, 상기 공동을 통해, 상기 적어도 하나의 공기 유출부로 연장되어 있는 기류 경로;
    상기 기류 경로의 흡인 저항을 결정하기 위한 수단; 및
    상기 결정된 흡인 저항에 따라 상기 기류 경로의 흡인 저항을 자동으로 조정하기 위한 수단을 포함하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조정 수단은 상기 기류 경로의 흡인 저항을 일정 범위 내에 유지하도록 구성되어 있는, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 흡인 저항의 범위는 약 80mmWG 내지 약 100mmWG인, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 수단은 조정가능한 오리피스를 포함하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조정가능한 오리피스는 홍채 조리개인, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 히터에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부; 상기 전력 공급부 및 상기 전기 히터에 연결된 전기 하드웨어; 및 상기 전력 공급부로부터 상기 전기 히터로의 전력 공급을 제어하도록 구성되어 있는 제어기를 더 포함하는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 흡인 저항을 결정하기 위한 수단은 압력 센서를 포함하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 흡인 저항은 룩업 테이블을 사용하여 상기 압력 센서 출력을 흡인 저항에 상관시키는 것; 또는 상기 압력 센서 출력에 의존하는 다항식을 평가하는 것에 의해 결정되는 것인, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 조정 수단을 제어하도록 추가로 구성되어 있고, 상기 조정 수단은 전기로 작동되는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어기는 제1 퍼프 동안 상기 흡인 저항을 결정하고, 상기 제1 퍼프와 제2 퍼프 사이에 상기 조정 수단을 자동적으로 제어하여 상기 결정된 제1 퍼프의 흡인 저항에 따라 상기 제2 퍼프에 대한 흡인 저항을 조정하도록 구성되어 있는, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브를 가로지르는 압력 차에 따라 상기 밸브를 통한 기류 속도를 유지하도록 구성되어 있는 기계 작동식 압력 보상 흐름 밸브를 더 포함하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기계 작동식 압력 보상 흐름 밸브는 상기 밸브를 가로지르는 압력 차를 설정하는 스프링 계수를 갖는 스프링을 포함하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 히터는 상기 공동의 적어도 하나의 벽면에 인접하여 제공되어 있는, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 전기 가열식 에어로졸 발생 장치; 및 담배를 포함하는 에어로졸 발생 기재를 포함하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 담배는 파이프 담배; 각초; 재구성 담배; 및 균질화 담배 중 적어도 하나인, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
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