KR20210134361A - 에어로졸 전달 장치용 온도 제어 회로 - Google Patents
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Abstract
에어로졸 전달 장치가 제공된다. 에어로졸 전달 장치는 전원, 가열 요소의 온도에 비례하고 가변적인 저항을 가진 가열 요소 및 전원과 가열 요소에 및 그 사이에 결합된 전원 스위치를 포함한다. 에어로졸 전달 장치는 처리 회로 및 가열 요소와 처리 회로에 및 그 사이에 결합된 로우 사이드 전류 감지 회로를 또한 포함한다. 로우 사이드 전류 감지 회로는 가열 요소에서의 출력 히터 전압과 동일하거나 비례하는 출력 전압을 생성한다. 처리 회로는 출력 전압을 측정하고, 가열 요소의 저항을 결정하며, 저항으로부터 가열 요소의 온도를 결정하고, 온도가 사전결정된 설정 포인트에서 벗어날 때 전원 스위치로의 신호를 조정한다.
Description
본 개시는 흡연 물품과 같은 에어로졸 전달 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에어로졸의 생성을 위해 전기적으로 발생한 열을 이용할 수 있는 에어로졸 전달 장치(예를 들어, 일반적으로 전자 담배로 지칭되는 흡연 물품)에 관한 것이다. 흡연 물품은 에어로졸 전구체를 가열하도록 구성될 수 있는데, 이는 담배(tobacco)로부터 제조되거나 유래될 수 있는 재료를 포함하거나 담배를 포함할 수 있으며, 전구체는 인간의 소비를 위한 흡입성 물질을 형성할 수 있다.
담배 연소에 기반하는 흡연 제품에 대한 개선 또는 대안으로서 수년 동안 많은 흡연 물품이 제안되어왔다. 일부 예시적인 대안들은, 고체 또는 액체 연료를 연소시켜 담배에 열을 전달하거나 또는 화학 반응을 이용하여 그러한 열원을 제공하는 장치를 포함하였다. 다른 예시적인 대안들은, Worm 등의 미국 특허 제9,078,473호(이는 본원 명세서에 참조로 통합됨)에 설명된 바와 같이, 담배 및/또는 다른 에어로졸 발생 기재 재료(aerosol generating substrate materials)를 가열하기 위해 전기 에너지를 사용한다.
흡연 물품에 대한 개선점 또는 대안점은, 통상적으로 상당한 양의 불완전 연소 및 열분해 산물을 전달하지 않으면서 궐련, 시가 또는 파이프 흡연과 연관된 느낌을 제공하는 것이었다. 이를 위해, 전기 에너지를 사용하여 휘발성 재료를 기화 또는 가열하거나, 담배를 태우지 않으면서 궐련, 시가 또는 파이프 흡연의 느낌을 상당한 정도로 제공하려고 하는 수많은 흡연 제품, 향미 발생기(flavor generators) 및 약용 흡입기가 제안되어 왔다. 예를 들어, 참조로 본원에 통합되는, Robinson 등의 미국 특허 제 7,726,320 호에 설명된 배경기술에 제시된 다양한 대체 흡연 물품, 에어로졸 전달 장치 및 열 발생 소스, Griffith Jr. 등의 미국 특허출원 공개 제 2013/0255702 호, 및 Sears 등의 미국 특허출원 공개 제 2014/0096781 호를 참조한다. 또한, 예를 들어, 참조로 본원에 통합되는 Bless 등의 미국 특허출원 공개 제 2015/0220232 호에서 브랜드명 및 상업적 소스에 의해 참조되는 다양한 유형의 흡연 물품, 에어로졸 전달 장치 및 전동식 열 발생 소스를 참조한다. 브랜드명 및 상업적 소스에 의해 참조되는 추가 유형의 흡연 물품, 에어로졸 전달 장치 및 전동식 열 발생 소스는, 참조로 본원에 또한 통합되는 DePiano 등의 미국 특허출원 공개 제 2015/0245659 호에 나열되어 있다. 설명되어 있거나 몇몇 경우에 상용화된 다른 대표적인 궐련 또는 흡연 물품은, Gerth 등의 미국 특허 제 4,735,217 호, Brooks 등의 미국 특허 제 4,922,901 호, 제 4,947,874 호 및 제 4,947,875 호, Counts 등의 미국 특허 제 5,060,671 호, Morgan 등의 미국 특허 제 5,249,586 호, Counts 등의 미국 특허 제 5,388,594 호, Higgins 등의 미국 특허 제 5,666,977 호, Adams 등의 미국 특허 제 6,053,176 호, White의 미국 특허 제 6,164,287 호, Voges의 미국 특허 제 6,196,218 호, Felter 등의 미국 특허 제 6,810,883 호, Nichols의 미국 특허 제 6,854,461 호, Hon의 미국 특허 제 7,832,410 호, Kobayashi의 미국 특허 제 7,513,253 호, Robinson 등의 미국 특허 제 7,726,320 호, Hamano의 미국 특허 제 7,896,006 호, Shayan의 미국 특허 제 6,772,756 호, Hon의 미국 특허출원 공개 제 2009/0095311 호, Hon의 미국 특허출원 공개 제2006/0196518, 2009/0126745호 및 제 2009/0188490 호, Thorens 등의 미국 특허출원 공개 제 2009/0272379호, Monsees 등의 미국 특허출원 공개 제2009/0260641호 및 제2009/0260642호, Oglesby 등의 미국 특허출원 공개 제2008/0149118호 및 제 2010/0024834 호, Wang의 미국 특허출원 공개 제 2010/0307518 호, 및 Hon의 WO 2010/091593에 기술된 것들을 포함하며, 이들 각각은 본원에 참조로 포함된다.
통상적인 유형의 궐련, 시가 또는 파이프의 속성 다수와 닮은 대표적인 제품이, Philip Morris Incorporated의 ACCORD®, InnoVapor LLC의 ALPHA™, JOYE 510™ 및 M4™, White Cloud Cigarettes의 CIRRUS™ 및 FLING™, Fontem Ventures B.V.의 BLU™, EPUFFER® International Inc.의 COHITA™, COLIBRI™, ELITE CLASSIC™, MAGNUM™, PHANTOM™, 및 SENSE™, Electronic Cigarettes, Inc.의 DUOPRO™, STORM™ 및 VAPORKING®, Egar Australia의 EGAR™, Joyetech의 eGo-C™ 및 eGo-T™, Elusion UK Ltd의 ELUSION™, Eonsmoke LLC의 EONSMOKE®, FIN Branding Group, LLC의 FIN™, Green Smoke Inc. USA의 SMOKE®, Greenarette LLC의 GREENARETTE™, SMOKE STIK®의 HALLIGAN™, HENDU™, JET™, MAXXQ™, PINK™ 및 PITBULL™, Philip Morris International, Inc.의 HEATBAR™, Crown7의 HYDRO IMPERIAL™ 및 LXE™, LOGIC Technology의 LOGIC™ 및 THE CUBAN™, Luciano Smokes Inc.의 LUCI®, Nicotek, LLC의 METRO®, Sottera, Inc.의 NJOY® 및 ONEJOY™, SS Choice LLC의 NO. 7™, PremiumEstore LLC의 PREMIUM ELECTRONIC CIGARETTE™, Ruyan America, Inc.의 RAPP E-MYSTICK™, Red Dragon Products, LLC의 RED DRAGON™, Ruyan Group (Holdings) Ltd.의 RUYAN®, Smoker Friendly International, LLC의 SF®, The Smart Smoking Electronic Cigarette Company Ltd.의 GREEN SMART SMOKER®, Coastline Products LLC의 SMOKE ASSIST®, Smoking Everywhere, Inc.의 SMOKING EVERYWHERE®, VMR Products LLC의 V2CIGS™, VaporNine LLC의 VAPOR NINE™, Vapor 4 Life, Inc.의 VAPOR4LIFE®, E-CigaretteDirect, LLC의 VEPPO™, R J Reynolds Vapor Company의 VUSE®, Mistic Ecigs의 MISTIC MENTHOL, CN Creative Ltd의 VYPE, Philip Morris International의 IQOS™, British American Tobacco의 GLO™, Nu Mark LLC의 MARK TEN 제품, 및 Juul Labs, Inc.의 JUUL 제품으로 시장에 출시되었다. 또 다른 전동식 에어로졸 전달 장치 및 특히 소위 전자 담배로 규정된 장치들이 COOLER VISIONS™, DIRECT E-CIG™, DRAGONFLY™, EMIST™, EVERSMOKE™, GAMUCCI™, HYBRID FLAME™, KNIGHT STICKS™, ROYAL BLUES™, SMOKETIP® 및 SOUTH BEACH SMOKE™의 제품명으로 시장에 출시되었다.
그러나, 장치의 유용성을 확장할 수 있는 것과 같은 개선된 전자 기술을 갖는 에어로졸 전달 장치를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시는 에어로졸을 생성하도록 구성된 에어로졸 전달 장치에 관한 것으로, 일부 구현에서 에어로졸 전달 장치는 전자 담배 또는 가열-비연소식(heat-not-burn) 궐련으로 지칭될 수 있다. 본 개시는 다음의 예시적 구현들을 제한없이 포함한다.
예시적인 구현 1: 에어로졸 전달 장치로서, 전압을 제공하도록 구성된 전원과, 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 기화시키도록 전력을 공급받을 수 있는 가열 요소 - 가열 요소는 가열 요소의 온도에 비례하고 가변적인 저항을 가짐 - 와, 전원과 가열 요소에 및 그 사이에 결합된 전원 스위치와, 전원 스위치에 결합되고, 가열 시구간 동안 신호를 출력하여 전원 스위치로 하여금 가열 요소에 전력을 공급하도록 전원에 의해 제공되는 전압을 전환 가능하게 연결 및 연결해제하게 하고, 전원에 의해 제공되는 전압과 동일하거나 비례하는 가열 요소에서의 입력 히터 전압을 측정하도록 구성된 처리 회로와, 가열 요소와 처리 회로에 및 그 사이에 결합되고, 가열 요소에서의 출력 히터 전압과 동일하거나 비례하는 출력 전압을 생성하도록 구성된 로우 사이드 전류 감지 회로를 포함하되, 처리 회로는 출력 전압을 측정하고, 입력 히터 전압 및 출력 전압으로부터 가열 요소의 저항을 결정하며, 저항으로부터 가열 요소의 온도를 결정하고, 온도가 사전결정된 설정 포인트에서 벗어날 때 신호를 조정하도록 더 구성되는, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 2: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 전원은 하나 이상의 배터리 또는 배터리 셀을 포함하는, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 3: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 처리 회로는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하고, PWM 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 구성되는, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 4: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 가열 요소는 백금(Pt), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 적어도 하나의 합금을 포함하는 원소로 형성되는, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 5: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 에어로졸 전구체 조성물은 액체, 고체 또는 반고체 중 하나 이상을 포함하는, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 6: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 가열 요소에서의 입력 히터 전압은 전원에 의해 제공되는 전압과 동일한, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 7: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 에어로졸 전달 장치는 전원 스위치를 포함하는 스위칭 레귤레이터를 더 포함하고, 스위칭 레귤레이터는 전원에 의해 제공되는 전압을 입력 히터 전압으로 낮추도록 구성되며 이로써 전원에 의해 제공되는 전압에 비례하는, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 8: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 로우 사이드 전류 감지 회로는 가열 요소의 출력과 접지에 및 그 사이에 결합된 션트 저항기를 포함하고, 로우 사이드 전류 감지 회로에 의해 생성된 출력 전압은 출력 히터 전압과 동일하고, 출력 히터 전압은 션트 저항기에서의 입력 저항기 전압과 동일하며, 처리 회로는 션트 저항기의 저항 값으로부터 또한 가열 요소의 저항을 결정하도록 구성되는, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 9: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 로우 사이드 전류 감지 회로는 비반전 연산 증폭기 회로 및 션트 저항기를 포함하고, 이들 모두는 가열 요소의 출력에 결합되며, 처리 회로는 비반전 연산 증폭기 회로의 이득 및 션트 저항기의 저항 값으로부터 또한 가열 소자의 저항을 결정하도록 구성되는, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 10: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 션트 저항의 저항 값은 비반전 연산 증폭기 회로의 이득의 역수인, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 11: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 로우 사이드 전류 감지 회로는 비반전 연산 증폭기에 결합되고 비반전 연산 증폭기의 잡음 이득을 제거하도록 구성된 2개의 디커플링 커패시터를 더 포함하는, 에어로졸 전달 장치.
예시적인 구현 12: 에어로졸 전달 장치용 제어 본체로서, 제어 본체는, 전압을 제공하도록 구성된 전원과, 가열 요소 또는 가열 요소를 제어 본체에 연결하도록 구성된 단자 - 가열 요소는 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 기화시키도록 전력을 공급받을 수 있고 가열 요소의 온도에 비례하고 가변적인 저항을 가짐 - 와, 전원과 가열 요소에 및 그 사이에 결합된 전원 스위치와, 전원 스위치에 결합되고, 가열 시구간 동안 신호를 출력하여 전원 스위치로 하여금 가열 요소에 전력을 공급하도록 전원에 의해 제공되는 전압을 전환 가능하게 연결 및 연결해제하게 하고, 전원에 의해 제공되는 전압과 동일하거나 비례하는 가열 요소에서의 입력 히터 전압을 측정하도록 구성된 처리 회로와, 가열 요소와 처리 회로에 및 그 사이에 결합되고, 가열 요소에서의 출력 히터 전압과 동일하거나 비례하는 출력 전압을 생성하도록 구성된 로우 사이드 전류 감지 회로를 포함하되, 처리 회로는 출력 전압을 측정하고, 입력 히터 전압 및 출력 전압으로부터 가열 요소의 저항을 결정하며, 저항으로부터 가열 요소의 온도를 결정하고, 온도가 사전결정된 설정 포인트에서 벗어날 때 신호를 조정하도록 더 구성되는, 제어 본체.
예시적인 구현 13: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 전원은 하나 이상의 배터리 또는 배터리 셀을 포함하는, 제어 본체.
예시적인 구현 14: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 처리 회로는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하고, PWM 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 구성되는, 제어 본체.
예시적인 구현 15: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 가열 요소는 백금(Pt), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 적어도 하나의 합금을 포함하는 원소로 형성되는, 제어 본체.
예시적인 구현 16: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 에어로졸 전구체 조성물은 액체, 고체 또는 반고체 중 하나 이상을 포함하는, 제어 본체.
예시적인 구현 17: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 가열 요소에서의 입력 히터 전압은 전원에 의해 제공되는 전압과 동일한, 제어 본체.
예시적인 구현 18: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 에어로졸 전달 장치는 전원 스위치를 포함하는 스위칭 레귤레이터를 더 포함하고, 스위칭 레귤레이터는 전원에 의해 제공되는 전압을 입력 히터 전압으로 낮추도록 구성되며 이로써 전원에 의해 제공되는 전압에 비례하는, 제어 본체.
예시적인 구현 19: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 로우 사이드 전류 감지 회로는 가열 요소의 출력과 접지에 및 그 사이에 결합된 션트 저항기를 포함하고, 로우 사이드 전류 감지 회로에 의해 생성된 출력 전압은 출력 히터 전압과 동일하고, 출력 히터 전압은 션트 저항기에서의 입력 저항기 전압과 동일하며, 처리 회로는 션트 저항기의 저항 값으로부터 또한 가열 요소의 저항을 결정하도록 구성되는, 제어 본체.
예시적인 구현 20: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 로우 사이드 전류 감지 회로는 비반전 연산 증폭기 회로 및 션트 저항기를 포함하고, 이들 모두는 가열 요소의 출력에 결합되며, 처리 회로는 비반전 연산 증폭기 회로의 이득 및 션트 저항기의 저항 값으로부터 또한 가열 소자의 저항을 결정하도록 구성되는, 제어 본체.
예시적인 구현 21: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 션트 저항의 저항 값은 비반전 연산 증폭기 회로의 이득의 역수인, 제어 본체.
예시적인 구현 22: 임의의 선행하는 예시적인 구현 또는 임의의 선행하는 예시적인 구현의 임의의 조합에 있어서, 로우 사이드 전류 감지 회로는 비반전 연산 증폭기에 결합되고 비반전 연산 증폭기의 잡음 이득을 제거하도록 구성된 2개의 디커플링 커패시터를 더 포함하는, 제어 본체.
본 개시의 이들 및 다른 특징, 측면 및 이점은 이하에 간략하게 설명되는 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다. 본 개시는, 본 개시에 제시된 특징 또는 요소가 본 명세서에 설명된 특정 예시적 구현에서 명시적으로 조합되거나 달리 언급되는지 여부에 관계없이, 본 개시에 제시된 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 특징 또는 요소의 임의의 조합을 포함한다. 본 개시는, 본 개시의 문맥상 명백하게 달리 표시되지 않는 한, 본 개시의 임의의 분리 가능한 특징 또는 요소가 임의의 측면 및 예시적 구현에서 조합 가능한 것으로 간주되도록 총체적으로 판독되도록 의도된다.
따라서, 이 '발명의 내용' 항목은 본 개시의 일부 측면의 기본적인 이해를 제공하기 위해 일부 예시적 구현을 요약하기 위한 목적으로만 제공된다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 앞에서 설명된 예시적 구현은 단지 예시일 뿐이며 어떤 방식으로든 본 개시의 범위 또는 사상을 좁히는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것이 이해될 것이다. 다른 예시적 구현, 측면 및 이점은, 일부 설명된 예시적 구현의 원리를 예로써 도시하는 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
앞에서 일반적인 용어로 본 개시의 양태들을 설명했다면 이제는 첨부 도면을 참조할 것인데, 도면은 반드시 축척대로 그려진 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 예시적 구현에 따른, 서로 결합되는 카트리지와 제어 본체를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 사시도이다.
도 2는 예시적 구현에 따른, 카트리지와 제어 본체가 서로 분리되는 도 1의 에어로졸 전달 장치의 부분 절개도이다.
도 3 및 도 4는 본 개시의 다른 예시적 구현에 따른, 각각 서로 결합되고 서로 분리되는 제어 본체와 에어로졸 소스 부재를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 예시적 구현에 따른, 도 3 및 도 4의 에어로졸 전달 장치의 정면도 및 그를 통한 단면도를 각각 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 예시적인 구현에 따른 에어로졸 전달 장치의 회로도를 도시한다.
도 8 및 도 9는 예시적인 구현에 따른, 에어로졸 전달 장치의 구성요소의 회로도를 도시한다.
도 1은 본 개시의 예시적 구현에 따른, 서로 결합되는 카트리지와 제어 본체를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 사시도이다.
도 2는 예시적 구현에 따른, 카트리지와 제어 본체가 서로 분리되는 도 1의 에어로졸 전달 장치의 부분 절개도이다.
도 3 및 도 4는 본 개시의 다른 예시적 구현에 따른, 각각 서로 결합되고 서로 분리되는 제어 본체와 에어로졸 소스 부재를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 예시적 구현에 따른, 도 3 및 도 4의 에어로졸 전달 장치의 정면도 및 그를 통한 단면도를 각각 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 예시적인 구현에 따른 에어로졸 전달 장치의 회로도를 도시한다.
도 8 및 도 9는 예시적인 구현에 따른, 에어로졸 전달 장치의 구성요소의 회로도를 도시한다.
본 개시는 이제 그 예시적 구현을 참조하여 이하에서 더 완전하게 설명될 것이다. 이러한 예시적 구현은 본 개시가 철저하고 완전한 것이 되고 본 개시의 범위를 당업자에게 완전히 전달할 수 있도록 설명된다. 실제로, 본 개시는 많은 상이한 형태로 구체화될 수 있고, 여기에 설명된 구현으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 오히려, 이러한 구현은 적용가능한 법적 요건을 이 개시가 충족시킬 수 있도록 제공된다. 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 정량적 측정, 값, 기하학적 관계 등을 참조할 수 있지만, 달리 명시되지 않는 한, 이들 전부는 아니더라도 하나 이상은 엔지니어링 공차 등으로 인해 발생할 수 있는 허용가능한 편차를 고려하는 근사적인 것 또는 절대적인 것일 수 있다.
이하에서 설명되는 바와 같이, 본 개시의 예시적인 구현은 에어로졸 전달 장치에 관한 것이다. 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치는 재료를 가열하여(바람직하게는 재료를 현저히 연소시키지 않고) 흡입성 물질을 형성하는 데 전기 에너지를 사용하고, 이러한 시스템의 구성요소는 가장 바람직하게는 휴대 장치로 간주되기에 충분히 콤팩트한 물품의 형태를 갖는다. 즉, 바람직한 에어로졸 전달 장치의 구성요소의 사용은 에어로졸이 주로 담배의 연소 또는 열분해의 부산물에 기인한다는 의미에서 연기를 생성하지 않지만, 오히려 이들 바람직한 시스템의 사용은 내부에 포함된 소정 성분들의 휘발 또는 기화로부터 증기를 발생시킨다. 일부 예시적인 구현에서, 에어로졸 전달 장치의 구성요소는 전자 담배로 특징지어질 수 있고, 이들 전자 담배는 가장 바람직하게는 담배 및/또는 담배로부터 유도된 성분을 포함하고, 따라서 에어로졸 형태의 담배 부산물을 전달한다.
소정의 바람직한 에어로졸 전달 장치의 에어로졸 생성 구성요소는 담배의 임의의 성분의 실질적인 연소 없이도, 담배를 점화 및 태워서(따라서 담배 연기를 흡입하여) 사용되는 궐련, 시가 또는 파이프를 흡연하는 많은 감각들(예를 들어, 흡입 및 배출 습관, 맛 또는 향의 유형, 감각적 효과, 물리적 느낌, 사용 습관, 예를 들어, 시각적인 에어로졸에 의해 제공된 시각적 신호 등)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 일부 예시적인 구현예에 따른 에어로졸 전달 장치의 사용자는 흡연자가 전통적인 형태의 흡연 물품을 사용하는 것과 매우 흡사하게 해당 구성요소를 쥐고 사용할 수 있으며, 해당 구성요소에 의해 생성된 에어로졸의 흡입을 위해 해당 구성요소의 일단을 흡인할 수 있고, 선택된 시간 간격으로 퍼프(puff)를 흡인 및 배출하는 등의 행위를 할 수 있다.
시스템이 소위 "전자 담배", "담배 가열 제품" 등과 같은 에어로졸 전달 장치와 관련된 구현예의 관점에서 일반적으로 설명되었지만, 메커니즘, 컴포넌트, 특징 및 방법은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고 다양한 용품들과 관련될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 제공된 설명은 종래의 흡연 물품들(예를 들어, 궐련, 시가, 파이프 등), 가열-비연소 궐련 및 관련 패키징의 구현과 연계하여 본 명세서에 개시된 임의의 제품들에 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 메커니즘, 구성요소, 특징 및 방법에 대한 설명은 에어로졸 전달 장치와 관련된 구현예의 측면에서 예로서만 논의되고, 다양한 다른 제품들 및 방법들에서 구체화되고 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치는 또한 증기 생성 물품 또는 약물 전달 물품인 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 이러한 물품 또는 장치는 하나 이상의 물질(예컨대, 향미료 및/또는 약학적 활성 성분)을 흡입 가능한 형태 또는 상태로 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 흡입성 물질은 실질적으로 증기(즉, 그 임계점 미만의 온도에서 기체 상태인 물질)의 형태일 수 있다. 대안적으로, 흡입성 물질은 에어로졸(즉, 기체 내의 미세한 고체 입자 또는 액적의 현탁액)의 형태일 수 있다. 단순화를 위해, 본 명세서에서 사용되는 "에어로졸"이란 용어는 시각적인지 여부 및 연기 등으로 간주될 수 있는 형태인지 여부와 무관하게, 사람의 흡입에 적합한 형태 또는 유형의 증기, 가스 및 에어로졸을 포함하는 것을 의미한다.
사용시, 본 개시의 에어로졸 전달 장치는 종래 유형의 흡연 물품(예를 들어, 담배를 점화 및 흡입할 때 사용되는 궐련, 시가 또는 파이프)을 사용할 때, 개인이 취하는 많은 물리적 동작들에 놓일 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 에어로졸 전달 장치의 사용자는 종래 유형의 흡연 물품과 상당히 유사하게 그 물품을 잡고, 그 물품에 의해 생성된 에어로졸의 흡입을 위해 그 물품의 일단을 흡인하고, 선택된 시간 간격으로 퍼프를 흡인하는 것 등을 할 수 있다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치는 일반적으로 본체 또는 쉘(shell)로 지칭될 수 있는 외부 하우징 내에 제공된 다수의 구성요소를 포함한다. 하우징의 전체 설계는 변경될 수 있으며, 에어로졸 전달 장치의 전체 크기와 형상을 정의할 수 있는 하우징의 포맷 또는 구성은 변경될 수 있다. 전형적으로, 궐련 또는 시가의 형상을 닮은 세장형 본체(elongated body)는 단일의 일체형 하우징으로 형성될 수 있거나, 또는 세장형 하우징은 두 개 이상의 개별 본체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전달 장치는 실질적으로 튜브 형상이고 따라서 종래의 궐련 또는 시가의 형상과 유사할 수 있는 세장형 하우징을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에어로졸 전달 장치의 구성요소는 모두 하나의 하우징 내에 수용된다. 이와 달리, 에어로졸 전달 장치는 결합 및 분리 가능한 두 개 이상의 하우징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전달 장치의 일단에는 하나 이상의 재사용 가능한 구성요소(예컨대, 충전식 배터리, 충전식 수퍼커패시터, 고체 상태 배터리(SSB), 박막 SSB, 리튬 이온 또는 하이브리드 리튬 이온 수퍼커패시터와 같은 축전지, 및 해당 물품의 작동을 제어하기 위한 각종 전자기기)를 수용하는 하우징을 포함하는 제어 본체를 구비할 수 있고, 타단에는 제어 본체에 착탈 가능하게 결합되는, 일회용 부분(예컨대, 일회용 향미료-함유 카트리지)을 수용하는 외부 본체 또는 쉘을 구비할 수 있다. 단일 하우징 유형의 유닛 내 또는 다수의 분리 가능한 하우징 유형의 유닛 내의 구성요소의 보다 구체적인 포맷, 구성 및 배열은 본 명세서에 제공된 추가 설명에 의해 자명할 것이다. 또한, 상업적으로 이용 가능한 전자 에어로졸 전달 장치를 고려하면 다양한 에어로졸 전달 장치의 디자인 및 구성요소 배열을 이해할 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 궐련 한 갑과 유사한 모양 및 크기와 British American Tobacco의 GLO™ 및 Philip Morris International, Inc.의 IQOS™에서 사용되는 것과 같은 폼 팩터를 갖는 장치 하우징을 비롯하여, 대안적인 비-튜브형 하우징 폼 팩터도 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
이하에서 보다 자세히 설명되는 바와 같이, 본 개시의 에어로졸 전달 장치는 전원(즉, 전기 전원), 적어도 하나의 제어 구성요소(예를 들어, 전원으로부터 에어로졸 전달 장치의 다른 구성요소로의 전류 흐름을 제어함으로써 열 발생을 위한 전력의 활성화, 제어, 조절 및 중단을 위한 수단), 가열 요소(전기 저항 가열 요소 또는 기타 구성요소 및/또는 유도 코일 또는 기타 관련된 구성요소 및/또는 하나 이상의 복사 가열 요소), 충분한 열이 인가되면 에어로졸을 생성할 수 있는 에어로졸 전구체 조성물(예를 들어, 고체 담배 물질, 반고체 담배 물질 또는 액체 에어로졸 전구체 조성물), 및 에어로졸 흡입을 위해 에어로졸 전달 장치에서의 흡인을 허용하는 마우스 단부(mouthend) 영역 또는 팁(예를 들어, 생성된 에어로졸이 흡입 시, 그로부터 배출될 수 있도록 물품을 관통하는 한정된 공기 유동 경로)의 일부 조합을 포함한다. 일부 구현에서, 전원은 하나 이상의 배터리 또는 배터리 셀을 포함한다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치 내의 구성요소의 배열은 다양할 수 있다. 특정 구현에서, 에어로졸 전구체 조성물은 사용자에게 에어로졸 전달을 최대화하도록 사용자의 입 근처에 위치하도록 구성될 수 있는 에어로졸 전달 장치의 단부 근처에 위치될 수 있다. 그러나, 다른 구성들이 배제되는 것은 아니다. 일반적으로, 가열 요소는 에어로졸 전구체 조성물에 충분히 근접시켜서, 가열 요소로부터의 열이 에어로졸 전구체(및 사용자에게도 마찬가지로 전달되도록 제공될 수 있는 하나 이상의 향미제, 약제 등)를 기화시키고 사용자에게 전달하기 위한 에어로졸을 형성시킬 수 있다. 가열 요소가 에어로졸 전구체 조성물을 가열할 때, 에어로졸은 소비자가 흡입하기에 적합한 물리적 형태로 형성, 방출 또는 생성된다. 상술한 용어들은 방출, 방출하는, 방출되는 또는 방출된에 대한 언급이 형성 또는 생성, 형성하는 또는 생성하는, 형성된 또는 생성된을 포함하도록 상호 교환될 수 있음을 알아야 한다. 구체적으로, 흡입 가능한 물질은 증기 또는 에어로졸 또는 이들의 혼합물의 형태로 방출되며, 이러한 용어들도 달리 특정된 경우를 제외하고는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용된다.
상술한 바와 같이, 에어로졸 전달 장치는 배터리, 수퍼커패시터, SSB 또는 기타 전원을 통합하여 가열 요소의 구동, 제어 시스템의 구동, 표시기의 작동 등과 같은 다양한 기능을 에어로졸 전달 장치에 제공하기에 충분한 전류 흐름을 제공할 수 있다. 전원은 다양한 구현예를 취할 수 있다. 바람직하게는, 전원은 에어로졸 형성물을 제공하기 위해 가열 요소를 신속하게 가열하고 에어로졸 전달 장치에 원하는 시간 동안의 사용 내내 전력을 공급하기에 충분한 전력을 전달할 수 있다. 전원은 에어로졸 전달 장치를 쉽게 다룰 수 있도록 에어로졸 전달 장치 내에 편리하게 장착되는 크기로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 바람직한 전원은 바람직한 흡연 경험을 저해하지 않도록 충분히 경량이어야 한다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치 내의 구성요소의 더욱 구체적인 포맷, 구성 및 배열은 이후에 제공되는 추가 설명을 고려하면 자명해질 것이다. 또한, 다양한 에어로졸 전달 장치 구성요소의 선택은 상업적으로 이용 가능한 전자 에어로졸 전달 장치를 고려하여 평가될 수 있다. 또한, 에어로졸 전달 장치 내의 구성요소의 배열도 상업적으로 이용 가능한 전자 에어로졸 전달 장치를 고려하여 평가될 수 있다.
이하에 설명되는 바와 같이, 본 개시는 에어로졸 전달 장치에 관한 것이다. 에어로졸 전달 장치는 에어로졸 전구체 조성물(때때로 흡입성 물질 매질이라고도 함)을 가열하여 에어로졸(흡입성 물질)을 생성하도록 구성될 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물은 고체 담배 재료, 반고체 담배 재료, 또는 액체 에어로졸 전구체 조성물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 에어로졸 전달 장치는 유체 에어로졸 전구체 조성물(예컨대, 액체 에어로졸 전구체 조성물)을 가열하여 그로부터 에어로졸을 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 에어로졸 전달 장치는 소위 전자 담배를 포함할 수 있다. 다른 구현에서, 에어로졸 전달 장치는 가열-비연소식(heat-not-burn) 장치를 포함할 수 있다.
증기 전구체 조성물 또는 "e-액체"라고도 하는 액체 에어로졸 전구체 조성물은, 예를 들어 다가 알코올(polyhydric alcohol)(예컨대, 글리세린, 프로필렌 글리콜, 또는 이들의 혼합물), 니코틴, 담배, 담배 추출물, 및/또는 향미제를 포함하는 다양한 성분을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 에어로졸 전구체 조성물은 글리세린 및 니코틴을 포함한다.
다양한 구현과 함께 사용될 수 있는 일부 액체 에어로졸 전구체 조성물은, 레불린산(levulinic acid), 숙신산, 젖산, 피루브산, 벤조산, 푸마르산, 이들의 조합 등과 같은 하나 이상의 산을 포함할 수 있다. 니코틴을 포함하는 액체 에어로졸 전구체 조성물에 산(들)을 포함시키면 염 형태의 니코틴을 포함하는 양성자화된(protonated) 액체 에어로졸 전구체 조성물을 제공할 수 있다. 대표적인 유형의 액체 에어로졸 전구체 조성물 및 제형(formulations)은, Robinson 등의 미국 특허 제 7,726,320 호, Chong 등의 미국 특허 제 9,254,002 호, Zheng 등의 미국 특허출원 공개 제 2013/0008457 호, Lipowicz 등의 미국 특허출원 공개 제 2015/0020823 호 및 Koller의 미국 특허출원 공개 제 2015/0020830 호뿐만 아니라, Bowen 등의 PCT 특허출원 공개 제 WO 2014/182736 호, 및 Collett 등의 미국 특허 제 8,881,737 호에 제시되고 특성화되며, 이들의 개시내용은 본원에 참조로 포함된다. 사용될 수 있는 다른 에어로졸 전구체는 앞에서 식별된 다수의 대표적인 제품 중 임의의 것에 포함된 에어로졸 전구체를 포함한다. 또한, 전자 담배용으로 Johnson Creek Enterprises LLC에서 입수 가능한 소위 "연기 주스(smoke juices)"가 바람직하다. 또 다른 예의 에어로졸 전구체 조성물은 BLACK NOTE, COSMIC FOG, THE MILKMAN E-LIQUID, FIVE PAWNS, THE VAPOR CHEF, VAPE WILD, BOOSTED, THE STEAM FACTORY, MECH SAUCE, CASEY JONES MAINLINE RESERVE, MITTEN VAPORS, DR. CRIMMY'S V-LIQUID, SMILEY E LIQUID, BEANTOWN VAPOR, CUTTWOOD, CYCLOPS VAPOR, SICBOY, GOOD LIFE VAPOR, TELEOS, PINUP VAPORS, SPACE JAM, MT. BAKER VAPOR, 및 JIMMY THE JUICE MAN라는 브랜드명으로 판매된다. 비등성(effervescent) 재료의 구현이 에어로졸 전구체와 함께 사용될 수 있으며, 이는 예를 들어 본원에 참조로 통합되는 Hunt 등의 미국 특허출원 공개 제 2012/0055494 호에 설명되어 있다. 또한, 비등성 재료의 사용은 예를 들어 Niazi 등의 미국 특허 제 4,639,368 호, Wehling 등의 미국 특허 제 5,178,878 호, Wehling 등의 미국 특허 제 5,223,264 호, Pather 등의 미국 특허 제 6,974,590 호, Bergquist 등의 미국 특허 제 7,38 1,667 호, Crawford 등의 미국 특허 제 8,424,541 호, Strickland 등의 미국 특허 제 8,627,828 호, 및 Sun 등의 미국 특허 제 9,307,787 호뿐만 아니라, Brinkley 등의 미국 특허출원 공개 제 2010/0018539 호 및 Johnson 등의 PCT 특허출원 공개 제 WO 97/06786 호에 설명되어 있으며, 이들 모두는 본원에 참조로 포함된다.
에어로졸 전구체를 지지하기 위한 대표적인 유형의 기재, 저장소 또는 다른 구성요소는 Newton의 미국 특허 제 8,528,569 호, Chapman 등의 미국 특허출원 공개 제 2014/0261487 호, Davis 등의 미국 특허출원 공개 제 2015/0059780 호, 및 Bless 등의 미국 특허출원 공개 제 2015/0216232 호에 설명되어 있으며, 이들 모두는 본원에 참조로 포함된다. 또한, 다양한 위킹(wicking) 재료와, 소정 유형의 전자 담배 내에서 이러한 위킹 재료의 구성 및 동작은 Sears 등의 미국 특허 제 8,910,640 호에 제시되어 있으며, 이는 본원에 참조로 포함된다.
다른 구현에서, 에어로졸 전달 장치는 고체 에어로졸 전구체 조성물(예컨대, 압출 담배 막대) 또는 반고체 에어로졸 전구체 조성물(예컨대, 글리세린-적재 담배 페이스트)을 가열하도록 구성된 가열-비연소식 장치를 포함할 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물은 담배-함유 비드, 담배 조각, 담배 스트립, 재구성된 담배 재료, 또는 이들의 조합, 및/또는 미세하게 분쇄된 담배의 믹스, 담배 추출물, 분무 건조 담배 추출물, 또는 선택적 무기 재료(예컨대, 탄산 칼슘), 선택적 향미제, 및 실질적으로 고체 또는 성형 가능한(예컨대, 압출 가능한) 기재를 형성하는 에어로졸 형성 재료가 혼합된 다른 담배 형태를 포함할 수 있다. 대표적인 유형의 고체 및 반고체 에어로졸 전구체 조성물 및 제형은 Thomas 등의 미국 특허 제 8,424,538 호, Sebastian 등의 미국 특허 제 8,464,726 호, Conner 등의 미국 특허출원 공개 제 2015/0083150 호, Ademe 등의 미국 특허출원 공개 제 2015/0157052호, 및 Nordskog 등의 미국 특허출원 공개 제 2017/0000188 호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 본원에 참조로 포함된다. 또 다른 대표적인 유형의 고체 및 반고체 에어로졸 전구체 조성물 및 배열은 British American Tobacco의 GLO™ 제품용 NEOSTIKS™ 소모품 에어로졸 소스 부재와 Philip Morris International, Inc.의 IQOS™ 제품용 HEETS™ 소모품 에어로졸 소스 부재에서 발견되는 것들을 포함한다.
다양한 구현에서, 흡입성 물질은 구체적으로 담배 성분 또는 담배 유래 재료(즉, 담배에서 직접 분리되거나 합성적으로 조제될 수 있는 담배에서 자연적으로 발견되는 재료)일 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전구체 조성물은 불활성 기재와 조합된 담배 추출물 또는 그 조각을 포함할 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물은 연소 온도 미만의 온도로 가열될 때 흡입성 물질을 방출하는 비연소 담배 또는 비연소 담배를 함유하는 조성물을 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현 예에서, 에어로졸 전구체 조성물은 담배 응축물 또는 그 조각(즉, 향미 및 가능하다면 니코틴을 남기는 담배의 연소에 의해 생성되는 연기의 응축된 성분)을 포함할 수 있다.
본 개시에서 유용한 담배 재료는 다양할 수 있으며, 예를 들어, 철관 건조 담배(flue-cured tobacco), 버얼리종 담배(burley tobacco), 오리엔탈 담배(Oriental tobacco) 또는 메릴랜드 담배(Maryland tobacco), 다크 담배(dark tobacco), 다크 파이어 담배(dark-fired tobacco) 및 루스티카 담배(Rustica tobaccos)뿐만 아니라, 다른 희귀 또는 특수 담배 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 담배 재료는 또한 소위 "혼합된(blended)" 형태 및 가공된 형태, 예를 들어 가공된 담배 줄기(예컨대, 컷-롤형(cut-rolled) 또는 컷-퍼프형(cut-puffed) 줄기), 부피 팽창형 담배(예컨대, 바람직하게는 컷 필러(cut filler) 형태의 드라이아이스 팽창형 담배(dry ice expanded tobacco: DIET)와 같은 퍼프형 담배), 재구성된 담배(예컨대, 종이 제조 유형 또는 캐스트 시트 유형의 공정을 사용하여 제조된 재구성 담배)를 포함할 수 있다. 다양한 대표적인 담배 유형, 가공된 담배 유형 및 담배 혼합물 유형은, Lawson 등의 미국 특허 제 4,836,224 호, Perfetti 등의 미국 특허 제 4,924,888 호, Brown 등의 미국 특허 제 5,056,537 호, Brinkley 등의 미국 특허 제 5,159,942 호, Gentry의 미국 특허 제 5,220,930 호, Blakley 등의 미국 특허 제 5,360,023 호, Shafer 등의 미국 특허 제 6,701,936 호, Li 등의 미국 특허 제 7,011,096 호, 및 Li 등의 미국 특허 제 7,017,585 호, Lawson 등의 미국 특허 제 7,025,066 호, Perfetti 등의 미국 특허출원 공개 제 2004/0255965 호, Bereman의 PCT 특허출원 공개 제 WO 02/37990 호, 및 Bombick 등의 Fund. Appl. Toxicol., 39, p. 11-17(1997)에 제시되어 있으며, 이들은 본원에 참조로 포함된다. 본 개시에 따른 것을 포함하여 흡연 장치에 유용할 수 있는 추가의 예시적 담배 조성물은 Robinson 등의 미국 특허 제 7,726,320 호에 개시되어 있으며, 이는 본원에 참조로 포함된다.
또한, 에어로졸 전구체 조성물은 흡입성 물질 또는 그 전구체가 내부에 통합되거나 위에 증착된 불활성 기재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 흡입성 물질을 포함하는 액체는 불활성 기재 상에 코팅되거나 흡수되거나 흡착될 수 있어서, 열을 가할 때 흡입성 물질은 정압 또는 부압(positive or negative pressure)의 인가를 통해 본 발명의 물품으로부터 인출될 수 있는 형태로 방출된다. 일부 측면에서, 에어로졸 전구체 조성물은 컷 필러 형태의 향미 및 아로마 담배의 혼합물 포함할 수 있다. 또 다른 측면에서, 에어로졸 전구체 조성물은 Pryor 등의 미국 특허 제 4,807,809 호, Pryor 등의 미국 특허 제 4,889,143 호, 및 Raker의 미국 특허 제 5,025,814 호(이들의 개시내용은 본원에 참조로 통합됨)에 기술된 바와 같은 재구성된 담배 재료를 포함할 수 있다. 적합한 에어로졸 전구체 조성물에 관한 추가 정보에 대해서는, 2018년 3월 9일에 출원된 Sur 등의 미국 특허출원 제 15/916,834 호(이는 본원에 참조로 통합됨)를 참조한다.
가열되는 에어로졸 전구체 조성물의 유형에 관계없이, 에어로졸 전달 장치는 에어로졸 전구체 조성물을 가열하도록 구성된 가열 요소를 포함할 수 있다. 몇몇 구현에서, 가열 요소는 유도 히터이다. 이러한 히터는 종종 유도 송신기 및 유도 수신기를 포함한다. 유도 송신기는 교류가 통과할 때 진동 자기장(예컨대, 시간에 따라 주기적으로 변하는 자기장)을 생성하도록 구성된 코일을 포함할 수 있다. 유도 수신기는 유도 송신기 내에 적어도 부분적으로 위치하거나 수용될 수 있고, 전도성 재료(예컨대, 강자성 재료 또는 알루미늄 코팅 재료)를 포함할 수 있다. 유도 송신기에 교류가 흐르게 함으로써 유도를 통해 유도 수신기에서 와전류가 발생될 수 있다. 유도 수신기를 정의하는 재료의 저항을 통해 흐르는 와전류는 이를 주울 가열에 의해(즉, 주울 효과를 통해) 가열할 수 있다. 분무기(atomizer)를 정의할 수 있는 유도 수신기는 유도 수신기에 근접하게 위치된 에어로졸 전구체 조성물로부터 에어로졸을 형성하기 위해 무선으로 가열될 수 있다. 유도 히터를 갖는 에어로졸 전달 장치의 다양한 구현은, Davis 등의 미국 특허출원 공개 제 2017/0127722 호, Sur 등의 미국 특허출원 공개 제 2017/0202266 호, 2016년 11월 15일 출원된 Sur 등의 미국 특허출원 제 15/352,153 호, 2017년 10월 31일 출원된 Sebastian 등의 미국 특허출원 제 15/799,365 호, 및 Sur의 미국 특허출원 제 15/836,086 호에 설명되어 있으며, 이들 모두는 본원에 참조로 포함된다.
본 명세서에 보다 구체적으로 설명된 것들을 포함하는 다른 구현에서, 가열 요소는 전기 저항 히터의 경우에서와 같은 전도성 히터이다. 이러한 히터는 전류가 통과할 때 열을 생성하도록 구성될 수 있다. 다양한 구현에서, 전도성 히터는 포일, 폼, 디스크, 나선형, 섬유, 와이어, 필름, 실(yarns), 스트립, 리본 또는 원통의 형태와 같은 다양한 형태로 제공될 수 있다. 이러한 히터는 종종 금속 재료를 포함하며, 전류를 통과시키는 것과 연관된 전기 저항의 결과로서 열을 생성하도록 구성된다. 이러한 저항성 히터는 에어로졸을 생성하기 위해 에어로졸 전구체 조성물에 근접하게 위치되어 이를 가열할 수 있다. 본 개시에 유용할 수 있는 다양한 전도성 기재가 전술한 Griffith 등의 미국 특허출원 공개 제 2013/0255702 호에 설명되어 있다.
일부 구현에서 에어로졸 전달 장치는 소위 전자 담배의 경우에 제어 본체와 카트리지를 포함하거나, 또는 가열-비연소식 장치의 경우에는 제어 본체와 에어로졸 소스 부재를 포함할 수 있다. 전자 담배 또는 가열-비연소식 장치의 경우, 제어 본체는 재사용 가능할 수 있는 반면, 카트리지/에어로졸 소스 부재는 제한된 수의 사용을 위해 구성되고/되거나 일회용으로 구성될 수 있다. 카트리지/에어로졸 소스 부재는 에어로졸 전구체 조성물을 포함할 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물을 가열하기 위해, 가열 요소는 예컨대, 제어 본체 및 카트리지를 가로지르거나 또는 에어로졸 소스 부재가 위치할 수 있는 제어 본체 내에서 에어로졸 전구체 조성물과 접촉하거나 근접하게 위치될 수 있다. 제어 본체는 재충전 가능하거나 교체 가능할 수 있는 전원을 포함할 수 있으며, 이에 따라 제어 본체는 다수의 카트리지/에어로졸 소스 부재와 함께 재사용될 수 있다.
제어 본체는 또한 장치의 수동 제어를 위해 푸시 버튼, 터치 감지 표면 등과 같은 에어로졸 전달 장치를 활성화하는 수단을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제어 본체는 사용자가 카트리지/에어로졸 소스 부재를 빨아들여 에어로졸 전달 장치를 활성화하는 시기를 검출하는 흐름 센서를 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치는, 실질적으로 막대형이거나 실질적으로 튜브 형상이거나 실질적으로 원통 형상인 것으로 정의될 수 있는 전반적 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 전반적 형상을 가질 수 있다. 첨부 도면을 참조하여 도시되고 설명된 구현에서, 에어로졸 전달 장치는 실질적으로 둥근 단면을 갖지만, 다른 단면 형상(예컨대, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형 등과 같은 규칙적 또는 불규칙한 다각형 형상, 하나 이상의 실질적으로 직선 면과 하나 이상의 곡선 면의 조합을 포함하는 프로파일 등)도 본 개시에 포함된다. 물품의 물리적 형상을 설명하는 이러한 언어는 제어 본체 및 카트리지/에어로졸 소스 부재를 포함하는 개별 구성요소에도 적용될 수 있다. 다른 구현에서, 제어 본체는 작은 상자 형상과 같은 다른 핸드헬드 형상을 취할 수 있다.
보다 구체적인 구현에서, 제어 본체와 카트리지/에어로졸 소스 부재 중 하나 또는 둘 모두는 일회용이거나 재사용 가능한 것으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제어 본체는 교체 가능한 배터리 또는 재충전 가능한 배터리, SSB, 박막 SSB, 재충전 가능한 슈퍼커패시터, 리튬 이온 또는 하이브리드 리튬 이온 슈퍼커패시터 등과 같은 전원을 가질 수 있다. 전원의 일 예는 독일의 Tadiran Batteries GmbH에 의해 생산된 TKI-1550 재충전 가능 리튬 이온 배터리이다. 다른 구현에서, 유용한 전원은 일본의 Sanyo Electric Company, Ltd.에 의해 생산된 N50-AAA CADNICA 니켈-카드뮴 전지일 수 있다. 다른 구현에서는, 예를 들어 각각 1.2 볼트를 제공하는 복수의 그러한 배터리가 직렬로 접속될 수 있다.
그 다음에, 일부 예에서, 전원은 임의의 유형의 재충전 기술에 접속되어 그와 결합될 수 있다. 적합한 충전기의 예는 단순히 일정한 또는 펄스 직류(DC) 전력을 전원에 공급하는 충전기, 제어 회로를 추가하는 고속 충전기, 3 단계 충전기, 유도 전력 공급식 충전기, 스마트 충전기, 모션 전력 공급식 충전기, 펄스 충전기, 태양열 충전기, USB 기반 충전기 등을 포함한다. 일부 예에서, 충전기는 전원 어댑터 및 임의의 적절한 충전 회로를 포함한다. 다른 예에서, 충전기는 전원 어댑터를 포함하고 제어 본체에는 충전 회로가 장착된다. 이러한 다른 예에서, 충전기는 때때로 단순히 전원 어댑터로 지칭될 수 있다.
제어 본체는, 적절한 충전기에 접속하고 일부 예에서는 통신을 위해 다른 주변 장치에 접속하기 위해, 다수의 상이한 단자, 전기 커넥터 등 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 적절한 예는, 원통형 커넥터, 궐련 라이터 커넥터, 및 USB 커넥터(USB 1.x(예컨대, Type A, Type B), USB 2.0 및 그 업데이트 및 부가물(예컨대, Mini A, Mini B, Mini AB, Micro A, Micro B, Micro AB), 및 USB 3.x(예컨대, Type A, Type B, Micro B, Micro AB, Type C)에 의해 특정된 것들을 포함함), 독점적 커넥터(예컨대, Apple의 Lightning 커넥터) 등과 같은 직류(DC) 커텍터를 포함한다. 제어 본체는 충전기 또는 다른 주변장치에 직접 접속될 수 있고, 또는 두 요소는 역시 적절한 커넥터를 갖는 적절한 케이블을 통해 접속될 수 있다. 두 요소가 케이블에 의해 접속되는 예에서, 제어 본체와 충전기 또는 다른 주변장치는 일 유형의 커넥터 또는 두 유형의 커넥터를 갖는 케이블과 동일하거나 다른 유형의 커넥터를 가질 수 있다.
유도 전력 공급식 충전을 포함하는 예에서, 에어로졸 전달 장치는 유도 무선 충전 기술을 갖추고 있을 수 있으며, 유도 송신기를 포함하여 유도 무선 충전(예를 들어 WPC(Wireless Power Consortium)의 Qi 무선 충전 표준에 따른 무선 충전을 포함함)을 사용하는 무선 충전기, 충전 패드 등과 접속하기 위한 유도 수신기를 포함할 수 있다. 또는 전원은 무선 RF(radio frequency) 기반 충전기로부터 재충전될 수 있다. 유도성 무선 충전 시스템의 예는 Sur 등의 미국 특허 출원 공개 제 2017/0112196 호에 설명되어 있으며, 이는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 또한, 일부 구현에서, 전자 담배의 경우 카트리지는 Chang 등의 미국 특허 제 8,910,639 호(이는 본원에 참조로 통합됨)에 개시된 바와 같이 일회용 카트리지를 포함할 수 있다.
전원을 재충전 기술에 접속하기 위해 하나 이상의 접속이 사용될 수 있으며, 일부는 충전 케이스, 크래들, 도크, 슬리브 등을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 제어 본체는, 전원 공급 장치에 접속하기 위해 USB 커넥터를 포함하는 크래들과 결합하도록 구성될 수 있다. 또는 다른 예에서, 제어 본체는 전원 공급 장치에 접속되는 USB 커넥터를 포함하는 슬리브 내에 끼워져 맞물리도록 구성될 수 있다. 이러한 예 및 유사한 예에서, USB 커넥터는 전원에 직접 접속될 수 있거나, USB 커넥터는 적절한 전원 어댑터를 통해 전원에 접속될 수 있다.
전원의 예는 Peckerar 등의 미국 특허 제 9,484,155 호 및 2015년 10월 21일에 출원된 Sur 등의 미국 특허출원 공개 제 2017/0112191 호에 설명되어 있으며, 이들의 개시내용은 참조로 본원에 포함된다. 흐름 센서와 관련하여, 에어로졸 전달 장치를 위한 다양한 마이크로제어기, 센서 및 스위치를 포함하는 대표적인 전류 조정 구성요소 및 다른 전류 제어 구성요소는 Gerth 등의 미국 특허 제 4,735,217 호, Brooks 등의 미국 특허 제 4,922,901 호, 제 4,947,874 호 및 제 4,947,875 호, McCafferty 등의 미국 특허 제 5,372,148 호, Fleischhauer 등의 미국 특허 제 6,040,560 호, Nguyen 등의 미국 특허 제 7,040,314 호, Pan의 미국 특허 제 8,205,622 호, Collet 등의 미국 특허 제 8,881,737 호, Ampolini 등의 미국 특허 제 9,423,152 호, Fernando 등의 미국 특허 제 9,439,454 호, 및 Henry 등의 미국 특허출원 공개 제 2015/0257445 호에 설명되어 있으며, 이들 모두는 본원에 참조로 포함된다.
입력 요소는 에어로졸 전달 장치에 포함될 수 있다(흐름 센서를 대체하거나 보완할 수 있음). 입력은 사용자가 장치의 기능을 제어할 수 있도록 및/또는 사용자에게 정보를 출력하기 위해 포함될 수 있다. 임의의 구성요소 또는 구성요소들의 조합은 장치의 기능을 제어하기 위한 입력으로 활용될 수 있다. 예를 들어, Worm 등의 미국 특허출원 공개 제 2015/0245658 호(이는 참조에 의해 본원에 통합됨)에 설명된 바와 같은 하나 이상의 푸시 버튼이 사용될 수 있다. 마찬가지로, 2015년 3월 10일에 출원된 Sears 등의 미국 특허출원 제 14/643,626 호(본 명세서에 참조로 포함됨)에 설명된 바와 같은 터치 스크린이 사용될 수 있다. 추가 예로서, 에어로졸 전달 장치의 특정 움직임에 기초한 제스처 인식에 적합한 구성요소가 입력으로 사용될 수 있다. Henry 등의 미국 특허출원 공개 제 2016/0158782 호(이는 참조로 본원에 통합됨)를 참조한다. 또 다른 예로서, 사용자가 예를 들어 용량성 센서가 구현되는 장치의 표면을 터치함으로써 입력을 제공하게 할 수 있도록 용량성 센서가 에어로졸 전달 장치에 구현될 수 있다. 다른 예에서는, 사용자가 입력을 제공하게 할 수 있도록 장치와 연관된 움직임을 검출할 수 있는 센서(예컨대, 가속도계, 자이로스코프, 광전 근접 센서 등)가 에어로졸 전달 장치에 구현될 수 있다. 적합한 센서의 예는 Sur 등의 미국 특허출원 공개 제 2018/0132528 호 및 Henry 등의 미국 특허출원 공개 제 2016/0158782 호에 설명되어 있으며, 이들은 본원에 참조로 포함된다.
전술한 바와 같이, 에어로졸 전달 장치는 적어도 하나의 제어 구성요소와 같은 다양한 전자 장치를 포함할 수 있다. 적절한 제어 구성요소는 다수의 전자 구성요소를 포함할 수 있으며, 일부 예에서 인쇄 회로 기판(PCB)과 같은 회로 기판으로 형성될 수 있다. 일부 예에서, 전자 구성요소는, 하나 이상의 예시적 구현에 따라 데이터 처리, 애플리케이션 실행, 또는 다른 처리, 제어 또는 관리 서비스를 수행하도록 구성된 처리 회로를 포함한다. 처리 회로는, 예를 들어, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array), 이들의 어떤 조합 등과 같은 하나 이상의 집적 회로를 포함하는, 적어도 하나의 프로세서 코어, 마이크로프로세서, 코프로세서, 제어기, 마이크로제어기 또는 다양한 다른 컴퓨팅 또는 처리 장치와 같은 다양한 형태로 구체화된 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 처리 회로는 프로세서에 결합되거나 그와 통합된 메모리를 포함할 수 있고, 메모리는 데이터, 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령어, 이들의 어떤 조합 등을 저장할 수 있다.
일부 예에서, 제어 구성요소는 처리 회로에 결합되거나 그와 통합될 수 있는 하나 이상의 입력/출력 주변장치를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어 구성요소는 하나 이상의 네트워크, 컴퓨팅 장치 또는 다른 적절하게 활성화된 장치와의 무선 통신을 가능하게 하는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 적절한 통신 인터페이스의 예는 Marion 등의 미국 특허출원 공개 제 2016/0261020 호에 개시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참조로 포함된다. 적합한 통신 인터페이스의 또 다른 예는 Texas Instruments의 CC3200 단일 칩 무선 마이크로제어기 유닛(microcontroller unit: MCU)이다. 또한, 에어로졸 전달 장치가 무선으로 통신하도록 구성될 수 있게 하는 적절한 방식의 예는 Ampolini 등의 미국 특허출원 공개 제 2016/0007651 호 및 Henry, Jr. 등의 미국 특허출원 공개 제 2016/0219933 호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 본원에 참조로 포함된다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치에는 또 다른 구성요소가 사용될 수 있다. 적합한 구성요소의 일 예는, 에어로졸 전달 장치를 사용하여 조명될 수 있는 발광 다이오드(LED), 양자점 기반 LED 등과 같은 표시기이다. 적합한 LED 구성요소, 그 구성 및 용도의 예는 Sprinkel 등의 미국 특허 제 5,154,192 호, Newton의 미국 특허 제 8,499,766 호, Scatterday의 미국 특허 제 8,539,959 호, 및 Sears 등의 미국 특허 제 9,451,791 호에 설명되어 있으며, 이들 모두는 본원에 참조로 포함된다.
다른 동작 지표(indices)도 본 개시에 포함된다. 예를 들어, 동작의 시각적 지표는 흡연 경험의 진행을 보여주기 위해 밝은 색상 또는 강도의 변화도 포함한다. 동작의 촉각(햅틱) 표시기 및 동작의 소리(오디오) 표시기가 유사하게 본 발명에 포함된다. 더 나아가, 이러한 동작 지표들의 조합도 단일 흡연 물품에 사용하기에 적합하다. 다른 측면에 따르면, 에어로졸 전달 장치는, 예를 들어, 전원에 남아있는 전력량, 흡연 경험의 진행, 열원 활성화에 대응하는 표시 등과 같은 흡연 물품의 동작에 대응하는 정보를 제공하도록 구성된 디스플레이와 같은 하나 이상의 표시기 또는 표시를 포함할 수 있다.
또 다른 구성요소도 고려된다. 예를 들어, Sprinkel 등의 미국 특허 제 5,154,192 호는 흡연 물품용 표시기를 개시하고 있고, Sprinkel, Jr.의 미국 특허 제 5,261,424 호는 빨아들이는 것과 연관된 사용자 입술 활동을 검출하여 가열 장치의 가열을 트리거하기 위해 장치의 마우스 단부와 연관될 수 있는 압전 센서를 개시하고 있고, McCafferty 등의 미국 특허 제 5,372,148 호는 마우스피스를 통한 압력 강하에 응답하여 가열 부하 어레이로의 에너지 흐름을 제어하기 위한 퍼프 센서를 개시하고 있고, Harris 등의 미국특허 제 5,967,148 호는 삽입된 구성요소의 적외선 투과율의 불균일성을 검출하는 식별기 및 구성요소가 리셉터클(receptacle)에 삽입될 때 검출 루틴을 실행하는 제어기를 포함하는 흡연 장치의 리셉터클을 개시하고 있고, Fleischhauer 등의 미국 특허 제 6,040,560 호는 다수의 차동 단계를 갖는 정의된 실행가능 전력 사이클을 설명하고 있으며, Watkins 등의 미국 특허 제 5,934,289 호는 광자-광전자(photonic-optronic) 구성요소를 개시하고 있고, Counts 등의 미국 특허 제 5,954,979 호는 흡연 장치를 통한 인발 저항(draw resistance)을 변경하는 수단을 개시하고 있고, Blake 등의 미국 특허 제 6,803,545 호는 흡연 장치에 사용하기 위한 특정 배터리 구성을 개시하고 있고, Griffen 등의 미국 특허 제 7,293,565 호는 흡연 장치와 함께 사용하기 위한 다양한 충전 시스템을 개시하고 있고, Fernando 등의 미국 특허 제 8,402,976 호는 충전을 용이하게 하고 장치의 컴퓨터 제어를 가능하게 하는 흡연 장치용 컴퓨터 인터페이스 수단을 개시하고 있고, Fernando 등의 미국 특허 제 8,689,804 호는 흡연 장치용 식별 시스템을 개시하고 있으며, Flick의 PCT 특허출원 공개 제 WO 2010/003480 호는 에어로졸 생성 시스템에서 퍼프를 표시하는 유체 흐름 감지 시스템을 개시하고 있는데, 전술한 개시내용들 모두는 본원에 참조로 포함된다.
전자 에어로졸 전달 물품과 관련된 구성요소 및 본 물품에서 사용될 수 있는 개시 재료 또는 구성요소의 추가 예는, Gerth 등의 미국 특허 제 4,735,217 호, Morgan 등의 미국 특허 제 5,249,586 호, Higgins 등의 미국 특허 제 5,666,977 호, Adams 등의 미국 특허 제 6,053,176 호, White의 미국 특허 제 6,164,287 호, Voges의 미국 특허 제 6,196,218 호, Felter 등의 미국 특허 제 6,810,883 호, Nichols의 미국 특허 제 6,854,461 호, Hon의 미국 특허 제 7,832,410 호, Kobayashi의 미국 특허 제 7,513,253 호, Hamano의 미국 특허 제 7,896,006 호, Shayan의 미국 특허 제 6,772,756 호, Hon의 미국 특허 제 8,156,944 호 및 제 8,375,957 호, Thorens 등의 미국 특허 제 8,794,231 호, Oglesby 등의 미국 특허 제 8,851,083 호, Monsees 등의 미국 특허 제 8,915,254 호 및 제 8,925,555 호, DePiano 등의 미국 특허 제 9,220,302 호, Hon의 미국 특허출원 공개 제 2006/0196518 호 및 제 2009/0188490 호, Oglesby 등의 미국 특허출원 공개 제 2010/0024834 호, Wang의 미국 특허출원 공개 제 2010/0307518 호, Hon의 PCT 특허출원 공개 제 WO 2010/091593 호 및 Foo의 PCT 특허출원 공개 제 WO 2013/089551 호를 포함하며, 이들 각각은 참조에 의해 본원에 포함된다. 또한, Worm 등의 미국 특허출원 공개 제 2017/0099877 호는 에어로졸 전달 장치에 포함될 수 있는 캡슐 및 에어로졸 전달 장치를 위한 포브형(fob-shape) 구성을 개시하고 있으며, 이는 본원에 참조로 포함된다. 전술한 문서에 의해 개시된 다양한 재료는 다양한 구현으로 본 장치에 통합될 수 있으며, 전술한 개시내용 전부는 본원에 참조로 포함된다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치에 통합될 수 있는 또 다른 특징, 제어 또는 구성요소는, Harris 등의 미국 특허 제 5,967,148 호, Watkins 등의 미국 특허 제 5,934,289 호, Counts 등의 미국 특허 제 5,954,979 호, Fleischhauer 등의 미국 특허 제 6,040,560 호, Hon의 미국 특허 제 8,365,742 호, Fernando 등의 미국 특허 제 8,402,976 호, Katase의 미국 특허출원 공개 제 2005/0016550 호, Fernando 등의 미국 특허 제 8,689,804 호, Tucker 등의 미국 특허출원 공개 제 2013/0192623 호, Leven 등의 미국 특허 제 9,427,022 호, Kim 등의 미국 특허출원 공개 제 2013/0180553 호, Sebastian 등의 미국 특허출원 공개 제 2014/0000638 호, Novak 등의 미국 특허출원 공개 제 2014/0261495 호, 및 DePiano 등의 미국 특허 제 9,220,302 호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 참조에 의해 본원에 포함된다.
도 1 및 도 2는 전자 담배의 경우에 제어 본체 및 카트리지를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 구현을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 1 및 도 2는 본 개시의 예시적 구현에 따른 에어로졸 전달 장치(100)를 도시한다. 표시된 바와 같이, 에어로좀 전달 장치는 제어 본체(102) 및 카트리지(104)를 포함할 수 있다. 제어 본체와 카트리지는 기능 관계에서 영구적으로 또는 분리 가능하게 정렬될 수 있다. 이와 관련하여, 도 1은 결합된 구성의 에어로졸 전달 장치의 사시도인 반면, 도 2는 분리된 구성의 에어로졸 전달 장치의 절개 측면도이다. 에어로졸 전달 장치는, 제어 본체 및 카트리지가 조립형 구성일 경우 일부 구현에서, 예를 들어 실질적으로 막대 형상, 실질적으로 튜브 형상, 또는 실질적으로 원통 형상일 수 있다.
제어 본체(102) 및 카트리지(104)는 프레스 끼워맞춤(또는 간섭 끼워맞춤) 접속, 나사 접속, 자기적 접속 등과 같은 다양한 접속에 의해 서로 맞물리도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제어 본체는 카트리지 상의 제 2 맞물림 요소(예컨대, 커넥터)와 결합하도록 구성된 제 1 맞물림 요소(예컨대, 커플러)를 포함할 수 있다. 제 1 맞물림 요소와 제 2 맞물림 요소는 가역적일 수 있다. 예를 들어, 제 1 맞물림 요소 또는 제 2 맞물림 요소 중 어느 하나는 수나사일 수 있고, 다른 하나는 암나사일 수 있다. 추가 예로서, 제 1 맞물림 요소 또는 제 2 맞물림 요소 중 어느 하나는 자석일 수 있고, 다른 하나는 금속 또는 매칭 자석일 수 있다. 특정 구현에서, 맞물림 요소는 제어 본체 및 카트리지의 기존의 구성요소에 의해 직접 정의될 수 있다. 예를 들어, 제어 본체의 하우징은 그 단부에 카트리지의 적어도 일부(예컨대, 카트리지의 저장 탱크 또는 다른 쉘 형성 요소)를 수용하도록 구성된 공동을 정의할 수 있다. 특히, 카트리지의 저장 탱크는 제어 본체의 공동 내에 적어도 부분적으로 수용될 수 있는 반면, 카트리지의 마우스피스는 제어 본체의 공동 외부에 노출된 채로 유지될 수 있다. 카트리지는, 예를 들어, 간섭 끼워맞춤에 의해(예컨대, 카트리지의 외부 표면과 제어 본체 공동을 형성하는 벽의 내부 표면 사이에 간섭 맞물림을 생성하는 멈춤쇠 및/또는 다른 특징의 사용을 통해), 자기적 맞물림에 의해(예컨대, 제어 본체의 공동 내에 위치되고 카트리지 상에 위치된 자석 및/또는 자기 금속의 사용을 통해), 또는 다른 적절한 기법에 의해, 제어 본체 하우징에 의해 형성된 공동 내에 유지될 수 있다.
도 2에 도시된 절개도에서 볼 수 있듯이, 제어 본체(102) 및 카트리지(104)는 각각 다수의 각자의 구성요소를 포함한다. 도 2에 도시된 구성요소는 제어 본체 및 카트리지 내에 존재할 수 있는 구성요소를 나타내며, 본 개시에 포함되는 구성요소의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제어 본체는 제어 구성요소(208)(예컨대, 처리 회로 등), 흐름 센서(210), 전원(212)(예컨대, 배터리, 슈퍼커패시터) 및 표시기(214)(예컨대, LED, 양자점 기반 LED)를 포함할 수 있는 하우징(206)(때때로 제어 본체 쉘이라고 함)으로 형성될 수 있고, 이러한 구성요소들은 가변적으로 정렬될 수 있다. 전원은 재충전 가능할 수 있고 전압을 제공하도록 구성될 수 있다.
카트리지(104)는 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성된 저장소(218)를 둘러싸고 가열 요소(220)(때때로 히터라고 함)를 포함하는 하우징(216)(때론 카트리지 쉘이라고 함)으로 형성될 수 있다. 다양한 구성에서, 이 구조는 탱크로 지칭될 수 있고, 따라서, "카트리지", "탱크" 등의 용어는, 에어로졸 전구체 조성물을 위한 저장소를 둘러싸고, 가열 요소를 포함하는 쉘 또는 다른 하우징을 지칭하기 위해 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 일부 예에서, 저장소(218)는 저장소 하우징에 저장된 에어로졸 전구체 조성물을 가열 요소(220)로 나르거나 수송하도록 구성된 액체 수송 요소(222)와 유체 연통할 수 있다. 일부 예에서, 저장소와 가열 요소 사이에 밸브가 위치될 수 있고, 밸브는 저장소로부터 가열 요소로 이동되거나 전달되는 에어로졸 전구체 조성물의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.
전류가 인가될 때 열을 생성하도록 구성된 재료의 다양한 예가 가열 요소(220)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 이들 예에서의 가열 요소는 와이어 코일, 마이크로 히터 등과 같은 저항성 가열 요소일 수 있다. 가열 요소를 형성할 수 있는 재료의 예는, 칸탈(FeCrAl), 니크롬, 니켈, 스테인레스 스틸, 인듐 주석 산화물, 텅스텐, 몰리브덴 디실리사이드(MoSi2), 몰리브덴 실리사이드(MoSi), 알루미늄이 도핑된 몰리브덴 디실리사이드(Mo(Si,Al)2), 티타늄, 백금, 은, 팔라듐, 은과 팔라듐의 합금, 흑연 및 흑연 기반 재료(예컨대, 탄소 기반 폼 및 실), 전도성 잉크, 붕소 도핑된 실리카, 및 세라믹(예컨대, 포지티브 또는 네거티브 온도 계수 세라믹)을 포함한다. 가열 요소는 저항성 가열 요소이거나, 유도를 통해 열을 발생하도록 구성된 가열 요소일 수 있다. 가열 요소는 알루미늄 질화물, 실리콘 탄화물, 베릴륨 산화물, 알루미나, 실리콘 질화물, 또는 이들의 합성물과 같은 열 전도성 세라믹으로 코팅될 수 있다. 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치에 유용한 가열 요소의 예시적 구현이 아래에 추가로 설명되고, 이는 본 명세서에 설명된 것과 같은 장치에 통합될 수 있다.
카트리지(104)로부터 형성된 에어로졸의 배출을 허용하기 위해 하우징(216)(예컨대, 마우스 단부)에는 개방부(224)가 존재할 수 있다.
카트리지(104)는 또한 집적 회로, 메모리 구성요소(예컨대, EEPROM, 플래시 메모리), 센서 등을 포함할 수 있는 하나 이상의 전자 구성요소(226)를 포함할 수 있다. 전자 구성요소는 유선 또는 무선 수단에 의해 제어 구성요소(208) 및/또는 외부 장치와 통신하도록 구성될 수 있다. 전자 구성요소는 카트리지 또는 그 베이스(228) 내의 어느 곳에나 위치할 수 있다.
제어 구성요소(208) 및 흐름 센서(210)가 별개로 도시되어 있지만, 제어 구성요소와 흐름 센서를 포함하는 다양한 전자 구성요소들이, 전자 구성요소를 지원하고 전기 접속하는 회로 기판(예컨대, PCB) 상에서 결합될 수 있다고 이해하면 된다. 또한, 회로 기판이 제어 본체의 중심 축에 평행한 횡방향일 수 있다는 점에서, 회로 기판은 도 1의 예시에 비해 상대적으로 수평으로 위치할 수 있다. 일부 예에서, 공기 흐름 센서는 자신이 부착될 수 있는 자체 회로 기판 또는 다른 베이스 요소를 포함할 수 있다. 일부 예에서는, 연성(flexible) 회로 기판이 사용될 수 있다. 연성 회로 기판은 다양한 형태로 구성될 수 있으며 실질적으로 튜브 형상을 포함한다. 일부 예에서, 연성 회로 기판은 히터 기재와 결합되거나, 그 위에 적층되거나, 그 일부 또는 전부를 형성할 수 있다.
제어 본체(102) 및 카트리지(104)는 이들 사이에 유체 결합을 용이하게 하도록 구성된 구성요소를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 본체는 내부에 공동(232)을 갖는 커플러(230)를 포함할 수 있다. 카트리지의 베이스(228)는 커플러와 맞물리도록 구성될 수 있으며, 공동 내에 끼워지도록 구성된 돌출부(234)를 포함할 수있다. 이러한 맞물림은 제어 본체와 카트리지 사이의 안정적인 접속을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 제어 본체의 전원(212) 및 제어 구성요소(208)와 카트리지의 가열 요소(220) 사이의 전기적 접속도 수립할 수 있다. 또한, 하우징(206)은 공기 흡입구(236)를 포함할 수 있는데, 이는 커플러 주위의 주변 공기를 통과시켜 하우징 내로 들어갈 수 있게 하는 커플러에 접속되는 하우징 내의 노치일 수 있고, 여기서 이는 그 후 커플러의 공동(232)을 통과해서 돌출부(234)를 통해 카트리지 내부로 들어간다.
본 개시에 따른 유용한 커플러 및 베이스는 Novak 등의 미국 특허출원 공개 제2014/0261495호에 설명되어 있으며, 이는 참조로 본 명세서에 포함된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 커플러(230)는 베이스(228)의 내주(inner periphery)(240)와 짝을 이루도록 구성된 외주(outer periphery)(238)를 정의할 수 있다. 일 예에서, 베이스의 내주는 커플러의 외주 반경과 실질적으로 동일하거나 약간 더 큰 반경을 정의할 수 있다. 또한, 커플러는 베이스의 내주에 정의된 하나 이상의 리세스(244)와 맞물리도록 구성된 외주에 하나 이상의 돌출부(242)를 정의할 수도 있다. 그러나, 베이스를 커플러에 결합하기 위해 구조, 형상 및 구성요소의 다양한 다른 예가 채용될 수 있다. 일부 예에서, 카트리지(104)의 베이스와 제어 본체(102)의 커플러 사이의 접속은 실질적으로 영구적일 수 있는 반면, 다른 예에서는 이들 사이의 접속이, 예를 들어 제어 본체가 일회용 및/또는 재충전가능할 수 있는 하나 이상의 추가 카트리지와 함께 재사용될 수 있도록 해제가능할 수 있다.
도 2에 도시된 저장소(218)는 현재 설명되는 바와 같이 용기(container)이거나 섬유형 저장소일 수 있다. 예를 들어, 저장소는 이 예에서 하우징(216)의 내부를 둘러싸는 튜브의 형상으로 실질적으로 형성된 하나 이상의 부직 섬유층(one or more layers of nonwoven fibers)을 포함할 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물은 저장소에 보유될 수 있다. 예를 들어, 액체 성분은 저장소에 의해 흡착식으로 보유될 수 있다. 저장소는 액체 수송 요소(222)와 유체 접속될 수 있다. 액체 수송 요소는 모세관 작용을 통해 또는 마이크로 펌프를 통해 저장소에 저장된 에어로졸 전구체 조성물을 이 예에서 금속 와이어 코일의 형태인 가열 요소(220)로 수송할 수 있다. 이와 같이, 가열 요소는 액체 수송 요소를 갖는 가열 배열에 존재한다.
일부 예에서, 미세 유체 칩이 저장소(218)에 매립될 수 있으며, 저장소로부터 전달되는 에어로졸 전구체 조성물의 양 및/또는 질량은 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 기술에 기초한 것과 같은 마이크로 펌프에 의해 제어될 수 있다. 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치에 유용한 저장소 및 수송 요소의 다른 예시적 구현은 본 명세서에 추가로 설명되며, 이러한 저장소 및/또는 수송 요소는 본 명세서에 기재된 것과 같은 장치에 통합될 수 있다. 특히, 본 명세서에 추가로 설명되는 가열 부재 및 수송 요소의 특정 조합은 본 명세서에 설명된 것과 같은 장치에 통합될 수 있다.
사용시, 사용자가 에어로졸 전달 장치(100)를 빨아들일 때, 공기 흐름이 흐름 센서(210)에 의해 검출되고, 가열 요소(220)가 활성화되어 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 기화시킨다. 에어로졸 전달 장치의 마우스 단부를 빨아들이면 주변 공기가 공기 흡입구(236)로 들어가고 커플러(230) 내의 공동(232) 및 베이스(228)의 돌출부(234) 내의 중앙 개방부를 관통한다. 카트리지(104)에서, 빨아들인 공기는 형성된 증기와 결합하여 에어로졸을 형성한다. 에어로졸은 가열 요소로부터 멀어져 에어로졸 전달 장치의 마우스 단부의 개방부(224) 밖으로 날아가거나, 흡인되거나, 배출된다.
전자 담배의 경우에 제어 본체 및 카트리지를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 구현에 관한 추가 세부사항은 위에서 인용된 Sur의 미국 특허출원 제 15/836,086 호 및 Sur 등의 미국 특허출원 제 15/916,834 호뿐만 아니라, 2018년 3월 9일에 출원된 Sur의 미국 특허출원 제 15/916,696 호를 참조한다(이들 모두는 또한 참조로 본원에 통합됨).
도 3 내지 도 6은 가열-비연소식(heat-not-burn) 장치의 경우에 제어 본체 및 에어로졸 소스 부재를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 구현을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 3은 본 개시의 예시적 구현에 따른 에어로졸 전달 장치(300)를 도시한다. 에어로졸 전달 장치는 제어 본체(302) 및 에어로졸 소스 부재(304)를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 에어로졸 소스 부재 및 제어 본체는 기능 관계에서 영구적으로 또는 분리 가능하게 정렬될 수 있다. 이와 관련하여, 도 3은 결합된 구성의 에어로졸 전달 장치를 도시하는 반면, 도 4는 분리된 구성의 에어로졸 전달 장치를 도시한다. 다양한 메커니즘은 나사식 맞물림, 압입 맞춤 맞물림, 간섭 맞춤, 슬라이딩 맞춤, 자기적 맞물림 등을 초래하도록 에어로졸 소스 부재를 제어 본체에 접속시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 개시의 다양한 구현에서, 에어로졸 소스 부재(304)는 제어 본체(302)에 삽입되도록 구성된 가열 단부(406) 및 사용자가 에어로졸을 생성하기 위해 빨아들이는 마우스 단부(408)를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 가열 단부의 적어도 일부는 에어로졸 전구체 조성물(410)을 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 에어로졸 소스 부재(304) 또는 그 일부는 에어로졸 소스 부재에 대한 추가 구조 및/또는 지지를 제공하는 데 유용한 임의의 재료로 형성될 수 있는 외부 오버랩 재료(412)로 감길 수 있다. 다양한 구현에서, 외부 오버랩 재료는 종이 또는 다른 섬유 재료(예컨대, 셀룰로스 재료)를 포함할 수 있는 열 전달에 저항하는 재료를 포함할 수 있다. 외부 오버랩 재료는 또한 섬유 재료 내에 매립되거나 분산된 하나 이상의 충전제 재료를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 충전제 재료는 물 불용성 입자(water insoluble particles)의 형태를 가질 수 있다. 또한, 충전제 재료는 무기 성분을 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 외부 오버랩은 궐련의 전형적인 포장지와 같이 하부 벌크 층 및 상부 층과 같은 다수의 층으로 형성될 수 있다. 이러한 재료는, 예를 들어, 아마, 대마, 사이잘(sisal), 볏짚 및/또는 에스파토(esparto)와 같은 경량 "넝마 섬유(rag fibers)"를 포함할 수 있다. 외부 오버랩은 또한 셀룰로스 아세테이트와 같은 종래의 궐련의 필터 요소에 전형적으로 사용되는 재료를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 소스 부재의 마우스 단부(408)에서의 오버랩의 초과 길이는, 아래에 설명되는 바와 같이 에어로졸 전구체 조성물(410)을 소비자의 입으로부터 간단히 분리하거나 필터 재료를 배치하기 위한 공간을 제공하도록 기능할 수 있거나, 또는 물품을 빨아들이는 데 영향을 주거나 빨아들이는 중에 장치를 떠나는 증기 또는 에어로졸의 흐름 특성에 영향을 준다. 본 개시와 함께 사용될 수 있는 오버랩 재료의 구성에 관한 추가 논의는 위에서 인용된 Worm 등의 미국 특허 제 9,078,473 호에서 찾을 수 있다.
다양한 구현에서, 에어로졸 전구체 조성물(410)과 에어로졸 소스 부재(304)의 마우스 단부(408) 사이에 다른 구성요소가 존재할 수 있는데, 마우스 단부는 예를 들어 셀룰로스 아세테이트 또는 폴리프로필렌 재료로 이루어질 수 있는 필터(414)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 필터는 Raker 등의 미국 특허 제 5,025,814 호(이는 그 전체가 본원에 참조로 통합됨)에 설명된 바와 같이 담배 함유 재료의 가닥(strands)을 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 필터는 에어로졸 소스 부재의 마우스 단부의 구조적 무결성을 증가시킬 수 있고/있거나 원한다면 필터링 능력을 제공하고/하거나 빨아들이는 것에 대한 저항을 제공할 수 있다. 일부 구현에서는 에어로졸 전구체 조성물과 마우스 단부 사이에 다음 중 하나 또는 임의의 조합이 위치할 수 있다: 에어 갭; 냉각 공기를 위한 상 변화 재료; 향미 방출 매체; 선택적 화학적 흡착이 가능한 이온 교환 섬유; 필터 매체로서의 에어로겔 입자; 및 다른 적합한 재료.
본 개시의 다양한 구현은 에어로졸 소스 부재(304)의 에어로졸 전구체 조성물(410)을 가열하기 위해 하나 이상의 전도성 가열 요소를 사용한다. 다양한 구현에서, 가열 요소는 포일(foil), 폼(foam), 메쉬(mesh), 중공 볼(hollow ball), 하프 볼(half ball), 디스크, 나선형, 섬유, 와이어, 필름, 실, 스트립, 리본 또는 원통의 형태와 같은 다양한 형태로 제공될 수 있다. 이러한 가열 요소는 종종 금속 재료를 포함하고, 전류를 통과시키는 것과 연관된 전기 저항의 결과로 열을 생성하도록 구성된다. 이러한 저항성 가열 요소는 에어로졸 소스 부재, 특히 에어로졸 소스 부재(304)의 에어로졸 전구체 조성물과 직접 접촉하거나 근접하게 위치할 수 있다. 가열 요소는 제어 본체 및/또는 에어로졸 소스 부재에 위치할 수 있다. 다양한 구현에서, 에어로졸 전구체 조성물은, 가열 조립체로서 작용하거나 그 기능을 용이하게 할 수 있는 기재 부분에 매립되거나 그 일부인 성분(즉, 열 전도 성분)을 포함할 수 있다. 다양한 가열 부재 및 요소의 몇몇 예는 Worm 등의 미국 특허 제 9,078,473 호에 설명되어 있다.
다양한 가열 요소 구성의 일부 비제한적 예는 가열 요소가 에어로졸 소스 부재(304)와 근접하게 배치되는 구성을 포함한다. 예를 들어, 일부 예에서, 가열 요소의 적어도 일부는 적어도 에어로졸 소스 부재의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 가열 요소는 제어 본체(302)에 삽입될 때 에어로졸 소스 부재의 외부에 인접하게 위치될 수 있다. 다른 예에서, 가열 요소의 적어도 일부는 에어로졸 소스 부재가 제어 본체에 삽입될 때 에어로졸 소스 부재의 적어도 일부를 관통할 수 있다(예컨대, 에어로졸 소스 부재를 관통하는 하나 이상의 프롱(prongs) 및/또는 스파이크(spikes)). 일부 예에서, 에어로졸 전구체 조성물은, 가열 요소의 역할을 하거나 그 기능을 용이하게 할 수 있는 에어로졸 전구체 조성물과 접촉하는 구조, 또는 에어로졸 전구체 조성물에 매립된 복수의 비드 또는 입자를 포함할 수 있거나, 그와 같은 에어로졸 전구체 조성물의 일부일 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 구현에 따른 에어로졸 전달 장치(300)의 정면도를 도시하고, 도 6은 도 5의 에어로졸 전달 장치를 통한 단면도를 도시한다. 특히, 도시된 구현의 제어 본체(302)는, 그 맞물림 단부에 정의된 개방부(518)를 포함하는 하우징(516), 흐름 센서(520)(예컨대, 퍼프 센서 또는 압력 스위치), 제어 구성요소(522)(예컨대, 처리 회로 등), 전원(524)(예컨대, 배터리, 슈퍼커패시터), 및 표시기(526)(예컨대, LED)을 포함하는 단부 캡을 포함할 수 있다. 전원은 재충전 가능할 수 있고 전압을 제공하도록 구성될 수 있다.
일 구현에서, 표시기(526)는 하나 이상의 LED, 양자점-기반 LED(quantum dot-based LEDs) 등을 포함할 수 있다. 표시기는 제어 구성요소(522)와 통신할 수 있고, 예를 들어, 사용자가 에어로졸 소스 부재(304)를 빨아들일 때, 제어 본체(302)에 결합될 때, 흐름 센서(520)에 의해 검출될 때 조명될 수 있다.
도시된 구현의 제어 본체(302)는 에어로졸 소스 부재(304)의 에어로졸 전구체 조성물(410)을 가열하도록 구성된 하나 이상의 가열 조립체(528)(개별적으로 또는 집합적으로 가열 조립체로 지칭됨)를 포함한다. 본 개시의 다양한 구현의 가열 조립체는 다양한 형태를 취할 수 있지만, 특히 도 5 및 도 6에 도시된 특정 구현에서, 가열 조립체는 외부 실린더(530) 및 가열 요소(532)를 포함하고, 가열 요소(532)는 이 구현에서 수용 베이스(534)로부터 연장되는 복수의 히터 프롱(heater prongs)을 포함한다(다양한 구성에서, 가열 조립체 또는 보다 구체적으로 히터 프롱은 히터로 지칭됨). 도시된 구현에서, 외부 실린더는 외부 실린더 내의 히터 프롱에 의해 발생된 열을 유지하고, 보다 구체적으로는 에어로졸 전구체 조성물 내의 히터 프롱에 의해 발생된 열을 유지하기 위해, 스테인레스 스틸로 구성된 이중벽 진공관을 포함한다. 다양한 구현에서, 히터 프롱은, 구리, 알루미늄, 백금, 금, 은, 철, 스틸, 황동, 청동, 흑연 또는 이들의 임의의 조합을 포함 하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 전도성 재료로 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 가열 조립체(528)는 하우징(516)의 맞물림 단부에 근접하게 연장될 수 있고, 에어로졸 전구체 조성물(410)을 포함하는 에어로졸 소스 부재(304)의 가열 단부(406)의 일부를 실질적으로 둘러싸도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 가열 조립체는 일반적으로 튜브형 구성을 정의할 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 가열 요소(532)(예컨대, 복수의 히터 프롱)는 수용 챔버(536)를 생성하기 위해 외부 실린더(530)에 의해 둘러싸인다. 이러한 방식으로, 다양한 구현에서, 외부 실린더는 비전도성 절연 재료 및/또는 절연 폴리머(예컨대, 플라스틱 또는 셀룰로스), 유리, 고무, 세라믹, 자기(porcelain), 이중벽 진공 구조 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 구조를 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 가열 조립체(528)의 하나 이상의 부분 또는 구성요소는 에어로졸 전구체 조성물(410)과 결합, 포장 및/또는 통합(예컨대, 내부에 매립)될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 에어로졸 전구체 조성물은 전술한 바와 같은 재료로 형성될 수 있고, 그 안에서 혼합된 하나 이상의 전도성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 구현들 중 일부에서, 접촉부는 에어로졸 전구체 조성물에 직접 접속될 수 있어서, 에어로졸 소스 부재가 제어 본체의 수용 챔버 내로 삽입될 때 접촉부는 전기 에너지 소스와 전기적으로 접속된다. 대안적으로, 접촉부는 전기 에너지 소스와 일체형일 수 있고 제어 본체의 수용 챔버 내로 연장될 수 있어서, 에어로졸 소스 부재가 제어 본체의 수용 챔버 내로 삽입될 때 접촉부는 에어로졸 전구체 조성물과 전기적으로 접속된다. 에어로졸 전구체 조성물 내에 전도성 재료가 존재하기 때문에, 전기 에너지 소스로부터 에어로졸 전구체 조성물로 전력을 인가하면 전류가 흐를 수 있고 따라서 전도성 재료로부터 열이 생성된다. 따라서, 일부 구현에서, 가열 요소는 에어로졸 전구체 조성물과 일체형인 것으로 설명될 수 있다. 비제한적 예로서, 흑연 또는 다른 적합한 전도성 재료는, 가열 요소를 매질과 일체형이 되게 하기 위해 에어로졸 전구체 조성물을 형성하는 재료와 혼합되거나, 그에 매립되거나, 그 재료 바로 위에 또는 그 내부에 존재할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 도시된 구현에서, 외부 실린더(530)는 또한 에어로졸 소스 부재가 하우징(516) 내로 삽입될 때 에어로졸 소스 부재(304)의 적절한 위치 설정을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다. 다양한 구현에서, 가열 조립체(528)의 외부 실린더는 하우징에 대한 가열 조립체의 정렬을 제공하기 위해 하우징의 내부 표면과 맞물릴 수 있다. 이에 의해, 가열 조립체 사이의 고정 결합의 결과로서, 가열 조립체의 세로 축은 하우징의 세로 축에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 특히, 지지 실린더는 수용 챔버(536)를 생성하기 위해 하우징의 개방부(518))로부터 수용 베이스(534)까지 연장될 수 있다.
에어로졸 소스 부재(304)의 가열 단부(406)는 제어 본체(302)로의 삽입을 위한 크기 및 형상을 갖는다. 다양한 구현에서, 제어 본체의 수용 챔버(536)는 내부 표면 및 외부 표면을 갖는 벽에 의해 정의되는 것으로 특성화될 수 있는데, 내부 표면은 수용 챔버의 내부 용적을 정의한다. 예를 들어, 도시된 구현에서, 외부 실린더(530)는 수용 챔버의 내부 용적을 정의하는 내부 표면을 정의한다. 도시된 구현에서, 외부 실린더의 내부 직경은 대응하는 에어로졸 소스 부재의 외부 직경보다 약간 더 크거나 거의 동일할 수 있으므로(예컨대, 슬라이딩 핏을 생성함), 외부 실린더는 에어로졸 소스 부재를 제어 본체에 대해 적절한 위치(예컨대, 측면 위치)로 안내하도록 구성된다. 따라서, 에어로졸 소스 부재의 가장 큰 외부 직경(또는 구현의 특정 단면 형상에 따라 다른 치수)은, 제어 본체에 있는 수용 챔버의 개방 단부의 벽의 내부 표면에서의 내부 직경(또는 다른 치수)보다 작도록 크기가 조정될 수 있다. 일부 구현에서, 각각의 직경의 차이는 에어로졸 소스 부재가 수용 챔버에 꼭 맞도록 충분히 작을 수 있고, 마찰력은 에어로졸 소스 부재가 가해진 힘없이 이동되는 것을 방지한다. 다른 한편으로, 그 차이는 과도한 힘을 요구하지 않으면서 에어로졸 소스 부재가 수용 챔버 안팎으로 미끄러질 수 있도록 하기에 충분할 수 있다.
도시된 구현에서, 제어 본체(302)는 에어로졸 소스 부재(304)가 제어 본체에 삽입될 때 가열 요소(532)(예컨대, 히터 프롱)가 에어로졸 소스 부재의 가열 단부(406)의 에어로졸 전구체 조성물(410)의 적어도 일부의 근사 방사 중심(approximate radial center)에 위치하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 고체 또는 반고체 에어로졸 전구체 조성물과 함께 사용될 때, 히터 프롱은 에어로졸 전구체 조성물과 직접 접촉할 수 있다. 다른 구현에서, 예컨대, 튜브 구조를 정의하는 압출 에어로졸 전구체 조성물과 함께 사용될 때, 히터 프롱은 압출 튜브 구조의 내부 표면에 의해 정의된 공동 내부에 위치할 수 있고, 압출 튜브 구조의 내부 표면과 접촉하지 않을 것이다.
사용 중에, 소비자는 가열 조립체(528), 특히, 에어로졸 전구체 조성물(410)(또는 이의 특정 층)에 인접한 가열 요소(532)의 가열을 시작한다. 에어로졸 전구체 조성물의 가열은 흡입성 물질을 생성하기 위해 에어로졸 소스 부재(304) 내에 흡입성 물질을 방출한다. 소비자가 에어로졸 소스 부재의 마우스 단부(408)에서 흡입할 때, 공기는 제어 본체(302)의 개방부 또는 개구와 같은 공기 흡입구(538)를 통해 에어로졸 소스 부재로 유입된다. 유입된 공기와 방출된 흡입 물질의 조합은 빨아들인 재료가 에어로졸 소스 부재의 마우스 단부를 빠져나가면서 소비자에 의해 흡입된다. 일부 구현에서, 가열을 시작하기 위해, 소비자는 가열 조립체의 가열 요소가 배터리 또는 다른 에너지 소스로부터 전기 에너지를 받게 하는 푸시 버튼 또는 유사한 구성요소를 수동으로 작동시킬 수 있다. 전기 에너지는 미리 정해진 시간 동안 공급되거나 수동으로 제어될 수 있다.
일부 구현에서, (주변 온도보다 더 큰 기준 온도, 예컨대, 능동 가열 온도로의 급속 가열을 촉진하는 온도를 유지하기 위해 에너지 흐름이 진행될 수도 있지만) 장치(300) 상의 퍼프들 사이에서는 전기 에너지의 흐름이 실질적으로 진행되지 않는다. 그러나, 도시된 구현에서, 가열은 흐름 센서(520)와 같은 하나 이상의 센서의 사용을 통해 소비자의 퍼프 동작에 의해 시작된다. 퍼프가 중단되면, 가열은 중지되거나 감소될 것이다. 소비자가 충분한 양의 흡입성 물질(예컨대, 전형적인 흡연 경험과 동일시하기에 충분한 양)을 방출하도록 충분한 수의 퍼프를 취한 경우, 에어로졸 소스 부재(304)는 제어 본체(302)에서 제거되거나 폐기될 수 있다. 일부 구현에서는, Phillips 등의 미국 특허출원 제 15/707,461 호(이는 본원에 참조로 통합됨)에서 논의된 바와 같이, 용량성 감지 요소 및 다른 센서와 같은 추가 감지 요소가 사용될 수 있다.
다양한 구현에서, 에어로졸 소스 부재(304)는 튜브 형상과 같은 적절한 형태를 형성 및 유지하고 에어로졸 전구체 조성물(410)을 내부에 보유하기에 적합한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 에어로졸 소스 부재는 일부 구현에서는 단일 벽으로 형성될 수 있고 또는 다른 구현에서는 다중 벽으로 형성될 수 있으며, 본 명세서에서 추가로 논의되는 바와 같이, 적어도 전기 가열 요소에 의해 제공되는 가열 온도인 온도에서 구조적 무결성을 유지하기 위해(예컨대, 열화되지 않음) 내열성인 재료(천연 또는 합성)로 형성될 수 있다. 일부 구현에서는 내열성 폴리머가 사용될 수 있지만, 다른 구현에서 에어로졸 소스 부재는 실질적으로 짚 형상의 종이와 같은 종이로 형성될 수 있다. 본 명세서에서 추가로 논의되는 바와 같이, 에어로졸 소스 부재는 그를 통한 증기의 이동을 실질적으로 방지하는 기능을 하는 연관된 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 하나의 예시적 구현에서는, 알루미늄 포일 층이 에어로졸 소스 부재의 한 표면에 적층될 수 있다. 세라믹 재료가 사용될 수도 있다. 추가 구현에서, 에어로졸 전구체 조성물로부터 열을 불필요하게 멀리 이동시키지 않도록 절연 재료가 사용될 수 있다. 위에 설명된 기능을 제공하기 위해 사용될 수 있거나 위에 언급된 재료 및 구성요소에 대한 대안으로 사용될 수 있는 구성요소 및 재료의 추가 예시적 유형은, Crooks 등의 미국 특허출원 공개 제 2010/00186757 호, Crooks 등의 미국 특허출원 공개 제 2010/00186757 호 및 Sebastian 등의 미국 특허출원 공개 제 2011/0041861 호(이들 모두는 본원에 참조로 통합됨)에 기재된 유형의 것일 수 있다.
도시된 구현에서, 제어 본체(302)는 전기 가열 요소(532)에 전력을 제공하는 것을 포함하여 에어로졸 전달 장치(300)의 다양한 기능을 제어하는 제어 구성요소(522)를 포함한다. 예를 들어, 제어 구성요소는 전기 전도성 와이어(미도시)에 의해 전원(524)에 접속되는 처리 회로(이는 본원에 추가로 설명되는 바와 같이 추가 구성요소에 접속될 수 있음)를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 처리 회로는 가열 조립체(528) 및 특히 히터 프롱이 소비자에 의한 흡입을 위한 흡입성 물질의 방출을 위해 에어로졸 전구체 조성물(410)을 가열하기 위해 언제 그리고 어떻게 전기 에너지를 수신할지를 제어할 수 있다. 일부 구현에서, 이러한 제어는 위에서 더 상세히 설명된 바와 같이 흐름 센서(520)에 의해 활성화될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 도시된 구현의 가열 조립체(528)는 수용 베이스(534)로부터 연장되는 외부 실린더(530) 및 가열 요소(532)(예컨대, 복수의 히터 프롱)를 포함한다. 에어로졸 전구체 조성물(410)이 튜브 구조를 포함하는 것과 같은 일부 구현에서, 히터 프롱은 에어로졸 전구체 조성물의 내부 표면에 의해 정의된 공동 내로 연장되도록 구성될 수 있다. 다른 구현에서, 예컨대, 에어로졸 전구체 조성물이 고체 또는 반고체를 포함하는 도시된 구현에서, 복수의 히터 프롱은 에어로졸 소스 부재가 제어 본체(302)에 삽입될 때 에어로졸 소스 부재(304)의 가열 단부(406)에 포함된 에어로졸 전구체 조성물 내로 침투하도록 구성된다. 이러한 구현에서, 히터 프롱 및/또는 수용 베이스를 포함하는 가열 조립체의 구성요소들 중 하나 이상은 비-점착성 또는 점착 방지 재료, 예를 들어, 소정 알루미늄, 구리, 스테인레스 스틸, 탄소 스틸 및 세라믹 재료로 구성될 수 있다. 다른 구현에서, 히터 프롱 및/또는 수용 베이스를 포함하는 가열 조립체의 구성요소들 중 하나 이상은 예를 들어 Teflon®과 같은 PTFE(polytetrafluoroethylene) 코팅을 포함하는 비-점착성 코팅을 포함할 수도 있고, 또는 점착 방지 에나멜 코팅 또는 세라믹 코팅, 예컨대, Greblon® 또는 Thermolon™과 같은 다른 코팅을 포함할 수 있다.
또한, 도시된 구현에서는 수용 베이스(534) 주위에 실질적으로 균등하게 분포된 다수의 히터 프롱(532)이 있지만, 다른 구현에서는 임의의 다른 적절한 공간 구성과 함께 겨우 하나뿐인 것을 포함하여 임의의 수의 히터 프롱이 사용될 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 다양한 구현에서 히터 프롱의 길이는 변할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에서 히터 프롱은 작은 돌출부를 포함할 수 있는 반면, 다른 구현에서 히터 프롱은 수용 챔버(536)의 길이의 최대 약 25%, 최대 약 50%, 최대 약 75%, 및 최대 거의 전체 길이를 포함하여 수용 챔버(536)의 길이의 임의의 부분으로 연장될 수 있다. 또 다른 구현에서, 가열 조립체(528)는 다른 구성을 취할 수 있다. 위에서 제공된 논의에 따라 본 발명에서 사용하기 위해 개조될 수 있는 다른 히터 구성의 예는, Counts 등의 미국 특허 제 5,060,671 호, Deevi 등의 미국 특허 제 5,093,894 호, Deevi 등의 미국 특허 제 5,224,498 호, Sprinkel Jr. 등의 미국 특허 제 5,228,460 호, Deevi 등의 미국 특허 제 5,322,075 호, Deevi 등의 미국 특허 제 5,353,813 호, Deevi 등의 미국 특허 제 5,468,936 호, Das의 미국 특허 제 5,498,850 호, Das의 미국 특허 제 5,659,656 호, Deevi 등의 미국 특허 제 5,498,855 호, Hajaligol의 미국 특허 제 5,530,225 호, Hajaligol의 미국 특허 제 5,665,262 호, Das 등의 미국 특허 제 5,573,692 호, 및 Fleischhauer 등의 미국 특허 제 5,591,368 호에서 찾을 수 있는데, 이들은 본원에 참조로 포함된다.
다양한 구현에서, 제어 본체(302)는 내부에 공기 흡입구(538)(예컨대, 하나 이상의 개방부 또는 개구)를 포함하여 수용 챔버(536)의 내부로 주변 공기의 유입을 허용할 수 있다. 이러한 방식으로, 일부 구현에서는 수용 베이스(534)도 공기 흡입구를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 구현에서 소비자가 에어로졸 소스 부재(304)의 마우스 단부를 빨아들일 때, 공기는 제어 본체 및 수용 베이스의 공기 흡입구를 통해 수용 챔버로 유입되고, 에어로졸 소스 부재로 전달되며, 소비자에 의한 흡입을 위해 에어로졸 소스 부재의 에어로졸 전구체 조성물(410)로 유입된다. 일부 구현에서, 유입된 공기는 선택적 필터(414)를 통해 에어로졸 소스 부재의 마우스 단부(408)에 있는 개방부 외부로 흡입성 물질을 운반한다. 에어로졸 전구체 조성물 내부에 위치된 가열 요소(532)에 의해, 히터 프롱이 활성화되어 에어로졸 전구체 조성물을 가열하고 에어로졸 소스 부재를 통한 흡입성 물질의 방출을 유발할 수 있다.
특히 도 5 및 도 6을 참조하여 전술한 바와 같이, 본 개시의 다양한 구현은 에어로졸 전구체 조성물(410)을 가열하기 위해 전도성 히터를 사용한다. 또한 위에서 나타낸 바와 같이, 다양한 다른 구현은 에어로졸 전구체 조성물을 가열하기 위해 유도 히터(induction heater)를 사용한다. 이런 구현들 중 일부에서, 가열 조립체(528)는 유도 송신기 및 유도 수신기를 갖는 변압기를 포함하는 유도 히터로서 구성될 수 있다. 가열 조립체가 유도 히터로서 구성되는 구현에서, 외부 실린더(530)는 유도 송신기로서 구성될 수 있고, 수용 베이스(534)로부터 연장되는 가열 요소(532)(예컨대, 복수의 히터 프롱)는 유도 수신기로서 구성될 수 있다. 다양한 구현에서, 유도 송신기와 유도 수신기 중 하나 또는 둘 모두는 제어 본체(302) 및/또는 에어로졸 소스 부재(304)에 위치할 수 있다.
다양한 구현에서, 유도 송신기 및 유도 수신기로서의 외부 실린더(530) 및 가열 요소(532)는 하나 이상의 전도성 재료로 구성될 수 있고, 추가 구현에서 유도 수신기는 코발트, 철, 니켈 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않은 강자성 재료로 구성될 수 있다. 일 예시적인 구현에서, 포일 재료는 전도성 재료로 구성되고 히터 프롱은 강자성 재료로 구성된다. 다양한 구현에서, 수용 베이스는 비전도성 및/또는 절연 재료로 구성될 수 있다.
유도 송신기로서의 외부 실린더(530)는 지지 실린더를 둘러싸는 포일 재료를 갖는 라미네이트를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 포일 재료는, 예를 들어 일부 구현에서 유도 수신기로서의 가열 요소(532) 주위에 포일 재료가 위치할 때 나선형 코일 패턴을 형성할 수 있는 하나 이상의 전기 트레이스와 같은, 그 위에 인쇄된 전기 트레이스를 포함할 수 있다. 포일 재료 및 지지 실린더는 각각 튜브형 구성을 정의할 수 있다. 지지 실린더는 포일 재료가 히터 프롱과 접촉하여 단락되지 않도록 포일 재료를 지지하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 지지 실린더는 포일 재료에 의해 생성된 진동 자기장에 실질적으로 투명할 수 있는 비전도성 재료를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 포일 재료는 지지 실린더에 매립되거나 결합될 수 있다. 도시된 구현에서 포일 재료는 지지 실린더의 외부 표면과 맞물리지만, 다른 구현에서 포일 재료는 지지 실린더의 내부 표면에 위치하거나 지지 실린더 내에 완전히 매립될 수 있다.
외부 실린더(530)의 포일 재료는 자신을 통해 교류 전류가 흐를 때 진동 자기장(예컨대, 시간에 따라 주기적으로 변하는 자기장)을 생성하도록 구성될 수 있다. 가열 요소(532)의 히터 프롱은 외부 실린더 내에 적어도 부분적으로 위치되거나 수용될 수 있고, 전도성 재료를 포함할 수 있다. 포일 재료를 통해 교류 전류가 흐름으로써, 유도를 통해 히터 프롱에 와전류가 발생될 수 있다. 히터 프롱을 정의하는 재료의 저항을 통해 흐르는 와전류는 주울 가열에 의해(즉, 주울 효과를 통해) 이를 가열할 수 있다. 히터 프롱은 무선으로 가열되어 히터 프롱에 근접하게 위치된 에어로졸 전구체 조성물(410)로부터 에어로졸을 형성할 수 있다.
에어로졸 전달 장치, 제어 본체 및 에어로졸 소스 부재의 다른 구현은 위에서 인용된 Sur 등의 미국 특허출원 제 15/916,834 호, Sur의 미국 특허출원 제 15/916,696 호 및 Sur의 미국 특허출원 제 15/836,086 호에 설명되어 있다.
전술한 바와 같이, 예시적 구현의 에어로졸 전달 장치는, 전자 담배 또는 가열-비연소식 장치의 맥락에서 또는 심지어 양자 모두의 기능을 포함하는 장치의 경우에도 다양한 전자 구성요소를 포함할 수 있다. 도 7은 본 개시의 다양한 예시적 구현에 따른 에어로졸 전달 장치(100, 3000) 중 어느 하나 또는 양자 모두의 기능일 수 있거나 그 기능을 포함할 수 있는 에어로졸 전달 장치(700)의 회로도를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 에어로졸 전달 장치(700)는 제어 본체(102, 302), 전원(212, 524) 및 제어 구성요소(208, 522) 중 제각기에 대응하거나 이의 기능을 포함할 수 있는 전원(704) 및 제어 구성요소(706)를 갖는 제어 본체(702)를 포함한다. 에어로졸 전달 장치는 또한 가열 요소(220, 532)의 기능에 대응하거나 이의 기능을 포함할 수 있는 가열 요소(716)를 포함한다. 일부 구현에서, 가열 요소는 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 기화시키도록 전력을 공급받을 수 있고 가열 요소의 온도에 비례하고 가변적인 저항을 갖는다. 이들 구현에서, 가열 요소는 백금(Pt), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 적어도 하나의 합금을 포함하는 원소로 형성된다. 일부 구현에서, 에어로졸 전달 장치(700) 및 특히 제어 본체(702)는 가열 요소를 제어 본체에 연결하도록 구성된 가열 요소 또는 단자(718)를 포함한다.
일부 구현에서, 제어 구성요소(706)는 전원(704)과 가열 요소(716)에 및 이들 사이에 결합된 전원 스위치(708)를 포함하고, 또한 전원 스위치에 결합된 처리 회로(710)를 포함한다. 일부 구현에서, 처리 회로는 화살표(720)로 표시된 바와 같이 가열 요소에 전력을 공급하기 위해 전원에 의해 제공되는 전압을 전원 스위치가 전환 가능하게 연결 및 연결 해제하게 하도록 가열 시구간 동안 신호를 출력하도록 구성된다. 이들 구현에서, 처리 회로는 또한 화살표(722)로 표시된 바와 같이 전원에 의해 제공되는 전압과 동일하거나 비례하는 가열 요소에서 입력 히터 전압을 측정하도록 구성된다. 처리 회로는 센서, 예를 들어, 아날로그 전압 센서를 사용하여 가열 요소에서 입력 히터 전압을 측정할 수 있다. 일부 구현에서, 가열 요소의 입력 히터 전압은 전원에 의해 제공되는 전압과 동일하다.
선택적으로, 일부 구현에서, 제어 구성요소(706)는 전원 스위치(708)를 포함하는 스위칭 레귤레이터(712)를 포함한다. 스위칭 레귤레이터는 전원(704)에 의해 제공되는 전압을 가열 요소(716)의 입력 히터 전압으로 낮추도록 구성되며, 이로써 전원에 의해 제공되는 전압에 비례한다. 이들 구현에서, 가열 요소의 입력 히터 전압은 전원에 의해 제공되는 전압보다 높거나 낮을 수 있다. 적합한 스위칭 레귤레이터의 일례는 Maxim Integrated Company의 모델 MAX 15053이다.
일부 구현에서, 제어 구성요소(706)는 가열 요소(716)와 처리 회로(710)에 및 이들 사이에 결합된 로우 사이드 전류 감지 회로(714)를 또한 포함한다. 예를 들어, 로우 사이드 전류 감지 회로가 단자(718)를 통해 가열 요소(716)에 결합될 수 있다. 이들 구현에서, 로우 사이드 전류 감지 회로는 화살표(724)로 표시된 바와 같이 가열 요소의 출력 히터 전압과 동일하거나 비례하는 출력 전압을 생성하도록 구성된다. 이들 구현에서, 처리 회로는 로우 사이드 전류 감지 회로로부터의 출력 전압을 측정하고, 가열 요소에서의 입력 히터 전압 및 출력 전압으로부터 가열 요소의 저항을 결정하도록 구성된다. 이들 구현에서, 처리 회로는 또한 저항으로부터 가열 요소의 온도를 결정하고, 온도가 사전결정된 설정 포인트에서 벗어날 때 전원 스위치(708)에 대한 신호를 조정하도록 구성된다.
일부 구현에서, 처리 회로(710)는 가열 시구간 동안 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하여 전원 스위치(708)로 하여금 가열 요소(716)에 전력을 공급하도록 전원(704)에 의해 제공되는 전압을 전환 가능하게 연결 및 연결 해제하게 하도록 구성된다. 그리고 처리 회로는 가열 요소의 온도가 사전결정된 설정 포인트에서 벗어날 때 PWM 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 구성된다. 일례에서, 가열 요소의 온도가 사전결정된 설정 포인트보다 높을 때, 처리 회로는 일정 시구간 동안 전원 스위치를 개방하도록 신호를 조정하여 전원으로부터의 전압이 그 시구간 동안 가열 요소에 전력을 공급하기 위해 분리되게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 가열 요소의 온도는 사전결정된 설정 포인트로 감소될 수 있다.
일부 구현에서, 로우 사이드 전류 감지 회로(714)는 가열 요소의 출력과 접지에 및 이들 사이에 결합된 션트 저항기를 포함한다. 이들 구현에서, 로우 사이드 전류 감지 회로에 의해 생성된 출력 전압은 출력 히터 전압과 동일하고, 출력 히터 전압은 션트 저항기의 입력 저항기 전압과 동일하다. 이들 구현에서, 처리 회로(710)는 션트 저항기의 저항 값으로부터 또한 가열 요소(716)의 저항을 결정하도록 구성된다. 션트 저항기를 포함하는 로우 사이드 전류 감지 회로에 대해서는 도 8을 참조하여 아래에 보다 구체적으로 설명될 것이다.
다른 구현에서, 로우 사이드 전류 감지 회로(714)는 비반전 연산 증폭기 회로 및 션트 저항기를 포함한다. 비반전 연산 증폭기 회로 및 션트 저항기는 모두 가열 요소(716)의 출력에 결합된다. 이들 구현에서, 처리 회로(710)는 비반전 연산 증폭기 회로의 이득으로부터 또한 가열 요소의 저항 및 션트 저항기의 저항 값을 결정하도록 구성된다. 일부 구현에서, 션트 저항기의 저항 값은 비반전 연산 증폭기 회로의 이득의 역수이다. 일부 구현에서, 로우 사이드 전류 감지 회로는 비반전 연산 증폭기에 결합된 2개의 디커플링 커패시터를 더 포함한다. 2개의 디커플링 커패시터는 비반전 연산 증폭기의 잡음 이득을 제거하도록 구성된다. 비반전 연산 증폭기 회로를 포함하는 로우 사이드 전류 감지 회로에 대해서는 도 9를 참조하여 아래에 보다 상세히 설명될 것이다.
도 8은 본 개시의 예시적인 구현에 따라, 전원(704)과, 처리 회로(710) 및 로우 사이드 전류 감지 회로(714)에 각각 대응할 수 있는 처리 회로(800) 및 로우 사이드 전류 감지 회로(802)를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 구성요소의 회로도를 도시한다. 적합한 처리 회로의 일례는 Texas Instruments의 MSP430™ 마이크로제어기이다.
일례에서, 로우 사이드 전류 감지 회로(802)는 가열 요소(716)의 출력과 접지에 및 이들 사이에 결합된 션트 저항기(804)를 포함한다. 이 예에서, 로우 사이드 전류 감지 회로에 의해 생성된 출력 전압(VOUT)은 출력 히터 전압(VOUT_HEATER)과 동일하다. 그리고 출력 히터 전압(VOUT_HEATER)은 션트 저항기의 입력 저항기 전압과 같다. 처리 회로는 아래에 설명된 바와 같이, 입력 히터 전압(VIN_HEATER) 및 출력 전압(VOUT)에서, 그리고 추가로 션트 저항기의 저항 값(RSENSE)로부터 가열 요소의 저항을 결정할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같은 예에서, 가열 요소(716)의 저항(RHEATER)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서 VHEATER는 가열 요소(716)의 전압이고, VIN_HEATER 및 VOUT은 예를 들어, 센서(806)를 사용하여 처리 회로(800)에 의해 측정될 수 있다. 일례에서, 에어로졸 전달 장치는 선택적인 스위칭 레귤레이터(712)를 포함하지 않고, VIN_HEATER는 전원(704)에 의해 제공된 전압인 VCC와 같다. 다른 예에서, 에어로졸 전달 장치는 선택적인 스위칭 레귤레이터를 포함하고 VIN_HEATER는 처리 회로에 의해 측정된 조정된 전압이다.
가열 요소(716)를 통해 흐르는 전류(IHEATER)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서 RSENSE는 알려지거나 사전결정된 값, 예컨대, 500 옴을 갖는다. 따라서, 처리 회로(800)는 VIN_HEATER 및 VOUT을 측정할 수 있고 RSENSE를 알고 있다. 수학식 (1) 및 (2)에 기초하여, 처리 회로는 가열 요소(716)의 저항(RHEATER)을 다음과 같이 계산할 수 있다.
가열 요소(716)의 저항(RHEATER)을 계산한 후, 처리 회로(800)는 저항으로부터 가열 요소의 온도를 결정할 수 있다. 저항은 가변적이며 가열 요소의 온도에 비례한다. 예를 들어, 가열 요소의 재료에 기초하여, 저항은 특정 온도 또는 온도 범위에 대응할 수 있다. 가열 요소의 저항과 가열 요소의 온도 사이의 대응 관계는 처리 회로의 메모리에 있는 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 따라서, 룩업 테이블을 확인함으로써, 처리 회로는 가열 요소의 저항에 기초하여 가열 요소의 온도를 결정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 처리 회로는 가열 요소의 온도를 제어하기 위해 전원 스위치(708)에 대한 신호를 조정할 수 있다.
도 9는 본 개시의 다른 예시적인 구현에 따라, 전원(704)과, 처리 회로(710) 및 로우 사이드 전류 감지 회로(714)에 각각 대응할 수 있는 처리 회로(900) 및 로우 사이드 전류 감지 회로(902)를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 구성요소의 회로도를 도시한다.
일례에서, 로우 사이드 전류 감지 회로(902)는 비반전 연산 증폭기 회로(906) 및 션트 저항기(904)를 포함한다. 비반전 연산 증폭기 회로 및 션트 저항기는 모두 가열 요소(716)의 출력에 결합된다. 이 예에서, 처리 회로(900)는 아래에 설명된 바와 같이 입력 히터 전압(VIN_HEATER) 및 출력 전압(VOUT)으로부터, 그리고 또한 비반전 연산 증폭기 회로의 이득으로부터 가열 요소의 저항 및 션트 저항기의 저항 값을 결정할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같은 예에서, 가열 요소(716)의 저항(RHEATER)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서 Gain은 비반전 연산 증폭기 회로(906)의 알려진 이득이고 IHEATER는 가열 요소(716)를 통해 흐르는 전류이다.
위의 예에서, VOUT은 다음과 같이 표현될 수 있다.
여기서 RSENSE는 션트 저항기(904)의 저항 값이다. 션트 저항기의 저항 값(RSENSE)은 가열 요소(716)를 통해 흐르는 전류를 측정하는 데 사용될 수 있으며, 이는 아래에서 설명하는 바와 같이 가열 요소의 RHEATER를 계산하는 데 사용된다.
수학식 (5)에 기초하여, 수학식 (4)는 다음과 같이 표현될 수 있다.
따라서, 처리 회로(900)는 VIN_HEATER 및 VOUT을 측정할 수 있고 RSENSE 및 Gain을 안다. 수학식 (6)에 기초하여, 처리 회로는 가열 요소(716)의 저항(RHEATER)를 계산할 수 있다.
일례에서, 션트 저항기(904)의 저항 값은 비반전 연산 증폭기 회로(906)의 이득의 역수, 즉, 
이다. 이 예에서, 위의 수학식 (6)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
일례에서, 비반전 연산 증폭기 회로(906)의 이득은 션트 저항기(904)의 저항 값에 기초하여 조정될 수 있다.
일례에서, 비반전 연산 증폭기 회로(906)의 이득은 신호 이득 및 잡음 이득을 포함한다. 이 예에서, 로우 사이드 전류 감지 회로(902)는 비반전 연산 증폭기에 결합된 2개의 디커플링 커패시터(908 및 910)를 포함할 수 있다. 2개의 디커플링 커패시터는 비반전 연산 증폭기의 잡음 이득을 제거할 수 있다. 2개의 디커플링 커패시터는 예를 들어, 각각 0.1 uf 및 0.01 uf일 수 있다. 고주파 전원 공급 장치 또는 배터리의 경우, 디커플링 커패시터의 범위는 예를 들어, 0.01 uf 내지 0.1 uf일 수 있다. 저주파 전원 공급 장치의 경우, 디커플링 커패시터의 범위는 예를 들어, 1 uf 내지 10 uf일 수 있다.
물품(들)의 사용에 대한 전술한 설명은 사소한 수정을 통해 본 명세서에 설명된 다양한 예시적 구현에 적용될 수 있는데, 이는 본 명세서에 제공되는 추가 개시에 비추어 당업자에게 명백할 수 있다. 그러나, 사용에 대한 위에서의 설명은 물품의 사용을 제한하려는 것이 아니라 본 개시의 공개에 필요한 모든 요구사항을 준수하기 위해 제공되는 것이다. 도 1 내지 도 9에 도시된 물품(들)에서 보여지거나 전술된 임의의 요소는 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치에 포함될 수 있다.
전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 이점을 갖는 본 개시가 속하는 분야의 당업자에게는 본 개시의 많은 수정 및 다른 구현이 떠오를 것이다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에 개시된 특정 구현으로 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위의 범위 내에 수정 및 다른 구현이 포함되도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에서는 특정 용어들이 사용되지만, 이들은 제한을 목적으로 하는 것이 아니라 일반적이고 설명적인 의미로만 사용된다.
Claims (22)
- 에어로졸 전달 장치로서,
전압을 제공하도록 구성된 전원과,
에어로졸 전구체 조성물의 성분을 기화시키도록 전력을 공급받을 수 있는 가열 요소 - 상기 가열 요소는 상기 가열 요소의 온도에 비례하고 가변적인 저항을 가짐 - 와,
상기 전원과 상기 가열 요소에 및 그 사이에 결합된 전원 스위치와,
상기 전원 스위치에 결합되고, 가열 시구간 동안 신호를 출력하여 상기 전원 스위치로 하여금 상기 가열 요소에 전력을 공급하도록 상기 전원에 의해 제공되는 전압을 전환 가능하게 연결 및 연결해제하게 하고, 상기 전원에 의해 제공되는 전압과 동일하거나 비례하는 상기 가열 요소에서의 입력 히터 전압을 측정하도록 구성된 처리 회로와,
상기 가열 요소와 상기 처리 회로에 및 그 사이에 결합되고, 상기 가열 요소에서의 출력 히터 전압과 동일하거나 비례하는 출력 전압을 생성하도록 구성된 로우 사이드 전류 감지 회로를 포함하되,
상기 처리 회로는 상기 출력 전압을 측정하고, 상기 입력 히터 전압 및 상기 출력 전압으로부터 상기 가열 요소의 저항을 결정하며, 상기 저항으로부터 상기 가열 요소의 온도를 결정하고, 상기 온도가 사전결정된 설정 포인트에서 벗어날 때 상기 신호를 조정하도록 더 구성되는
에어로졸 전달 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전원은 하나 이상의 배터리 또는 배터리 셀을 포함하는
에어로졸 전달 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 처리 회로가 상기 신호를 출력하도록 구성되는 것은 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하도록 구성되는 것을 포함하고, 상기 처리 회로가 상기 신호를 조정하도록 구성되는 것은 상기 PWM 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 구성되는 것을 포함하는
에어로졸 전달 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 요소는 백금(Pt), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 적어도 하나의 합금을 포함하는 원소로 형성되는
에어로졸 전달 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어로졸 전구체 조성물은 액체, 고체 또는 반고체 중 하나 이상을 포함하는
에어로졸 전달 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 요소에서의 입력 히터 전압은 상기 전원에 의해 제공되는 전압과 동일한
에어로졸 전달 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전원 스위치를 포함하는 스위칭 레귤레이터를 더 포함하고,
상기 스위칭 레귤레이터는 상기 전원에 의해 제공되는 전압을 상기 입력 히터 전압으로 낮추도록 구성되며 이로써 상기 전원에 의해 제공되는 전압에 비례하는
에어로졸 전달 장치.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로우 사이드 전류 감지 회로는 상기 가열 요소의 출력과 접지에 및 그 사이에 결합된 션트 저항기를 포함하고, 상기 로우 사이드 전류 감지 회로에 의해 생성된 상기 출력 전압은 상기 출력 히터 전압과 동일하고, 상기 출력 히터 전압은 상기 션트 저항기에서의 입력 저항기 전압과 동일하며,
상기 처리 회로는 상기 션트 저항기의 저항 값으로부터 또한 상기 가열 요소의 저항을 결정하도록 구성되는
에어로졸 전달 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로우 사이드 전류 감지 회로는 비반전 연산 증폭기 회로 및 션트 저항기를 포함하고, 이들 모두는 상기 가열 요소의 출력에 결합되며,
상기 처리 회로는 상기 비반전 연산 증폭기 회로의 이득 및 상기 션트 저항기의 저항 값으로부터 또한 상기 가열 소자의 저항을 결정하도록 구성되는
에어로졸 전달 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 션트 저항의 저항 값은 상기 비반전 연산 증폭기 회로의 이득의 역수인
에어로졸 전달 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 로우 사이드 전류 감지 회로는 상기 비반전 연산 증폭기에 결합되고 상기 비반전 연산 증폭기의 잡음 이득을 제거하도록 구성된 2개의 디커플링 커패시터를 더 포함하는
에어로졸 전달 장치.
- 에어로졸 전달 장치의 제어 본체로서,
상기 제어 본체는,
전압을 제공하도록 구성된 전원과,
가열 요소 또는 상기 가열 요소를 상기 제어 본체에 연결하도록 구성된 단자 - 상기 가열 요소는 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 기화시키도록 전력을 공급받을 수 있고 상기 가열 요소의 온도에 비례하고 가변적인 저항을 가짐 - 와,
상기 전원과 상기 가열 요소에 및 그 사이에 결합된 전원 스위치와,
상기 전원 스위치에 결합되고, 가열 시구간 동안 신호를 출력하여 상기 전원 스위치로 하여금 상기 가열 요소에 전력을 공급하도록 상기 전원에 의해 제공되는 전압을 전환 가능하게 연결 및 연결해제하게 하고, 상기 전원에 의해 제공되는 전압과 동일하거나 비례하는 상기 가열 요소에서의 입력 히터 전압을 측정하도록 구성된 처리 회로와,
상기 가열 요소와 상기 처리 회로에 및 그 사이에 결합되고, 상기 가열 요소에서의 출력 히터 전압과 동일하거나 비례하는 출력 전압을 생성하도록 구성된 로우 사이드 전류 감지 회로를 포함하되,
상기 처리 회로는 상기 출력 전압을 측정하고, 상기 입력 히터 전압 및 상기 출력 전압으로부터 상기 가열 요소의 저항을 결정하며, 상기 저항으로부터 상기 가열 요소의 온도를 결정하고, 상기 온도가 사전결정된 설정 포인트에서 벗어날 때 상기 신호를 조정하도록 더 구성되는
제어 본체.
- 제12항에 있어서,
상기 전원은 하나 이상의 배터리 또는 배터리 셀을 포함하는
제어 본체.
- 제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 처리 회로가 상기 신호를 출력하도록 구성되는 것은 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 출력하도록 구성되는 것을 포함하고, 상기 처리 회로가 상기 신호를 조정하도록 구성되는 것은 상기 PWM 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 구성되는 것을 포함하는
제어 본체.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 요소는 백금(Pt), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 적어도 하나의 합금을 포함하는 원소로 형성되는
제어 본체.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어로졸 전구체 조성물은 액체, 고체 또는 반고체 중 하나 이상을 포함하는
제어 본체.
- 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 요소에서의 입력 히터 전압은 상기 전원에 의해 제공되는 전압과 동일한
제어 본체.
- 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전원 스위치를 포함하는 스위칭 레귤레이터를 더 포함하고,
상기 스위칭 레귤레이터는 상기 전원에 의해 제공되는 전압을 상기 입력 히터 전압으로 낮추도록 구성되며 이로써 상기 전원에 의해 제공되는 전압에 비례하는
제어 본체.
- 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로우 사이드 전류 감지 회로는 상기 가열 요소의 출력과 접지에 및 그 사이에 결합된 션트 저항기를 포함하고, 상기 로우 사이드 전류 감지 회로에 의해 생성된 상기 출력 전압은 상기 출력 히터 전압과 동일하고, 상기 출력 히터 전압은 상기 션트 저항기에서의 입력 저항기 전압과 동일하며,
상기 처리 회로는 상기 션트 저항기의 저항 값으로부터 또한 상기 가열 요소의 저항을 결정하도록 구성되는
제어 본체.
- 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로우 사이드 전류 감지 회로는 비반전 연산 증폭기 회로 및 션트 저항기를 포함하고, 이들 모두는 상기 가열 요소의 출력에 결합되며,
상기 처리 회로는 상기 비반전 연산 증폭기 회로의 이득 및 상기 션트 저항기의 저항 값으로부터 또한 상기 가열 소자의 저항을 결정하도록 구성되는
제어 본체.
- 제20항에 있어서,
상기 션트 저항의 저항 값은 상기 비반전 연산 증폭기 회로의 이득의 역수인
제어 본체.
- 제20항에 있어서,
상기 로우 사이드 전류 감지 회로는 상기 비반전 연산 증폭기에 결합되고 상기 비반전 연산 증폭기의 잡음 이득을 제거하도록 구성된 2개의 디커플링 커패시터를 더 포함하는
제어 본체.
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