KR20190006191A - 액체 기질의 고갈을 결정하기 위한 수단을 갖춘 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

액체 기질의 고갈을 결정하기 위한 수단을 갖춘 에어로졸 발생 시스템 Download PDF

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Abstract

에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템이 제공된다. 시스템은 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와, 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터, 및 가열 엘리먼트에 인가된 전력과 가열 엘리먼트의 온도 간의 관계를 기초로 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하기 위한 전기 회로를 구비하여 구성된다. 또한, 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터를 구비하여 구성되는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템에서의 방법을 제공하고, 방법이: 가열 엘리먼트에 인가된 전력과 가열 엘리먼트의 온도 간의 관계를 기초로 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하는 단계를 갖추어 이루어진다.

Description

액체 기질의 고갈을 결정하기 위한 수단을 갖춘 에어로졸 발생 시스템{AN AEROSOL GENERATING SYSTEM HAVING MEANS FOR DETERMINING DEPLETION OF A LIQUID SUBSTRATE}
본 발명은 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 에어로졸-형성 기질(aerosol-forming substrate)이 액체이고 액체 저장부에 포함되는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
WO 2009/132793 A1는 액체 저장부를 갖춘 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 개시한다. 액체 저장부는 에어로졸-형성 기질을 포함하고 배터리 전원에 의해 전원이 공급되는 전기 히터를 포함하는 기화기(vaporizer)에 연결된다. 사용시에는, 배터리 전원을 스위치 온(switch on)하기 위해 사용자에 의한 마우스피스(mouthpiece)에 대한 빨아들임(suction)에 의해 전기 히터가 활성화된다. 기화기에 포함된 가열된 에어로졸-형성 기질은 기화된다. 사용자에 의한 마우스피스에 대한 빨아들임은 기화기를 따라 또는 통해 공기가 끌어당겨질 수 있도록 하고 따라서 당업자에게 알려진 바와 같은, 고체 입자(solid particles)의 현탁액(suspension) 또는 공기와 같은, 가스에서의 액체 방울(liquid droplets)인 에어로졸이 발생된다. 발생된 에어로졸은 마우스피스로 그리고 계속해서 사용자의 입으로 끌어당겨진다.
상기 언급된 흡연 시스템을 포함하는, 종래 기술의 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 다수의 이점을 갖지만, 특히 액체 저장부의 에어로졸-형성 기질의 처리와 관련하여 여전히 개선을 위한 기회가 있다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 액체 기질의 고갈을 결정하기 위한 수단을 갖춘 에어로졸 발생 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템이 제공되고, 시스템이: 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와; 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터; 및 가열 엘리먼트에 인가된 전력과 가열 엘리먼트의 최종 온도 변화 간의 관계를 기초로 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 구성된 전기 회로;를 구비하여 구성된다.
바람직하기는, 전기 회로는 결정된 고갈을 기초로 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하도록 구성된다.
액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양은 절대 양(absolute amount) 또는, 예컨대 퍼센트 양인, 비례 양(relative amount)일 수 있고, 또는 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 임계 양 보다 더 많거나 더 적다는 결정일 수 있다.
히터에 전달되는 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하기 위한 전기 회로를 제공하는 것은 다수의 이유에 대해 유리하다. 예컨대, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워질 때, 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 전기 히터에 공급될 수 있다. 이는 생성된 에어로졸이 원하는 특성, 예컨대 에어로졸 입자 크기 또는 화학적 화합물을 갖지 않음을 의미한다. 이는 사용자에 대해 열악한 경험을 초래하게 할 수 있다. 부가하여, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워질 때를 결정할 수 있으면, 이는 사용자에게 알리는 것이 가능할 수 있다. 이때, 사용자는 액체 저장부를 교체하거나 보충하도록 준비할 수 있다.
가열 엘리먼트의 온도와 가열 엘리먼트에 인가된 전력 간의 관계는, 예컨대 인가된 주어진 전력에 대한 가열 엘리먼트의 온도의 변화의 율, 인가된 주어진 전력에 대한 가열 사이클에서의 주어진 시간에서 가열 엘리먼트의 절대 온도, 주어진 온도를 유지하기 위해 가열 엘리먼트에 인가된 주어진 전력 또는 인가된 전력을 위한 가열 사이클의 부분에 걸친 온도의 적분일 수 있다. 일반적 관점에서, 더 적은 에어로졸-형성 기질이 기화를 위해 히터에 전달되면 될수록 주어진 인가된 전력에 대해 가열 엘리먼트의 온도가 더 높아질 수 있다. 주어진 전력에 대해, 가열 사이클 동안 가열 엘리먼트의 온도의 전개, 그리고 해당 전개가 어떻게 다수의 가열 사이클을 거쳐 변하는가는 히터에 전달된 에어로졸-형성 기질의 양에서 고갈이 되는가를 검출하는데 이용될 수 있다.
액체 에어로졸-형성 기질에 대해, 소정의 물리적 특성, 예컨대 기질의 증기압(vapour pressure) 또는 점도(viscosity)가 에어로졸 발생 시스템에서 이용하기 위한 적절한 방식으로 선택된다. 바람직하기는, 액체는 가열에 따라 액체로부터 방출되는 휘발성 담배 풍미제 화합물(volatile tobacco flavour compounds)을 포함하는 담배-함유 재료(tobacco-containing material)를 구비하여 구성된다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 액체는 비-담배 재료(non-tobacco material)를 구비하여 구성될 수 있다. 액체는 물, 에탄올, 또는 다른 솔벤트, 식물 추출물, 니코틴 용액, 및 자연 또는 인공 풍미제를 포함할 수 있다. 바람직하기는, 액체는 에어로졸 형성기(aerosol former)를 더 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 에어로졸 형성기의 예는 글리세린(glycerine) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)이다.
액체 저장부를 제공하는 이점은 액체 저장부의 액체가 주변 공기로부터 보호된다는 것이다. 몇몇 실시예에 있어서, 주변 빛이 또한 액체 저장부로 들어갈 수 없어 액체의 광-유도 저하(light-induced degradation)의 위험성이 회피된다. 더욱이, 높은 수준의 위생 상태가 유지될 수 있다.
바람직하기는, 액체 저장부는 미리 결정된 퍼프(puffs)의 수에 대해 액체를 유지하도록 구성된다. 액체 저장부가 보충가능하지 않고 액체 저장부의 액체가 다 사용되면, 액체 저장부는 사용자에 의해 교체되어져야 한다. 이러한 교체 동안, 액체와 함께 사용자의 오염이 방지되어져야만 한다. 대안적으로, 액체 저장부는 보충가능(refillable)할 수 있다. 해당 경우에 있어서, 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부의 소정 수의 보충 후에 교체될 수 있다.
전기 히터는 단일 가열 엘리먼트을 구비하여 구성될 수 있다. 대안적으로, 전기 히터는 하나 이상의 가열 엘리먼트, 예컨대 2개, 또는 3개, 또는 4개, 또는 5개, 또는 6개 이상의 가열 엘리먼트를 구비하여 구성될 수 있다. 가열 엘리먼트 또는 가열 엘리먼트들은 가장 효과적으로 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위해 적절하게 구성될 수 있다.
적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 바람직하기는 전기적으로 저항성 재료를 구비하여 구성된다. 적절한 전기적으로 저항성 재료는, 이에 한정되는 것은 아니지만: 도우프된 세라믹과 같은 반도체, (예컨대, 몰리브덴 디실리사이드와 같은) 전기적으로 "도전성" 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, 콘스탄탄(Constantan), 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-티타늄-지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간- 및 철-함유 합금과, 니켈, 철, 코발트, 스테인레스 스틸, Timetal®, 철-알루미늄 기반 합금 및 철-망간-알루미늄 기반 합금을 기반으로 하는 초-합금(super-alloys)을 포함한다. Timetal®은 Titanium Metals Corporation의 등록 상표이다. 복합 재료(composite materials)에 있어서, 전기적으로 저항성 재료는, 요구된 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. 가열 엘리먼트는 불활성 재료(inert material)의 2개의 층 사이에서 절연된 금속 에칭된 호일(metallic etched foil)을 구비하여 구성될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 불활성 재료는, 전체-폴리이미드 또는 운모 호일(all-polyimide or mica foil)인, Kapton®을 구비하여 구성될 수 있다. Kapton®은 E.I. du Pont de Nemours and Company의 등록 상표이다.
적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 소정의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 가열 블레이드(heating blade)의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 여러 전기-도전성 부분을 갖춘 기판 또는 케이싱, 또는 전기적으로 저항성 금속 튜브의 형태를 취할 수 있다. 액체 저장부는 일회용 가열 엘리먼트를 통합할 수 있다. 대안적으로, 액체 에어로졸-형성 기질을 통해 뻗어가는 하나 이상의 가열 바늘(needles) 또는 막대(rods)가 또한 적절할 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 재료의 플렉시블 시트(flexible sheet)를 구비하여 구성될 수 있다. 다른 대안은 가열 와이어(heating wire) 또는 필라멘트(filament), 예컨대 Ni-Cr(Nickel-Chromium), 백금, 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 쌓일 수 있다.
적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 열을 흡수 및 저장하고 이어서 에어로졸-형성 기질을 가열하도록 시간 경과에 따라 열을 방출할 수 있는 재료를 구비하여 구성되는 히트 싱크(heat sink), 또는 열 저장소(heat reservoir)를 구비하여 구성될 수 있다. 히트 싱크는, 적절한 금속 또는 세라믹 재료와 같은, 소정의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 바람직하기는, 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 포함할 수 있다. 가역 상 변화를 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.
적어도 하나의 가열 엘리먼트는 전도(conduction)에 의해 에어로졸-형성 기질을 가열할 수 있다. 가열 엘리먼트는 적어도 부분적으로 기질과 접촉될 수 있다. 대안적으로, 가열 엘리먼트로부터의 열은 열 전도성 엘리먼트에 의해 기질로 전도될 수 있다.
대안적으로, 적어도 하나의 가열 엘리먼트는, 사용 동안 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 통해 끌어 당겨진 도입되는 주변 공기로 열을 전달할 수 있고, 결국 에어로졸-형성 기질을 가열한다. 주변 공기(ambient air)는 에어로졸-형성 기질을 통해 지나가기 전에 가열될 수 있다. 대안적으로, 주변 공기는 액체 기질을 통해 먼저 끌어 당겨지고 이어 가열될 수 있다.
바람직하기는, 전기적으로 동작하는 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부로부터 전기 히터로 액체 에어로졸-형성 기질을 운반하기 위한 모세관 심지를 더 구비하여 구성된다.
바람직하기는, 모세관 심지는 액체 저장부의 액체와 접촉되도록 구성된다. 바람직하기는, 모세관 심지는 액체 저장부로 연장된다. 해당 경우에 있어서, 사용 중에, 액체는 모세관 심지의 모세관 현상에 의해 액체 저장부로부터 전기 히터로 전달된다. 1실시예에 있어서, 모세관 심지는 제1 단 및 제2 단을 갖추고, 제1 단은 그 내에서 액체와의 접촉을 위해 액체 저장부로 연장되고 전기 히터는 제2 단에서 액체를 가열하도록 구성된다. 히터가 활성화될 때, 모세관 심지의 제2 단에서의 액체는 과포화 증기(supersaturated vapour)를 형성하기 위해 히터의 적어도 하나의 가열 엘리먼트에 의해 기화된다. 과포화 증기는 기류(air flow)와 혼합되어 운반된다. 흐름 동안, 증기는 에어로졸을 형성하도록 응축되고 에어로졸이 사용자의 입을 향해 운반된다. 액체 에어로졸-형성 기질은, 액체가 모세관 현상에 의해 모세관 심지를 통해 운송되도록 하는, 점도 및 표면 장력을 포함하는, 물리적 특성을 갖는다.
모세관 심지는 섬유질(fibrous) 또는 스폰지(spongy) 구조를 갖을 수 있다. 모세관 심지는 바람직하기는 모세관 다발(bundle of capillaries)을 구비하여 구성될 수 있다. 예컨대, 모세관 심지는 다수의 섬유(fibres) 또는 실(threads) 또는 다른 미세 구멍 튜브(fine bore tubes)를 구비하여 구성될 수 있다. 섬유 또는 실은 일반적으로 에어로졸 발생 시스템의 길이 방향(longitudinal direction)으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 모세관 심지는 막대 형상(rod shape)으로 형성된 스폰지와 같은 또는 발포와 같은 재료를 구비하여 구성될 수 있다. 막대 형상은 에어로졸 발생 시스템의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 심지의 구조는, 액체가 모세관 현상에 의해 전달될 수 있는, 다수의 작은 구멍 또는 튜브를 형성한다. 모세관 심지는 소정의 적절한 재료 또는 재료들의 조합을 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 재료의 예는 모세관 재료, 예컨대 스폰지 또는 발포 재료, 섬유 또는 소결 분말 형태의 세라믹 또는 흑연 기반 재료, 발포 금속 또는 플라스틱 재료, 셀룰로스 아세테이트, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은, 예컨대 방사 또는 압출 섬유로 만들어진, 섬유 재료이다. 모세관 심지는 여러 액체 물리적 특성들과 함께 이용되어지도록 하기 위해 소정의 적절한 모세관성(capillarity) 및 다공성(porosity)을 갖을 수 있다. 액체는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 액체가 모세관 현상에 의해 모세관 장치를 통해 전달되도록 하는, 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도성, 비등점, 및 증기압을 포함하는 물리적 특성을 갖는다.
바람직하기는, 적어도 하나의 가열 엘리먼트는 가열 와이어(heating wire) 또는 필라멘트 둘러쌈(filament encircling)의 형태이고, 선택적으로 모세관 심지를 지지한다. 액체의 특성과 결합된, 심지의 모세관 특성은, 정상적인 사용 동안, 다량의 에어로졸-형성 기질이 있을 때, 심지가 가열 영역에서 항상 젖는 것을 보증한다.
모세관 심지 및 히터, 그리고 선택적으로 액체 저장부는 단일 구성요소로서 에어로졸 발생 시스템으로부터 제거될 수 있다.
제1 실시예에 있어서, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 더 구비하여 구성되고, 전기 회로가 온도 센서에 의해 감지됨에 따른 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도를 모니터하고 온도 센서에 의해 감지됨에 따른 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도를 기초로 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 구성된다.
액체 에어로졸-형성 기질의 양이 감소되면, 예컨대 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워지면, 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 히터에 공급될 수 있다. 이는 가열 엘리먼트의 온도를 증가시키는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 온도 센서에 의해 감지된 바와 같은, 가열 엘리먼트의 온도는 전기 회로가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정 임계까지 감소됨을 결정하도록 할 수 있고, 더욱이 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 절대 양의 표시를 제공할 수 있도록 한다.
다른 실시예에 있어서, 전기 회로는 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 측정하고, 측정된 전기 저항으로부터 가열 엘리먼트의 온도를 확인하도록 구성된다.
액체 에어로졸-형성 기질의 양이 감소되면, 예컨대 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워지면, 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 히터에 공급될 수 있다. 이는 가열 엘리먼트의 온도를 증가시키는 결과를 초래할 수 있다. 적어도 하나의 가열 엘리먼트가 저항의 온도 상수의 적절한 특성을 갖는다면, 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 측정하는 것은 가열 엘리먼트의 온도가 확인되어지도록 할 수 있다. 따라서, 측정된 전기 저항으로부터 전기 회로에 의해 확인되어지는 것과 같은, 가열 엘리먼트의 온도는 전기 회로가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 결정하도록 할 수 있다.
본 실시예의 이점은 에어로졸 발생 시스템에서 유용한 공간을 차지할 수 있고 또한 고가일 수 있는 온도 센서를 포함하는 것이 필요하지 않다는 것이다. 본 실시예에서, 전기 저항이 "액츄에이터(actuator)" (가열 엘리먼트) 및 "센서(sensor)" (온도 측정) 양쪽으로서 이용됨이 강조된다.
이러한 실시예에 있어서, 전기 회로는 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 통과하는 전류와 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 지나는 전압을 측정하는 것에 의해 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 측정하고, 측정된 전류 및 전압으로부터 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 결정하도록 구성될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 전기 회로는 적어도 하나의 가열 엘리먼트와 직렬로, 알려진 저항을 갖춘, 저항을 구비하여 구성될 수 있고, 전기 회로는 알려진 저항을 지나는 전압을 측정하고 측정된 전압과 알려진 저항으로부터 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 결정하는 것에 의해 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
전기 회로는 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질이 소비되는 연속적인 가열 사이클에 걸쳐 감지 또는 확인된 온도의 증가를 모니터링하는 것에 의해 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 구성될 수 있다.
전기 회로는 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질이 소비됨되는 연속적 가열 사이클에 걸쳐, 가열 사이클의 시작에서 감지 또는 확인된 온도의 증가의 율을 모니터링하는 것에 의해 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 구성될 수 있다.
전기 회로가, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질이 소비되는 연속적 가열 사이클에 걸쳐, 각 가열 사이클의 부분을 거쳐 감지 또는 확인된 온도의 시간 경과에 따른 적분(integral)의 값에서의 증가를 모니터링하는 것에 의해 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 결정하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 전기 회로는 최대 온도에 대해 가열 엘리먼트의 온도를 제한하도록 구성되고, 최대 온도를 유지하도록 가열 엘리먼트에 인가된 전력의 양을 모니터링하는 것에 의해 히터에 의해 가열된 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 구성된다.
이러한 실시예에 있어서, 전기 회로는 펄스 폭 변조 신호(pulse width modulated signal)로 가열 엘리먼트에 전력을 제공하도록 구성될 수 있고, 여기서 전기 회로는 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 모니터링하는 것에 의해 가열 엘리먼트에 인가된 전력 또는 양을 모니터하도록 구성된다.
전기 회로는 결정된 양을 기초로 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 결정하기 위한 다른 시스템을 조정하도록 구성될 수 있다.
액체 저장부의 에어로졸-형성 기질의 양의 추정을 위해 허용되는 것에 부가하여, 예컨대 액체 에어로졸-형성 기질의 점도가 극도의 외부 상황에 기인하여 변경되어 더 이상 충분한 양으로 가열 엘리먼트에 전달되지 않는다면, 각 가열 사이클 동안 가열 엘리먼트의 온도 전개를 모니터링하는 동일한 원리가 과열 및 오작동으로부터 사용자를 보호하는데 이용될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 전기 회로는, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정의 임계까지 감소되는 것이 추정될 때, 전기 히터를 비활성화하도록 구성된다.
이는 이때 사용자가 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 있으면 에어로졸 발생 시스템을 더 이상 사용하지 않을 수 있기 때문에 이점이다. 이는 원하는 특성을 갖고 있지 않은 에어로졸의 발생을 회피하게 된다. 이는 사용자를 위한 열악한 경험을 회피하게 한다.
전기 회로는 전기 히터와 전원 공급기 사이에서 전기 퓨즈를 끊어지게 하는 것에 의해 전기 히터를 비활성화하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 전기 히터와 전원 공급기 사이에서 스위치를 스위칭 오프(switching off) 하는 것에 의해 전기 히터를 비활성화하도록 구성될 수 있다. 전기 히터를 비활성화하는 대안적인 방법은 당업자에게는 명백할 것이다.
바람직한 실시예에서, 전기 회로는, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정의 임계로 감소되는 것이 추정될 때, 사용자에게 이를 나타내도록 구성된다. 이는 표시가 사용자가 액체 저장부를 보충 또는 교체할 수 있도록 하기 때문에 이점이다.
전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 사용자 디스플레이를 구비하여 구성될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 표시(indication)가 사용자 디스플레이 상의 표시를 구비하여 구성될 수 있다. 대안적으로, 표시는 청취가능 표시(audible indication), 또는 사용자를 위한 소정의 다른 적절한 형태를 구비하여 구성될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 전원 공급기를 더 구비하여 구성될 수 있다. 바람직하기는, 에어로졸 발생 시스템은 하우징을 구비하여 구성된다. 바람직하기는, 하우징은 길다. 에어로졸 발생 시스템이 모세관 심지를 포함하면, 모세관 심지의 길이 축(longitudinal axis)과 하우징의 길이 축은 실질적으로 평행하게 될 수 있다. 하우징은 덮개(shell) 및 마우스피스(mouthpiece)를 구비하여 구성될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 모든 구성요소는 덮개 또는 마우스피스의 어느 한 쪽에 포함될 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 하우징은 액체 저장부, 모세관 심지 및 히터를 구비하여 구성되는 제거가능 삽입체(removable insert)를 포함한다. 해당 실시예에 있어서, 에어로졸 발생 시스템의 그러한 부품들은 단일 구성요소로서 하우징으로부터 제거가능할 수 있다. 이는, 예컨대 액체 저장부를 보충 또는 교체하기 위해 유용할 수 있다.
하우징은 소정의 적절한 재료 또는 재료들의 조합을 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 재료의 예는, 금속, 합금, 플라스틱 또는 하나 이상의 해당 재료를 함유하는 복합 재료, 또는 음식 또는 제약 적용에 대해 적절할 수 있는, 예컨대 폴리프로필렌, PEEK(polyetheretherketone), 및 폴리에틸렌인, 열가소성 물질(thermoplastics)을 포함한다. 바람직하기는, 재료는 가볍고 부서지기 어렵다.
바람직하기는, 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이다. 에어로졸 발생 시스템은 흡연 시스템일 수 있고, 종래의 궐련(cigar) 또는 담배(cigarette)와 비교될 수 있는 크기를 갖을 수 있다. 흡연 시스템은 약 30㎜와 약 150㎜ 사이의 전체 길이를 갖을 수 있다. 흡연 시스템은 약 5㎜와 약 30㎜ 사이의 외부 직경을 갖을 수 있다.
바람직하기는, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 전기적으로 가열되는 흡연 시스템이다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터를 구비하여 구성되는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 단계와; 가열 엘리먼트에 인가된 전력과 가열 엘리먼트의 최종 온도 변화 간의 관계를 기초로 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하는 단계;를 갖추어 이루어지는 방법이 제공된다.
액체 에어로졸-형성 기질의 양은 절대 양 또는, 예컨대 퍼센트 값인 비교 양일 수 있고, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 절대 양 보다 더 많거나 더 적게 있다는 결정일 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 위한 전기 회로가 제공되고, 전기 회로는 본 발명의 제2 측면의 방법을 수행하도록 구성된다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 위한 프로그램가능 전기 회로 상에서 실행될 때, 프로그램가능 전기 회로가 본 발명의 제2 측면의 방법을 수행할 수 있도록 하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 본 발명의 제4 측면에 따른 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 제공한다..
본 발명의 에어로졸 발생 시스템과 관련하여 설명된 특징은 또한 본 발명의 방법에 적용가능할 수 있다. 그리고, 본 발명의 방법과 관련하여 설명된 특징은 또한 본 발명의 에어로졸 발생 시스템에 적용가능할 수 있다.
도 1은 액체 저장부를 갖춘 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 하나의 예를 나타낸다.
도 2는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 다중 퍼프 동안 가열 엘리먼트의 온도 프로파일의 5가지 중앙값(five medians)을 나타내는 플롯이다.
도 3은 3가지 다른 시간 주기에서 계산된, 액체 저장부의 전체 수명에 걸쳐 가열 엘리먼트의 온도 증가의 율을 나타내는 플롯이다.
도 4는 y-축 상에 가열 엘리먼트 저항을, x-축 상에 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 전기 히터의 가열 엘리먼트 온도를 나타내는 플롯이다.
도 5는 본 발명의 1실시예에 따른, 가열 엘리먼트 저항이 측정되어질 수 있는, 개략적 회로도이다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 액체 저장부를 갖춘 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 하나의 예를 나타낸다. 도 1에 있어서, 시스템은 흡연 시스템이다. 도 1의 흡연 시스템(100)은 마우스피스 종단(103)과 바디 종단(105)을 갖춘 하우징(101)을 구비하여 구성된다. 바디 종단에 있어서, 배터리(107) 형태의 전원 공급기와 전기 회로(109)가 제공된다. 퍼프 검출 시스템(111)이 또한 전기 회로(109)와 협력하여 제공된다. 마우스피스 종단에 있어서, 액체(115)를 함유하는 카트리지(113) 형태의 액체 저장부와, 모세관 심지(117), 및 히터(119)가 제공된다. 히터는 단지 도 1에서 도식적으로만 도시됨을 주지해야 한다. 도 1에 도시된 예시적 실시예에 있어서, 모세관 심지(117)의 일단이 카트리지(113)로 연장되고 모세관 심지(117)의 타단이 히터(119)에 의해 에워싸인다. 히터는, 카트리지(113)의 외부를 따라 지나갈 수 있는(도 1에는 도시되지 않았음), 연결부(121)를 매개로 전기 회로에 연결된다. 하우징(101)은 또한 공기 입구(123), 마우스피스 종단에서의 공기 출구(125), 및 에어로졸-형성 챔버(127)를 포함한다.
사용에 있어서, 동작은 다음과 같다. 액체(115)는 카트리지(113)로부터 모세관 현상에 의해 카트리지로 연장되는 심지(117)의 종단에서 히터(119)에 의해 에워싸이는 심지의 타단으로 운반된다. 사용자가 공기 출구(125)에서 에어로졸 발생 시스템에 대해 흡입할 때, 주변 공기가 공기 입구(123)를 통해 끌어 당겨진다. 도 1에 도시된 구성에 있어서, 퍼프 검출 시스템(111)은 퍼프(puff)를 감지해서 히터(119)를 활성화시킨다. 배터리(107)는 히터에 의해 에워싸인 심지(117)의 종단을 가열하기 위해 히터(119)에 전기적 에너지를 공급한다. 심지(117)의 해당 종단의 액체는 과포화 증기를 생성하도록 히터(119)에 의해 기화된다. 동시에, 기화된 액체는 모세관 현상에 의해 심지(117)를 따라 이동하는 다른 액체에 의해 교체된다. (이는 때때로 "펌핑 작용(pumping action)"으로 언급된다.) 생성된 과포화 증기는 공기 입구(123)로부터의 기류와 혼합되어 운송된다. 에어로졸-형성 챔버(127)에 있어서, 증기는, 출구(125)를 향하면서 사용자의 입으로 운송되는, 빨아드림가능 에어로졸을 형성하도록 응축된다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 전기 회로(109) 및 퍼프 검출 시스템(111)은 바람직하기는 프로그램가능하다. 전기 회로(109) 및 퍼프 검출 시스템(111)은 에어로졸 발생 시스템의 동작을 관리하는데 이용될 수 있다. 이는 에어로졸의 입자 크기를 제어하는데 도움을 준다.
도 1은 본 발명에 따른 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 일례를 나타낸다. 그러나, 많은 다른 예가 가능하다. 더욱이, 도 1은 전적으로 개요임을 주지해야 한다. 특히, 도시된 구성요소는 개별적이거나 서로에 대해 관련되는 축적이 아니다. 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질을 포함 또는 수용하는 것이 필요하다. 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 갖춘 전기 히터의 몇몇 종류를 요구한다. 마지막으로, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 결정하기 위한 전기 회로를 요구한다. 이는 도 2 내지 도 5를 참조하여 이하 설명되게 된다. 예컨대, 시스템이 흡연 시스템일 필요는 없다. 퍼프 검출 시스템이 제공될 필요가 없다. 대신, 시스템은, 예컨대 퍼프가 취해질 때 사용자가 스위치를 동작시키는, 수동 활성화에 의해 동작될 수 있다. 예컨대, 하우징의 전체 형상 및 크기는 변경될 수 있다. 더욱이, 시스템은 모세관 심지를 포함하지 않을 수도 있다. 해당 경우에 있어서, 시스템은 기화용 액체를 전달하기 위한 다른 메카니즘을 포함할 수 있다.
그러나, 바람직한 실시예에 있어서, 시스템은 액체 저장부로부터 적어도 하나의 가열 엘리먼트로 액체를 운반하기 위한 모세관 심지를 포함한다. 모세관 심지는 다양한 다공성 또는 모세관 재료로부터 만들어질 수 있고 바람직하기는 알려진 미리 정해진 모세관성(capillarity)을 갖는다. 예는 섬유 또는 소결 분말(fibres or sintered powders) 형태의 세라믹 또는 흑연 기반 재료(ceramic- or graphite-based materials)를 포함한다. 여러 다공성의 심지는 밀도, 점도, 표면 장력 및 증기압과 같은 여러 액체 물리적 특성을 수용하는데 이용될 수 있다. 심지는 액체의 요구된 양이 히터로 전달될 수 있도록 하기 위해 적절해야만 한다. 바람직하기는, 히터는 적어도 하나의 가열 와이어 또는 모세관 심지 주위로 연장되는 필라멘트를 구비하여 구성된다.
본 발명의 다수의 실시예가 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명된다. 실시예는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 다른 실시예에 적용가능함에도 불구하고, 실시예는 도 1에 도시된 예를 기초로 한다.
이미 언급한 바와 같이, 본 발명의 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 결정하기 위한 전기 회로를 포함한다. 이는, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워질 때, 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 히터에 공급될 수 있기 때문에, 유리하다. 이는 사용자에 의해 생성되고 흡입된 에어로졸은, 원하는 특성, 예컨대 에어로졸 입자 크기를 갖지 않음을 의미할 수 있다. 이는 사용자에 대해 열악한 경험을 초래하게 할 수 있다. 부가하여, 메카니즘을 제공하는 것이 유리하고 그에 의해 사용자는 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워짐을 통보받을 수 있다. 이때 사용자는 액체 저장부를 교체하거나 보충하도록 준비할 수 있다. 모세관 심지가 제공되면, 이는 모세관 심지가 건조해지게 됨을 의미할 것이다. 가열 엘리먼트의 온도는 증가하게 될 것이다. 이러한 가열 엘리먼트 온도 증가는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서 이용되어진다.
도 2는 에어로졸 발생 시스템의 다중 퍼프 동안 측정된 온도 프로파일의 5가지 중앙값(medians)을 나타내는 플롯이다. 가열 엘리먼트의 온도 T가 y-축 상에 도시되고, 퍼프 시간 t가 x-축 상에 도시된다. 곡선(201)은, 각 퍼프가 2초 퍼프 구간을 갖는, 퍼프의 제1 세트의 중앙값(median)이다. 마찬가지로, 곡선(203)은 퍼프의 제2 세트의 중앙값이고, 곡선(205)은 퍼프의 제3 세트의 중앙값이며, 곡선(207)은 퍼프의 제4 세트의 중앙값이고, 곡선(209)은 퍼프의 제5 세트의 중앙값이다. 각 곡선에 있어서, 수직 바(예컨대 209에서 도시된)는 그들 퍼프를 위한 중앙값 근처에서 표준 편차(standard deviation)를 나타낸다. 따라서, 액체 저장부의 수명을 넘어 측정된 온도의 전개가 도시된다. 이러한 행위가 모든 기화된 액체 공식 및 이용된 모든 전력 레벨에 대해 관찰 및 확인되었다.
도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 가열 엘리먼트의 온도 응답은 곡선(201, 203, 205)을 거쳐 상당히 안정적이다. 즉, 퍼프의 처음의 3개 세트에 대한 중앙값 주위의 표준 편차는 상당히 작다. 곡선(207)을 거쳐, 2가지 효과가 주지된다. 첫째로, 퍼프의 3번째 세트에 대한 중앙값 주위의 표준 편차가 더 크다. 둘째로, 각 퍼프 동안 가열 엘리먼트의 온도가 상당히 증가된다. 이들 2가지 효과는 액체 저장부가 비워지고 있는 것을 나타낸다.
곡선(208)을 거쳐, 퍼프의 제5 세트에 대한 중앙값 주위의 표준 편차는 다시 더 작아지게 된다. 즉, 퍼프에 걸쳐서 온도 범위는 상당히 안정적이다. 그러나, 각 퍼프 동안 가열 엘리먼트의 온도는 더욱 증가된다. 이는 액체 저장부가 실질적으로 비워짐을 나타낸다.
곡선(205)과 비교하여, 곡선(207)에서의 온도 증가는 (점선 211에 의해 도시된) 퍼프의 0.4초 주위 후에 특히 분명하다. 액체 저장부의 액체의 양이 임계까지 감소됨을 검출하는 것은 따라서 퍼프 구간의 0.4초 후 가열 엘리먼트의 온도 레벨을 기초로 정확하게 될 수 있다.
에어로졸-형성 기질의 특정 설계 및 특정 시스템 설계를 위한 경험적 데이터가 전기 회로의 메모리에 저장될 수 있다. 이러한 경험적 데이터는 퍼프의 특정 지점에서 가열 엘리먼트의 온도 또는 주어진 전력에서 동작하는 가열 사이클을 액체 저장부에 남아 있는 액체의 양과 관련시킬 수 있다. 이때 경험적 데이터는 알마나 많은 액체가 남아 있는가를 결정하는데 이용될 수 있고 남아있는 퍼프의 소정 양 이하로 되도록 추정될 때의 표시를 사용자에게 제공하는데 이용될 수 있다.
따라서, 도 2는 액체 저장부가 비워짐에 따라 가열 엘리먼트의 명백한 온도 증가가 있음을 입증한다. 이는 특히 퍼프의 첫 번째 0.4초 후 명백하다. 이 온도 증가는 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워지는 때를 결정하는데 이용될 수 있다.
0초 및 0.2초 사이의 온도 프로파일의 경사가 액체 저장부가 비워짐에 따라 증가하는 것을 도 2에서 또한 알 수 있다. 따라서, 액체 저장부의 수명에 걸쳐 퍼프의 초기 시간 동안 온도 증가의 율의 측정은 액체 저장부의 남아있는 액체의 양을 검출하도록 대안적 또는 부가적 수단을 제공할 수 있다. 측정이, 예컨대 2초 보다는 0.2초인, 시간의 더 짧은 주기에 걸쳐 취해질 수 있기 때문에, 이 측정은 사실은 도 2의 측정 보다 더욱 바람직한 측정일 수 있다. 이는 온도 레벨 변화에 더 빠른 식견을 제공할 수 있고 열악한 에어로졸 특성들의 위험을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다.
도 3은, 일정 전력(constant power)을 이용해서, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 소비 동안 다른 시간 범위에 대해 계산된 증가의 온도 비율을 나타내는 플롯이다. 플롯된 점은 공식:
Figure pat00001
을 이용해서 계산되었다.
플롯(301)은 각 퍼프의 개시로부터 t1=2ms 및 t2=50ms를 갖는 경사 계수(slope coefficient) 또는 온도 증가의 비율을 나타내고, 플롯(302)은 각 퍼프의 개시로부터 t1=20ms 및 t2=100ms를 갖는 경사 계수를 나타내며, 플롯(303)은 각 퍼프의 개시로부터 t1=20ms 및 t2=200ms를 갖는 경사 계수를 나타낸다. 이는 모든 3개의 플롯에 대해, 액체 저장부가 약 퍼프 수 'X1'까지 충만일 때, 퍼프 동안 경사 계수는 퍼프 수 제로로부터 상당히 일정함을 알 수 있다. 퍼스 수 'X1'과 퍼스 수 'X2' 사이에서는 퍼프 수가 증가함에 따라 경사 계수의 증가가 있다. 이는 경사 계수의 이러한 증가는 모든 3개 플롯에 대해 퍼프 수와 함께 대략 선형임을 알 수 있다. 주어진 인가된 전력에 대해 온도 상승의 비율의 증가는 액체 저장부가 비워지는 결과로서 히터의 근처의 에어로졸-형성 기질의 고갈의 결과이다. 이러한 예에 있어서, 이는 심지의 건조를 야기시킨다. 퍼프 수 X2 이후로부터는 경사 계수가 다시 적절하게 일정하다. 이는 빈 액체 저장부에 대응하고 심지를 건조시킨다. 기화되는 에어로졸-형성 기질이 없고 그래서 가열 엘리먼트에 공급된 모든 에너지는 단순히 가열로 향하게 된다. 이러한 행위가 모든 이용된 액체 공식 및 모든 전력 레벨에 대해 관찰 및 확인되었다.
X1과 X2 간의 "빈(emptying)" 영역에서 온도 증가의 비율의 선형 행위는 액체 저장부에 남아있는 에어로졸-형성 기질의 양의 측정을 제공하는데 활용될 수 있다. 이는 또한 남아있는 에어로졸-형성 기질을 측정하거나 추정하기 위해 이용된 소정의 다른 기술을 조정하는데 이용될 수 있다. 이는, 각 퍼프의 개시로부터 2와 50ms 사이에서 온도 증가의 비율에 대응하는, 곡선(301)은 퍼프 X1 및 X2 사이에서 가장 큰 변화를 제공하고 그래서 액체 저장부에 남아있는 에어로졸-형성 기질의 양의 가장 큰 리솔루션(resolution)을 제공하는데 이용될 수 있음을 도 3으로부터 알 수 있다. 이는 또한 남아있는 에어로졸-형성 기질의 계산이 각 퍼프의 개시에 따라 매우 빠르게 만들어질 수 있도록 한다.
이는 빈 영역의 개시 및 빈 영역의 온도 상승의 비율이 에어로졸 형성 기질의 화합물 및, 시스템 치수와 같은, 시스템의 물리적 특성에 대해 종속적임이 명백해야 한다. 그래서 다른 장치 디자인 또는 다른 기질을 이용하는 것은 빈 영역에서 장치의 행위를 변경시키게 된다. 저장부가 "비워짐"임을 결심하기 위한 임계는 시스템 설계 및 이용된 기질에 대해 적절하게 설정될 수 있다.
도 3에 도시된 경사의 측정에 대한 대안은 도 2의 곡선 아래를 적분하는 것이다. 이는 각 퍼프의 0초 및 0.2초 사이의 동일한 시간 범위에 결쳐 수행될 수 있다. 측정이 오직 0.2초에 걸쳐 취해지고 따라서 온도 레벨 변화에 더 빠른 식견을 제공하기 때문에, 이는 또한 도 2의 측정 보다 더욱 바람직한 측정일 수 있다.
따라서, 도 2 및 도 3은 가열 엘리먼트 온도의 측정, 또는 온도의 변화의 비율, 또는 시간 경과에 따른 온도의 적분(integral)이 모두 액체 저장부의 양이 임계까지 감소할 때의 충분하게 정확한 측정을 제공할 수 있음을 나타낸다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 액체 저장부의 액체의 양이 가열 엘리먼트에 가까운 온도를 측정하는 것에 의해 결정된다. 상기 논의된 바와 같이, 측정된 온도가 퍼프시 마다 증가하면, 이는 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워짐을 의미할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 온도 센서가 가열 엘리먼트에 가까운 에어로졸 발생 시스템에 제공된다. 전기 회로는 온도 센서에 의해 측정된 온도를 모니터할 수 있고 따라서 액체 저장부의 액체의 양을 결정한다. 이러한 실시예의 이점은, 온도 센서가 가열 엘리먼트에 가까운 온도를 직접 측정하므로, 요구되는 계산이나 유도가 없다는 것이다.
액체 저장부의 액체의 양이 임계까지 감소될 때가 결정되면, 다수의 작용이 취해질 수 있고 이들이 이하 설명된다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 액체 저장부의 액체의 양이 전기 가열 엘리먼트의 저항을 측정하는 것에 의해 결정된다. 가열 엘리먼트가 저항 특성의 적절한 온도 상수를 갖는다면(예컨대, 이하의 식 (5) 참조), 이때 저항은 전기 가열 엘리먼트의 온도의 측정을 제공할 수 있다.
도 4는 y-축 상에 전기 히터의 가열 엘리먼트의 저항 R 대 x-축 상에 가열 엘리먼트의 온도 T를 나타내는 플롯이다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 가열 엘리먼트의 온도 T가 증가함에 따라, 저항 R이 증가한다. (도 4에서 온도 T1 및 T2와 저항 R1 및 R2 사이의) 선택된 범위 내에서, 온도 T 및 저항 R은 서로 비례할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예와 관련하여 상기 설명된 바와 같이, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워지면, 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 히터에 공급될 것이다. 이는 소정의 모세관 심지가 건조해지게 됨을 의미하게 되고, 가열 엘리먼트의 온도가 증가하게 된다. 도 4는 온도가 증가함에 따라, 측정된 저항이 또한 증가하게 되기 때문에, 이러한 온도 증가가 가열 엘리먼트의 저항을 측정함으로써 결정될 수 있음을 나타낸다.
도 5는 어떻게 가열 엘리먼트 저항이 본 발명의 제2 실시예에 따라 측정될 수 있는가를 나타내는 개괄적 전기 회로도이다. 도 5에 있어서, 히터(501)가 전압(V2)을 제공하는 배터리(503)에 연결된다. 특정 온도에서 측정되는 히터 저항은 R heater 이다. 히터(501)와 직렬로, 알려진 저항 r을 갖는, 부가적인 저항(505)이 삽입되고 접지와 전압(V2) 간의 중간 값인 전압(V1)에 연결된다. 마이크로프로세서(507)가 히터(501)의 저항 R heater 를 측정하도록 하기 위해, 히터(501)를 통과하는 전류 및 히터(501)를 지나는 전압 양쪽이 결정될 수 있다. 이때, 이하의 알려진 공식이 저항을 결정하는데 이용될 수 있다.
V = IR (1)
도 5에서, 히터를 지나는 전압은 V2-V1이고, 히터를 통과하는 전류는 I이다. 따라서:
　　
Figure pat00002
(2)
저항 r이 알려진, 다시 상기 (1)을 이용해서, 부가적 저항(505)이 전류 I를 결정하는데 이용된다. 저항(505)을 통과하는 전류는 I이고 저항(505)을 지나는 전압은 V1이다. 따라서:
Figure pat00003
(3)
(2)와 (3)을 결합하면:
Figure pat00004
(4)
가 주어진다.
따라서, 마이크로프로세서(507)는 V2 및 V1을 측정할 수 있고, 에어로졸 발생 시스템이 이용되고, r의 값을 알게 됨에 따라, 특정 온도에서 히터의 저항 R heater 를 결정할 수 있다. 액체 저장부의 수명에 걸쳐 R heater 를 모니터링하는 것에 의해, R heater 의 증가가 결정될 수 있다. 따라서, 모세관 심지가 건조되기 때문에 온도 증가를 나타낼 수 있는 저항의 증가가 검출될 수 있다.
이어, 이하의 공식이 온도 T에서 측정된 저항 R heater 로부터 온도 T를 결정하는데 이용될 수 있다:
Figure pat00005
(5)
여기서, α는 가열 엘리먼트 재료의 열 저항성 상수(thermal resistivity coefficient)이고 R 0 는 상온 T 0 에서 가열 엘리먼트의 저항이다. 따라서, 비워지거나 거의 비워지는 액체 저장부에 대응할 수 있는, 온도에서의 증가가 검출될 수 있다.
본 발명의 이점은, 크고 고가로 될 수 있는, 요구되는 온도 센서가 없다는 것이다.
따라서, 가열 엘리먼트의 온도의 측정이 추론될 수 있다. 이는 액체 저장부의 액체의 양이 임계까지 감소할 때를 결정하고, 액체 저장부의 남아 있는 에어로졸-형성 기질의 절대 양을 추정하는데 데 이용될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 있어서, 에어로졸 발생 시스템은 퍼프 동안 가열 엘리먼트의 온도를 유지 또는 제어하도록 구성될 수 있고, 또는 원하지 않았던 화학적 저하(chemical degradation)를 회피하도록 최대 온도에 대해 가열 엘리먼트의 온도를 제한하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 액체 레벨을 고갈시키는 표시로서 온도를 이용하는 대신, 소정 온도를 유지하도록 요구된 전력이 액체 저장부의 에어로졸-형성 기질의 양을 계산하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 모세관 심지가 이용되면, 심지가 건조됨에 따라 더 적은 전력이 소정 온도를 유지하는데 요구되어질 것이다.
전력은 소정 진폭을 갖춘 펄스 폭 변조(pulse width modulated; PWM) 파형으로서 히터에 인가된다. 전력 파형의 듀티 사이클, 예컨대 시간 전력의 주기의 비율은 전력이 오프되었을 때 시간의 주기이고, 이때 액체 저장부의 에어로졸-형성 기질의 양을 계산하도록 파라미터를 사용할 수 있다. 다시, 액체 저장부의 에어로졸-형성 기질의 양에 대한 전력과 관련되는 경험적 데이터는 전기 회로 내의 메모리에 저장될 수 있다.
상기 설명된 모든 실시예에 있어서, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 임계까지 감소될 때를 결정하면, 하나 이상의 행위가 취해질 수 있다. 전기 히터가 비활성화될 수 있다. 예컨대, 시스템이 액체 저장부를 사용할 수 없게 만들도록 유발될 수 있다. 예컨대, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 임계까지 감소됨을 결정하는 것에 대해, 전기 회로는 전기 히터의 적어도 하나의 가열 엘리먼트와 전원 공급기 간의 전기 퓨즈를 끊을 수 있다. 전기 퓨즈는 액체 저장부를 포함하는 제거가능 구성요소의 부분으로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 임계까지 감소됨을 결정하는 것에 대해, 전기 회로는 전기 히터의 적어도 하나의 가열 엘리먼트와 전원 공급기 간의 스위치를 스위치 오프할 수 있다. 전기 히터를 비활성화시키는 대안적인 방법이 물론 가능하다. 전기 히터를 비활성화시키는 이점은 이때 에어로졸 발생 시스템을 이용하는 것이 불가능하다는 것이다. 이는 사용자가 원하는 특성을 갖고 있지 않은 에어로졸을 빨아들이도록 하는 것을 불가능하게 만든다.
액체 저장부의 액체의 양이 임계까지 감소될 때가 결정되면, 사용자는 권고를 받을 수 있게 된다. 예컨대, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 임계까지 감소됨을 결정하는 것에 대해, 전기 회로는 사용자에게 이를 표시할 수 있다. 예컨대, 에어로졸 발생 시스템이 사용자 디스플레이를 포함한다면, 사용자 디스플레이를 매개로, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워짐을 사용자에게 나타낼 수 있고 남아있는 퍼프의 수의 추정을 제공할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워짐을 청취가능 사운드가 사용자에게 나타낼 수 있다. 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워짐을 사용자에게 나타내는 대안적인 방법이 물론 가능하다. 사용자를 권고하는 이점은 이때 사용자가 액체 저장부를 교체하거나 보충하도록 준비하도록 할 수 있다는 것이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정의 임계까지 감소될 때를 결정하기 위한 전기 회로를 포함한다. 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정의 임계까지 감소됨을 결정하는 다양한 방법이 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명되었다. 하나의 실시예와 관련하여 설명된 특징은 또한 다른 실시예에 대해 적용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템으로, 시스템이:
    액체 에어로졸-형성 기질을 저장하도록 구성된 액체 저장부와;
    액체 에어로졸-형성 기질을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터; 및
    프로세서에 의해 식별된 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도 변화, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 전기적 연결을 매개로 전원 공급기로부터, 적어도 하나의 가열 엘리먼트에 인가된, 전력에 대응하는 데이터, 및 적어도 하나의 가열 엘리먼트에 인가된 전력과 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 식별된 온도 변화 간의 관계에서의 변화를 기초로 전기 히터에 근접하여 전달된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 프로세서를 포함하는 전기 회로;를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 결정된 고갈을 기초로 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 더 구비하여 구성되고, 전기 회로의 프로세서가 온도 센서에 의해 감지되는 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도를 모니터하고 온도 센서에 의해 감지되는 온도를 기초로 전기 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 전원 공급기로부터 적어도 하나의 가열 엘리먼트로 소정의 전력을 인가하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 측정하고, 측정된 전기 저항으로부터 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도를 확인하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 통과하는 전류 및 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 지나는 전압을 측정하는 것에 의해 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 측정하고, 측정된 전류 및 전압으로부터 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 결정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질이 소비됨에 따라 연속적 가열 사이클에 걸쳐 감지된 온도의 증가를 모니터링하는 것에 의해 전기 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질이 소비됨에 따라 연속적 가열 사이클에 걸쳐 확인된 온도의 증가를 모니터링하는 것에 의해 전기 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질이 소비됨에 따라 연속적 가열 사이클에 걸쳐, 각 가열 사이클의 일부분에 걸쳐 감지된 온도의 증가의 율을 모니터링하는 것에 의해 전기 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질이 소비됨에 따라 연속적 가열 사이클에 걸쳐, 각 가열 사이클의 일부분에 걸쳐 확인된 온도의 증가의 율을 모니터링하는 것에 의해 전기 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제3항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질이 소비됨에 따라 연속적 가열 사이클에 걸쳐, 각 가열 사이클의 일부분에 걸쳐 감지된 온도의 시간 경과에 따른 적분의 값의 증가를 모니터링하는 것에 의해 전기 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제5항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질이 소비됨에 따라 연속적 가열 사이클에 걸쳐, 각 가열 사이클의 일부분에 걸쳐 확인된 온도의 시간 경과에 따른 적분의 값의 증가를 모니터링하는 것에 의해 전기 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    전기 회로의 프로세서가 최대 온도로 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도를 제한하고, 최대 온도를 유지하도록 적어도 하나의 가열 엘리먼트에 인가된 전력의 양을 모니터링하는 것에 의해 전기 히터에 의해 가열된 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    액체 저장부에서 전기 히터로 액체 에어로졸-형성 기질을 운반하도록 구성된 모세관 심지를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  15. 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템용 전기 회로로서, 시스템이 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하도록 구성된 액체 저장부와, 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터, 및 전기 회로를 구비하고,
    전기회로가 프로세서에 의해 식별된 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도 변화, 전기 회로의 전기적 연결을 매개로 전원 공급기로부터, 적어도 하나의 가열 엘리먼트에 인가된, 전력에 대응하는 데이터, 및 적어도 하나의 가열 엘리먼트에 인가된 전력과 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 식별된 온도 변화 간의 관계에서의 변화를 기초로 전기 히터에 근접하여 전달되고 전기 하터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하도록 프로그램된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템용 전기 회로.
  16. 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하도록 구성된 액체 저장부와, 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터를 구비하는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 단계와;
    프로세서를 이용해서, 프로세서에 의해 식별된 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도 변화, 적어도 하나의 가열 엘리먼트에 인가된 전력에 대응하는 데이터, 및 적어도 하나의 가열 엘리먼트에 인가된 전력과 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 식별된 온도 간의 관계에서의 변화를 기초로 전기 히터에 근접하여 전달되고 전기 히터에 의해 가열된 액체 에어로졸-형성 기질의 고갈을 결정하는 단계;를 갖추어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 액체 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 위한 프로그램가능 전기 회로 상에서 실행될 때, 컴퓨터 프로그램 제품으로 인코딩된 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 시스템이, 프로그램가능 전기 회로가 청구항 제16항의 방법의 단계를 수행할 수 있도록 하는, 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하도록 구성된 액체 저장부와, 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터, 및 전기 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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