KR20200108891A - 흡입 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents
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Abstract
에어로졸화 가능한 조성물을 가열하도록 배열된 히터를 갖는 흡입 장치에서 에어로졸화된 조성물의 생성을 제어하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 히터가 주위 온도로부터 제 1 온도로 가열되도록 상기 히터로 전달되는 전력을 제어하는 단계, 상기 제 1 온도는 상기 에어로졸화 가능한 조성물이 에어로졸화되는 온도 미만이고; 히터의 온도가 제 1 온도에서 제 2 온도로 증가하도록 소정량의 전력을 히터에 전달하는 단계를 포함하며, 제 2 온도는 에어로졸화 가능한 조성물의 적어도 일부가 에어로졸화되는 온도 이상이다. 바람직한 실시예에서, 제 1 온도로의 가열 속도는 제 2 온도로의 가열 속도보다 상당히 느리다. 제 2 온도로 가열 한 후, 단기간(전형적으로 1-5 초 이하) 동안, 히터로의 전력 제어는 제 3 또는 후속 온도로 비교적 빠르게 냉각되도록 조정된다. 예열 제 1 온도에서 제 2 온도로의 급속 가열 및 제 2 온도에서 제 3 또는 후속 온도로의 후속 제어 냉각은 단일 활성화로 간주될 수 있으며, 장치는 일반적으로 장치가 작동하는 동안 여러번, 통상적인 담배의 흡입 횟수에 해당하는, 예를 들어 4-8 회 활성화될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 전력은 임의의 둘 이상의 연속적인 활성화 사이에서 점진적으로, 제 2 및 제 3 온도를 수정하고, 및/또는 점진적인 조정으로 제 2 및 제 3 온도 사이의 가열 및 냉각 속도를 변경하도록 히터로 제어될 수 있다.
Description
본 발명은 에어로졸화 가능한 조성물을 가열하도록 배열된 히터를 갖는 흡입 장치에서 에어로졸화된 조성물의 생성을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 흡입 장치용 프로그램 가능 제어기에서 동작하는 흡입 장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
제약 약제, 생리학적 활성 물질 및 향료는 예를 들어 입 및/또는 코를 통한 흡입에 의해 인체에 전달될 수 있다. 이러한 물질 또는 물질은 코 및 구강 통로 및/또는 폐 시스템으로 늘어서는 점막 또는 점액 막으로 직접 전달될 수 있다. 이러한 물질의 일례는 치료 또는 레크리에이션 목적으로 소비되는 니코틴이다. 흡입 장치는 일반적으로 니코틴 또는 니코틴 함유 조성물을 증발 또는 에어로졸화하여 니코틴을 전달한다. 이러한 장치는 전원이 공급되거나 전원이 공급되지 않을 수 있다.
증발은 물질이 액체 또는 고체 상태, 즉 물질의 임계 온도 미만으로 존재할 수 있는 온도에서 물질을 기체 상으로 전환시키는 것이다. 예를 들어 물질의 온도를 높이거나 그에 작용하는 압력을 줄임으로써 이를 달성할 수 있다. 에어로졸화는 물질을 기체, 즉 에어로졸 내의 작은 입자의 현탁액으로 전환시키는 것이다. 유사하게, 미립화는 물리적 물질을 미세 입자로 분리 또는 환원시키는 과정 또는 작용이며 에어로졸의 생성을 포함할 수 있다. 본 출원은 에어로졸화된 조성물의 생성을 언급하지만, 에어로졸화된 조성물은 또한 기체 상, 즉 증기로 조성물의 일부를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 대기 조건에 따라 증기와 응축된 상 사이에 평형 상태가 연속적으로 존재하기 때문이다.
일반적으로 니코틴 대체 요법은 흡연을 중단하고 니코틴에 대한 의존성을 극복하고자하는 사람들을 대상으로한다. 현재 시판되고있는 다양한 니코틴 대체 요법이 다양하게 존재하지만, 본 발명은 니코틴을 함유하는 대부분의(필수는 아니지만) 대부분의 경우에 증기, 에어로졸 또는 유사한 공중 볼 러스가 흡입되는 장치에만 관련된다 사용자에 의해 그리고 니코틴은 사용자의 혈류로 전달될 수 있다. 이러한 유형의 니코틴 전달 장치는 일반적으로 "수동"또는 "활성"으로 더 분류된다. 수동적 니코틴 전달 장치의 예는 Nicorette® 흡입기와 같은 흡입기이다. 이것은 사용자가 담배를 피우는 유해한 연소 생성물없이 일정량의 니코틴을 흡입할 수 있게하는 전원이 공급되지 않는 장치(따라서“수동적”)이다. 흡입기는 플라스틱 담배의 일반적인 외관을 가지며 교체 가능한 니코틴 카트리지를 포함한다. 사용자가 장치를 흡입하면 카트리지에서 니코틴 증기가 방출되어 사용자가 흡입한다. 니코틴 대체 요법은 일반적으로 의약품으로 분류되며 판매되는 다양한 국가(예: 영국의 인간 의약품 규정)에서 적절한 의약품 규정에 의해 규제된다.
대조적으로, 능동 장치는 일반적으로 배터리로부터의 전력, 여기에 의해 구동되는 일부 여기 수단 및 적절하게 여기될 때 기화, 분무, 에어로졸화될 수 있는 니코틴을 함유하는 액체 용액 또는 기체는 일반적으로 장치의 한 말단에 제공된 마우스 피스를 통해 흡입될 수 있는 공기 중의 니코틴 함유 볼 러스를 생성하는 것일 수 있다. 대부분의 현대식 활성 장치는 "전자 담배"또는 "e-시거"로 알려져 있으며, 이러한 장치에 사용되는 솔루션은 일반적으로 프로필렌 글리콜(PG), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 야채(VG) 또는 일부 다른 글리세롤, 하나 이상의 향미 제 및 니코틴 자체. 다른 니코틴 대체 요법과 마찬가지로 이러한 장치의 기본 목표는 순수하게 육체적으로 손으로 입과 증기 흡입 및 흡연의 호기 측면 및 니코틴을 사용자의 혈류로 전달하여 약리학적 측면에서 흡연과 유사한 경험을 사용자에게 제공하는 것이다.
대부분의 현대 전자 담배에서, 기화 성분은 하나 이상의 와이어 코일 또는 평면 가열 요소 형태의 단순한 저항성 히터로 구성될 수 있고, 이는 에어로졸화되는 용액의 양과 접촉하거나 이에 근접하여 배치된다. 히터와 용액은 일반적으로 용액의 저장소로서 추가로 작용하는 더 큰 성분 내에 제공된다. 이러한 구성 요소는 일반적으로 "카트리지"와 "분무기"라는 단어의 조합인 "카토마이저"라는 용어로 알려져 있다. 마지막으로, 명칭에서 알 수 있듯이, 전자 담배는 일반적으로 장치의 적절한 위치에 제공된 전용 스위치 또는 가능하면 공기와 같은 다른 감지 수단으로부터 작동 신호에 응답하여 히터를 작동시키도록 작동 가능한 전자 제어 회로를 포함한다. - 유량 또는 압력 변경 센서를 통해 사용자가 흡입하여 마우스 피스를 통해 공기를 흡입할 때 이를 감지할 수 있다.
당업자는 본원에 사용된 용어 "전자 담배"(또는 "전자 담배", "e-시거")는 전자 니코틴 전달 시스템(ENDS), 전자 담배, e-담배, e-cigs, 베이핑 담배, 파이프, 시가, 시가리오스, 기화기 및 사용자가 흡입하는 에어로졸 미스트 또는 증기를 생성하는 기능을하는 유사한 특성의 장치를 제한없이 포함한다. 일부 전자 담배는 일회용이다. 다른 것들은 교체 가능하고 재충전 가능한 부품과 함께 재사용 가능하다.
도 1은 종래의 전자 담배에 대한 공지된 증발 구성 요소(1)를 도시한다. 기화 구성 요소는 가열 코일(5)이 그 주위에 감겨 진상태로 고체이거나 가요성인 심지(3)를 포함한다. 따라서, 구성 요소는 일반적으로 심지 및 코일 히터로 지칭된다. 전자 담배에서, 심지는 전자 액체를 함유하는 카트리지(도시되지 않음)와 유체 연통하고 있으며 전자 액체로 포화된다. 가열 코일(5)은 가열 코일을 작동시키기 위한 스위치(9)에 의해 전원(7)에 연결된다. 스위치(9)는 전자 담배를 통한 사용자의 흡입을 검출하기 위해 사용자에 의해 작동 가능한 버튼 또는 흐름 스위치일 수 있다.
심지(3)는 일반적으로 단일 흡입 동안 증발되는 것보다 더 많은 액체를 함유한다. 이는 심지(3)의 열 질량을 증가시키고 코일(5)에 의해 발생된 열이 실제로 기화될 필요가있는 양보다 모든 전자-액체를 가열하는데 불필요하게 소비됨을 의미한다. 잉여 액체를 가열하면 장치의 에너지 효율이 감소한다. 또한, 코일(5)은 심지(3)와 이격되어 코일(5)이 심지(3)를 연소하는 것을 방지한다. 이는 열의 소산 및 큰 기질 및 액체의 부피를 가열하는 비 효율성을 보상하기 위해, 심지로의 열 전달을 감소시키고 코일(5)이 전자-액체를 단순히 기화하는 데 필요한 것보다 즉 전형적으로 약 300 ℃이상의 온도로 전력을 공급 받아야 한다는 것을 의미한다.
스위치(9)에 의해 활성화되면, 전류가 코일(5)을 통과하여 코일을 가열한다. 상기 열은 심지(3)의 전자 액체로 전달되어 기화된다. 도 2는 온도 T(y축) 대 시간 t(x축) 및 가열 코일(5)의 전형적인 가열 프로파일의 그래프를 도시한다. 가열 코일(5)은 시간(t1)에서 활성화되어 기온(Tamb)으로부터 e-액체의 기화 온도 이상인 작동 온도(Tθ)로 온도가 급격히 증가하게 된다. 온도 변화는 ΔT로 표시된다. 시간(t2)에서 스위치(9)를 해제하면 온도가 Tamb로 돌아간다. 스위치(9)가 작동될 때마다, 일정량의 전력이 코일을 통한 전류 및이를 통한 전압에 의해 결정되는 가열 코일(5)에 전달된다. 이로 인해 온도 변화(ΔT)가 발생한다. 주변 온도가 높은 따뜻한 기후에서는 추운 기후에서 보다 작동 온도가 높아질 수 있다. 작동 온도가 너무 높으면, 과잉의 전자 액체가 기화되거나 및/또는 바람직하지 않은 부산물이 생성되어 질 좋은 에어로졸 조성물이 생성될 수 있다. 이로 인해 사용자는 의도된 복용량보다 높은 복용량 또는 인후 자극 또는 불쾌한 맛과 같은 사용자에게 불쾌한 느낌을 받을 수 있다. 특히 극단적인 경우 높은 작동 온도는 잠재적으로 유해한 부산물을 생성할 수 있다. 다른 한편으로, 주위 온도가 매우 낮으면 가열 코일(5)은 바람직하지 않게도 전자 액체를 기화시키기에 충분한 열을 생성하지 못할 수 있다.
도 3은 서로 다른 주변 온도인 Tamb1과 Tamb2에서 시작하는 가열 코일의 두 개의 개별 가열 프로파일 A1과 A2의 비교를 도시한다. 가열 프로파일(A1)에서, 가열 코일(5)의 활성화에 의해 야기된 온도 변화(ΔT)는 작동 온도를 최대 온도(Tmax), 즉 바람직하지 않은 부산물이 생성되는 온도 미만으로 만든다.
그러나 가열 프로파일(A2)의 주변 온도(Tamb2)가 A1의 주변 온도(Tamb2) 보다 높고 결과 온도 변화(ΔT)로 인해 작동 온도가 Tmax 이상으로 상승하여 잠재적으로 너무 많은 e- 액체가 기화되거나 원치 않는 부산물이 생성될 수 있다. 실제로, 종래의 전자 담배의 광범위한 문제 중 하나는 특히 일관된 작동 온도(Tθ)를 달성 및 유지하는 것과, (용적 및 구성 성분의 관점에서) 장치의 각각 및 모든 연속적인 활성화로 흡입하는 일관된 공기를 함유한 볼러스를 생성하는 것에 관련되는 작동의 일관성이다. 이 두 가지 문제 모두에 중요한 기여 요인 중 하나는 장치가 사용 중이거나 사용 되려고 하는 주변 공기 온도(Tamb)이다. 적어도 기본 "고정 전압"장치에 대한 또 다른 요인은 가열 요소의 임의의 정확한 전자 제어, 예를 들어 가열 요소에 인가된 전압 또는 전달되는 전력의 측면에서 거의 전자 제어가 거의 없다는 것이다.
보다 최근의 장치가 이러한 상기 문제를 해결하고 있으며, 현재 작동을 직접 측정하거나 간접적으로 계산하는 소위 "가변 전압"(VV), "가변 전력(VW)" 및 온도 제어(TC) 장치가 있다. 가열 요소의 특성, 특히 실제 실시간 온도 및/또는 전기 저항. 이러한 장치는 사용자에게 다음과 같은 유연성을 제공한다.
- VV: 사용자가 원하는 작동 전압 레벨을 선택하며, 일반적으로 배터리의 최대 정격 전압보다 낮다(일반적으로 2.5-5V); 사용시, 전자 제어 회로는 가열 요소에 인가되는 전압을 적절하게 변조 또는 능동적으로 제어하여 작동 전반에 걸쳐 본질적으로 균일하게 유지되도록하여 작동의 일관성을 증진 시키며; VV 작동은 가열 요소의 (보통 변화하는) 저항을 고려하지 않지만 일부 히터 코일 재료(예: 일부 Nichrome & Kanthal® 합금 종류)의 경우 무시할 수 있는 정도로 저항 온도 계수가 낮으므로(<< 10-3 K-1), 단순한 VV 작동은 배터리를 가열 요소에 기본적으로 직접 연결하는 것보다 훨씬 더 일관된 증기 생성을 달성할 수 있다.
- VW: 사용자가 원하는 전력 공급 값을 선택; 일반적으로 사용되는 3.5-5V 배터리는 발열체의 저항에 따라 일반적으로 1-250W 범위의 전력을 공급할 수 있다. 당업자는 옴의 법칙에 의해, 원하는 특정 와트 수를 선택하면 자동으로 저항(R)(V2/R과 동일한 전력)을 고려하므로 발열체의 저항이 온도가 150 ℃ 내지 300 ℃의 범위에서 주위 온도로부터 어딘가로 상승함에 따라 활성화되고, 전달된 전력은 일정하게 유지되도록 전자적으로 제어된다; 따라서 VW 작동은 작동에 상당한 유연성을 제공하고 작동의 일관성을 보장할뿐만 아니라 다양한 히터 요소를 사용할 수 있게 한다.
- TC: 최신 장치는 사용자가 원하는 특정(및/또는 최대) 요소 작동 온도를 선택한다는 점에서 어느 정도의 온도 제어(또는 온도 보호)를 허용한다. 일단 선택되면 장치 내의 전자 장치(예: Evolv LLC의 디지털 프로그램 가능 전자 제어기 및 "iStick Pico"라는 브랜드로 ELeaf의 TC를 사용하는 전자 담배 참조)는 가열 요소가 원하는 온도에서 작동하거나 과열되지 않는다, 즉 원하는 최대 온도 이상으로 상승한다;
비교적 간단한 디지털 프로그램 가능 전자 장치에서 TC를 달성하기 위해서는, 가열 코일이 실질적으로 무시할 수없는 온도 저항 계수(TCR 또는 "α")를 갖는 재료로 만들어져야 한다. 가열 코일은 직접 측정되지 않고 동적으로 측정된 코일 저항으로부터 계산되며; 선형 근사법을 사용하여 온도 계산을 수행한다.
R(T) = R(Tamb)(1 + αΔT),
여기서 R(T)는 온도 T에서의 저항이다.
R(T0)은 일부 주변 온도(Tamb)에서의 저항이다.
α는 저항의 온도 계수(작동 온도 범위에서 일정하다고 가정하고 다양한 일반 재료에 대해 미리 알려짐)이며
ΔT = TACTUAL - Tamb, 즉 현재 온도와 주변 온도의 차이.
대부분의 TC 장치는 VW 제어의 일부 요소를 제공하는데, 일반적으로 가열 코일에 전달되는 전력으로 주로 주어진 PG/PEG 기반 액체 제제에 대한 증기/에어로졸의 효능을 결정하는 주요 요인인 것으로 여겨지기 때문에 일반적으로 믿어지기 때문이다. 요컨대, 전달된 와트가 높을수록 증발/에어로졸이 더 광범위해져서 사용자가 숨을들이 쉬고 내뿜을 수 있는 연기 연기의 양이 더 커진다. 그러나, 전력 공급이 증가하면 큰 증기 플럼(plumes)이 생성될 수 있지만 PG/PEG 및 (가장 중요하게는) 니코틴의 구성과 관련하여 일관된 플럼을 전달하려는 모든 열망과는 반대로 VW 장치는 여전히 원시적이며 그 존재는 더 크고 눈에 띄는 연기 플럼을 원하는 사용자의 요구에서 비롯된 것이다.
따라서, 상기 전자 제어에서의 상기 진보에도 불구하고, 특히 주변 대기 온도가 상당히 변할 수 있거나 평균 대기 온도가 보다 온화한 것보다 상당히 크거나 작은 세계 지역에서, 작동이 불일치하는 문제는 여전히 남아있다. 당연히 개별 장치를 사용할 지역에 따라 개별 장치를 사용자 정의하는 것은 제조업체에게는 비실용적이다. 또한, VV/VW/TC 장치는 에어로졸 일관성 측면에서 약간의 향상을 제공할 수 있지만, 고정 전압, VV, VW 또는 TC에 관계없이 본질적으로 다수의 연속 흡입에 걸쳐 본질적으로 균일한 니코틴 투여 일관성을 가지는 심지 및 코일형 전자 담배 장치가 달성될 가능성은 거의 없다. 따라서 유사하게, 이러한 장치는 의사가 의학적 처방을 받고 니코틴 대체 요법으로서의 의료 및 건강 관리 채널을 통해 라벨이 붙여지고 판매될 수 있도록 필요한 규제 승인을 받거나 받을 가능성이 거의 없다. 실제로 정의에 의해, 액체 제제 또는 이로부터 제조 된 임의의 에어로졸에 존재할 수 있는 제어 물질, 즉 니코틴의 양에 대한 제어는 거의 또는 전혀 없기 때문에 임의의 사용자 공급 액체로 리필 할 수있는 장치(저장소가 있는 기존의 심지 및 코일 장치와 마찬가지로)는 규제 승인을 받을 가능성이 거의 없다.
이러한 안전 및 품질 문제에 대응하여, 많은 국가에서 담배 제품 마케팅에 관한보다 엄격한 규칙을 도입했거나 도입할 것을 제안하고 있다. 예를 들어, EU는 담배 제품의 안전 및 품질, 특히 전자 담배에 사용하기 위한 니코틴 함유 액체와 관련된 특정 요구 사항을 규정하는 개정된 담배 제품 지침(담배 및 관련 제품 규정 2016)에 동의했다.
본 발명의 양태 및 실시예는 상기한 바를 염두에 두고 고안되었다.
제 1 양태에서, 본 발명은 에어로졸화 가능한 조성물을 가열하도록 배열된 전기 저항성 히터를 갖는 흡입 장치에서 에어로졸화된 조성물의 생성을 제어하는 방법을 제공하며, 상기 방법은:
- 장치의 초기 작동시, 히터가 주위 온도에서 제 1 온도로 제 1 가열 속도로 가열되도록 히터에 공급된 전력을 제어한 후 히터를 에어로졸화 가능한 조성물의 에어로졸화 온도 아래인 제 1 온도로 유지하는 단계;
- 장치가 작동하는 동안 및 후속 제 1 또는 후속 활성화 동안, 히터의 온도가 제 2 온도에서 또는 제 1 온도에서 제 2온도로 후속 가열 속도에서 증가하도록 히터에 공급되는 전력을 제어한 후, 상기 에어로졸화 온도 이상인 상기 제 2 온도에서 히터를 유지하는 단계;
-제 1 또는 임의의 후속 활성화가 완료되고, 제 1 또는 후속 활성화 이후 소정의 시간이 경과 및, 제 1 또는 후속 비활성화 요청을 수용하는 단계: 중 하나 이후,
히터의 온도가 제 2 온도로부터 제 3 또는 후속 온도로 제 1 또는 후속 냉각 속도로 감소하도록 히터에 공급된 전력을 제어한 후 히터를 에어로졸화 온도 아래이지만 주변 온도 이상인 상기 제 3 또는 후속 온도로 유지하는 단계를 포함하고,
상기 방법은 상기 장치의 초기 작동시 또는 그 직후에 상기 주변 온도를 나타내는 값을 결정하고 상기 결정된 값에 적어도 부분적으로 의존하는 방식으로 상기 히터로의 전력을 제어하는 추가 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 제 1 양태는 종래의 장치, 심지어 일부 예열 기능을 제공한다고 주장하는 장치에 비해 많은 장점을 가진다. 먼저, 당업자는 본 발명이 장치 내의 히터가 "차가운 상태에서" 즉, 장치가 일정 시간 동안 작동하지 않을 때 정확한 온도로 정확하고 반복적으로 예열될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 더 중요한 것은 그 내부의 히터 요소의 온도는 대기 온도와 실질적으로 동일하다.
더 확장하기 위해서는, 설정된 시간 동안 설정된 양의 전력을 인가하면 발열체의 온도가 항상 해당 설정된 양만큼 상승하게 되기 때문에 예열 전력(와트) 및 시간 제약(일부 고급 장치에서 가능)을 설정하는 것만으로는 불충분하다는 점을 이해할 것이다. 주위 온도가 이미 상승한 경우, 소위 예열 기능이 실제로 에어로졸 화 온도 이상으로 발열체 온도를 상승시킬 수 있으며, 이는 물론 에어로졸화 가능한 조성물이 거의 없거나 전혀없는 경우 허용할 수 없고 위험할 수 있다. 반대로, 예를 들어 습관적으로 추운 기후에서 현재 주변 온도가 현저히 감소된 경우, 일정 시간 동안 일정량의 전력을 공급하면 발열체의 열이 만족스럽지 않게되며, 활성화 속도가 느려지고 불완전하거나 가변성이 높은 에어로졸이 발생할 수 있다. 본 발명은 실질적으로 제 1 예열 단계에 앞서 주변 온도를 결정하고 장치가 처음 켜질 때마다 주변 온도에 관계없이 히터가 동일한 제 2 온도로 재현 가능하게 가열되도록 적어도 상기 가열 단계 동안 가열 요소로 전달되는 전력을 조정하기 위해 결정된 값을 사용함으로써 이러한 문제를 극복한다. 히터 요소가 정확한(알려진) 예열 온도로 상승되면, 이는 각각의 후속 가열 및 냉각 단계(즉, 제 1 온도에서 에어로졸화 온도로 및 다시)가 유사하게 표준화되고 매우 정확하게 제어 가능하도록 보장한다. 이러한 수단에 의해, 에어로졸화 가능한 조성물의 재현 가능한 양 및 품질이 히터가 제 2(에어로졸화) 온도로 가열될 때마다 전달되도록 에어로졸화를 정확하고 정밀하게 제어하는 것이 가능하다. 물론, 제어의 이러한 정밀성 및 유연성을 제공함에 있어서, 본 발명은 또한 필요할 경우 생성된 에어로졸의 양 및 가능하게는 질을 점진적으로 변화시킬 수 있게 한다. 더욱이, 전력 제어의 증가된 정확성은 제 2 온도가 항상 과량의 에어로졸화된 조성물 또는 유해한 부산물이 생성되는 온도보다 훨씬 낮게 유지됨을 의미한다.
제 1 온도는 전처리 온도, 즉 에어로졸화가 발생하는 온도로 가열하기 전에 히터가 가열되는 중간 서브 에어졸 중화 온도로 지칭될 수 있다. 에어로졸화 온도 미만인 제 1 온도로 가열하는 또 다른 장점은 제어된 온도로 일정하게 가열함으로써 제 2 온도로 가열하기 전에 에어로졸화성 조성물을 컨디셔닝 또는 균질화하는 것을 도울 수 있다는 것이다. 예를 들어, 에어로졸화성 조성물의 구성 성분이 저장 동안 분리된 경우, 히터를 제 1 온도로 가열하고(따라서 에어로 소화 가능 조성물을 가열하는 것)은 성분을 재혼합하고 에어로졸화 가능 조성물의 일관성 및 품질을 개선시키는 것을 도울 수 있다. 이러한 장점은 특히 제 1 가열 속도와 제 2 가열 속도가 상이하며, 제 2 가열속도가 바람직하게는 전자보다 훨씬 빠른 아래에 추가로 기술된 본 발명의 제 2 양태에 동일하게 적용된다. 당연히, 에어로졸화가 발생하는 것보다 전형적으로 더 긴 기간에 걸쳐 발생하는 비교적 느리고 꾸준한 제 1 가열 속도(예를 들어, 에어로졸화의 경우 1-5 초 이하와 대조적으로 예열의 경우 5s-1m 이상)에 있어서, 성분의 임의의 분리가 발생하거나, 특히 차가워서 점성이 있는 경우, 조성물의 균질성 및 일관성을 추가로 증진시킬 수 있다. 또한, 예열은 자연적으로 장치가 활성화될 때 에어로졸화된 조성물의 보다 빠른 생성을 초래하여 사용자에게 보다 만족스러운 경험을 제공한다.
전술한 전처리는 특히 히터 자체가 금속, 세라믹, 유리 또는 플라스틱 재료 기질과 같은 기질 상에 장착되거나 직접 지지되는 경우에 또 다른 장점을 제공한다. 종래 기술의 장치, 특히 심지 및 코일 장치에서, 열점 현상은 빈번하게 발생할 수 있으며, 코일 및/또는 심지의 일부 매우 작은 부분(1mm 이하)은 나머지와 비교하여 불균형적으로 뜨겁다(> 300-400℃). 이것이 발생할 때, 핫스팟 부근의 에어로졸화 가능한 조성물은 즉시 증발될뿐만 아니라, 부분적으로 또는 실질적으로 열분해되어, 에어로졸에 불쾌하고 잠재적으로 유해한 화학 물질이 존재하게 된다. 대조적으로, 히터와 히터가 배치된 기질이 바람직하게는 원하는 가열 속도로 전처리되는 경우, 열도 기질 자체로 전달되어 그 온도도 상승하고, 가열 속도가 너무 높지 않고 신속하고 충분한 시간이 기질 몸체 내에서 열이 흐르도록 허용되며, 따라서 기질은 또한 그 온도가 전체적으로 실질적으로 균일하고 히터의 온도와 동일하게 하는 방식으로 전처리되고 또한 더 조절된다. 이러한 방식으로, 핫스팟 생성 문제를 크게 제거할 수 있다. 또한, 이러한 방식으로 기질을 전처리하는 것은 상기 에어로졸에서의 후속 및 상기 기질 바로 위에서 일어날 후속 에어로졸에서의 일관성을 추가로 증진시키는 것으로 여겨진다. 또한, 이러한 전처리는 기질 및 히터 모두에서 발생하는 열 충격을 크게 배제한다.
바람직한 실시예에서, 히터를 제 1 온도, 제 2 온도 및 제 3 또는 후속 온도 중 어느 하나 이상으로 유지하는 것은 히터 온도 또는 그 대표 값을 동적으로 측정하고 하나 이상의 이전에 저장된 대응하는 값과 비교하고 이에 따라 히터로의 전력을 제어함으로써 달성된다.
히터가 원하는 다른 온도에 도달하여 유지되도록하기 위해 히터로 전달되는 전력을 제어하는 단계는 다양한 다른 방식으로 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 측정 된 온도와 원하는 온도 사이의 오차를 결정하기 위해 히터 온도를 나타내는 값이 원하는 온도와 비교될 수 있고, 측정된 온도를 원하는 온도로 구동하기 위해 히터에 제공된 전력을 조절함으로써 시간에 따른 상기 에러를 감소시키기 위해 에러 값에 의존하여 보정이 후속적으로 적용될 수 있다. PID(proportional-integral-derivative) 제어 루프와 같은 피드백 메커니즘을 사용하여 전달된 전력을 제어할 수 있다. 온도를 측정하기 위해 다양한 센서, 예를 들어 서미스터가 사용될 수 있거나, 히터 온도는 저항의 실시간 측정에 기초하여 추정될 수 있다.
제 1 온도는 25 ℃ 내지 90 ℃의 범위, 더욱 특히 30 ℃ 내지 70 ℃의 범위, 더욱 특히 35 ℃ 내지 50 ℃의 범위 일 수 있다. 제 2 온도는 120 ℃ 내지 180 ℃의 범위,보다 특히 130 ℃ 내지 160 ℃의 범위 일 수 있다. 당업자는 제 2 온도, 및 전달될 필요가 있는 힘의 양이 에어로졸화 가능한 조성물 및 그의 구성 성분의 선택 및 이들 기화되는 온도에 기초하여 선택될 수 있음을 이해할 것이다.
장치 활성화는, 에어로졸 화가 필요한 경우 즉 일반적으로 짧은 시간(<1-5 초 이하)에 예를 들어 간단한 스위치를 사용하거나 흡입 또는 다른 적절한 공기압 센서를 사용하여 자동으로 다른 방식으로 달성될 수 있다.
바람직한 배치에서, 초기에 결정된 주변 온도(또는이를 나타내는 값)는 예를 들어 장치 내에 제공된 메모리 수단에 저장될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 저장된 주변 온도는 장치가 동작하는 동안(즉, 효과적으로 스위치 온된) 그러한 메모리에 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리 저장 장치는 휘발성 상태일 수 있어서, 장치가 동작 불능 상태에 놓일 때(즉, 사용자에 의해 의도적으로 꺼 지거나 또는 제어 전자 장치들에 의해 자동으로 스위치 오프되어 어떤 활성화도 없이 소정의 시간이 경과 한 것으로 결정 함) 이전에 저장된 주변 온도 값은 이러한 메모리에서 간단히 지워진다. 다른 실시예들에서, 메모리는 보다 영구적일 수 있고, 장치가 다음에 스위치 온 될 때 이전에 측정된 주변 온도 값이 덮어 쓰기될 수 있거나, 또는 어떤 형태의 실행 기록이 이전에 측정된 모든 주변 온도 값으로 유지될 수 있다. 일부 바람직한 실시예에서, 측정된 히터 저항 값을 온도와 상관시키기 위해 비 휘발성 메모리에 미리 저장된 룩업 테이블의 사용이 고려된다.
가장 바람직하게는, 히터에 대한 전력의 주변 온도-의존 제어는 히터가 초기 주변 온도에서 제 1 온도로 가열될 때 및 히터가 제 2 온도에서 제 3 온도로 냉각될 때 수행된다. 또한, 일부 바람직한 실시예에서, 제 1 가열 속도가 제 2 가열 속도보다 상당히 느리도록 주위 온도-의존 전력 제어가 수행될 수 있다. 냉각 속도는 필연적으로 적어도 어느 정도는 주변 온도에 의존 할 것이지만, 히터의 수명을 연장시키기 위해 자연 냉각 속도를 감소 시키거나 어떤식 으로든 수정하는 것이 바람직할 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 신속하고 반복적인 가열 및 냉각(제 1 온도, 제 2 온도 및 제 3 온도 사이)은 히터를 점진적으로 약화시키고 열화시킬 수 있으며, 결과적으로 히터 성능이 저하될 수 있으며, 따라서 히터에 대한 전력을 제어 냉각이 더 느리게 냉각되거나 소정의 냉각 프로파일에 따라 냉각될 때 유리할 수 있다. 여기에서 히터의 이론적 최대 또는 자연 냉각 속도는 대부분 뉴턴의 냉각 법칙에 따라 결정되며, 가장 간단한 형태에서는 몸체의 열 손실 속도가 몸체과 그 주변 사이의 온도 차이에 의존한다는 것을 나타낸다. 따라서, 적어도 주변 온도로부터 제 1 온도까지 가열하는 동안 뿐만하니라 주변 온도가 제 1 온도로 냉각되는 동안도 동일하게 중요하다는 것이 즉시 명백하다.
선택적으로, 히터는 25-50회 미만, 보다 특히 20회 미만, 더욱 특히 8 내지 1회의 제 2 온도로 가열된 후에 제 3 또는 후속 온도로 되돌아 가도록 가열될 수 있다. 전형적인 담배는 평균 약 15 회의 흡입을 제공하지만, 특정 사용자의 흡입 강도에 따라 10 내지 20 회 흡입될 수 있다. 시가는 일반적으로 담배보다 평균 25 회 흡입하지만 더 긴 기간 동안의 흡입을 제공한다.
의심의 여지를 피하기 위해, 출원인은 다른 제 1 및 제 2 가열 속도의 특징이 본 발명의 전체적으로 그리고 완전히 별개로 청구 가능한 양태로 고려하며, 이와 관련하여, 본 발명은 또한 에어로졸 화성 조성물을 가열하도록 배열된 전기 저항성 히터를 갖는 흡입 장치에서 에어로졸 화 된 조성물의 생성을 제어하는 방법을 제공하고, 상기 방법은:
- 장치의 초기 작동시, 히터가 주위 온도에서 제 1 온도로 제 1 가열 속도로 가열되도록 히터에 공급된 전력을 제어한 후 히터를 에어로졸화 가능한 조성물의 에어로졸화 온도 아래의 상기 제 1 온도로 유지하고;
- 장치가 작동하는 동안 및 후속 제 1 또는 후속 활성화 동안, 히터의 온도가 제 2 온도에서 또는 제 1 온도에서 제 2 온도로 후속하는 가열 속도로 증가하도록 히터에 공급되는 전력을 제어한 후, 상기 에어로졸화 온도 이상인 상기 제 2 온도에서 히터를 유지하는 단계
장치가 작동하는 동안 및 후속 제 1 또는 후속 활성화 동안, 히터의 온도가 상기 제 2 온도에서 또는 제 1 온도에서 제 2 온도로 후속 가열 속도로 증가하도록 히터에 공급되는 전력을 제어한 후, 히터를 상기 에어로졸화 온도 이상인 제 2 온도로 유지하는 단계;
-제 1 또는 임의의 후속 활성화가 완료되고, 제 1 또는 후속 활성화 이후 소정의 시간이 경과, 및 제 1 또는 후속 비활성화 요청을 수용하는 단계 중 하나 이후:
히터의 온도가 제 2 온도로부터 제 3 또는 후속 온도로 제 1 또는 후속 냉각 속도로 감소하도록 히터에 공급된 전력을 제어 한 후 히터를 에어로졸화 온도 아래이지만 주변 온도 이상인 상기 제 3 또는 후속 온도로 유지하는 단계를 포함하고,
히터로의 전력은 구체적으로 제 1 가열 속도가 제 2 가열 속도보다 느리고,
제 1 또는 임의의 후속 냉각 속도는 히터의 임의의 비활성화로부터 제 3 또는 후속 온도에 도달 할 때까지 임의의 정격 시간 동안 히터로 전달되는 전력이 없을 때 발생하는 자연 냉각 속도와 비교하여 수정된다.
상기에서 "느리게"는 제 1 가열 속도의 평균(K/s로 측정되고 가열이 발생하는 시간 동안 취해 짐)이 상응하는 평균 제 2 가열 속도보다 작음을 의미한다. 바람직하게는 제 1 가열 속도는 제 2 가열 속도보다 1-8 배 느리다.
본 발명의 제 1 양태의 바람직한 특징 및 실시예는 본 발명의 제 2 양태에 동일하게 적용 가능하고 별도로 청구 가능한 것으로 간주되어야 하며, 그 반대도 마찬가지이다.
히터가 주기적으로 가열되는 특정 온도 또는 가열 및/또는 냉각 속도와 관련된 양태에 관하여, 본 발명은 미리 결정된 양의 에어로졸화 가능한 조성물을 함유하는 카트리지를 이용하고, 고정된 횟수 예로 장치의 연속 5-20 활성화(보통)후에 실질적으로 완전히 에어로졸화되도록 특별히 설계된 장치에 특히 적용 가능하다. 이러한 장치는 종래의 심지 및 코일 장치와는 상당히 다르며, 이러한 종래의 장치는 일반적으로 액체를 함유한 저장소가 재충전을 요구하기 전에 며칠 동안 장치 사용 빈도에 따라 계속해서 심지를 흡수하고 지속될 수 있는 비교적 더 큰 액체 에어로졸화 가능한 조성물 공급을 함유하는 저장소를 포함하기 때문이다. 대조적으로, 본 발명이 특히 적용될 수 있는 카트리지형 장치는 일반적으로 고정량의 신중하게 조제된 에어로졸화 가능한 조성물이 제공되고, 이산 기간에 걸쳐 완전히 또는 대부분 에어로졸화되는 기질을 포함한다. 이는 종래의 담배 제품의 사용자가 니코틴의 고정액을 얻기 위해 일반적으로 취하는 시간과 동일하다. 예를 들어, 습관성 담배 흡연자는 매일 여러 개의 담배를 피우며, 각 담배는 4-10 개의 개별 흡입을 수반할 수 있다. 카트리지형 장치는 단일 담배의 소비를 모방하도록 설계될 수 있다. 즉, 각각의 개별 카트리지에는 니코틴을 필요한 농도로 정확하게 투여하여 충분한 양의 에어로졸화 가능한 조성물이 제공되어 다음이 모두 발생한다:
- 예를 들어 4-20 개의 개별 장치 활성화(예: 흡입)를 포함하는 단일 장치 사용 세션 후 실질적으로 모든 에어로졸화 가능한 조성물이 에어로졸화되고 카트리지는 효과적으로 사용되며 다음 장치 사용 전에 새로 교체해 야한다.
- 단일 세션 동안 사용자에게 전달되는 니코틴의 양은 일반적으로 거의 동일한 방식으로 기존 담배 제품에 의해 전달되는 니코틴의 양과 거의 동일하다(또는 개별 사용자 선호도 또는 요구 사항에 따라 약간 적거나 그 이상이다). 예를 들어 시간 임의의 단일 카트리지 상에 제공된 제형의 양, 및 그 안에 니코틴 농도는, 예를 들어, 6 분에 걸쳐 단일 담배에 6 회 흡입하는 것에 대한 니코틴 전달과 관련하여 광범위하게 동일한 약리학적 효과를 제공하도록 신중하게 조정될 수 있다. (당업자가 이해할 수 있는 바와 같이,이 일반적인 주제에는 명백한 변형이 있으며, 상기 예는 원리를 설명하기 위해서만 제공된다).
본 발명이 카트리지형 장치에 특히 적용 가능하고 당업자에게 즉시 명백하지 않을 수 있는 한 가지 이유는 각각의 모든 장치 활성화(즉, 하나의 단일 흡입)로 조성이 크게 변하지만 나머지 조성의 니코틴 농도도 변할 수 있다는 것이다. 또한, 특정 제형에 따라, 조성물의 화학적 및 물리적 특성은 또한 각각의 장치 활성화 사이에서 상당히 변화될 수 있다. 에어로졸화 가능한 조성물의 부피 량 및(및 잠재적으로) 각각의 모든 연속적인 활성화 사이의 화학적 구성 성분의 농도의 변화 둘 다의 변화를 고려할 때, 단일 활성화 동안 장치에 의해 생성된 연속 에어로졸에서 니코틴 농도가 일정하거나 점진적으로 증가 또는 감소하는 경우와 관련하여 특히 다음과 같은 기능성 또는 이들의 임의의 조합이 특히 보장과 관련하여 바람직할 수 있다:
- 제 2 온도(즉, 조성물이 에어로졸화되는)가 연속적인 장치 활성화 사이 또는 단일 활성화 동안 점진적으로 변화하여 예를들어 점진적으로 및/또는 점진적으로 증가 또는 감소하여 연속적인 활성화후 및 단일 개별 활성화동안 남아있는 조성물의 감소량을 고려하도록 각각의 연속적인 장치 활성화동안 히터에 전달되는 전력을 다르게 제어하는 단계;
- 연속적인 장치 활성화들 사이에서 냉각 속도 및 제 3 또는 후속 온도 중 하나 또는 둘 다가 점진적으로 변화되도록 히터의 각각의 제 1 및/또는 연속적인 냉각 동안 상이한 히터로 전달되는 전력을 제어하는 단계; 예를 들어, 제 3 온도 및 후속 온도는 점진적으로 증가 또는 감소될 수 있고, 연속적인 활성화 사이에서 점진적으로 더 빠르거나 느리도록 제 1 및 연속 냉각 속도가 유사하게 변경될 수 있으며;
- 히터 온도가 유지되기를 원하는 임의의 시간 동안 히터가 유지되는 제 1, 제 2 및 제 3 또는 후속 온도 중 임의의 온도가 점진적으로 변화되도록 히터로의 전력을 제어하는 단계.
이러한 기능들은 어떤 형태로든 표현될 수 있는 본 발명의 개별적으로 청구 가능한 특징인 것으로 간주되어야 한다. 그러나, 본 발명의 훨씬 더 간단한 실시예는 물론 예를 들어 다음과 같이 가능하다:
- 제 3 및 후속 온도는 제 1 온도와 동일하며 본질적으로 일정하고,
-제 1 또는 후속 냉각 속도는 동일하며, 평균적으로 제 2 가열 속도와 크기가 동일하도록 제어될 수 있으며,
-제 2 온도(에어로졸 발생)는 두 개의 연속적인 장치 활성화간에 일정하게 유지되며 단일 활성화 중에는 변하지 않으며,
-장치가 활성화된 상태를 유지할 수 있는 시간은 연속된 두 가지 활성화 사이에서 일정하고 일정하며 변하지 않는다.
당업자는 이들 특정 기능 중 하나 이상을 갖는 카트리지형 장치가 각각의 연속적인 에어로졸에서 원하는 양의 니코틴을 정확하게 전달하도록 적합 화될 수 있으며, 실제로 이러한 장치는 지금까지 전례없는 수준의 니코틴 용량 조절을 제공할 수 있음을 즉시 이해할 것이다. 의학적 니코틴 대체 요법에 있어서, 니코틴의 투여 요법이 매우 중요하다고 생각될 때, 당업자는 본 발명의 장점 및 장점을 즉시 이해할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 특징 및 더욱 향상된 유연성을 제공하는 특징은, 장치가 제 1 및/또는 각각의 모든 연속적인 활성화의 시간 길이에 대한 대표적인 값을 결정하고 상기 값을 저장하며 그 후 결정된이 값에 따라 추가의 후속 활성화 동안 히터에 대한 전력을 제어하는 설비이다. 물론, 장치가 특정 카트리지 특정 정보로 미리 프로그램되어 있다면, 장치는 현재 사용중인 카트리지에 남아있는 조성물의 양을 자체적으로 평가할 수 있기 때문에 상기 특징은 특히 유리하다. 이러한 정보는 매우 다양하고 광범위하며 다음을 포함할 수 있다.:
- 해당 유형의 새 카트리지에 제공된 에어로졸화 가능한 조성물의 부피 량에 대한 표시
- 특히 니코틴 농도와 관련하여 조성물의 화학 성분 제제, 및
- PG와 같은 일반적인 전구체 물질의 농도. PEG 및 VG뿐만 아니라 향료 등과 같은 다른 오염물.
일부 바람직한 실시예에서, 임의의 이전 활성화 이후에 경과된 시간 량을 모니터링하는 추가 단계가 제공되고, 상기 모니터링된 시간이 이전에 저장된 임계 값(예를 들어 2-5m)을 초과하면, 장치는 자동으로 작동하지 않는 상태, 즉 자동으로 꺼진다.
제 3 양태에서, 본 발명은 전술한 방법을 수행하도록 구성된 흡입 장치를 제공한다. 특히, 본 발명은 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸화된 조성물을 생성하도록 구성된 흡입 장치를 제공하며, 상기 장치는: 에어로졸화 가능한 조성물을 가열하도록 배열된 히터; 및 히터로 전달되는 전력을 제어하는 제어기를 포함하고; 상기 제어기는 상기 방법에서 규정된 바와 같이 히터로 전달되는 전력을 제어하도록 구성된다.
흡입 장치는 예를 들어 제어기와 인터페이스하거나 이와 통신하는 구성 요소를 더 포함할 수 있다:
- 예를 들어, 기질 상에 스크린 인쇄될 수 있는 적어도 하나의 전기 저항 히터 요소; 전도성 잉크 또는 전도성 인쇄 가능한 페이스트를 사용하여; 예를들어 탄소계 잉크, 은, 루테늄 및 팔라듐 중 어느 하나 이상을 포함하는 전도성 잉크, 또는 비교적 높은 온도 저항 계수를 갖는 다른 전도성 원소 또는 합금 재료를 포함하고; 기질은 세라믹, 플라스틱 및 유리 중 하나 이상으로부터 선택된 재료를 포함할 수 있으며;
- 센서, 예를 들어 장치를 작동하는 사용자를 감지하는 스위치, 즉 스위치를 켜는 스위치 형태,
-공기 흐름 또는 압력 강하 센서와 같은 제 2 센서, 사용자가 장치를 흡입하고 있다는 표시를 제공할 수 있고, 이에 따라 장치의 최초 및 후속 활성화가 개시될 수 있으며, 그 후 또한 장치의 비활성화 장치는 즉 흡입이 중단될 때 자동적일 수 있으며;
- PID 또는 다른 적절한 피드백 제어기.
히터가 바람직하게는 실질적으로 평면인 기질 상에 제공되는 경우, 양의 에어로졸화 가능한 조성물이 기질 상에 제공되고 지지되는 것이 바람직하다. 따라서, 기질,(스크린-인쇄된) 저항성 히터 요소 및 에어로졸화 가능한 조성물은 흡입 장치 내에 수용될 수 있고 에어로졸화 가능한 조성물이 소비되면 교체될 수 있는 카트리지형 교체 가능한 소모품을 형성할 수 있다.
히터는 제 1 온도로 가열하도록 구성된 제 1 저항성 히터 요소 및 제 2 온도로 가열하도록 구성된 제 2 저항성 히터 요소를 포함할 수 있다. 이는 제 1 및 제 2 저항성 히터 요소가 독립적으로 제어될 수 있게 한다.
제 4 양태에서, 본 개시는 흡입 장치가 전술 한 방법을 구현하기 위한 프로그램 가능 제어기에서 동작하는 컴퓨터 프로그램을 제공한다. 하드웨어와 달리 소프트웨어에서 장치 제어를 구현하면 장치의 부품 수가 줄어들고 장치의 크기가 줄어들 수 있다.
제 5 양태에서 볼 때, 본 발명은 상술한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 제공한다.
본 발명의 양태에 따른 하나 이상의 특정 실시예는 단지 예로서 그리고 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 종래 기술의 전자 담배 심지 및 코일 히터의 개략도.
도 2는 전형적인 심지 및 코일 히터의 가열 프로파일을 나타내는 온도 대 시간의 그래프.
도 3은 다른 주변 온도에서 출발하는 전형적인 심지 및 코일 히터의 두 가지 개별 가열 프로파일 비교.
도 4는 상이한 주위 온도로부터 출발하는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 개의 가열 프로파일의 비교.
도 5는 히터가 제 2 온도로 복수회 가열하고, 주위 온도와 예열 온도 사이 및 그후 예열 온도 및 에어로졸화 온도 사이의 상이한 가열 속도를 명확하게 도시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 프로파일.
도 5A 내지 5E는 아래에 더 설명되는 바와 같은, 본 발명의 다양한 상이한 양태 및 실시예에 따라 가능한 다양한 상이한 가열 프로파일.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입 장치의 개략도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입 장치의 제어기의 개략적 회로도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡입 장치의 제어기의 개략적 회로도.
도 2는 전형적인 심지 및 코일 히터의 가열 프로파일을 나타내는 온도 대 시간의 그래프.
도 3은 다른 주변 온도에서 출발하는 전형적인 심지 및 코일 히터의 두 가지 개별 가열 프로파일 비교.
도 4는 상이한 주위 온도로부터 출발하는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 개의 가열 프로파일의 비교.
도 5는 히터가 제 2 온도로 복수회 가열하고, 주위 온도와 예열 온도 사이 및 그후 예열 온도 및 에어로졸화 온도 사이의 상이한 가열 속도를 명확하게 도시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 프로파일.
도 5A 내지 5E는 아래에 더 설명되는 바와 같은, 본 발명의 다양한 상이한 양태 및 실시예에 따라 가능한 다양한 상이한 가열 프로파일.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입 장치의 개략도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입 장치의 제어기의 개략적 회로도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡입 장치의 제어기의 개략적 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 의해 생성되는 흡입 장치의 히터에 대한 2 개의 개별 가열 프로파일 B1 및 B2의 비교를 도시한다. 히터는 에어로졸화 가능한 조성물을 가열하도록 배열된다. 각 가열 프로파일은 서로 다른 주변 온도 Tamb1과 Tamb2에서 시작하며 스케일이 조정되지 않았다.
가열 프로파일 B1 및 B2 둘 다에서, 히터는 초기에 제 1 온도 또는 전처리 온도(Tpre)로 가열된다. 전처리 온(Tpre)는 시작 주변 온도에 관계없이 두 가열 프로파일에서 동일하며 일반적으로 입자 기후, 국가에 대한 주변 온도 규범 또는 장치가 사용될 지역에 따라 주변 온도보다 5℃ ~ 45℃ 더 높을 수 있다. 전처리 온도(Tpre)는 바람직하게는 25℃ 내지 90℃, 35℃ 내지 80℃, 45℃ 내지 70℃ 범위 중 하나이다.
히터는 예를 들어, 스위치를 눌러 장치를 활성화함으로써, 시각 t1에서 사용자에 의해 장치가 초기 작동 상태로 진입하게 됨으로써, 전처리 온도(Tpre)를 향하여 특히 비교적 점진적으로 가열을 시작한다. 요컨대, 사용자는 장치를 켠다. 이 시점에서 또는 그 직후에, 장치는 주변 온도를 어느 정도 결정하고이 결정된 값을 나중에 사용하기 위해 저장한다. 가열 프로파일(B1 및 B2) 둘 다에서, 히터로 전달되는 전력은 히터의 온도가 사전 조건 온도(Tpre)를 향한 시간에 따라 증가하도록 제어되며, 이러한 제어는 주변 온도에 대한 결정된 값에 의존한다. 일반적으로 히터가 전처리 온도(Tpre)에 도달하는 데 1 분 미만이 소요된다. 그러나 필요한 경우 30 초 이하로 줄일 수 있다. 즉, 장치 제어기에 의해 히터로 전달되는 전력은 원하는 가열 속도가 달성될 수 있도록 수정될 수 있다. 가열 속도 및 전처리 온도(Tpre) 자체는 적어도 부분적으로 사용되는 에어로졸화성 조성물의 선택에 의존할 수 있다. 상이한 조성은 상이한 초기 가열 속도 및 상이한 전처리 온도로부터 이익을 얻을 수 있다.
일단 온도가 전처리 온도(Tpre)에서 안정화되고, 일부 실시예들에서, 이전이 아닌 일부 실시예들에서, 사용자는 예를 들어 동일한 스위치를 다시 다른 방식으로 다시 눌러(예를 들어 이중- 클릭 식 작동 또는 프레스 앤 홀드 식 작동) 또는 대체 스위치를 누르거나(장치에 압력 강하 및/또는 공기 흐름 센서가 제공되는 경우) 장치를 흡입한다. 이것은 가열 프로파일 B1 및 B2 둘 모두에서 시간 t2로 도시된다. 조명된 발광 다이오드(LED)와 같은 표시기는 사용자에게 히터가 전처리 온도(Tpre)에 도달하여 에어로졸화 모드로 활성화될 준비가 되었음을 통지할 수 있다. 이러한 활성화에 응답하여, 미리 결정된 양의 전력이 히터로 전달되어 온도를 제 2 온도 또는 에어로졸화 온도(Taero)로 증가 시키며, 이는 에어로졸화 가능한 조성물의 적어도 일부가 에어로졸화되는 온도 이상이다. 이는 장치를 통해 사용자에 의해 흡입될 수 있는 에어로졸화된 조성물을 생성한다. 에어로졸화 온도(Taero)는 과도한 에어로졸화가 발생하거나 바람직하지 않은 부산물이 생성되는 최대 온도(Tmax)보다 낮다. 특히 시간 t2에서 활성화 후(두 프로파일 모두에서) 상당히 빠른 가열 속도에 주목하라.
히터의 온도는(흡입이 일어나는 동안) 단일 활성화 기간 동안 에어로졸화 온도(Taero)에서 이상적으로 유지되는데, 이는 일반적으로 2 내지 3 초 길이이다. 따라서, 에어로졸화된 조성물은 흡입 기간 동안 생성된다. 시간 t3에서 가열 프로파일 B1 및 B2 모두에서, 사용자의 흡입이 종료되고, 흡입이 중단되거나 사용자가 장치의 활성화 스위치를 놓으면 히터에 공급되는 전력이 상당히 감소된다 온도가 상대적으로 빠르게 감소한다. 일부 실시예들에서, 상기 냉각 동안 히터에 공급되는 전력은 그 온도가 계속 추정될 수 있도록 세류형 또는 주기적으로 낮은 펄스의 형태이다. 물론, 서미스터, 열전대 또는 기타 온도 감지 장치가 히터 요소와 인접하여 또는 히터 요소와 접촉하여 사용되며 히터에 전원이 공급되는 회로와 다른 회로에 사용되는 경우에는 물론 필요하지 않다. 히터에 전력을 직접 공급하지만, 냉각 할 때 세류 형 또는 펄스 형 저전력이 히터에 공급되는 경우 구성이 간단하다(예: 전용 온도 측정 구성 요소가 필요하지 않음). 히터의 온도가 전처리 온도(TPRE)로 되돌아 간 것으로 결정되면, 전력은 다시 히터로 증가하여 다음 활성화를 보류 할 때까지 해당 온도에서 유지된다. 장치의 제 2 활성화가 미리 결정된 시간(예: 2-5 분) 내에 나오지 않으면 장치는 자동으로 작동하지 않는 상태가 된다. 즉, 장치 자체가 종료되고 에너지를 절약하기 위해 히터에 전원 공급이 중단되고 에어로졸화 가능한 조성물이 분해되는 것을 방지한다. 이러한 방식으로 장치가 종료된 후 또는 사용자가 강제로 종료하면 장치와 그 안의 히터가 자연스럽게 주변 온도로 돌아간다. 상기 문제가 발생하는 속도는 종료시 장치와 히터 온도와 주변 온도 사이의 온도 차이에 따라 다르지만 정상적인 상황에서는 5m-60m 동안 발생할 수 있다.
위에서 간단히 상술한 바와 같이, 히터는 에어로졸화 온도(Taero)로 히터가 전처리 온도(Tpre)로 가열되는 속도보다 상당히 빠른 속도로 가열된다. 이는 에어로졸 조성물의 빠른 생성을 도와 사용자의 흡입 초기에 흡입되어보다 만족스러운 경험을 제공한다. 또한 에어로졸 성분이 사용자의 폐 안쪽으로 깊숙이 도달할 가능성을 높이고 숨을 내쉴 가능성을 줄인다.
더 느린 속도로 전처리 온도 (Tpre)로 가열하는 것은 또한 에어로졸 화 가능한 조성물을 전처리 또는 균질화하기 위해 더 많은 시간을 제공하고, 예를 들어, 바람직하지 않은 부산물의 생성 또는 에어로졸 화성 조성물의 특정 성분이 저장 동안 분리로 인해 다른 것보다 우선적으로 생성되기 때문에 에어로졸화 가능한 조성물을 품질이 우수한 에어로졸화된 조성물이 생성 될 수 있는 주위 온도로부터 너무 빨리 가열 할 가능성을 감소시킨다.
전처리 온도(Tpre)로부터 에어로졸화 온도(Taero) 로의 온도 변화(ΔT)는 소 정량의 전력을 히터에 전달함으로써 발생한다. 사용자가 흡입을 위한 에어로졸화된 조성물을 생성하기 위해 장치를 활성화시키기 전에 히터가 전처리 온도(Tpre)로 가열되기 때문에, 소 정량의 전력을 히터에 전달함으로써 발생하는 온도(ΔT)의 변화는 재현 가능한 동일한 에어로졸화 온도(Taero)가 달성되도록 한다. 이는 흡입용 에어로졸화된 조성물의 표준화되고 반복 가능한 양 및 질을 생성한다. 다시 말해, 사용자는 주변 온도에 관계없이 동일한 흡입 경험을 가진다.
이제 도 5를 참조하면, 히터가 제 2 온도 또는 에어로졸화 온도(Taero)로 복수 회 가열되는 흡입 장치의 히터에 대한 가열 프로파일이 도시된다. 시간 t3까지, 즉 사용자가 첫 흡입을 마친 시간인 경우, 가열 프로파일은 도 4의 가열 프로파일 B1에 도시된 프로파일과 동일하다. 그러나, 도 5에서, 히터에 전달되는 전력은 온도는 제 1 온도 또는 전처리 온도로 복귀하고 사용자에 의한 추가 후속 활성화를 기다린다. 따라서, 에어로졸화 가능한 조성물은 각각 시간 t4 및 t5에서 발생하는 장치의 후속 활성화를 위해 준비된 컨디셔닝되고 균질화된 상태에서 프리 컨디셔닝 온도(Tpre)로 비교적 빠르게 냉각된 후 유지된다. 시간 t4 및 t5에서 발생하는 활성화들 사이에서, 히터로 전달되는 전력은 온도가 다시 주위 온도로 되돌아 가지 않고 전처리 온도로 되돌아 오도록 제어된다. 이는 사용자가 주변 온도에 관계없이 매번 동일한 흡입 경험을 경험할 수 있도록 각 흡입에 대해 표준화되고 반복 가능한 양 및 에어로졸화된 조성물의 품질을 생성한다. 도 5에서 Taero와 Tpre의 온도차(ΔT)가 본질적으로 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 각각의 연속적인 장치 활성화에 대해 T를 일정하게 유지하고, T를 변경 또는 증가시키는 것(예: T는 동일하지만 Taero와 Tpre의 조정된 값 사이)과 같은 T를 변경하는 것 모두 장점이있을 수 있다.)는 도 5A 내지 도 5E를 참조하여 아래에 더 설명되는 바와 같이 연속적인 장치 활성화 사이에 있다.
이제 도 5와 비교하여 약간 수정된 프로파일을 나타내는 도 5A를 참조하면, 시간 t2에서의 제 1 활성화는 도 5에서의 것과 실질적으로 동일하지만, 시간 t4에서의 다음 활성화는 히터는 단지 약간 상승된 전처리 온도 T3-1까지만 냉각되도록 허용된다. 또한, 시간 t5에서 시작하는 제 3 활성화에 대해, 히터 요소는 단지 약간 더 조정된 전처리 온도 T3-2까지만 냉각될 수 있다. 따라서, 히터가 냉각됨에 따라 전력을 신중하게 제어함으로써, 전처리 온도는 점진적으로 변화될 수 있다 - 도 5A에서, 연속적인 활성화 사이에서 점진적으로 증가하지만, 물론 원하는 경우에 사전 패턴과 동일하게 점진적으로 감소될 수 있다. 도 5B에서, 냉각 단계 동안 히터에 대한 전력을 제어하여 후속 활성화 이전에 히터를 유지하는 것이 바람직한 전처리 온도를 수정하는 대신, 제어하는 것이 동일하게 가능하다는 것을 알 수 있다. 임의의 전처리 온도(Tpre)로부터 점진적으로 조정된 에어로졸화 온도로의 가열 동안 히터로의 전력. 도면에서 알 수 있듯이, 초기 에어로졸화 온도는 T2-0이고, 이 온도는 후속 에어로졸화를 위해 점진적으로 감소하고, 시간 t4에서 발생하는 활성화를 위해 T2-1로, t5에서 발생하는 활성화를 위해 T2-2로 감소된다 . 또한, 상기 도면에서 연속적인 에어로졸화 사이의 에어로졸화 온도의 점진적인 감소가 도시되어 있지만, 원한다면 임의의 점진적, 랜덤, 균일 또는 불균일한 변화가 구현될 수 있다. 이 도면에서 온도 T2-0, T2-1, T2-2는 에어로졸화 온도 Taero보다 높은 것으로 도시되어 있으며, 상기 실시예에서 에어로졸화가 발생할 수 있는 최소 온도 이상으로 이해되어야 한다.
이는 니코틴 또는 흡입 가능한 증기의 일부로서 환자에게 투여될 수 있는 임의의 다른 약물 또는 조성물에 관계없이, 소정의 투약 방식을 전달하는 한, 본 발명의 장치에 놀라운 유연성을 제공한다. 에어로졸 내로의 활성 성분을 촉진시키는 것이 점점 어려워지는 에어로졸화 가능한 조성물의 경우, 점차적으로 더 높은 에어로졸화 온도가 사용될 수 있고, 반대로, 에어로졸 내로 활성 성분을 점점 용이하게 촉진시키는 에어로졸화 가능한 조성물의 경우, 점차 더 낮은 에어로졸화 온도가 사용될 수 있다. 각각의 경우에, 최종 결과는 생성된 에어로졸 중 활성 성분의 농도가 다수의 연속적인 에어로졸화에 걸쳐 본질적으로 동일하다는 것이다. 물론, 다른 투여 방식이 바람직할 수 있으며, 당업자는 본 발명이 원하는 임의의 투여 방식을 제공하도록 적응될 수 있는 용이성과 단순성을 즉시 인식할 것이다.
도 5C는 도 5A와 5B에 나와 있는 기능의 조합을 도시한다. 본질적으로 에어로졸화 온도와 사전 조건 온도는 연속적인 장치 작동 사이에서 점진적으로 감소하지만 이러한 조정의 효과는 프로파일 아래의 유효 영역이 될 수 있다. 도시된 임의의 3 가지 활성화 동안 곡선(당업자는 약동학 및 약물 전달에 사용되는 AUC 또는 "곡선 면적" 메트릭을 잘 알고 있을 것이다)은 대체로 동일하다.
도 5D는 도 5A 및 5B에 도시된 특징들의 상이한 조합을 도시한다 이 도면에서, 에어로졸화 온도는 연속적인 활성화 사이에서 점진적으로 감소하는 것으로 도시되는 반면, 전처리 온도는 연속적인 장치 활성화 사이에서 점진적으로 증가하는 것으로 도시된다. 이러한 조정의 효과는 프로파일 곡선 아래의 유효 영역이 제 1, 제 2 및 세 번째 활성화간에 크게 감소한다는 것이다.
도 5E는 연속적인 활성화 사이의 냉각 속도가 조정될 수 있는 본 발명의 특정 양태를 도시한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 각각의 활성화 t2 t4 t5는 테일-엔드 냉각 단계를 포함하고, 여기서 히터는 에어로졸화 온도로부터 전처리 온도로 냉각된다. 상기 도면에서 점선은 순수한 뉴턴식 냉각에서 달성할 수 있는 이론상 최대(보조되지 않은) 냉각 속도를 나타낸다. 그러나 알 수 있는 바와 같이, 각각의 활성화에 대한 실선 냉각 프로파일은 요구되는 바와 같이 Δt1, Δt2, Δt3의 양으로 이론상 최소 냉각 시간보다 점진적으로 냉각 단계가 더 오래 걸리는 냉각 단계를 초래한다. 상기 특징은 특정 상황에서 유리할 수 있으며, 물론도 5a-5d와 관련하여 위에서 언급된 다른 특징과 결합될 수 있다. 이러한 방식으로 냉각 속도를 조절하면 열 충격 문제가 발생하는 것을 막을 수 있다.
중요하게도, 도 5 및 도 5A 내지 5E의 모든 가열 프로파일은 장치가 임의의 수술 기간 동안 사용되는 동안 상이한 흡입을 갖는 니코틴과 같은 약제의 용량의 조절을 허용한다. 일부 실시예에서, 에어로졸화 가능한 조성물의 양이 감소하더라도, 매 흡입마다 대략 동일한 용량의 니코틴을 달성하는 것이 가능할 수 있거나, 다른 실시예에서 제 1 및 후속 후속 장치 사이에서 니코틴 농도를 점진적으로 조절하는 것이 가능할 수 있다 활성화. 이 후자의 배열은 니코틴의 농도가 통상적 인 담배로부터 흡입될 때마다 변하기 때문에 널리 알려져 있기 때문에, 본 발명의 장치는 통상적 인 담배의 니코틴 전달 특성을 매우 정확하게 반영하도록 프로그램될 수 있고, 담배를 피우는 사람을 담배에서 멀어지게 할 때 매우 중요하다. 또한, 이후의 연속적인 장치 활성화에서 비교적 많은 양의 니코틴이 전달되어 상대적으로 적은 양의 니코틴 만 사용자에게 처음으로 전달되도록 히터의 전력을 제어할 수 있다. 이는 니코틴의 전달을 더 많이 만들 수 있다 초기 흡입을 위해 니코틴의 농도를 감소시키기 때문에 견딜 수 있지만, 목이 니코틴 함유 증기의 흡입에 익숙해 짐에 따라 니코틴 농도를 증가시킬 수 있다. 한 번의 흡입으로 높은 수준의 니코틴이기도를 자극하여 경증 또는 경우에 따라 심한 기침을 유발할 수 있다. 도 5, 5A-5E에서, 단지 3 개의 활성화 만이 도시되어 있지만, 장치의 단일 작동 사용 동안 전형적인 활성화의 수는 5-10 개(담배 흡연자, 가능하면 시가 및 파이프 흡연자)일 수 있음을 이해해야 한다. 상술한 바와 같이, 마지막 활성화 후 미리 결정된 시간 내에 장치의 추가 활성화가 예정되어 있지 않으면, 장치는 자체적으로 종료될 것이다. 일부 실시예에서, 장치는 현재 설치된 카트리지 및 그 안에 제공된 전형적인 양의 에어로졸화 가능한 조성물을 인식하고, 마지막 새로운 것 이후에 발생한 이전의 활성화 횟수를 유지한다는 점에서 다소 자기 인식적일 수 있다. 카트리지를 효과적으로 사용하기 전에 카트리지에 남아있는 허용 가능한 활성화 횟수와 관련하여 장치에서 일부 결정 또는 추정을 수행할 수 있도록 카트리지를 삽입한다. 이러한 경우 장치가 카트리지를 사용한 것으로 판단하면 자체적으로 종료될 수도 있다.
도 6은 간단한 방식으로 흡입 장치의 실시예의 개략도를 도시한다. 예시는 실제 스케일로 도시되지 않았으며 실시예의 이해에 중요하지 않은 특징을 생략한다. 흡입 장치(100)는 몸체 부분(102a) 및 마우스 피스(102b)를 갖는 하우징(102)을 포함한다. 마우스 피스(102b)는 몸체 부분(102a)에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 마우스 피스(102b) 내에 히터(104)가 배치된다. 히터(104)는, 예를 들어, 저항성 히터 요소를 기질 상에 스크린 인쇄함으로써 저항성 히터 요소(도시되지 않음)가 지지되는 평평한 기질을 포함한다.
일정량의 에어로졸화 가능한 조성물(도시되지 않음)이 히터(104) 상에 증착되고 지지되며, 둘 모두는 일반적으로 평평하고 일반적으로 작고(10mm x 20mm x 2mm) 형태가 직사각형인 하부 기질을 지지 할 것이다. 에어로졸화 가능한 조성물은 히터의 저항 요소 부분 위에 이상적으로 배치되어 히터는 대부분의 열을 조성물 내로 직접 전달한다. 이상적으로, 히터(104)는 에어로졸화될 알려진 양의 에어로졸화 가능한 조성물이 예압되어 제공된다. 마우스 피스(102b) 및 히터(104)는 몸체 부분(102a)에 부착하기 위한 교체 가능한 소모품으로서 제공되는 히터-마우스 피스 서브 조립체를 형성할 수 있으며, 이는 히터(104)상의 에어로졸화 가능한 조성물의 양이 소비되면 교체될 수 있다.
흡입 장치(100)는 공기 유입구(106) 및 공기 배출구(108)를 포함한다. 기류 경로(110)는 공기 유입구(106)로부터 히터(104) 부근의 장치를 통해 통과하고 공기 배출구(108)를 통해 빠져 나간다. 사용 중에, 에어로졸화된 조성물이 동반된다. 기류 통로(110)를 따라 통과하는 기류에서 공기 출구(108)를 통해 사용자에 의해 흡입된다.
흡입 장치(100)는 전기적으로 가열되며, 히터(104)에 전력을 제공하기 위해 몸체 부분(102a) 내에 위치된 전원(112), 예를 들어 재충전 가능한 리튬 이온 배터리를 포함한다. 전원(112)은 제어기(114)에 연결된다. 예를 들어, 마이크로 제어기는 히터(104)에 전달된 전력을 제어하기 위해 히터(104)에 연결된다.
스위치(116)는 몸체 부분(102)의 외부 표면에 배치되고 제어기(114)에 연결된다. 스위치(116)는 제 1 온도 또는 전처리 온도로 히터(104)를 가열하기 위해 제어기(114)에 신호를 보내도록 사용자에 의해 활성화될 수 있는 센서를 구성한다. 흡입 장치(100)는 제어기(114)에 연결된 LED(118)를 더 포함하며, 이는 지시기로서 작용하고 히터가 전처리 온도에 있음을 사용자에게 알리기 위해 조명될 수 있다. 또한, 유량 센서 또는 압력 변환기와 같은 센서(120)가 제어기(114)에 연결되고, 사용자의 흡입으로 인한 기류 경로(110)를 통한 기류가 검출될 때 제어기(114)에 신호를 전송한다. 센서(120)로부터의 신호에 응답하여, 제어기(114)는 히터(104)를 제 2 온도 또는 에어로졸화 온도로 가열하기 위해 히터(104)로 전달되는 전력을 제어한다.
도 7, 8은 구성 요소의 기본 가능한 배열과 함께 작동하는 방법을 보여주는 가능한 간단한 전기/전자 회로를 도시한다. 이러한 구성은 단지 예를 들어 제공되며 본 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 물론, 선택적인 회로 및 구성은 본 발명의 동일한 전체 기능을 달성할 수 있는 장치 일 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주될 것이다. 또한, 간결성을 위해 반복되지는 않지만, 이하의 제어기 구성 요소(206, 306, 406)는 본 발명의 일부 측면에서 모든 것을 대표하는 일부 값의 초기 결정을 수행할 수 있고, 실제로 요구된다는 것을 언급해야 한다. 이 온도를 저장한 다음,(일부 실시예에서) 그 후 결정된 값에 적어도 부분적으로 의존하는 방식으로 히터에 대한 후속 제어 전력을 저장한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 전술 한 가열 프로파일을 제공하기 위해 흡입 장치의 히터를 제어하기 위한 회로(200)를 도시한다. 전원(202)은 회로에 공급 전압(VS)을 제공한다. 히터의 저항성 히터 요소(204)는 스위치로서 작용하는 트랜지스터(208)를 통해 마이크로 제어기(206)의 아날로그 출력 AO에 의해 제어된다. 알려진 저항(R1)의 저항기(210)는 서미스터(212)와 직렬로 배열된다. 저항기(210)와 서미스터(212)의 직렬 조합은 저항성 히터 요소(204) 및 트랜지스터(208) 조합과 병렬로 그리고 전원(202)과 병렬로 배열된다. 따라서 저항(210) 및 서미스터(212)는 공급 전압(VS)의 전압 분배기를 형성한다. 저항기(210) 및 서미스터(212)의 중간에 있는 지점은 제어기(206)의 아날로그 입력(AI)에 연결되어 그 지점에서의 전압 VX, 즉 서미스터(212) 양단의 전압을 판독한다.
흡입 장치에서, 서미스터(212)는 저항 가열기 요소(204)에 인접하거나 근접하여 배치되어, 사용시 저항 가열기 요소(204)와 열 접촉하여 온도를 결정한다. 사용자에 의한 초기 활성화에 응답하여, 마이크로 제어기(206)는 저항 가열기 요소(204)의 온도를 전처리 온도쪽으로 증가시키기 위해 트랜지스터(208)를 통해 저항 가열기 요소(204)에 전력을 공급하기 시작한다. 서미스터(212)의 저항(RTH)은 온도에 따라 변하며, 그 결과 다음의 식에 따라 전압(VX)이 변한다:
전압들(VX) 및 대응하는 온도들의 룩업 테이블은 마이크로 제어기(206)의 메모리 내에 저장될 수 있고, 특정 전압(VX)이 마이크로 제어기(206)에 의해 판독될 때 저항 가열기 요소(204)의 온도를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 서미스터(212)는 식(1)을 재 배열하고 알려진 VX 및 R1의 값을 사용하여 결정될 수 있다. 저항 가열기 요소(204)의 온도는 저항 및 대응 온도의 룩업 테이블로부터 결정되거나, 또는 결정된 저항 RTH 및 RTH의 변동에 관한 마이크로 제어기(206)의 메모리에 저장된 정보에 기초하여 온도 및 알려진 저항 및 온도, 예를 들어 25 ℃에서의 RTH의 값으로 온도를 보간함으로써 결정될 수 있다.
저항 가열기 요소(204)의 결정된 온도에 기초하여, 저항 가열기 요소(204)에 전달된 전력은 온도를 전처리 온도를 향해 구동 시키도록 제어될 수 있다. 전력의 제어는 컴퓨터 프로그램 또는 마이크로 제어기(206) 내에 저장된 다른 소프트웨어 또는 펌웨어 내에 구현되는 PID 제어 루프에 기초한다. 마이크로 제어기(206)가 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 갖는 경우, 전력은 저항 가열기 요소(204)는 마이크로 제어기(206)의 아날로그 출력(AO)에 의해 전달되는 전압을 제어함으로써 트랜지스터(208)의 바이어 싱 전압과 저항 가열기 요소(204)를 통과하는 전류를 제어함으로써 간단하게 제어될 수 있다. 트랜지스터는 마이크로 제어기(206)의 디지털 출력(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 상기 배열에서, 마이크로 제어기(206)는 디지털 출력으로 펄스 폭 변조(PWM)되며, 저항성 히터 요소(204)에 전달된 전력은 변조 된 전압 신호의 듀티 사이클, 즉 디지털 출력이 켜진 시간의 백분율에 의해 결정되도록 한다.
저항성 히터 요소(204)가 미리 결정된 온도에 도달하면, 제어기(206)는 사용자가 흡입용 에어로졸화된 조성물을 생성하기를 원하는 추가 활성화 신호를 기다린다. 이러한 추가 활성화 신호에 응답하여, 마이크로 제어기(206)는 히터의 온도를 에어로졸화 온도로 증가시키기 위해 저항성 히터 요소(204)에 전달된 전력을 미리 결정된 양만큼 증가시킨다. 이것은 마이크로 제어기(206)의 아날로그 출력에서 아날로그 전압을 일정량 증가 시키거나 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 일정 비율만큼 증가시킴으로써 수행될 수 있다. 흡입이 완료되면, 마이크로 제어기(206)는 저항 가열기 요소(206)로 전달되는 전력을 제어하여, 그것이 전제 조건 온도로 되돌아 가거나, 또는 특정 용량을 전달하기 위해 최대 흡입 횟수에 도달 한 경우, 저항 가열기 요소(204) 로의 전달을 중단시킨다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전술 한 가열 프로파일을 제공하기 위해 흡입 장치의 히터를 제어하기 위한 회로(300)를 도시한다. 전원(302)은 회로에 공급 전압(VS)을 제공한다. 히터의 저항성 히터 요소(304)는 스위치로서 작용하는 트랜지스터(308)를 통해 마이크로 제어기(306)의 아날로그 출력(AO)에 의해 제어된다. 알려진 저항 R2의 저항(310)은 저항 가열기 요소(304)와 트랜지스터(308) 사이의 중간 지점에서 저항 가열기 요소(304)와 직렬로 배열된다. 저항 가열기 요소(304)와 저항(310)의 중간에 있는 회로의 지점은 제어기(306)의 아날로그 입력 AI는 그 시점에서 전압(VY)을 판독한다.
제어 회로(300)는 저항성 히터 요소(304)의 저항(RH)을 결정하도록 구성된다. 저항(RH)은 온도에 의존하거나 온도에 비례하고; 저항 가열기 요소(304)의 온도가 증가함에 따라, 저항(RH)도 증가한다. 따라서, 저항(RH)은 저항성 히터 요소(304)의 온도의 지표를 제공한다. 도 7의 회로와 비교하여 이 회로의 장점은 서미스터가 필요하지 않다는 것이다. 온도 또는 온도의 표시는 저항 가열기 요소(304)의 저항(RH)에 기초하여 결정된다. 이는 장치의 부품 수 및 회로 및 제어 프로그램의 복잡성을 감소시킨다.
저항(RH)은 다음 공식에 따라 옴의 법칙에서 결정할 수 있다.
여기서 VH는 저항성 히터 요소(304)를 가로 지르는 전압이고 I는 저항성 히터 요소(304)를 통해 흐르는 전류이다.
저항 가열기 요소(304)를 가로 지르는 전압(VH)은 VS-VY, 즉 알려진 공급 전압 VS과 동일하며, 마이크로 제어기(306)에 의해 판독되는 저항 가열기 요소 (304)와 저항(310)의 중간 지점에서 측정 된 전압(VY)을 뺀 값이다.
저항 가열기 요소(304)를 통해 흐르는 전류(I)는 직렬이기 때문에 저항(310)을 통해 흐르는 전류와 동일하므로, 전류(I)는 다음 식에 따라 옴의 법칙으로부터 결정될 수 있다:
저항(310)의 저항(R2)도 알려져있다. 따라서 VH 및 I에 대한 방정식을 방정식(2)로 대체하면 다음과 같은 RH 결정식이 제공된다.
RH가 알려지면, 측정된 저항(RH)에 대응하는 저항성 히터 요소(304)의 온도(TH)는 저항의 온도 계수(α)에 기초한 선형 근사를 이용하여 결정될 수 있고 다음식에 따른 기준 온도(TREF)에서 저항성 히터 요소(304)의 기준 저항(RREF)이 주어진다:
기준 저항(RREF)는 디바이스가 전술한 RH를 결정하기 위한 동일한 방법에 따라 초기에 활성화될 때 주변 온도를 기준 온도(TREF)로서 사용하여 결정될 수 있다.
저항 가열기 요소(304)의 결정된 온도(TH)에 기초하여, 저항 가열기 요소(304)에 전달된 전력은 그 온도를 전처리 온도를 향해 구동 시키도록 제어될 수 있다. 전력의 제어는 컴퓨터 프로그램 또는 마이크로 제어기(306) 내에 저장된 다른 소프트웨어 또는 펌웨어 내에 구현되는 PID 제어 루프에 기초한다. 마이크로 제어기(306)가 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 갖는 경우, 전력은 저항성 히터 요소(304)는 마이크로 제어기(306)의 아날로그 출력 AO에 의해 전달되는 전압을 간단히 제어함으로써 제어될 수 있으며, 이는 차례로 트랜지스터(308)의 바이어 싱 전압과 저항성 히터 요소(304)를 통과하는 전류를 제어한다. 트랜지스터는 마이크로 제어기(306)의 디지털 출력(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 상기 배열에서, 마이크로 제어기(306)는 저항 가열기 요소(304)에 전달 된 전력이 변조 된 전압 신호의 듀티 사이클, 즉 디지털 출력이 스위치 온된 시간의 백분율에 의해 결정되도록 디지털 출력을 PWM(Pulse Width Modulates)으로 출력한다.
저항성 히터 요소(304)가 미리 결정된 온도에 도달하면, 제어기(306)는 사용자가 흡입용 에어로졸화된 조성물을 생성하기를 원하는 추가 활성화 신호를 기다린다. 이러한 추가 활성화 신호에 응답하여, 마이크로 제어기(306)는 히터의 온도를 에어로졸화 온도로 증가시키기 위해 저항성 히터 요소(304)에 전달된 전력을 미리 결정된 양만큼 증가시킨다. 이것은 마이크로 제어기(306)의 아날로그 출력에서 아날로그 전압을 특정 양만큼 증가 시키거나 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 특정 백분율만큼 증가시킴으로써 수행될 수 있다. 흡입이 완료되면, 마이크로 제어기(306)는 저항 가열기 요소(306)로 전달되는 전력을 제어하여, 그것이 전제 조건 온도로 복귀하거나, 또는 특정 용량을 전달하기 위해 최대 흡입 횟수에 도달 한 경우, 저항 가열기 요소(304) 로의 전달을 중단시킨다.
전술한 설명을 고려하여, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백 할 것이다. 예를 들어, 기질 상에 인쇄된 저항성 히터 요소 스크린 대신에, 저항성 금속 합금 또는 세라믹을 포함하는 히터와 같은 다른 유형의 히터가 사용될 수 있다.
저항 히터 요소의 저항을 결정하기 위해 알려진 값의 단일 저항기를 사용하는 대신에, 알려진 값의 3 개의 저항기 및 휘트 스톤 브리지 구성으로 배열된 저항 히터 요소가 사용될 수 있다. 이는 전처리 온도까지 저항성 히터 요소의 온도를 결정하고 제어하는데 있어서 개선된 정확성을 제공할 수 있다.
또한, 저항 가열기 요소의 온도를 결정할 때, 공급 전압의 알려진 값에 의존하기보다는 공급 전압이 공급 전압을 정확하게 결정하기 위해 마이크로 제어기의 추가 아날로그 입력에 의해 판독될 수 있다. 이것은 예를 들어, 전력이 손실되기 시작할 때 전원에 의해 공급되는 전력의 변동으로 인한 부정확성을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
본 개시의 범위는 청구된 발명과 관련이 있는지의 여부에 관계없이 명시 적으로 또는 암시 적으로 또는 그 일반화로 개시된 임의의 신규한 특징 또는 그 특징의 조합을 포함하거나 본 발명에 의해 해결되는 임의의 또는 모든 문제점에 대해 완화된다. 본 출원인은 본 출원 또는 이로부터 유래된 임의의 추가 출원의 기소 중에 새로운 특징이 그러한 특징에 대해 공식화될 수 있음을 통지한다. 특히, 첨부된 청구 범위를 참조하면, 종속 항의 특징은 독립항의 특징과 결합될 수 있고, 각각의 독립항의 특징은 청구 범위에 열거된 특정 조합이 아니라 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
Claims (27)
- 에어로졸화 가능한 조성물을 가열하도록 배열된 전기 저항성 히터를 갖는 흡입 장치에서 에어로졸화된 조성물의 생성을 제어하는 방법에 있어서,
상기 방법은:
- 장치의 초기 작동시, 히터가 주위 온도에서 제 1 온도로 제 1 가열 속도로 가열되도록 히터에 공급된 전력을 제어한 후 히터를 에어로졸화 가능한 조성물의 에어로졸화 온도 아래인 제 1 온도로 유지하는 단계;
- 장치가 작동하는 동안 및 후속 제 1 또는 후속 활성화 동안, 히터의 온도가 제 2 온도에서 또는 제 1 온도에서 제 2온도로 후속 가열 속도에서 증가하도록 히터에 공급되는 전력을 제어한 후, 상기 에어로졸화 온도 이상인 상기 제 2 온도에서 히터를 유지하는 단계;
-제 1 또는 임의의 후속 활성화가 완료되고, 제 1 또는 후속 활성화 이후 소정의 시간이 경과 및, 제 1 또는 후속 비활성화 요청을 수용하는 단계: 중 하나 이후,
히터의 온도가 제 2 온도로부터 제 3 또는 후속 온도로 제 1 또는 후속 냉각 속도로 감소하도록 히터에 공급된 전력을 제어한 후 히터를 에어로졸화 온도 아래이지만 주변 온도 이상인 상기 제 3 또는 후속 온도로 유지하는 단계를 포함하고,
상기 장치의 초기 작동시 또는 그 직후에 상기 주변 온도를 나타내는 값을 결정하고 상기 결정된 값에 적어도 부분적으로 의존하는 방식으로 상기 히터로의 전력을 제어하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 에어로졸 화성 조성물을 가열하도록 배열 된 전기 저항성 히터를 갖는 흡입 장치에서 에어로졸화 된 조성물의 생성을 제어하는 방법에 있어서,
상기 방법은:
- 장치의 초기 작동시, 히터가 주위 온도에서 제 1 온도로 제 1 가열 속도로 가열되도록 히터에 공급된 전력을 제어한 후 히터를 에어로졸화 가능한 조성물의 에어로졸화 온도 아래의 상기 제 1 온도로 유지하는 단계;
- 장치가 작동하는 동안 및 후속 제 1 또는 후속 활성화 동안, 히터의 온도가 제 2 온도에서 또는 제 1 온도에서 제 2 온도로 후속하는 가열 속도로 증가하도록 히터에 공급되는 전력을 제어한 후, 상기 에어로졸화 온도 이상인 상기 제 2 온도에서 히터를 유지하는 단계
장치가 작동하는 동안 및 후속 제 1 또는 후속 활성화 동안, 히터의 온도가 상기 제 2 온도에서 또는 제 1 온도에서 제 2 온도로 후속 가열 속도로 증가하도록 히터에 공급되는 전력을 제어한 후, 히터를 상기 에어로졸화 온도 이상인 제 2 온도로 유지하는 단계;
-제 1 또는 임의의 후속 활성화가 완료되고, 제 1 또는 후속 활성화 이후 소정의 시간이 경과, 및 제 1 또는 후속 비활성화 요청을 수용하는 단계 중 하나 이후:
히터의 온도가 제 2 온도로부터 제 3 또는 후속 온도로 제 1 또는 후속 냉각 속도로 감소하도록 히터에 공급된 전력을 제어 한 후 히터를 에어로졸화 온도 아래이지만 주변 온도 이상인 상기 제 3 또는 후속 온도로 유지하는 단계를 포함하고,
히터로의 전력은 구체적으로 제 1 가열 속도가 제 2 가열 속도보다 느리고,
제 1 또는 임의의 후속 냉각 속도는 히터의 임의의 비활성화로부터 제 3 또는 후속 온도에 도달 할 때까지 임의의 정격 시간 동안 히터로 전달되는 전력이 없을 때 발생하는 자연 냉각 속도와 비교하여 수정되는 것을 특징으로 하는 방법. - 전항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 온도, 제 2 온도 및 제 3 또는 후속 온도 중 하나 이상에서 히터를 유지하는 단계는 히터 온도 또는 그의 대표 값을 동적으로 측정하고 의도하는 온도의 대표 값을 달성되고자 하는 값과 비교하며, 이에 따라 히터로의 전력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 히터로 전달되는 전력의 제어는 동적으로 측정된 온도 또는 그 값을 나타내는 값과 그 원하는 온도 또는 그 대표값 사이의 에러 값을 결정하고, 이에 따라 상기 에러 값이 시간에 따라 점진적으로 감소되어 결정된 에러값에 따라 전달되는 현재 전력을 동적으로 보정함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서, 피드백 메커니즘이 가열 요소에 동적으로 전달되는 전력을 제어하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 온도는 25 ℃ 내지 90 ℃, 30 ℃ 내지 70 ℃, 35 ℃ 내지 50 ℃ 중 어느 하나의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 온도는 120 ℃ 내지 190 ℃, 130 ℃ 내지 170 ℃, 140 ℃ 내지 160 ℃ 중 어느 하나의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서, 단일 활성화의 지속 시간이 0.5-6 초의 범위에 있고, 이러한 활성화는: 공기압 센서 및 공기 흐름 센서 중 하나를 통해 자동으로 단순 스위치, 및 비활성화는: 기압 센서 또는 기류 센서가 압력 강하 또는 기류를 나타내지 않으면 자동으로 및 미리 정해진 시간 후에 단순 스위치 상태의 해제 또는 상태 변경 중 하나에 의해 발생하는 것중 하나이상에 의해 초기화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변 온도를 나타내는 값이 초기에 결정되어 상기 장치 내에 제공된 휘발성 메모리, 비 휘발성 메모리 중 하나에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 또는 그 종속항에 있어서, 측정된 히터 저항 값을 온도와 상관시키도록 하나 이상의 룩업 테이블을 사용하고, 달성되거나 경우에 따라 히터가 유지될 수 있도록 하는 결벙된 히터 온도를 비교하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항 또는 그 종속항에 있어서, 히터로의 전력의 주변 온도-의존 제어는 히터가 초기 주변 온도로부터 제 1 온도로 가열될 때 및 히터가 제 2 온도에서 제 3 온도로 냉각될 때 중 하나 동안 영향받는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항 또는 그 종속항에 있어서, 제 1 가열 속도가 제 2 가열 속도보다 상당히 느리도록 주위 온도-의존 전력 제어가 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 12 항에 있어서, 제 1 가열 속도가 제 2 가열 속도보다 1 내지 8 배 더 느린 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 그 종속항에 있어서, 히터에 대한 전력의 제어는 히터가 제 2 온도에서 제 3 또는 후속 온도로 냉각되는 시간 동안 수행되어 냉각 속도가 상기 시간 동안 히터에 전원이 공급되지 않으면 발생하는 자연 냉각 속도와 비교하여 수정되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서, 히터는 5-50 회 미만, 20 회 미만 8 ~ 15회, 5 ~ 10회 중 하나 이상에 따라 제 2 온도로 가열된 후 제 3 또는 후속 온도로 복귀하도록 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서, 히터로의 전력의 제어는 장치가 계속 작동하는 임의의 단일 기간 내에 연속적인 장치 활성화 사이에서 다르게 수행되어, 각각의 연속적인 장치 활성화에 대해 제 2 온도가 점진적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터로의 전력 제어는 냉각 속도 및 제 3 또는 후속 온도는 연속적인 장치 활성화 사이에서 점진적으로 변화되는 것 중 하나이상으로 장치가 작동을 유지하는 동안 임의의 단일 기간 내에서 상기 히터가 냉각될 때 둘이상의 제 1 및 연속 기간들 사이에서 다르게 수행되는 것을 특징으로 하는 방법
- 전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터로의 전력의 제어는 상기 히터가 유지되는 상기 제 1, 제 2 및 제 3 또는 후속 온도 중 임의의 온도가 상기 히터 온도가 상기 온도들 중 어느 하나에서 유지되기를 원할때 임의의 시간동안 점진적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전항 중 어느 한 항에 있어서,
- 제 3 및 후속 온도는 제 1 온도와 동일하며 본질적으로 일정하게 유지되고,
- 제 1 또는 후속 냉각 속도는 동일하고,
- 제 1 또는 임의의 후속 냉각 속도는 평균적으로 제 2 가열 속도와 크기가 동일하도록 제어되고,
- 제 2 온도는 두 2 연속적인 장치 활성화간에 일정하게 유지되고,
- 제 2 온도는 단일 활성화 동안 변하지 않고,
- 장치가 활성화된 상태로 유지될 수 있는 시간은 연속된 두 활성화 사이에서 일정한 것 중 하나 이상이 적용되는 것을 특징으로 하는 방법. - 전항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 또는 임의의 후속 또는 연속적인 활성화의 시간 길이에 대한 하나 이상의 대표 값을 결정하고, 상기 값을 저장하며,
- 결정되고 저장된 값들 중 하나 이상 및
- 체적 량의 에어로졸화 가능한 조성물의 초기 값, 에어로졸화 가능한 조성물의 화학적 성분 제형, 및 에어로졸화 가능한 조성물 내의 성분들의 상대 농도 중 어느 하나 이상 중 두가지에 따라 한 상기 값이 저장된 후 임의의 추가 후속 활성화 동안 히터에 대한 전력을 후속적으로 제어하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 전항 중 어느 한 항에 있어서, 임의의 이전 활성화 이후에 경과된 시간량을 모니터링하고, 상기 모니터링된 시간을 임계 값과 비교하고, 시간의 모니터링된 양이 임계 값을 초과하는 경우 장치를 자동으로 비 작동 상태로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성된 흡입 장치.
- 제 22 항에 있어서, 상기 흡입 장치가 카트리지형이고, 히터는 추가로 증착되는 실질적으로 평면 인 기판 상에 제공되며, 기질이 히터와 에어로졸화 가능한 조성물 둘 다를 지지하도록 에어로졸화 가능한 조성물에 영향받는 상기 히터가 적절한 가열 효과를 가질 수있는 관련 영역에서, 상기 기질, 히터 및 에어로졸화 가능한 조성물을 함께 또는 소모시 장치로부터 제거될 수 있고 그 후 새로운 카트리지로 교체될 수있는 카트리지 형태로 함께 제공되는 것을 특징으로 하는 흡입 장치.
- 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
- 세라믹, 플라스틱 및 유리 중 하나 이상으로부터 선택된 재료로 이루어지고 일정량의 에어로졸화 가능한 조성물을 지지하고 증착 하는 기질 상에 직접 제공되는 하나 이상의 전기 저항성 히터 요소,
- 히터 요소에 전기적으로 연결되고 그에 전달된 전력을 제어하도록 구성된 프로그램 가능한 전자 제어기,
- 사용자에 의해 작동되거나 작동될 때 장치가 작동 상태로 들어가도록하는 제어기와 통신하는 제 1 작동 장치,
- 제 1 작동 장치와 별개이고 제 1 작동 장치와 별개이며 비록 다른 방식으로 작동하지만 제 1 작동 장치에 의해 제공될 수 있는 활성화 수단을 포함하고
상기 장치는 상기 상태에서 에어로졸이 에어로졸화 가능한 조성물로부터 생성되도록 원인이되고 에어로졸화 가능한 조성물로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 흡입장치. - 제 24 항에 있어서, 한편으로 히터와 통신하고 다른 한편으로는 제어기와 통신하며 임의의 특정 순간에 히터의 하나 이상의 물리적 또는 화학적 특성의 동적 표시를 제어기에 제공하도록 구성되는 특정 피드백 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡입장치.
- 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하기 위해 흡입 장치용 프로그램 가능 제어기에서 동작하는 컴퓨터 프로그램.
- 제 26 항에 따른 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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