KR20220047792A - 전자 담배의 에어로졸 생성을 개선시키기 위한 디바이스, 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

에어로졸 생성 디바이스는 에어로졸-형성 액체를 수용하는 컨테이너와 유체 연통되는 유체 통로, 유체 통로와 작동 연결되는 가열 소자로서, 유체 통로 내부의 에어로졸-형성 액체를 가열하여 에어로졸을 생성하도록 구성되는, 가열 소자, 가열 소자의 가열 전력을 제어하기 위해 가열 소자로 전달된 전력을 제어하기 위한 전력 디바이스, 및 가열 소자로의 제2 전력 전달을 수행하기 전에 기체 갭을 형성하기 위해 에어로졸-형성 액체의 일부를 기화시키도록 가열 소자로의 제1 전력 전달을 선택적으로 수행하기 위해 전력 디바이스를 제어하기 위한 제어기를 포함하되, 기체 갭은 에어로졸-형성 액체가 기화되어 기체를 형성하게 하는 가열 소자의 가열 표면과 접촉하는 유체 통로의 영역을 포함하고, 제1 전력 전달은 제2 전력 전달 미만의 값에서 이루어진다.

Description

전자 담배의 에어로졸 생성을 개선시키기 위한 디바이스, 방법 및 시스템

본 개시내용은 일반적으로 에어로졸 또는 증기 생성 시스템 및 디바이스, 더 구체적으로, 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸을 생성하기 위해 가열될 수 있는 에어로졸-형성 액체를 사용하여 에어로졸 또는 증기 생성을 제어하는 방법에 관한 것이다.

종래의 흡연 물품, 예컨대, 리트-엔드 담배(lit-end cigarette), 시가 및 파이프에 대한 대안으로서 사용될 수 있는, 전자담배(e-cigarette), 전자담배(e-cig: EC), 전자식 니코틴 전달 시스템(electronic nicotine delivery system: ENDS), 전자식 비-니코틴 전달 시스템(electronic non-nicotine delivery system: ENNDS), 전자 흡연 디바이스(electronic smoking device: ESD), 개인 기화기(personal vaporizer: PV), 흡입 디바이스, 베이프로서 또한 알려진, 에어로졸 생성 시스템의 사용은 점점 대중화되고 널리 보급되고 있다. 가장 일반적으로 사용되는 전자담배는 보통 배터리로 구동되고 저항 가열 소자를 사용하여 니코틴을 함유한 액체(전자담배(e-cigarette) 액체, 전자담배(e-cig) 액체, 전자-액체, 주스, 증기 주스, 연기 주스, 전자-주스, 전자-액체, 베이프 오일로서 또한 지칭됨)를 가열하고 분무하여 사용자가 흡입할 수 있는 니코틴-함유 응축 에어로졸(종종 증기로 불림)을 생성한다. 에어로졸은 니코틴을 함유하는 전자-액체로부터 형성되는 에어로졸의 경우에, 사용자의 폐, 목구멍 및 입 등으로 니코틴을 전달할 수 있는, 마우스피스를 통해 흡입될 수 있고, 사용자가 배출하는 에어로졸은 일반적으로 종래의 흡연 물품에서 나오는 연기의 외관을 모방한다. 에어로졸의 흡입이 종래의 흡연과 유사한 물리적 느낌을 발생시키지만, 유해한 화학 물질, 예컨대, 일산화탄소 및 타르는 연소가 없기 때문에 가연성 흡연 제품에 비해 임의의 상당한 양으로 생성되거나 또는 흡입될 필요가 없다.

위에서 설명된 종래의 전자담배에서, 액체는 예를 들어, 저장소로부터 가열 소자로 액체를 수송하는 복수의 작은 채널을 가진 윅(wick)을 통해 액체가 가열되고 기화되는 저항 가열 소자로 작은 채널을 통해 접촉된다. 그러나, 종래의 전자담배에 대해, 예를 들어, 알데히드, 예컨대, 포름알데히드로 제한되지 않는 소량의 소량의 원하지 않은 화학 화합물은 아직 완전히 이해되지 않지만 금속성 가열 소자 상의 전자-액체의 국부화된 연소의 결과인 것으로 여겨지는 이유로 휘발 과정 동안 생성되고, 이들 중 일부는 흡입을 위해 응축 에어로졸로 용출되고 이어서 흡입 에어로졸의 감각 수용성 특성에 부정적으로 영향을 준다. 이어서 부가적으로, 전자담배의 지속적인 사용과 함께 문제가 발생할 수 있는데, 왜냐하면 액체의 이 국부화된 "연소"로 인해 저항 가열 소자의 표면에 침전물이 형성될 수 있기 때문이다. 이것은 저항 가열 소자의 효율을 감소시킬 수 있다. 게다가, 침전물이 전자담배의 작동 동안 후속하여 가열될 때, 침전물이 증발하여 불쾌한 맛을 생성하고/하거나 결과적으로 발생된 증기/에어로졸에 유해한 성분을 생성할 수 있다. 이러한 문제는 이러한 침전물의 상당한 축적이 있기 전에 저항 가열 소자 또는 전자담배 자체를 교체함으로써 해결될 수 있지만, 이것은 사용자에게 원하지 않은 비용과 불편함을 수반한다. 따라서, 배경기술은 복수의 결함 및 문제, 예를 들어, 원하지 않은 침전물의 축적을 제시하고, 본 개시내용은 이 어려움을 해결하고자 한다.

본 발명의 하나의 양상에 따르면, 에어로졸 생성 디바이스가 제공된다. 바람직하게는, 에어로졸 생성 디바이스는 에어로졸-형성 액체를 수용하는 컨테이너와 유체 연통되는 유체 통로, 유체 통로와 작동 연결되는 가열 소자로서, 유체 통로 내부의 에어로졸-형성 액체를 가열하여 에어로졸을 생성하도록 구성되는, 가열 소자, 가열 소자의 가열 전력을 제어하기 위해 가열 소자로 전달된 전력을 제어하기 위한 전력 디바이스, 및 가열 소자로의 제2 전력 전달을 수행하기 전에 에어로졸-형성 액체를 기화시키도록 가열 소자로의 제1 전력 전달을 선택적으로 수행하기 위해 전력 디바이스를 제어하기 위한 제어기를 포함하되, 제1 전력 전달은 제2 전력 전달 미만의 값에서 이루어진다. 바람직하게는 제어기는 가열 소자로의 제2 전력 전달을 수행하기 전에 기체 갭을 형성하기 위해 에어로졸-형성 액체의 일부를 기화시키도록 가열 소자로의 제1 전력 전달을 선택적으로 수행하기 위해 전력 디바이스를 제어하도록 구성되고, 기체 갭은 에어로졸-형성 액체가 기화되어 기체를 형성하게 하는 가열 소자의 가열 표면과 접촉하는 유체 통로의 영역을 포함한다.

바람직하게는 제어기는 가열기 기체 갭 형성(heater gas gap formation: HGGF) 사이클 동안 사용자에 의한 흡입 기간의 초반에 제1 전력 전달을 수행하도록 구성되고, HGGF 사이클 후에 제어기는 흡입 기간의 나머지 시간 동안 제2 전력 전달을 수행하도록 구성된다. 바람직하게는 HGGF 사이클의 지속기간은 기체 갭이 에어로졸-형성 액체와 가열 소자의 가열 표면 간의 유체 통로에 형성되는 것을 확인하도록 구성된다. 바람직하게는 HGGF 사이클은 500 ㎳ 미만 또는 300 ㎳ 미만 또는 150 ㎳ 미만의 지속기간을 갖는다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 에어로졸 생성 디바이스에 대한 전력 공급을 제어하기 위한 방법이 제공되고, 에어로졸 생성 디바이스는 컨테이너, 유체 통로, 유체 통로와 작동 연결되는 가열 소자, 및 전력 디바이스를 포함한다. 바람직하게는, 방법은 흡입 기간의 발생을 결정하기 위해 에어로졸 생성 디바이스의 사용자 흡입을 검출하는 단계, 흡입 기간 동안 전력 디바이스로부터 가열 소자로 전달될 전력 프로파일을 결정하는 단계로서, 전력 프로파일은 가열 소자로의 제2 전력 전달 전에 에어로졸-형성 액체를 기화시키도록 가열 소자로의 제1 전력 전달의 선택을 규정하고, 제1 전력 전달은 제2 전력 전달 미만인 값에서 이루어지는, 전력 프로파일을 결정하는 단계, 및 결정된 전력 프로파일에 기초하여 가열 소자로의 전력 전달을 수행하기 위해 전력 디바이스를 제어하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 전력 프로파일은 가열 소자로의 제2 전력 전달 전에 기체 갭을 형성하기 위해 에어로졸-형성 액체의 일부를 기화시키도록 가열 소자로의 제1 전력 전달의 선택을 규정하고, 기체 갭은 에어로졸-형성 액체가 기화되어 기체를 형성하게 하는 가열 소자의 가열 표면과 접촉하는 유체 통로의 영역을 포함한다.

바람직하게는 제1 전력 전달이 가열기 기체 갭 형성(HGGF) 사이클 동안 사용자에 의한 흡입 기간의 초반에 행해지고, HGGF 사이클 후에 제어기는 흡입 기간의 나머지 시간 동안 제2 전력 전달을 수행하도록 구성된다. 바람직하게는 HGGF 사이클의 지속기간은 기체 갭이 에어로졸-형성 액체와 가열 소자의 가열 표면 간의 유체 통로에 형성되는 것을 확인하도록 구성된다. 바람직하게는 HGGF 사이클은 500 ㎳ 미만 또는 300 ㎳ 미만 또는 150 ㎳ 미만의 지속기간을 갖는다.

본 발명의 추가의 또 다른 양상에 따르면, 에어로졸을 생성하기 위한 카트리지가 제공된다. 바람직하게는, 카트리지는 에어로졸-형성 액체를 수용하기 위한 액체 컨테이너, 액체 컨테이너와 유체 연통되는 유체 통로, 유체 통로와 작동 연결되는 가열 소자로서, 유체 통로 내부의 에어로졸-형성 액체를 가열하여 에어로졸을 생성하도록 구성되는, 가열 소자, 에어로졸을 생성하기 위해 가열 소자에 의해 필요한 전력 프로파일과 관련된 데이터를 저장하는 메모리로서, 전력 프로파일은 가열 소자로의 제2 전력 전달 전에 에어로졸-형성 액체를 기화시키도록 가열 소자로의 제1 전력 전달의 선택을 규정하고, 제1 전력 전달은 제2 전력 전달 미만인 값에서 이루어지는, 메모리, 및 외부 디바이스가 전력 프로파일에 기초하여 카트리지의 가열 소자로 전력을 전달할 수 있도록 외부 디바이스와 카트리지의 연결 시 전력 프로파일과 관련된 데이터를 외부 디바이스로 전송하기 위한 제어기를 포함한다. 바람직하게는 전력 프로파일은 가열 소자로의 제2 전력 전달 전에 기체 갭을 형성하기 위해 에어로졸-형성 액체의 일부를 기화시키도록 가열 소자로의 제1 전력 전달의 선택을 규정하고, 기체 갭은 에어로졸-형성 액체가 기화되어 기체를 형성하게 하는 가열 소자의 가열 표면과 접촉하는 유체 통로의 영역을 포함한다.

바람직하게는, 제1 전력 전달이 가열기 기체 갭 형성(HGGF) 사이클 동안 사용자에 의한 흡입 기간의 초반에 수행되고, HGGF 사이클 후에 제어기는 흡입 기간의 나머지 시간 동안 제2 전력 전달을 수행하도록 구성된다. 바람직하게는 HGGF 사이클의 지속기간은 기체 갭이 에어로졸-형성 액체와 가열 소자의 가열 표면 간의 유체 통로에 형성되는 것을 확인하도록 구성된다. 바람직하게는 HGGF 사이클은 500 ㎳ 미만 또는 300 ㎳ 미만 또는 150 ㎳ 미만의 지속기간을 갖는다.

다음의 구성이 부가적으로 제공될 수 있다.

바람직하게는, 기체 갭은 유체 통로 내 에어로졸 형성 액체와 가열 소자의 가열 표면 간의 분리부로서 간주될 수 있다.

바람직하게는, 분리부는 에어로졸 형성 액체가 제1 전력 전달 시 기화되는 가열 표면에 인접한 유체 통로의 구역에 의해 규정된다.

바람직하게는, 분리부는 실질적으로 전체 가열 표면과 유체 통로 사이에 있다.

바람직하게는, 분리부는 제1 전력 전달 동안 에어로졸 형성 액체의 일부를 가열하고 기화시킴으로써 기체의 생성에 의해 형성되고, 유체 통로의 구역 내부의 부분은 가열 표면과 인접하다.

바람직하게는, 분리부는 유체 통로 내 에어로졸 형성 액체가 제2 전력 전달 동안 가열 소자의 가열 표면과 직접적으로 접촉하는 것을 억제하도록 구성된다.

바람직하게는, 전력 디바이스는 흡입 기간 동안 전력을 가열 소자로 전달하도록 구성되고, 흡입 기간은 사전-에어로졸-전달 단계 및 에어로졸-전달 단계를 포함하고, 제1 전력 전달은 사전-에어로졸-전달 단계에서 수행되고 제2 전력 전달은 에어로졸-전달 단계에서 수행된다. 흡입 기간은 또한 기화 세션으로서 지칭될 수 있다.

바람직하게는, 사전-에어로졸-전달 단계는 에어로졸-전달 단계 전에 기체 갭을 생성하기 위해 가열 표면에 인접한 유체 통로의 구역 내부의 에어로졸 형성 액체의 부분을 기화시키도록 구성되고, 에어로졸-전달 단계는 사용자가 제2 전력 전달에 의해 생성된 에어로졸을 흡입하게 하도록 구성된다.

바람직하게는, 사전-에어로졸-전달 단계는 사용자가 에어로졸 생성 디바이스를 흡입하기 전에 발생하도록 구성된다. 사전-에어로졸 전달 단계는 사용자가 흡입 기간을 트리거링하기 위해 버튼을 누름으로써 개시될 수 있다.

대안적으로, 사전-에어로졸-전달 단계는 사용자가 에어로졸 생성 디바이스를 흡입하기 시작할 때 발생하도록 구성된다. 사전-에어로졸-전달 단계는 예를 들어, 사용자가 흡입 기간을 트리거링하기 위해 에어로졸 생성 디바이스를 흡입할 때 압력 변화를 검출하는 퍼프 센서에 의해 개시될 수 있다.

본 발명의 위의 그리고 다른 목적, 특징 및 이점 및 이들을 실현하는 방식이 더 분명해질 것이고, 본 발명 자체는 본 발명의 일부 바람직한 실시형태를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 다음의 설명의 연구로부터 가장 잘 이해될 것이다.

본 명세서에 포함되고 이 명세서의 부분을 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 현재 바람직한 실시형태를 예시하고, 위에 제공된 전반적인 설명 및 아래에 제공되는 상세한 설명과 함께, 본 발명의 특징을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 양상에 따른 유체 디바이스(20)를 통해 에어로졸(40)을 생성하기 위한 가열 소자(30)를 가진 에어로졸 생성 디바이스(100)의 예시적인 개략도를 도시한다;
도 2는 유체 디바이스로서 모세관 윅(capillary wick)(120), 및 에어로졸(140)을 생성하기 위해 모세관 윅(120) 주위에 랩핑된 가열 코일(130)을 가진 에어로졸 생성 디바이스(200)의 실시형태를 개략적으로 그리고 전형적으로 도시한다;
도 3a 내지 도 3c는 에어로졸을 생성하기 위한 가열의 종래의 방식과 관련된 문제를 예시하고, 도 3a는 측면도를 도시하고 도 3b는 가열 코일(130) 및 모세관 윅(120)의 변형으로, 가열 디바이스(30) 및 유체 디바이스(20)의 단면도를 도시하고, 도 3c는 연소 구역(burn zone: BZ)을 발생시키는 초과 온도를 나타내는, 유체 디바이스 내부 또는 가열 디바이스(30)의 표면에서의 온도를 나타내는 그래프의 시간 변화를 도시한다;
도 4a 내지 도 4d는 연소된 고체 입자의 생성과 관련된 문제에 대한 해결책의 양상을 도시하고, 도 4a는 유체 디바이스 내부 또는 가열 디바이스(30)의 표면에서의 온도를 나타내는 그래프의 시간 변화를 도시하고, 도 4b 및 도 4c는 가열 코일(130) 및 모세관 윅(120)의 변형으로, 기체 갭(gas gap)(GG)이 존재하는 가열 디바이스(30) 및 유체 디바이스(20)의 단면도를 도시하고, 도 4d는 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF) 및 정상적인 가열 사이클(normal heating cycle: NHC)을 포함하는, 상이한 가열 단계의 적용을 나타내는 2개의 그래프를 도시한다;
도 5a 내지 도 5d는 에어로졸 생성 디바이스(100)에 의한 HGGF 및 NHC 사이클을 확립하기 위해 제어 디바이스를 가열하기 위한 실시형태의 상이한 개략적이고 예시적인 도면을 도시한다;
도 6은 홀더(500)에 제거 가능하게 연결될 수 있는 카트리지(400)를 포함하는, 에어로졸 생성 시스템의 예시적이고 개략적인 도면을 도시하고, 카트리지(400)는 카트리지의 특성에 대한 데이터, 예를 들어, 특정한 카트리지(400)에 대한 HGGF 및/또는 NHC 사이클을 매개변수화하는 데이터를 저장하기 위한 메모리(471)를 포함한다; 그리고
도 7은 가열 디바이스의 전력 수준과 온도 간의 관계를 나타내기 위해, 가열 디바이스(30, 130)의 온도, 및 가열 디바이스(30, 130)에 인가되는 가열 전력의 시간 변화를 나타내는 2개의 곡선을 전형적으로 도시한다.
본 명세서에서, 동일한 참조 부호가 도면에 공통되는 동일한 구성요소를 나타내기 위해, 가능하다면, 사용된다. 또한, 이미지는 예시 목적을 위해 간략화되고 축척대로 도시되지 않을 수 있다.

도 1은 기호적 표현으로 상이한 소자를 가진 에어로졸 생성 시스템 또는 디바이스(100)의 예시적인 개략도를 도시하고, 에어로졸 생성 디바이스(100)는 본 발명의 양상에 따라 유체 소자(20)를 통해 에어로졸(40)을 생성하기 위한 가열 소자(30)를 갖는다. 에어로졸 생성 액체(15)가 저장소(10)에 의해 제공될 수 있고, 저장소(10)가 유체 소자(20)와 유체 연통되어 에어로졸 생성 액체(15)가 가열 소자(30)에 의해 가열하고 기화함으로써 에어로졸(40)로 변형될 수 있는, 유체 소자(20)의 변형 영역(transformation area: TA)으로 에어로졸 생성 액체(15)를 이동시킨다. 유체 소자(20)가 에어로졸 생성 액체(15)에서 모세관 운동 또는 작용을 생성하는 특정 크기 및 치수의 유체 채널을 가진 마이크로유체 디바이스일 수 있어서, 액체(15)가 저장소(10)로부터 변형 영역(TA)으로 이동될 것이다. 또 다른 변형에서, 저장소(10)가 변형 영역(TA)을 향한 액체(15)의 움직임을 생성하기 위한 압력하에 있는 컨테이너라는 것이 가능하다. 추가의 변형은 예를 들어, 버블 제트 배출 기구 또는 기계식 액체 이송 소자 또는 다른 적합한 기구를 사용함으로써 약간의 액체(15)를 저장소로부터 변형 영역으로 이송하기 위한 도징 기구(dosing mechanism)를 제공한다. 가열 디바이스(30)는 예를 들어, 전력 스위치 또는 전력 변환기로 제한되지 않는 가열 디바이스(30)에 의해 생성되는 가열 전력을 변화시키는 전력 디바이스(60)와 작동 연결되고, 전력 디바이스(60)는 예를 들어, 전력 디바이스(60)를 제어하여 가열 디바이스(30)를 제어하게 하는, 마이크로제어기, 마이크로프로세서, 데이터 프로세서, 전자 회로로 제한되지 않는 제어기(70)와 스스로 작동 연결되어, 제어기(70)가 가열 디바이스(30)로의 전력 전달, 따라서 가열 디바이스(30)에 의해 생성되는 가열 전력을 제어할 수 있다. 전력 저장 디바이스(80), 예를 들어, 재충전 가능한 배터리는 가열 전력을 제공하기 위해 전력을 전력 디바이스(60)로 공급한다.

가열 소자(30)에 의한 유체 소자(20)의 가열에 의해, 유체 소자(20)의 유입 포트에 진입하는 에어로졸 생성 액체(15)가 예를 들어, 모세관 작용에 의해 가열 소자(30)의 변형 영역(TA)으로 또는 변형 영역을 통해 지나가고, 비등점에서 기화에 의해 에어로졸(40)로 변형되어, 에어로졸(40)이 유체 소자(20)의 유출 포트를 나간다. 따라서 에어로졸(40)은 사용자의 입에 진입하기 위해 마우스피스(44)를 나가기 전에, 증기 챔버(55)에 근접하여, 유체 연통되게 또는 마우스피스(50)에 위치된다. 저장소(10)는 전자담배에 제거 가능하게 도입될 수 있는, 제거 가능한 카트리지(도 6 참조) 또는 포드의 일부일 수 있다.

도 2는 에어로졸 생성 디바이스(200)의 또 다른 예시적인 개략도를 도시한다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 가열 소자(30)는 유체 소자(20), 도시된 변형에서 복수의 모세관 유체 채널을 형성하는 윅(120) 주위에 권취되는 와이어인 가열 코일(130)에 의해 형성된다. 가열 소자(30)의 다른 변형은 저항성 가열 코일, 유도 가열 코일, 가열판, 모세관 가열관일 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 윅(120)의 각각의 단부(122, 124)가 예를 들어, 직접적으로 유체 저장소(110) 또는 컨테이너에 의해 또는 간접적으로 유체 연통에 의해 에어로졸 생성 액체(115)에 배치되거나 또는 유체 연통되게 배열되어, 윅(120)이 에어로졸 생성 액체(115)로 충전되거나 또는 다른 방식으로 에어로졸 생성 액체가 제공될 것이다. 이것은 도 2의 액체(115)에서 화살표로 나타낸 바와 같이 액체(115)를 윅(120)으로 끌어당기기 위해, 윅(120)에 의해 제공되는 유체 채널의 치수 및 배열로부터 발생되는 모세관 작용에 의해 행해질 수 있다. 윅(120)은 섬유의 다발, 중공형 또는 다공성 관의 다발로 이루어질 수 있거나 또는 다공성 고체, 예를 들어, 세라믹 물질 또는 저장소(120)로부터 윅(120)이 예를 들어, 마이크로채널을 가진 가열 코일(130)에 의해 가열될 수 있는 변형 영역(TA)으로 에어로졸 생성 액체(115)를 수송하는 다른 유체 디바이스로 이루어질 수 있다. 가열 코일(130)이 윅(120) 주위에 권취되어 변형 영역(TA)을 형성하고, 가열 코일(130)을 형성하는 와이어의 표면이 윅(120)과 접촉하여, 윅(120)이 충분히 가열되어 에어로졸 생성 액체(115)를 기화시켜서 윅(120)으로부터 멀리 마우스피스(150)와 유체 연통되는 증기 챔버(155)로 향하는 화살표로 나타낸 바와 같이 윅(120)으로부터 나가는 에어로졸(140)을 생성할 수 있다.

가열 코일(130)은 연결 와이어(132, 134)에 의해 예를 들어, 스위치, 복수의 스위치, 레지스터로 제한되지 않는 전력 디바이스(160), 상이한 유형의 DC-DC 변환기, 예컨대, 벅 변환기 또는 부스트 변환기 또는 이들의 조합, 또는 가열 디바이스(130)에 전달되는 전력을 제한하거나 또는 제어하기 위해 배열되는, 가열 디바이스(30, 130)에 전달되는 전류를 제어하는 상이한 유형의 전류 변환기, 및 전력 저장 디바이스(180), 예를 들어, 전력을 전력 디바이스(160)에 제공하는 배터리에 전기적으로 연결된다. 이 변형에서, 가열은 가열 코일(130)을 형성하는 전도성 물질의 저항률에 의해 수행되고, 그리고 전력 디바이스(160)와 함께 연결 와이어(132, 132)에 특정한 전압을 제공함으로써, 가열 코일의 저항률에 기초하여, 가열 전력이 생성된다. 게다가, 전력 디바이스(160)가 예를 들어, 마이크로프로세서, 데이터 프로세서, 마이크로제어기 또는 다른 유형의 제어기 디바이스로 제한되지 않는 제어기(170)에 의해 제어될 수 있어서, 전력 저장 디바이스(180)로부터 전력 디바이스(160)를 통해 가열 코일(130)에 제공되는 전력이 제어기(170)의 데이터 처리에 기초하여 제어될 수 있다. 윅(440, 1440) 주위의 예시적인 가열 코일(450)을 나타내는, 도 2에서 논의되는 바와 같은 에어로졸 생성 디바이스(200)의 이 실시형태의 더 상세한 버전이 미국 특허 공개 제2019/0046745호에 도시되고, 윅의 단부가 액체, 에어로졸 생성 액체(115)의 저장소를 포함하는 챔버(270)에 위치되고, 본 명세서의 이 참조는 전문이 참조에 의해 원용된다. 윅(6), 가열 부재(7), 유체 저장소(8), 및 윅(6)의 단부와 유체 연통되는 액체 유출부(9A, 9B)를 나타내는, 이 실시형태의 또 다른 더 상세한 버전이 PCT 공개(일련 번호 제WO2017/176111호)에서 보일 수 있고, 본 명세서의 이 참조는 또한 전문이 참조에 의해 원용된다.

특정한 가열 코일(130)에 대해, 가열 코일의 상대적으로 얇은 직경은 가열 코일(130)을 형성하는 가열 와이어를 따라 소위 핫 스폿을 유발하여 문제가 많을 수 있다. 가열 디바이스(30)에 의한, 예를 들어, 가열 코일(130)에 의한 기화는 가열 코일(130)이 상대적으로 얇은 와이어로 이루어져서 높은 전력 밀도를 획득하여, 상대적으로 작은 영역에 집중되는 높은 가열 전력을 생성할 때 잘 작동한다. 그러나, 가열 와이어가 너무 얇다면, 다른 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 와이어가 기계적으로 너무 손상되기 쉽게 될 수 있어서, 가열 코일(130)의 코일 윅 구조체를 안전하게 그리고 효율적으로 조립하는 것을 어렵게 하고, 찢어짐에 기인하여 고장나기 쉽게 한다. 또한, 감소된 단면적이 더 낮은 전기 전도율을 초래할 것이고, 감소된 단면적을 가진 섹션, 예를 들어, 핀치 포인트 또는 벤딩부에서, 더 얇은 와이어의 단면적의 상대적인 감소가 더 큰 단면적을 가진 와이어와 비교할 때 훨씬 더 커질 것이고, 가열 코일(130)을 형성하는 와이어의 평균 온도와 비교할 때 훨씬 더 높은 온도를 가진 스폿인, 가열 코일(130)을 따른 상당한 핫 스폿의 생성을 발생시킨다. 핫 스폿이 윅(120)의 변형 영역(TA)의 불균일한 가열을 확립할 수 있고, 이것이 결국 공칭 또는 안전값을 초과하는 가열 온도를 생성할 수 있기 때문에, 이러한 핫 스폿은 바람직하지 않다. 이것은 결국 에어로졸 생성 액체(115)로부터 카르보닐을 생성할 수 있고, 이는 흡입성 에어로졸(140)의 맛에 부정적으로 영향을 줄 것이고, 건강 문제를 제기한다. 게다가, 극단적인 경우에, 와이어가 매우 얇다면 얇은 스폿의 초과 온도는 가열 코일(130)의 와이어가 이 포인트에서 용융되고 부서지게 할 수 있다. 따라서, 가열 코일(130)에 대해, 와이어는 약 0.1 ㎜ 내지 0.3 ㎜의 범위 내 직경을 갖도록 선택된다.

가열 디바이스(30) 및 가열 디바이스, 예를 들어, 유체 소자(20)로서 윅(120), 예를 들어, 가열 코일(130 사이에 위치된 윅(120)과 함께, 코일의 권선 사이에 전형적으로 획정되는 변형 영역(TA)을 가진 가열 코일(130)과 연관된 유체 소자(20)에 대한 특정한 문제가 도 3a 및 도 3b의 단면도에 예시되고, 도 3c에 예시된 그래프가 가열 코일(130)에서의 온도 변화를 나타낸다. 일반적으로, 변형 영역(TA)은 가열 코일(130)이 윅(120)과 접촉하는 영역의 부근의 하나 이상의 위치에 있을 수 있다. 보통, 전력이 온/오프 방식으로 가열 디바이스(30)에 전달될 때, 전력이 가열 디바이스(30, 130)에 전달되지 않거나 또는 공칭 전력이 전력원, 예를 들어, 배터리(180)로부터 가열 디바이스(30, 130)로 전달된다. 이것은 보통 특정한 공칭 전력에서, 가열 디바이스(30, 130)에 의한 유체 소자(20, 120)의 상대적으로 신속하고 강한 가열을 유발한다. 아주 간단한 전자담배 간에 상대적으로 흔한 이러한 방식에 대해, 가열 디바이스(30, 130)를 가열할 때, 가열 코일의 가열 온도(T)는 기화가 충분한 일관된 작동 온도에 신속하게 다가갈 것이고 이어서 이 온도를 대체로 유지할 것이다. 이 작동 온도에서, 가열 코일로부터 열 에너지의 대부분이 전자-액체를 기화시키는 데 필요한 전자-액체의 기화의 잠열을 공급하기 위해 사용되기 때문에 가열 코일에 인가되는 전력의 임의의 변동은 가열 코일의 (평균) 온도의 (상당한) 변동에서보다 발생하는 기화량의 대응하는 변동을 발생시키는 경향이 있다.

더 복잡한 가열 코일 온도 제어 방식이 더 복잡한 전자담배에서 채용될 수 있다. 예를 들어, 일부 전자담배는 비례 적분 미분(Proportional Integral Derivative: PID), 또는 때때로, 필수 성분을 0으로 설정함으로써, 비례 미분(Proportional Derivative: PD), 원하는 타깃 온도에서 코일의 (평균) 온도를 정확하게 유지하는 음의 피드백 루프 온도 제어 시스템을 채용한다. 이러한 전자담배가 일반적으로 저항률의 무시할 수 없는 온도 계수를 가진 금속, 예컨대, 스테인리스강 또는 티타늄으로 이루어진 금속성 가열 코일을 채용하여 가열 코일의 평균 온도가 가열 코일의 저항의 측정에 기초하여 추정될 수 있다. 잘 알려진 바와 같이, 음의 피드백 온도 제어 시스템에서 작동하는 제어 시스템은 일반적으로 타깃 온도, 예를 들어, 특히 램프업(ramp up) 시간이 짧은 경우에 액체(15, 115)의 기화 온도(vaporizing temperature: VT)를 초과한다. 원하는 온도(VT)의 이러한 온도 초과는 가열 디바이스(30, 130)가 온도를 가능한 한 빨리 램프업하려고 하는 결과이다. 이것은 액체(15, 115)가 노출되는 유체 소자(20, 120) 내에서 특정한 문턱값 온도(threshold temperature: TT) 위의 온도 초과를 초래하고, 연소 구역(BZ)에서, 도 3c에 표기된, 액체(15, 115)의 과열을 유발할 것이다. 이 연소 구역(BZ)에서 문턱값 온도(TT) 미만의 에어로졸 생성 액체(15, 115)의 과열이 부가적으로 에어로졸 생성 액체(15, 115)의 분해를 생성할 수 있어서, 기체 갭의 형성 전 그리고 동안 신속한 온도 상승에 의해 간단히 유발될 수 있는 것에 더하여, 액체(15, 115)를 적절하게 기화시키는 대신에, 연소되거나 또는 분해된 물질 또는 고체 잔여 입자를 생성하는 액체(15, 115)를 연소시킨다. 게다가, 가열 코일(130)의 가열 표면 부근의 연소되거나 또는 분해된 물질의 축적은 가열 표면 상에 이 물질의 증착을 생성할 수 있고, 에어로졸(40, 140) 내 부가적인 카르보닐의 생성에 참여할 수 있다. 또한, 이것이 가열 디바이스(30, 130)의 코일의 산화를 초래하여, 디바이스 성능 및 수명 지속시간을 악화시킬 수 있다.

가열 디바이스(30, 130)의 과열을 방지하기 위해 그리고 액체(15, 115)의 분해를 방지하기 위해 폐루프(음의 피드백 루프) 온도 제어 시스템을 가진 에어로졸 생성 디바이스에 대해, 온도 제어 시스템은 일반적으로 가열 디바이스(30, 130)에 제공되는 전압(Vout)으로 작동한다. 보통 온도 제어 시스템의 응답 시간 또는 사이클 시간인 시간 상수는 100 ㎳ 내지 150 ㎳ 범위 내에 있고, 이는 일단 온도 오류가 발생한다면, 온도를 정확한 원하는 온도로 제어하는 데 100 ㎳ 초과의 어느 정도의 시간이 걸릴 것이라는 것을 의미한다. 유감스럽게도, 이 제어 사이클 및 이의 시간 상수는 VT에 도달하기 위한 온도의 빠른 램프업과 비교할 때 너무 느리고, 문턱값 온도(TT)를 넘어가기 위한 온도 초과, 그리고 결과적으로 발생된 연소 구역(BZ)의 확립을 방지할 수 없을 것이다. 게다가, 온도 제어 시스템이 더 빠른 응답 시간 또는 사이클 시간을 갖더라도, 이러한 PID 폐루프 제어 시스템은 일반적으로 시스템을 제어하여 타깃 온도에 신속하게 다가가고 이어서 타깃 온도를 유지하도록 배열되지만, 명시된 램프업 프로파일을 달성하는 데 덜 작합하다. 즉, 이들은 가능한 한 빨리 제어된 변수(즉, 이 경우에, 가열 코일의 측정된 온도)를 램프업하려고 "시도"한다. 부가적으로, 많은 에어로졸 생성 디바이스(100)에 대해, 특히 시스템이 정상 상태에 아직 도달하지 않았을 때 램프업 동안, 가열 코일 온도와 기화되는 전자-액체의 온도 간의 관계가 복잡하고 예측 불가능할 수 있고, 이는 가열 코일의 온도가 가열되는 전자-액체의 온도의 유용한 측정값이 아닐 수 있음을 의미하고, 이는 또한 가열기 코일 온도에 기초하여 폐루프 제어 시스템에 간단히 의존할 때, 특히, 임계 램프업 단계 동안 가열 코일에 가까운 전자-액체의 온도를 적절하게 제어하는 데 부가적인 어려움을 초래한다.

게다가, 온도 램프업 동안 원하는 타깃 온도를 넘은 온도 초과 또는 핫 스폿의 발생을 방지하는 제어 방식이 채용되는 경우에도, 아래에서 설명된 이유로 온도의 과도하게 빠른 램프업과 연관된 문제가 또한 있을 수 있다고 여겨진다. 특히 그리고 이론에 과도하게 얽매이는 일 없이, 정상 상태 기화 상태에 도달할 때까지, 액체가 증기 갭에 의해 보호될 때 이 온도가 액체를 연소시키기 위한 것이 아닐 때에도 그리고 실제로, 이러한 증기 갭이 확립될 때 동일한 온도가 액체를 기화시키기 위한 최적 또는 괜찮은 온도일 때에도, 액체가 가열 소자와 직접적으로 접촉하는 동안 액체를 연소시키는 데 충분한 온도에서, 액체는 가열 소자와 직접적으로 접촉할 수 있다.

이 문제에 대한 해결책은 가열기 기체 갭 형성 사이클 또는 기간 HGGF가 사용되는 경우에 제안된 디바이스, 시스템 및 방법의 사용에 의해 제안되고, 가열 디바이스(30, 130)는 가열 단계(heating phase: HP)를 개시시킬 때, 램프업 시간을 다소 증가시키기 위해, 공칭 가열 전력과 비교하여, 감소된 전력량으로 먼저 가열되지만, 동시에, 도 4a에 예시된 바와 같이, 램프업 단계 동안 원하지 않은 화학물질 형성을 방지하거나 또는 상당히 감소시킨다. HGGF 기간은 바람직하게는 화학 반응이 발생하여 원하지 않은 복합 화학물질, 예컨대, 알데히드 및 카르보닐 등의 형성을 발생시킬 수 있는 온도에 도달하기 전에 가열 코일(130)의 표면으로부터 멀리 기화시키기 위해 모든 전자-액체가 가열 코일과 직접적으로 접촉하는 충분한 시간이 있도록 설계된다. 일단 가열기 기체 갭이 형성되었다면, 이 경우에 고온 가열 코일과 직접적으로 접촉하는 전자-액체가 더 이상 없고 오히려 전자-액체가 가열 코일과 접촉하기 전에 비연소 방식으로 기화되기 때문에 가열 코일 온도가 기체 갭이 형성되는 온도 초과로 상승되는 것이 안전하다고 간주된다. 따라서, 그 후에, 가열 디바이스(30, 130)는 정상적인 가열 사이클(NHC)에서 공칭 가열 전력으로 작동될 수 있다. 이 전략은 종래의 가열 전략을 사용할 때 생성되는 원하지 않은 복합 화학물질, 예컨대, 알데히드, 카르보닐 등의 형성을 상당히 감소시키거나 또는 심지어 제거할 수 있다. 이것은 생성되는 흡입성 응축 에어로졸 내 카르보닐의 생성을 상당히 감소시킬 수 있고 또한 가열 디바이스(30, 130)의 코일의 산화를 감소시킬 수 있어서, 가열 디바이스(30, 130)의 수명을 증가시킨다.

보통, 전력이 가열 디바이스(30, 130)에 전달될 때, 가열 디바이스(30, 130)의 가열 표면에 근접한 유체 소자(20, 120)의 영역은 가열 디바이스(30)의 가열 표면에 대해 더 먼 유체 소자(20, 120)의 영역보다 더 많은 가열 전력을 수용한다. 즉, 가열 디바이스(30, 130)에 대해 더 먼 영역과 비교할 때, 유체 소자(20, 120)의 가열 디바이스(30, 130)에 가까운 영역 간에 가열의 지연이 있다. 이것은 유체 소자(20, 120)에 의해 제공되는 열용량과 열절연, 그리고 또한 예를 들어, 에어로졸 생성 액체(15)로 윅(120)을 침지함으로써, 에어로졸 생성 액체(15, 115)를 분배하거나 또는 다른 방식으로 에어로졸 생성 액체를 내부에 제공하기 위해 유체 소자(20, 120)에 의해 제공되는 전파 시간에 기인한다.

이 효과는 유체 소자(20, 120)와 작동 맞물림하는 가열 디바이스(30, 130)의 가열 표면에 가까운 영역에 대해 제1 시간(t1)에 유체 소자(20, 120) 내 에어로졸 생성 액체(15, 115)의 기화 온도(VT)에 도달하면서, 가열 디바이스(30, 130)의 가열 표면에 대해 더 먼 영역에 대해 제2 나중의 시간(t2)에 에어로졸 생성 액체(15, 115)의 기화 온도(VT)에 도달하는 것을 발생시킨다. 결과적으로, 에어로졸 생성 액체(15, 115)가 가열 디바이스(30, 130)에 더 가까운 영역에서 선택적으로 기화되어, 에어로졸 생성 액체(15, 115)가 기화되고 증기(40, 140)로서 기체 형태로 존재하는, 유체 소자(20, 120)의 본체 내 영역을 발생시킨다. 도 3b는 가열 코일(130) 및 윅(120)의 단면도를 도시하고 윅은 에어로졸 생성 액체(15, 115)로 전부 침지되고, 예를 들어, 윅은 가열 코일(130)에 의한 가열이 활성화되거나 또는 턴 온된 후 특정한 제1 시간 기간 전에 도 3a의 측면도로 그리고 그 후에 도 4b의 측면도로 도시되고, 오직 윅(120)의 내부 코어가 에어로졸 생성 액체(15, 115)로 침지되고, 반면에 가열 코일(130)의 표면에 대해 특정한 지근 거리 또는 반경을 가진 환형 구역이 인접한 전자-액체의 기화에 기인하여 임의의 액체를 더 이상 갖지 않는다는 것이 도시된다.

대신에, 구역 또는 용적은 가열기와 액체-적셔지거나 또는 액체-함유 유체 소자(20, 120) 사이에 소위 기체 갭(GG)을 형성하기 위해, 단면도의 더 밝은 음영으로 예시된, 증기(40, 140)인 기체 형태로 에어로졸 생성 액체(15, 115)를 포함한다. 다음에, 도 4c에 전형적으로 도시된 바와 같이, 가열 코일(130)에 의한 가열 동안, 제1 시간 기간 후 특정한 제2 시간 기간이 여전히 램프업 단계 동안 활성이고, 심지어 윅(120)의 내부 코어의 더 작은 원이 기화 온도(VT)가 가열 코일(130)에 대해 더 먼 영역에 도달하는 것에 기인하여, 에어로졸 생성 액체(15, 115)로 침지된다. 이 단계에서, 기체 갭(GG)이 완전히 형성되었고 시스템이 더 정상 상태의 작동에 도달한다.

이 효과는 액체(15, 115)에 의해 제공되는 열 전달과 비교할 때 기체, 예를 들어, 증발된 액체에 의해 형성된 기체 갭(GG) 내부로의 열의 더 느린 열 전달에 의해 영향받아서, 일단 가열기 디바이스(30, 130)의 가열 표면과 접촉하는 유체 소자(20, 120)의 표면적이 에어로졸 생성 액체(15, 115)를 갖지 않고 기체 갭(GG)을 형성하기 위해 증발에 의해 기체(40, 140)로 변형되었다면, 열 전달이 더 감소된다. 이 현상은 액체(15, 115)의 기화 온도보다 상당히 더 고온인 가열기 디바이스(30, 130)의 표면이 액체(15, 115)로 하여금 신속하게 끓거나 또는 기화하는 것을 방지하는 절연 증기층을 생성하는 이러한 경우에, 액체, 예를 들어, 액체(15, 115)가 열 질량에 가까워지는 물리적 현상인, 라이덴프로스트 효과(Leidenfrost effect)와 필적할 만하거나 또는 유사하다. 이것은 중력에 대해 가열 질량으로부터 멀리 나머지 액체(15, 115)를 예를 들어, 액적으로 매다는 반발력을 확립하여, 액체(15, 115)와 가열기 디바이스(30, 130) 간의 임의의 추가의 직접적인 접촉을 방지한다. 본 상황에서, 중력 효과는 예를 들어, 기체 갭(GG) 또는 기체층에 의해 구축된 압력에 대해 작용하는 윅에 의한, 유체 소자(20, 120)의 모세관 흡입 효과와 비교될 수 있다.

동시에, 에어로졸 생성 액체(15, 115)는 예를 들어, 모세관 작용, 침지 또는 윅 내 재충전에 의해 유체 소자(20, 120)의 본체 내에서 수동적으로 재분포되고, 특히 공칭 전력으로 가열될 때, 유체 소자(20, 120) 전반에 걸쳐 에어로졸 생성 액체(15, 115)의 존재의 지속성을 제공하기 위해 충분히 빨리 에어로졸 생성 액체(15, 115)가 없는 영역 또는 용적을 보충할 수 없다. 일반적으로, 가열기 디바이스(30, 130)에 공칭 가열 전력이 제공될 때, 기체 갭(GG)을 형성하기 위해 유체 소자(20, 120)의 증발에 의해 특정한 영역 또는 용적을 증발하는데 필요한 시간은 유체 소자(20, 120)를 사용하여 모세관 작용에 의해 동일한 영역 또는 용적을 보충하는 데 필요한 시간보다 훨씬 더 짧다.

2개의 사이클, 즉, 먼저, 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF) 그리고 그 후에 정상적인 가열 사이클(NHC)에 의한 가열 전력의 제어는 기체 갭(GG)에 의해 제공되는 효과를 이용한다. HGGF의 지속기간은, 기체 갭(GG)이 가열기가 더 강력한 정상적인 가열 사이클(NHC)로 전환되기 전에 확립되어, 가열 코일과 접촉하는 전자-액체로 하여금 복합 화학물질 반응이 발생하여 기체 갭(GG)이 형성되기 전에 원하지 않은 화학물질의 생성을 발생시킬 수 있는 기화 온도 초과의 온도로 가열되는 것을 방지하도록 설계된다. 액체층과 기체 갭 사이의 경계에서, 온도가 가열 코일 표면에서보다 상당히 더 낮을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 실제로, 액체와 기체/증기 간의 경계면에서의 온도는 물론 전자-액체의 기화 온도일 것이고 평평하지 않은 경계면은 액체상인 전자-액체가 가열 코일 표면과 접촉하는 더 적은 위험으로 적절히 수용될 수 있다. 이것은 원하지 않은 화학물질의 형성 등을 더 방해한다고 여겨진다. 이 점에서, 가열 디바이스(30, 130)는 2-단계 또는 2-사이클 시스템으로 작동하도록 제어된다. 이 2-단계 작동에 대해, 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)은 액체(15, 115)가 기체 갭(GG)에 의한 기체상 그리고 액체상(LP)을 형성할 경우에, 기체 갭(GG)이 유체 소자(20, 120) 내부에 확립되는 것을 확실히 하도록 선택적으로 수행된다. 그 후에, 정상적인 가열 사이클(NHC)이 수행되어, 기체 갭(GG)의 절연 효과를 이용해서, 문턱값 온도(TT)가 유체 소자(20, 120)의 액체상(LP)에 도달하지 못한다. 이 점에서, 가열 디바이스(30, 130)의 가열 표면이 라이덴프로스트 효과에 기초하여, 기체 갭(GG)의 열절연 효과에 기인하여, 문턱값 온도(TT) 초과할지라도, 액체상(LP)의 온도는 문턱값 온도(TT) 미만이지만, 여전히 기화 온도(VT) 초과일 것이다.

따라서, 가열 소자로의 제2 전력 전달을 수행하기 전에 에어로졸-형성 액체를 기화시키기 위해 가열 소자로의 제1 전력 전달을 사용하는 위에서 논의된 제어 원리에 의해, 제1 전력 전달은 제2 전력 전달 미만의 값에서 행해지고, 하나의 목적은 가열 단계 동안 에어로졸 생성 액체(15, 115)의 분자의 연소를 방지함으로써 에어로졸 생성 액체(15, 115)의 열화된 부산물의 생성을 제한하거나 또는 제거하는 것이다. 또한, 목적은 또한 가열 디바이스(30, 130)의 제어된 가열을 제공하여, 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)인, 가열 단계의 제1 사이클 동안, 정상적인 가열 사이클(NHC) 동안 더 높은 가열 전력이 사용되는 제2 가열 단계가 개시되기 전에, 기체 갭(GG)이 유체 소자(20, 120) 내부에 형성되는 것이다. 바람직하게는, 유체 소자(20, 120)에 확립된 기체 갭(GG)은, 변형 구역(transformation zone: TZ)에서 가열 디바이스(30, 130)의 표면과의 액체(15, 115)의 부분적인 접촉이 고체인 연소되거나 또는 분해된 구성요소, 원하지 않은 부산물의 생성을 초래할 수 있기 때문에, 액체(15, 115)가 가열 디바이스(30, 130)의 임의의 표면과 직접적으로 접촉하지 않게 한다. 후속의 정상적인 가열 사이클(NHC)에서 사용되는 더 높은 가열 전력과 비교할 때 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)의 온도 램프업에 대해 더 낮은 가열 전력을 가진 제1 가열의 이러한 방식은 최신 기술에서, 가열기가 디바이스의 매우 빠른 준비 시간을 제공하기 위해 더 큰 전력으로 먼저 가열되기 때문에, 이 분야에서 직관에 반대되고 다소 놀랍다.

양상에 따르면, 디바이스, 시스템 또는 방법이 제공되고, 가열 디바이스(20, 120)에 의한 에어로졸 생성 액체(15, 115)의 가열 사이클은 전체 가열 사이클 동안 임의의 온도 제어 및 공칭 가열 전력의 간단한 온/오프 가열을 사용하는 대신에 2개의 시간 단계 또는 사이클로 나눠진다. 먼저, 제1 가열 사이클에 대해, 유체 소자(20, 120)에 기체 갭(GG)을 확립하는 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)이 수행되고, 그 후에, 일단 기체 갭(GG)이 존재한다면, 제2 가열 사이클(NHC)이 HGGF보다 더 높은 가열 전력으로 수행된다. HGGF 사이클은 500 ㎳ 미만, 바람직하게는 300 ㎳ 미만 또는 더 바람직하게는 150 ㎳ 미만인 지속기간을 가질 수 있고, 가열 디바이스(20, 120)가 여전히 차가운 동안, 사용자가 한 모금 빨거나 또는 흡입하는 것을 시작하게 할 수 있다.

도 4c는 상이한 가열 사이클이 도시되는 또 다른 양상을 도시하고, 이들 중 4개(4)는 제1 HGGF 사이클을 갖고, 2개(2)는 HGGF 사이클을 갖지 않는다. 제2 후속의 가열 사이클(HC2)이 제1 가열 사이클(HC2)의 종료 시간의 특정한 시간 기간(time period: TP) 내에 시작된다면, HGGF와 함께 제2 가열 사이클(HC2)을 시작하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 이것은 도 4c의 상부 그래프 도면에 도시되고, HGGF가 없는 가열 사이클(HC2)은 제1 가열 사이클(HC1)을 따른다. 이것은 기체 갭(GG)이 형성되는 제1 가열 사이클(HC1) 후에 액체상(LP)이 다시 가열 디바이스(30, 130)의 표면과 접촉하는 경우에 유체 소자(20, 120) 및 이의 모세관 채널이 액체(15, 115)로 완전히 충전되고 침지되는 데 충분한 시간을 갖지 않는다는 사실에 기인한다. 이것은 특정한 시간 기간(기체 갭(GG)이 완전히 제거될 수 있도록 가열기 그리고 또한 기화된 기체를 냉각시키는 데 충분히 긴 문턱값 유휴 시간(threshold idle time: TIT))이 끝나기 전에, 다음의 가열 사이클(HC2)이 시작되고, 기체 갭(GG)(제1 가열 사이클(HC1)에서 이미 형성됨)이 도 4c에 예시된 바와 같이 여전히 유체 소자(20, 120)에 존재할 것이고, 따라서 새로운 기체 갭(GG)을 생성할 필요가 없다는 것을 의미한다. 이것은 다음의 가열 사이클(HC2)이 정상적인 가열 사이클(NHC)과 함께 바로 시작될 수 있다는 것을 의미한다. 전형적으로, TIT는 유체 소자(20, 120)의 특성, 예를 들어, 사용되는 물질, 다공성, 직경에 따라 그리고 또한 가열 소자(30, 130)의 특성에 따라 1초 이상일 수 있다.

대조적으로, 도 4c의 하부 그래프 도면에 도시된 바와 같이, 제4 가열 사이클(HC4)은 제3 가열 사이클(HC3)의 종료 후, 문턱값 유휴 시간(TIT)보다 더 긴 특정한 시간 기간이 리볼빙(revolve)된 후에 시작되어, 기체 갭(GG)이 더 이상 존재하지 않고, 이는 유체 소자(20, 120)가 액체(15, 115)로 완전히 충전될 시간을 다시 가진다는 것을 의미한다. 이러한 경우에, 제4 가열 사이클(HC4)이 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)과 함께 재시작되어 유체 소자(20, 120)에 기체 갭(GG)을 재확립해서, 원하지 않은 화학 화합물을 형성하는 화학 반응을 매우 유발할 것 같은, 가열 코일에 적당한 TT 온도 초과의 과도한 온도를 방지해야 한다.

가열 사이클의 타이밍이 이전의 가열 사이클 후 리볼빙되는 시간을 계수하는 타이밍 계수기를 사용하여, 제어기(70)에 대해 프로그래밍되는 타이머에 의해 제어될 수 있어서, 새로운 가열 사이클의 시작 시, 예를 들어, 사용자가 한 모금 빨거나 또는 흡입하는 것을 검출함으로써, 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)이 필요한지를 알도록 문턱값 유휴 시간(TIT)이 리볼빙되었는지가 검증될 수 있다. 가열 사이클의 종료 및 시작은, HGGF가 있든 또는 없든, 퍼프가 마우스피스(150)를 통해 사용자에 의해 행해질 때 신호를 제어기(170)로 자동으로 제공할 수 있는 퍼프 센서(174)에 의해 결정될 수 있거나 또는 사용자가 신호를 제어기(170)로 제공하는 버튼(176)을 수동으로 누름으로써 또한 결정될 수 있다. 문턱값 유휴 시간(TIT)이 일정할 수 있지만, 예를 들어, 이전의 가열 사이클의 지속기간, 가열 디바이스(30, 130)에 의해 유발되는 평균 온도, 컨테이너(10, 110) 내 에어로졸 생성 액체(15, 115)의 충전 수준, 이전의 가열 사이클에 의해 소모되는 평균 가열 에너지로 제한되지 않는, 에어로졸 생성 디바이스(100)로부터 측정되는 상이한 매개변수에 기초하여 또한 계산될 수 있다.

제1 가열 전력과 제2 가열 전력 간의 차, 및 이들의 절대값에 대해, 이 값은 에어로졸 생성 디바이스(100)의 물질, 치수 및 특성에 기초하여 결정된다. 일반적으로 말하자면, 가열 전력의 절대값의 면에서, 제1 가열 전력은 제2 가열 전력보다 더 낮아야 하지만, 여전히 비교적 짧은 시간량 내에 액체(15, 115)를 기화시키는 데 충분한 전력을 갖도록 특정한 절대 전력 문턱값 초과여야 하고, 이 시간은 HGGF 사이클이고, HGGF 사이클은 바람직하게는 500 ㎳ 미만, 바람직하게는 300 ㎳ 미만 또는 더 바람직하게는 150 ㎳ 미만이다. 이 점에서, HGGF 사이클은 사용자가 거의 알아챌 수 없게 충분히 짧도록 선택되었고, 따라서 사용자 경험 및 원하는 흡입 타이밍에 영향을 주지 않는다.

제1 가열 전력과 제2 가열 전력 간의 상대 비율의 면에서, 액체(15, 115)의 증발이 HGGF 사이클의 위에서 논의된 지속기간 내에 발생하는 한, 제1 가열 전력은 또한 제2 가열 전력에 비해 20% 내지 80% 범위의 감소 내에 있을 수 있고, 더 바람직하게는 50% 내지 80%, 더 바람직하게는 60% 내지 80% 범위의 감소 내에 있을 수 있다. 비제한적인 예로서, 전력 디바이스(80)가 3.6 V의 출력 전압을 가진 Li-이온 배터리이고, 전압이 3.3 V의 값으로 내부적으로 제어되고, 이 전압이 전력 디바이스(60)에 의해 NHC 사이클 동안 가열 디바이스(30, 130)에 인가되고, 가열 디바이스(30, 130)의 코일 저항은 1.5 Ω 내지 2.O Ω이라면, 전력이 저항으로 나눠진 제곱 전압인 방정식을 사용하여, 제2 가열 전력은 5.445 W 내지 7.26 W일 수 있고, 반면에 제1 가열 전력은 예를 들어, 이 값의 약 50%일 수 있고, 2 W 내지 4 W이다. 그러나, 훨씬 더 높은 가열 전력을 가진, 예를 들어, 200 W 이상까지의 공칭 가열 전력을 가진 에어로졸 생성 디바이스(100)가 또한 있다.

가열 디바이스(30, 130)에 대한 코일의 더 낮은 저항값, 예를 들어, 서브 옴 저항, 예를 들어, 0.8 Ω에 대해, 제1 전력 전달과 제2 전력 전달 사이의 전력 감소는 위에서 논의된 50%의 표기값보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 3.3 V에 대한 공칭 전력은 약 13 와트(Watt)일 수 있고 램프업 전압은 이 공칭 전력의 약 20% 내지 50%, 즉, 2.7 와트 내지 7.5 와트 내에 있을 것이다. 또 다른 비제한적인 예로서, 에어로졸 생성 디바이스(100)가 최대 약 200 와트를 제공하고 약 0.8 Ω에서 가열기 코일의 서브 옴 저항을 갖고, 12 V 전력원을 가져서 180 와트 이상의 공칭 전력 전달을 수행하는 모드 탱크 디바이스라면, 아마도 랩프업 전력은 아마도 공칭 전력의 5%만큼 낮은 수 있고, 즉, 10 와트 미만일 수 있다.

도 5a는 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)로 그리고 그 후에 정상적인 가열 사이클(NHC)로 가열 디바이스(30, 130)를 작동시키기 위해, 에어로졸 생성 디바이스(100)와 통합되거나 또는 다른 방식으로 그와 부분 또는 작동 불가 연결되는 전력 제어 디바이스(260)의 실시형태를 도시한다. 제어기(70, 170), 예를 들어, 마이크로제어기 또는 다른 유형의 데이터 프로세서는 스위치(262)를 통해 NHC의 공칭 전력을 전달할 수 있거나 또는 스위치(261)를 통해 HGGF의 공칭 전력과 비교할 때 감소된 전력을 전달할 수 있는 2개의 상이한 전기 회로를 제공하기 위해 병렬로 배열되는 2개의 스위치(261, 262)를 제어할 수 있다. 특히, 전력원(80, 180)의 전압 및 가열기 디바이스(130)의 코일의 저항값은 스위치(262)가 온 상태에 있고 스위치(261)가 오프 상태에 있을 때, 제어기(70, 170)에 의해 제어되도록 설계되고, 공칭 전력은 스위치(262)를 통해 가열기(130)로 전달되어 NHC 사이클에서 가열 전력을 제공한다. 결국, 전력원(80, 180)의 전압 및 레지스터(265)의 저항값에 더하여, 가열기 디바이스(130)의 코일의 저항값은 스위치(261)가 온 상태에 있고 스위치(262)가 오프 상태에 있을 때, 마이크로제어기(70, 170)에 의해 제어되도록 설계되고, 감소된 전력은 가열기(130)로 전달되어 HGGF 사이클에서 감소된 가열 전력을 제공한다.

이 실시형태는 부가적인 레지스터(265)를 통해 감소된 전력을 제공하기 위해 부가적인 전기 회로 또는 경로를 부가함으로써, 기존의 가열기(130) 디바이스에 단지 작은 변동을 발생시킨다. 유휴 모드에서, 예를 들어, 사용자가 흡입하지 않거나 또는 한 모금 빨지 않을 때, 스위치(261, 262)는 제어기(70, 170)에 의해 오프 상태에 있도록 제어되거나 또는 디폴트에 의해 오프 상태가 된다. 이어서, 사용자가 한 모금 빨거나 또는 흡입할 때, 예를 들어, 퍼프 센서(174) 또는 버튼(176)을 사용한 검출에 의해, HGGF 사이클은 예를 들어, 대략 100 ㎳ 내지 300 ㎳의 기간 동안, 스위치(261)를 작동시킴으로써 활성화될 수 있다. 다음에, 가열기(130)가 충분히 가열되었을 때, 스위치(261)는 턴 오프되고, 스위치(262)는 NHC 사이클에 대한 공칭 전력 작동을 위해 턴 온된다. 스위치(262)가 NHC 사이클을 가진 공칭 가열 전력의 제공 동안 정상 온 상태로 작동되지 않지만, 예를 들어, 온도 센서(138)로부터의 온도 측정 피드백을 사용하여, 제어기(70, 170)에 의해 제어되는, 펄스-폭 변조 패턴("PWM")으로 전환되어, 예를 들어, P, PI 또는 PID 제어 알고리즘으로 제한되지 않는, 폐루프 온도 제어를 수행하는 제어 알고리즘에 의해 온도를 안정화하는 것이 또한 가능하다.

도 5b는 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF) 그리고 그 후에 정상적인 가열 사이클(NHC)로 가열 디바이스(30, 130)를 작동시키기 위해, 에어로졸 생성 디바이스(100)와 통합되거나 또는 다른 방식으로 그와 부분 또는 작동 불가 연결되는 전력 제어 디바이스(360)의 또 다른 실시형태를 도시한다. 도 5a의 실시형태와 유사하게, 마이크로제어기(70, 170) 또는 다른 유형의 데이터 프로세서는 스위치(262)를 통해 NHC에 대한 정상 또는 공칭 가열 전력을 제공하거나 또는 스위치(261)를 통해 HGGF의 감소된 가열 전력을 제공하기 위한 2개의 상이한 전기 회로를 제공하기 위해 병렬로 배열되는 2개의 스위치(261, 262)를 제어할 수 있다. 레지스터 또는 저항성 소자(265) 대신에, 유도 소자(365)가 HGGF를 위한 스위치(261)의 경로 또는 회로에 제공된다. 유도 소자(365)는 또한 고정된 HGGF 사이클 가열 전력을 감소시키는 저항성 컴포넌트를 가질 수 있다. 유도 소자(365)는 돌입 전류를 감소시켜서 HGGF 사이클 동안 가열기 디바이스(30, 130) 온도 상승을 유발할 수 있는 큰 전류 스파이크를 방지하여, 연소 구역(BZ)을 유발하도록 구성되는 인덕턴스(L)를 가질 수 있다.

도 5c는 유도 소자(365) 및 가열 디바이스(130)에 의해 형성되는 코일이 단일의 코일을 형성하기 위해 결합되는 변형을 도시하고, 유도 소자(365)는 원하는 인덕턴스(L)를 제공하기 위해 코일 권선 수 및 적절한 치수를 가진 강자성 인덕터 코어(367)를 갖고, 동시에 가열 디바이스(130)의 코일은 윅으로서 유체 소자(120) 주위에 권취된다. 유도 소자(365)와 가열기 디바이스(130)의 가열기 코일 사이에, 정상적인 가열 사이클(NHC) 가열 전력 전달을 위해 스위치(262)에 연결되도록 전기 연결이 이루어진다. 가열기 디바이스(130)를 형성하는 코일과 유도 소자(365)의 조합은 이것이 컴포넌트의 수를 감소시키기 때문에 디바이스 고장을 감소시킬 수 있고, 별개의 유도 소자의 사용과 비교할 때, 전자기 호환성의 이점을 또한 제공할 수 있다. 예를 들어, 유도 소자(365)를 위한 페라이트 코어가 윅(120) 내에 배치될 수 있고, 코일이 위치되는 윅(120) 주위에 가열 소자의 코일이 권취될 수 있어서, 코일은 동일한 컴포넌트와 함께 가열 디바이스(130) 및 유도 소자를 형성한다.

도 5d는 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF) 그리고 그 후에 정상적인 가열 사이클(NHC)로 가열 디바이스(30, 130)를 작동시키기 위해, 에어로졸 생성 디바이스(100)와 통합되거나 또는 다른 방식으로 그와 부분 또는 작동 불가 연결되는 전력 제어 디바이스(360)의 또 다른 실시형태를 도시하고, DC-DC 변환기(462)는 가열 디바이스(30, 130)로 전달되는 가열 전력을 제어하기 위해 사용된다. 예를 들어, DC-DC 변환기(462)는 제어기(70, 170)에 의해 제공되는 설정에 기초하여, 배터리(80, 180)로부터 입력 전압(Vin)을 가지며, (Vout)으로 출력되는 제어 가능한 전압을 가진 부스트 발전기일 수 있다. 따라서, 단 하나의 회로 또는 경로가 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF) 및 정상적인 가열 사이클(NHC)을 위해 제공될 수 있고, 가열 전력 둘 다가 DC-DC 변환기(462)의 전압 출력(Vout)에 의해 제공된다. 게다가, 전력 필터(464)는 원하지 않은 전압 피크 또는 전류 피크를 필터링하기 위해, 가열 디바이스(30, 130)로 이어지는 전력 또는 전기 라인에 임의로 제공될 수 있다. 예를 들어, DC-DC 변환기(462)는 예를 들어, 5% 내지 30%의 가변되는 범위로 제한되지 않는, 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)의 감소된 전력이 제공되는 기간 동안의 작은 듀티 비율을 갖도록, PWM 변조를 사용하여 작동될 수 있고, 예를 들어, 50% 내지 100%의 가변되는 범위로 제한되지 않는, 정상적인 가열 사이클(NHC)의 공칭 전력이 제공되는 기간 동안의 더 큰 듀티 비율을 가질 수 있다. 전압 센서(139)는 가열 디바이스(130)에서 또는 폐루프 온도 제어와 결합될 수 있는 폐루프 전압 제어를 위한 DC-DC 변환기(462)의 출력부에서 전압을 측정하도록 배열될 수 있다.

PWM 제어 방식이 또한 마이크로제어기(70, 170)에 의해 수행되는, 도 5a 및 도 5b의 실시형태에 대해 사용될 수 있어서, 가열기(130)로 전달되는 전력이 선택적으로 제어될 수 있고, 뿐만 아니라 레지스터(265) 또는 인덕터(365)에 의해 결정될 수 있다.

예를 들어, 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF) 동안, (Vout)은 정상적인 가열 사이클(NHC)을 위해 원하는 온도에 도달하기 위해 꾸준히 증가될 수 있고, 기체 갭(GG)이 형성되는 것이 확실할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 전압 램프업은 PWM 변조에 의해 또는 가열 디바이스 또는 가열기(30, 130)로 전달되는 전력을 필터링하는 필터(464), 예를 들어, 주로 용량성 특성을 가진 필터의 특성의 도움에 의해 제어될 수 있다. 또한, 스위치(461)는 가열기(30, 130)로의 임의의 전력 전달을 끊도록 제공될 수 있다. 변형에서, 레지스터(265)(도 5a) 또는 유도 소자(365)(도 5b)를 갖는 대신에, 전기 회로의 이 부분은 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)에서 제어 가능하고 감소된 전력을 가열 디바이스(30, 130)에 제공하기 위해 DC-DC 변환기(462)를 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 액체(15, 115)를 수용하고 기화시키기 위한 카트리지, 포드 또는 다른 유형의 소모품이 제공되며, 가열과 관련된 카트리지(400)를 특성화하는 상이한 매개변수, 특히, 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)의 제어 및 성능과 관련된 매개변수를 저장하기 위한, 내부에 또는 다른 방식으로 이것과 연관된 메모리(371)를 갖고, 이 데이터는 카트리지(400)로부터 홀더(500)로 전송될 수 있다. 1회 사용 및 일회용 카트리지, 재사용 가능하거나 또는 재충전 가능한 카트리지일 수 있는 카트리지(400), 또는 상이한 유형의 에어로졸 생성 디바이스의 내장된 소자이거나 또는 통합될 수 있는 소자인, 이러한 카트리지(400)의 개략적이고 예시적인 도면이 도 6에 도시된다. 카트리지(400)는 예를 들어, 기계식 스냅-온, 클립-온, 푸시-온, 신속-해제, 나사산 결합, 로킹, 베이오닛 장착 연결, 상보적 정합, 압입 연결, 또는 다른 유형의 가역 부착 메커니즘에 의해 홀더(500)에 제거 가능하게 또는 고정되게 연결되어, 완전한 에어로졸 생성 시스템을 형성할 수 있다. 도 6의 맥락에서, 에어로졸이 가열 디바이스(130)를 사용하여 카트리지(400) 내 액체(115)로부터 생성되고, 홀더(500)가 데이터 프로세서 또는 제어기(170), 배터리(180)로부터의 전력을 제어하기 위한 전력 디바이스(160)를 포함하고, 이 소자는 도 2의 에어로졸 생성 디바이스(200)에 통합된 소자로서 이전에 설명되었다.

홀더(500)는 흡입을 위해 사용자 또는 조작자가 파지하기 위한 길이 방향 형상을 가질 수 있고, 내부에 전력 공급부, 예를 들어, 재충전 가능한 배터리(180)를 가질 수 있다. 도시된 변형에서, 카트리지(400)는 케이싱(410), 마우스피스를 형성할 수 있거나 또는 마우스피스에 유체 흐름 가능하게 연결될 수 있는 흡입 채널(450), 에어로졸 생성 챔버(455), 액체 함유 챔버(115), 예를 들어, 재충전 포트를 통해 고정되게 밀봉되거나 또는 재충전 가능한 액체 함유 챔버, 액체 챔버 또는 유체 저장소(411)로부터 에어로졸 생성 챔버(455)로 유체 통로를 형성하는, 유체 소자(120), 예컨대, 윅, 윅(120)과 작동 연결되는 가열 디바이스(130), 예를 들어, 가열 코일 또는 다른 유형의 가열 디바이스, 하나의 단부에서 윅(120)에 전기적으로 연결되고, 다른 단부에서 전기 단자(412)에 연결되는 전력 케이블(434)을 포함할 수 있고, 단자(412)는 외부 디바이스와, 예를 들어, 홀더(500)의 전력 디바이스(160)에 연결되도록 배열된다. 단자(412) 및 전력 케이블(434)은 예를 들어, 전력 디바이스(160)와 전기 접촉하는 대응하는 단자(512)를 통해, 외부 디바이스, 예를 들어, 홀더(500)로부터 전력을 공급받도록 구성된다. 단자(512)는 홀더(500)가 카트리지에 연결될 때 카트리지(400)의 단자(412)와 전기 접촉하도록 배열된다. 변형에서, 오직 2개의 단자(412, 512)가 전기 연결부의 수를 최소화하기 위해, 존재하며, 부가적인 단자(413, 513)는 필요 없고, 제어기(470)가 전력 케이블 또는 와이어(434)의 매개변수의 데이터를 변조하도록 구성되고, 제어기(170)가 홀더(500)에서의 매개변수의 데이터를 복조하여, 전력 디바이스(160)를 제어하도록 구성된다.

게다가, 카트리지(400)는 메모리(471)로부터 데이터에 접근할 수 있고 외부 디바이스, 예를 들어, 홀더(500), 및 특정한 램프업 가열과 관련된 매개변수, 예를 들어, 가열기 기체 갭 형성 사이클(HGGF)과 관련된 데이터를 저장하기 위한 메모리(471), 예를 들어, 비휘발성 메모리 또는 영구 메모리로 이 데이터를 전송할 수 있는, 예를 들어, 마이크로제어기, 마이크로프로세서 또는 다른 유형의 디바이스로 제한되지 않는 데이터 처리 디바이스(470)를 더 포함할 수 있다.

이 점에서, 카트리지(400)는 스마트 또는 지능 카트리지로서 지칭될 수 있다. 이 데이터는 홀더(500)로부터 카트리지(400)로 제1 전력 전달을 수행하게 하는 매개변수를 포함하지만, 또한 홀더(500)로부터 카트리지(400)로 제2 전력 전달을 수행하는 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(471)는 또한 데이터 처리 디바이스(470)에 대한 내부 메모리일 수 있다. 데이터 처리 디바이스(470)는 카트리지(400)가 홀더(500)에 연결될 때 데이터를 교환하기 위해, 홀더(500)의 제어기(170)와 통신 연결되는, 예를 들어, 홀더(500)의 대응하는 단자(513)를 통해, 외부 디바이스와 연결되거나 또는 다른 방식으로 통신하도록 배열되는 단자(413)와 작동 가능하게 연결된다. 변형에서, 카트리지(400)는 무선 통신 포트를 구비하고, 무선 통신 포트를 통해 홀더(500)와 통신하여, 메모리(471)에 저장된 매개변수와 관련된 데이터를 전송할 수 있다.

메모리(471)에 저장될 수 있는 매개변수의 데이터에 대해, 데이터는 특정한 카트리지(400), 및 이것의 가열 및 유체 디바이스(130, 120)에 의해 제공되는 구성을 가진 HGGF를 적절하게 수행하는데 필요한 매개변수를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이 데이터는 주어진 카트리지(400)에 대한 HGGF 사이클의 지속기간을 나타내는 데이터, 문턱값 유휴 시간을 나타내는 데이터, 카트리지로의 홀더(500)에 의한 제1 전력 전달을 수행하기 위해, HGGF 사이클의 전력 공급 수준을 나타내는 데이터, 및 제2 전력 전달을 수행하기 위해, NHC 사이클 동안 전력 공급 수준을 나타내는 데이터를 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 일반적으로, 제1 전력 전달이 수행되는 HGGF 사이클 그리고 또한 제2 전력 전달이 수행되는 NHC 사이클을 특성화하는 매개변수는 가열 디바이스(130)의 구성, 예를 들어, 와이어 단면적, 코일의 인덕턴스, 권선의 수, 권선에 의해 형성된 표면적, 코일을 형성하는 와이어의 전체 길이를 포함하여, 가열 코일의 기하학적 구조에 강하게 의존적이고, 카트리지(400)의 유체 디바이스(120)의 유형, 예를 들어, 윅(120)의 길이, 변형 영역(TA)의 길이 또는 치수, 다공성 또는 마이크로채널의 특성으로 제한되지 않는 윅의 유형에 또한 의존적일 수 있다.

따라서, 이 매개변수는 가열 디바이스(130) 및 유체 디바이스(120)의 특성 및 배열 및 카트리지(400)와의 이들의 배열에 크기 의존적이고, 상이한 유형의 카트리지(400)가 홀더(500)와 제거 가능하게 또는 고정되게 정합되어, 에어로졸 생성 시스템(500)을 형성할 수 있다. 이러한 이유로, 바람직하게는, 이 매개변수의 데이터가 카트리지(400)의 메모리(471) 자체에 저장되고, 홀더(500)와 카트리지(400)의 연결 시, 이 데이터는 예를 들어, 카트리지(400)의 HGGF 사이클을 선택적으로 생성하도록 전력 제어기(160)를 제어하기 위해, 홀더(500)로 전달되거나 또는 다른 방식으로 전송되거나 또는 홀더에 대해 이용 가능할 수 있다. 도 6의 카트리지(400) 및 홀더(500)를 가진 시스템은 단지 예시적이고, 매개변수의 데이터는 데이터 처리 디바이스 및 메모리를 구비하는 상이한 유형의 액체 카트리지에 포함될 수 있고, 예를 들어, 이것은 미국 특허 공개 제2017/0035115호에 설명되고, 본 명세서의 이 참조는 전문이 참조에 의해 원용된다.

예를 들어, 메모리(471)가 카트리지(400)에 존재하는 가열 소자(130)의 저항을 나타내거나 또는 표현하는 데이터를 저장할 수 있어서, 위에서 논의된 바와 같은 전력 전달 계산이 따라서 홀더(500)에 의해 제어기(170) 및 전력 디바이스(160)에 의해 행해질 수 있다. 저장될 수 있는 다른 데이터는 제1 전력 전달 사이클과 제2 전력 전달 사이클 간의 전력 비율을 표현하거나 다른 방식으로 나타내는 데이터, 가열 소자(130)의 식별에 대한 정보 및 가열 소자(130)의 직경, 길이, 용적, 평균 단면적, 다공성을 포함하지만 이들로 제한되지 않는, 이것의 설계 매개변수를 포함하는 데이터이다. 기본적으로, 메모리(471)는 특정한 매개변수에 대한 HGGF 및 NHC 사이클을 적절하게 생성하기 위해 카트리지(400) 및 이것의 소자를 특성화하는 데이터를 저장할 수 있다. 이것은 홀더(50)가 데이터를 판독하게 하거나 또는 다른 방식으로 카트리지(400)로부터 단자(413, 513)를 통해 또는 대안적으로 무선 연결에 의해 데이터를 수신하게 할 수 있어서, HGGF 및 NHC 사이클이 제어기(170) 및 전력 디바이스(160)에 의해 손쉽게 계산되거나 또는 생성되게 하여, 가열 디바이스(130)에 전력 공급할 수 있다.

도 7은 가열 디바이스의 전력 수준과 온도 간의 관계를 나타내기 위해, 가열 디바이스(30, 130)의 온도(상부 곡선), 및 가열 디바이스(30, 130)에 인가되는 가열 전력(하부 곡선)의 시간 변화를 나타내는 2개의 곡선을 도시한다. 간소함 및 예시 목적으로, 온도는 직선으로 도시되지만, 실제로, 온도 곡선은 도시된 바와 같이 완전히 선형 부분을 갖지 않을 것이다.

0 내지 T₁의 시간, 예를 들어, 50 ㎳의 지속기간 동안, 배터리(80)는 전력 디바이스(60)에 의해 제어되는 가열기(30, 130)에 제1 전력 전달(P1)을 제공할 수 있고 이 경우에 전력 전달이 제2 전력 전달(P2)로 증가된 후 기체 갭(GG)이 형성되었다고 상대적으로 확신할 때까지 가열기(30, 130)의 가열 소자는 상대적으로 느리게 가열된다. 이 단계(제1 전력 전달(P1)이 제공될 때)는 HGGF 사이클로서 지칭된다. P1로부터 P2로 전력 전달을 증가시키는 포인트 전에, 기화가 발생하기 시작하는 기간이 있다. 이 기간은 액체(15) 내에서 화학 액체를 기화시킬 수 있는 온도 범위에 걸치고, 이러한 기화 기간은 기체 갭(GG)이 형성될 때이다. 기화 온도는, 일부 화학물질 내용물이 더 낮은 비등 온도를 갖지만 다른 것이 더 높은 비등 온도를 가질 수 있기 때문에 그리고 기화가 통계적 열역학 법칙에 따른 임의의 경우에 비등점 미만에서 적게 시작되는 점진적인 과정이기 때문에 범위가 있다. 기체 갭(GG)이 형성된 후(즉, 기체 갭 형성 사이클(HGGF)을 지나간 후), 배터리(80)로부터의 전력이 제2 전력 전달(P2)에 의해 가열기(30, 130)에 대한 전력을 증가시키도록 제어되고, 그 때, 가열기의 온도가 정상 상태 작동을 위한 타깃 온도를 향하여 신속하게 램프업될 것이고 이어서 NHC 사이클 동안 최종 램프업 부분을 위해 인가되는 최대 전력의 일반적으로 약 80%인 공칭 전력 전달로 안정화될 것이다. 실제로, 가열기(30, 130)로 전달되는 전력은 일반적으로 감소될 것이고 이어서 피드백 루프 제어가 가열기를 타깃 온도로 유지하기 위해 실행됨에 따라 일단 가열기가 타깃 온도에 다가간다면 위 아래로 약간 변동될 것이다. 이러한 피드백 루프 제어 방법은 고전적인 제어 방법(예를 들어, PID, PI) 또는 가열기의 온도를 제어하는 다른 진보된 기법일 수 있다. 그러나, 이 부분은 간소함 목적을 위해 도 7에 예시되지 않고, 전력 라인의 테일에서 파선이 예시 목적을 위해 도시된다. 따라서, 도 7의 온도 그래프의 변동 및 실제 형상이 예시 목적을 위해 완전히 표현되지 않고 간소화되지 않는다.

요약하면, 본 발명의 일부 양상 및 일부 실시형태에 따라, HGGF로서 지칭되는 초기의 램프업 전력 전달 프로파일은 예를 들어, 한 모금 빠는 것 및 가열기의 가열의 개시를 유발하는 퍼프 센서를 활성화시키는 것으로 제한되지 않는, 사용자가 가열을 개시할 때, 또는 가열기의 정상 상태 작동 동안(예를 들어, 전형적으로 약 이(2)초 지속될 수 있지만 사용자, 및 사용자의 특정한 기분 및/또는 본 명세서에서 NHC로서 지칭되는, 한 모금 빠는 시간에서의 상황 등에 따라 더 길거나 또는 더 짧을 수 있는, 다수의 사용자 퍼프 동안) 가열기 소자에 인가되는 전력보다 더 낮은, 가열 소자의 가열을 유사하게 개시시키기 위해 사용자가 "베이프 버튼"을 누름으로써 수행될 수 있다.

이러한 감소된 전력 램프업 단계를 채용함으로써, 원하지 않은 화학물질(일반적으로 기화 전에 전자-액체에 존재하지 않지만 전자-액체의 가열 동안 발생하는 흡열 화학 반응에 의해 오히려 대부분 생성될 것 같음)의 형성은 이것이 다수의 가열 기간 동안(즉, 사용자가 "한 모금" 빠는 동안) 기화가 발생하는 정상 상태 외에서 우세하게 형성된다고 여겨지기 때문에 감소될 수 있고; 특히, 이러한 화학물질은 "기체 갭"이 형성되는 온도에 가열 소자가 도달하기 전에 초기의 가열 단계 동안 우세하게 형성된다고 여겨진다(일단 기체 갭이 형성되었다면 그리고 가열 소자가 충분히 높은 온도를 유지하여 이러한 기체 갭을 유지한다면, 전자-액체가 가열 소자와 접촉할 수 있기 전에 전자-액체가 기화되므로 전자-액체가 가열 소자에 직접적으로 접촉하지 않음).

아마도, 기체 갭(GG)이 형성되기 전에, 전자-액체의 분자의 일부는 액체가 가열 소자에 걸쳐 흐르거나 또는 기체 갭에 의해 가열 소자로부터 분리되는 동적 상태에서보다(본질적으로 정지 마찰이 일반적으로 동적 마찰보다 더 큰지에 관한 유사한 이유로) 가열 소자(일반적으로 금속으로 형성됨)에 더 단단히 묶일 수 있다. 이러한 상황에서, 소수의 분자는 기체 형태로 간단히 기화되는 대신에, 이들이 생성되는 흡입 에어로졸에 원하지 않은 맛 영향을 미칠 수 있는 더 많은 복합 화학물질(예를 들어, 알데히드)을 형성하는 화학 반응에 의해 이웃한 분자와 결합하게 하는 충분히 높은 온도에 도달할 수 있다고 여겨진다(가열 소자의 표면으로부터 기화되고 증발되기 전에). 부가적으로, 이러한 화학물질이 금속 가열 소자에 훨씬 더 단단히 묶일 수 있어서 반복되는 흡입 후 시간에 걸쳐 가열 소자의 표면 상에 축적되는 증착물의 위에서 언급된 부가적인 문제를 발생시킨다.

기체 갭의 형성 동안 감소된 전력을 제공함으로써, 분자가 화학 반응을 겪어서 더 많은 복합체 그리고 감각 수용성으로 덜 바람직한 화학물질을 형성하기 위해 분자가 충분한 온도에 도달하기 전에 가열 소자에 부착된 임의의 전자-액체 분자가 화학적으로 개질되는 일 없이 증발하는 데 더 많은 시간이 이용 가능하다고 여겨진다.

본 발명이 특정한 바람직한 실시형태를 참조하여 개시되었지만, 설명된 실시형태에 대한 수많은 수정, 변경 및 변화, 및 이들의 등가물이 본 발명의 영역 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 가능하다. 따라서, 본 발명이 설명된 실시형태로 제한되지 않고, 첨부된 청구범위의 표현에 따라 가장 넓은 타당한 해석으로 제공된다고 의도된다.

Claims (15)

1. 에어로졸 생성 디바이스로서,
   에어로졸-형성 액체를 수용하는 컨테이너와 유체 연통되는 유체 통로;
   상기 유체 통로와 작동 연결되는 가열 소자로서, 상기 유체 통로 내부의 상기 에어로졸-형성 액체를 가열하여 에어로졸을 생성하도록 구성되는, 상기 가열 소자;
   상기 가열 소자의 가열 전력을 제어하기 위해 상기 가열 소자로 전달된 전력을 제어하기 위한 전력 디바이스; 및
   상기 가열 소자로의 제2 전력 전달을 수행하기 전에 기체 갭을 형성하기 위해 상기 에어로졸-형성 액체의 일부를 기화시키도록 상기 가열 소자로의 제1 전력 전달을 선택적으로 수행하기 위해 상기 전력 디바이스를 제어하기 위한 제어기로서, 상기 기체 갭은 상기 에어로졸-형성 액체가 기화되어 기체를 형성하게 하는 상기 가열 소자의 가열 표면과 접촉하는 상기 유체 통로의 영역을 포함하는, 상기 제어기
   를 포함하되; 상기 제1 전력 전달은 상기 제2 전력 전달 미만의 값에서 이루어지는, 에어로졸 생성 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 가열기 기체 갭 형성(heater gas gap formation: HGGF) 사이클 동안 사용자에 의한 흡입 기간의 초반에 상기 제1 전력 전달을 수행하도록 구성되고, 상기 HGGF 사이클 후에 상기 제어기는 상기 흡입 기간의 나머지 시간 동안 상기 제2 전력 전달을 수행하도록 구성되는, 에어로졸 생성 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 상기 HGGF 사이클은 500 ㎳ 미만 또는 300 ㎳ 미만 또는 150 ㎳ 미만의 지속기간을 갖는, 에어로졸 생성 디바이스.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 디바이스는 상기 가열 소자로의 상기 전력 전달을 선택적으로 수행하도록 구성된 전력 스위치를 포함하는, 에어로졸 생성 디바이스.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 디바이스는 상기 가열 소자로 전달되는 전압을 제어하기 위해 DC-DC 변환기를 포함하는, 에어로졸 생성 디바이스.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡입 기간 후에, 상기 제어기는 다음의 흡입 기간을 위한 대기 기간이 리볼빙(revolve)되었는지를 결정하고, 결정에 기초하여, 상기 제어기는 상기 다음의 흡입 기간의 초반에 상기 제1 전력 전달 또는 상기 제1 전력 전달을 수행하는 일 없이 상기 제2 전력 전달을 수행하는, 에어로졸 생성 디바이스.
7. 에어로졸 생성 디바이스에 대한 전력 공급을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 에어로졸 생성 디바이스는 컨테이너, 유체 통로, 상기 유체 통로와 작동 연결되는 가열 소자, 및 전력 디바이스를 포함하고,
   흡입 기간의 발생을 결정하기 위해 상기 에어로졸 생성 디바이스의 사용자 흡입을 검출하는 단계;
   상기 흡입 기간 동안 상기 전력 디바이스로부터 상기 가열 소자로 전달될 전력 프로파일을 결정하는 단계로서, 상기 전력 프로파일은 상기 가열 소자로의 제2 전력 전달 전에 기체 갭을 형성하기 위해 상기 에어로졸-형성 액체의 일부를 기화시키도록 상기 가열 소자로의 제1 전력 전달의 선택을 규정하고, 상기 기체 갭은 상기 에어로졸-형성 액체가 기화되어 기체를 형성하게 하는 상기 가열 소자의 가열 표면과 접촉하는 상기 유체 통로의 영역을 포함하고, 상기 제1 전력 전달은 상기 제2 전력 전달 미만인 값에서 이루어지는, 상기 전력 프로파일을 결정하는 단계; 및
   결정된 전력 프로파일에 기초하여 상기 가열 소자로의 전력 전달을 수행하기 위해 상기 전력 디바이스를 제어하는 단계
   를 포함하는, 전력 공급을 제어하기 위한 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 전력 전달이 가열기 기체 갭 형성(HGGF) 사이클 동안 상기 흡입 기간의 초반에 수행되고, 그 후에 상기 제2 전력 전달이 상기 흡입 기간의 나머지 시간 동안 수행되는, 전력 공급을 제어하기 위한 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 HGGF 사이클은 500 ㎳ 미만 또는 300 ㎳ 미만 또는 150 ㎳ 미만의 지속기간을 갖는, 전력 공급을 제어하기 위한 방법.
10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기가 다음의 흡입 기간에 대한 대기 기간이 리볼빙되었는지를 결정하고, 상기 대기 기간이 리볼빙되었다면, 상기 다음의 흡입 기간의 초반에 상기 제1 전력 전달을 수행하는 단계를 더 포함하는, 전력 공급을 제어하기 위한 방법.
11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기가 다음의 흡입 기간에 대한 대기 기간이 리볼빙되었는지를 결정하고, 상기 대기 기간이 리볼빙되지 않았다면, 상기 다음의 흡입 기간의 초반에 상기 제2 전력 전달을 수행하는 단계를 더 포함하는, 전력 공급을 제어하기 위한 방법.
12. 에어로졸을 생성하기 위한 카트리지로서,
    에어로졸-형성 액체를 수용하기 위한 액체 컨테이너;
    상기 액체 컨테이너와 유체 연통되는 유체 통로;
    상기 유체 통로와 작동 연결되는 가열 소자로서, 상기 유체 통로 내부의 상기 에어로졸-형성 액체를 가열하여 에어로졸을 생성하도록 구성되는, 상기 가열 소자;
    상기 에어로졸을 생성하기 위해 상기 가열 소자에 의해 필요한 전력 프로파일과 관련된 데이터를 저장하는 메모리로서, 상기 전력 프로파일은 상기 가열 소자로의 제2 전력 전달 전에 기체 갭을 형성하기 위해 상기 에어로졸-형성 액체의 일부를 기화시키도록 상기 가열 소자로의 제1 전력 전달의 선택을 규정하고, 상기 기체 갭은 상기 에어로졸-형성 액체가 기화되어 기체를 형성하게 하는 상기 가열 소자의 가열 표면과 접촉하는 상기 유체 통로의 영역을 포함하고, 상기 제1 전력 전달은 상기 제2 전력 전달 미만인 값에서 이루어지는, 상기 메모리; 및
    외부 디바이스가 상기 전력 프로파일에 기초하여 상기 카트리지의 상기 가열 소자로 전력을 전달할 수 있도록 상기 외부 디바이스와 상기 카트리지의 연결 시 상기 전력 프로파일과 관련된 상기 데이터를 상기 외부 디바이스로 전송하기 위한 제어기
    를 포함하는, 에어로졸을 생성하기 위한 카트리지.
13. 제12항에 있어서,
    상기 카트리지 상에 배열된 제1 단자를 더 포함하되, 상기 단자는 상기 제1 전력 전달의 전기 에너지를 수용하기 위해 홀더와의 전기적 연결을 제공하도록 구성되는, 에어로졸을 생성하기 위한 카트리지.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 카트리지 상에 배열된 제2 단자를 더 포함하되, 상기 단자는 상기 데이터를 상기 홀더에 제공하도록 구성되는, 에어로졸을 생성하기 위한 카트리지.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메모리는 상기 흡입 기간의 나머지 시간에 수행되는 제2 전력 전달과 관련된 데이터를 더 저장하는, 에어로졸을 생성하기 위한 카트리지.

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