KR20230004937A - 전자식 에어로졸 공급 시스템 - Google Patents
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Abstract
에어로졸 공급 시스템, 이를테면 전자 담배는, 소스 액체로부터 에어로졸을 생성하기 위한 가열 엘리먼트, 및 전력 공급기, 이를테면, 배터리/전지로부터 가열 엘리먼트로의 전력의 공급을 제어하기 위한 제어 회로를 포함한다. 제어 회로는, 시간에 대한 가열 엘리먼트의 전기적 특성의 도함수, 예컨대, 가열 엘리먼트의 저항의 1차 시간 도함수 또는 2차 시간 도함수(또는, 관련 파라미터, 이를테면, 컨덕턴스, 소요 전류, 소요 전력 또는 전압 강하)의 표시를 측정하도록 구성된다. 측정된 시간 도함수에 기반하여, 제어 회로는, 결함 조건, 예컨대, 가열 엘리먼트의 국부적인 가열이 전자식 에어로졸 공급 시스템에 대해 발생했는지 여부를 결정하도록 구성된다. 국부적인 가열에 의해 야기되는 가열 엘리먼트에 대한 전기적 특성에서의 전반적인 변화는 작아서 신뢰가능하게 식별하기 어려울 수도 있지만, 변화가 발생하는 레이트는 상대적으로 높을 것으로 예상될 수 있으며, 이는 국부적인 특성의 시간 도함수가 결함 조건의 출현의 더욱 신뢰가능한 표시자임을 의미할 수 있다.
Description
본 개시내용은 전자식 에어로졸 공급 시스템들, 이를테면, 니코틴 전달 시스템(예컨대, 전자-담배(e-cigarette)들 등)에 관한 것이다.
전자식 에어로졸 공급 시스템들, 이를테면, 전자-담배들은 일반적으로, 니코틴을 통상적으로 포함하는 제제(formulation)를 함유하는 소스 액체의 저장소를 포함하고, 그로부터, 예컨대, 열 기화를 통해 에어로졸이 생성된다. 에어로졸 공급 시스템용 에어로졸 소스는, 이에 따라, 소스 액체를 저장소로부터 가열 엘리먼트 근방으로 끌어들이도록 배열된 위크(wick)에 인접하여 가열 엘리먼트를 갖는 히터를 포함할 수 있다. 사용자가 이 디바이스에서 흡입할 때, 전력은 위크로부터 소스 액체를 기화시키기 위해 가열 엘리먼트에 공급되어 사용자의 흡입을 위한 에어로졸을 생성한다. 이러한 디바이스들에는 보통 시스템의 마우스피스로부터 이격되어 위치된 하나 또는 그 초과의 공기 주입 홀들이 제공된다. 사용자가 마우스피스에서 빨아들일 때, 공기는 주입 홀들을 통해 유입되어 에어로졸 소스를 지나가게 된다. 마우스피스 내에 개구부와 에어로졸 소스 사이를 연결하는 유로(flow path)가 존재하며, 그래서 에어로졸 소스를 지나는 유입된 공기는 유로를 따라 마우스피스 개구부까지 계속되어, 에어로졸 소스로부터의 에어로졸의 일부가 공기와 함께 운반된다. 에어로졸-운반 공기는 사용자에 의한 흡입을 위한 마우스피스 개구부를 통해 에어로졸 공급 시스템으로부터 배출된다.
전자식 에어로졸 공급 시스템들에서, 에어로졸 생성의 관점에서 원하는 성능을 제공하도록 노력하기 위해 히터의 가열 엘리먼트에 공급되는 전력을 제어하는 것은 알려져 있다. 예컨대, WO 2012/109371 [1]은, 동작 모드의 선택이 디바이스 내부의 온도 센서들로부터의 판독치들에 의존할 수 있는 디바이스를 개시한다. US 2014/0014126 [2]는, 가열 엘리먼트의 온도가 디바이스에 대한 열 시간 상수(thermal time constant)를 확립하기 위해 가열 엘리먼트가 가열되고 냉각될 때 자신의 저항으로부터 결정되는 디바이스를 개시한다. 이렇게 하여, 가열 엘리먼트에 공급되는 전력은 그 시간 상수에 기반하여 조절될 수 있다. EP 2 316 286 [3]은 전기 가열식 흡연 시스템을 설명하는데, 여기서는 가열 엘리먼트의 온도가 자신의 저항으로부터 결정되고, 전력이 가열 엘리먼트의 온도에 따라 가열 엘리먼트에 공급된다. 에어로졸 공급 시스템들은 또한 다른 히터들을 포함할 수 있는데, 예컨대, US 2004/0149737 [4]는 히터들의 어레인지먼트의 온도들이 히터들의 각각의 전기 저항들로부터 결정되는 전자식 흡연 시스템들로부터 응축물들을 제거하기 위한 유도식(inductive) 가열 시스템을 갖는 디바이스를 설명한다.
본 발명자는, 앞서 논의된 종류의 기존의 에어로졸 공급 시스템들의 문제점은 가열 엘리먼트에 인접한 위크의 일부가 건조해지는 경우에 발생할 수 있는 것을 인식하였다. 이는, 예컨대, 저장소가 비워지고 있을 때 위크로의 소스 액체의 공급이 불안정하게 될 수 있기 때문에, 발생할 수 있다. 본 발명자는 특히, 이 조건은 위크의 건조된 부분 근방에서 가열 엘리먼트의 급속한 가열을 유도할 수 있는 것을 인식하였다. 과열(over-heating)은 국부화될 수 있지만, 또한 가열 엘리먼트의 더 크고 더욱 확장된 섹션들에 영향을 미칠 수 있다. 통상적인 동작 조건들에 관하여, 과열된 섹션/핫스팟은 500 내지 900°C 범위의 온도에 빠르게 도달할 것으로 예상될 수 있다. 이러한 급속한 가열의 정도는 잠재적으로 사용자에게 화재 및 연소의 위험을 나타낼뿐만 아니라, 핫스팟으로부터의 복사열(radiant heat)은 에어로졸 공급 시스템 내의 컴포넌트들에 손상을 줄 수 있으며 기화 프로세스에 부정적으로 영항을 미칠 수 있다. 예컨대, 핫스팟으로부터의 열은 소스 액체 및/또는 생성된 에어로졸로 하여금, 예컨대, 열분해(pyrolysis)를 통해 분해하도록 야기하며, 이는 불쾌한 시음 물질(unpleasant tasting substances)들을 공기 스트림 중으로 방출하여 잠재적으로 사용자에 의해 흡입되게 한다. 핫스팟으로부터의 열은 또한, 가연성 증기/공기 혼합물들을 점화할 수 있으며, 이는 결과적으로 사용자에 의해 흡입되는 공기 스트림의 온도를 상당히 증가시킬 수 있다. 과열 및 핫스팟들을 야기할 수 있는 것은 불안정한 위킹(wicking)만은 아니다. 과열은 또한 가열 엘리먼트에 너무 많은 전력이 제공되는 것에 대한 결과일 수 있다. 열 플럭스(heat flux)가 특정 상한(통상적으로, 약 1W/mm2)을 초과하면, 핵 비등(nucleate boiling)은 필름 비등(film boiling)으로 변할 수 있으며, 후자인 필름 비등 메커니즘은 훨씬 덜 효율적이어서 가열 엘리먼트의 갑작스런 온도 상승을 초래한다.
앞서 논의된 문제들을 고려하여, 에어로졸 공급 시스템 내에서 가열 엘리먼트의 급속한 과열이 존재하게 되는 시기를 식별하여, 이에 의해, 예컨대, 가열 엘리먼트로의 전력을 감소시킴으로써, 예컨대, 전력의 공급을 중단함으로써 그리고/또는 사용자에게 경고함으로써 개선 조치가 취해지게 허용할 수 있는 방법들 및 장치에 대한 요구가 존재한다.
특정 실시예들의 일 양상에 따르면, 전자식 에어로졸 공급 시스템이 제공되는데, 이 시스템은: 소스 액체로부터 에어로졸을 생성하기 위한 가열 엘리먼트; 및 전력 공급기(power supply)로부터 가열 엘리먼트로의 전력의 공급을 제어하기 위한 제어 회로를 포함하고, 여기서 제어 회로는 시간에 대한 가열 엘리먼트의 전기적 특성의 도함수(derivative)의 표시를 결정하고; 그리고 시간에 대한 가열 엘리먼트의 전기적 특성의 도함수의 결정된 표시에 기반하여 전자식 에어로졸 공급 시스템에 대한 결함 조건이 발생했는지 여부를 결정하도록 더 구성된다.
특정 실시예들의 다른 양상에 따르면, 전자식 에어로졸 공급 시스템을 동작시키는 방법이 제공되는데, 이 시스템은: 소스 액체로부터 에어로졸을 생성하기 위한 가열 엘리먼트; 및 전력 공급기로부터 가열 엘리먼트로의 전력의 공급을 제어하기 위한 제어 회로를 포함하고, 여기서 이 방법은 시간에 대한 가열 엘리먼트의 전기적 특성의 도함수의 표시를 결정하는 단계; 및 시간에 대한 가열 엘리먼트의 전기적 특성의 도함수의 결정된 표시에 기반하여 전자식 에어로졸 공급 시스템에 대한 결함 조건이 발생했는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
본원에 설명된 접근방식들은 이하에 설명되는 것과 같은 특정 실시예들로 제한되지는 않지만, 본원에 제시된 특징들의 임의의 적절한 조합들을 포함하고 고찰한다. 예컨대, 전자식 에어로졸 공급 시스템은, 이하에 적절하게 설명되는 다양한 특징들 중 임의의 하나 또는 그 초과를 포함하는, 본원에 설명된 접근방식에 따라 제공될 수 있다.
이제, 다양한 실시예들이 오직 이하의 도면들을 참조하여 예로써 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 몇몇 실시예들에 따른 전자식 에어로졸 공급 시스템, 이를테면, 전자-담배의 개략적인(확대된) 도면이다.
도 2는 몇몇 실시예들에 따른 도 1의 전자-담배의 메인 본체 부분의 개략적인 도면이다.
도 3는 몇몇 실시예들에 따른 도 1의 전자-담배의 에어로졸 소스 부분의 개략적인 도면이다.
도 4는 몇몇 실시예들에 따른 도 1의 전자-담배의 메인 본체 부분의 일 단부의 특정 양상들을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 5은 몇몇 실시예들에 따른 전자식 에어로졸 공급 시스템, 이를테면, 전자-담배에 대한 동작 모드를 나타내는 개략적인 흐름도이다.
도 1은 몇몇 실시예들에 따른 전자식 에어로졸 공급 시스템, 이를테면, 전자-담배의 개략적인(확대된) 도면이다.
도 2는 몇몇 실시예들에 따른 도 1의 전자-담배의 메인 본체 부분의 개략적인 도면이다.
도 3는 몇몇 실시예들에 따른 도 1의 전자-담배의 에어로졸 소스 부분의 개략적인 도면이다.
도 4는 몇몇 실시예들에 따른 도 1의 전자-담배의 메인 본체 부분의 일 단부의 특정 양상들을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 5은 몇몇 실시예들에 따른 전자식 에어로졸 공급 시스템, 이를테면, 전자-담배에 대한 동작 모드를 나타내는 개략적인 흐름도이다.
특정 예시들 및 실시예들의 양상들 및 특징들이 본원에서 논의/설명된다. 특정 예시들 및 실시예들의 몇몇 양상들 및 특징들은 통상적으로 구현될 수 있으며, 이들은 간략화를 위해 상세하게 논의/설명되지 않는다. 따라서, 상세하게 설명되지 않은, 본원에서 논의되는 장치 및 방법들의 양상들 및 특징들은 이러한 양상들 및 특징들을 구현하기 위한 임의의 종래 기법들에 따라 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 본 개시내용은 에어로졸 공급 시스템, 이를테면, 전자-담배에 관한 것이다. 이하의 상세한 설명 전반에 걸쳐, 용어 “전자-담배(e-cigarette)”가 종종 사용되지만, 이 용어는 에어로졸(증기) 공급 시스템과 교환가능하게 사용될 수 있다.
도 1은 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸/증기 공급 시스템, 이를테면, 전자-담배(10)의 개략적인 도면이다(실척이 아님). 전자-담배는 일반적으로 원통형 형상(cylindrical shape)을 갖는데, 이는 파선 LA으로 표시된 종축을 따라 연장하고 그리고 2개의 메인 컴포넌트들, 즉, 본체(20) 및 카토마이저(cartomiser)(30)를 포함한다. 카토마이저는 예컨대, 니코틴을 함유하는 액체 제제(liquid formulation)를 포함하는 소스 액체(이로부터, 에어로졸이 생성됨)의 저장소를 포함하는 내부 챔버, 가열 엘리먼트, 및 소스 액체를 가열 엘리먼트 근방으로 운송하기 위한 액체 운송 엘리먼트(이 예에서는, 위킹 엘리먼트)를 포함한다. 위킹 엘리먼트 및 가열 엘리먼트는 종종, 에어로졸 생성기/에어로졸 소스/에어로졸 형성 부재/기화기/분무기로 집합적으로 지칭될 수 있다. 카토마이저(30)는 개구부를 갖는 마우스피스(35)를 더 포함하는데, 그 개구부를 통해 사용자가 에어로졸 생성기로부터 에어로졸을 흡입할 수 있다. 소스 액체는, 예컨대, 글리세롤, 물, 또는/및 프로필렌 글리콜을 포함하는 용매에 용해된 0-5% 니코틴을 포함하는 전자-담배들에 사용되는 통상적인 종류일 수 있다. 소스 액체는 또한 향료(flavouring)들을 포함할 수 있다. 소스 액체에 대한 저장소는, 소스 액체가 에어로졸 생성기/기화기에 전달되도록 요구되는 시간까지, 소스 액체를 보유하기 위한 하우징 내에 다공성 매트릭스 또는 임의의 다른 구조체를 포함할 수 있다.
이하에 추가로 논의되는 바와 같이, 본체(20)는 전자-담배(10) 및 전자-담배를 일반적으로 제어하기 위한 제어 회로를 포함하는 회로 보드에 전력을 제공하기 위한 재충전가능한 전지 또는 배터리를 포함한다. 사용시, 가열 엘리먼트가 회로 보드에 의해 제어됨에 따라 배터리로부터 전력을 수신할 때, 가열 엘리먼트는 가열 엘리먼트 근방의 가열 위치에 있는 위킹 엘리먼트로부터의 소스 액체를 기화시켜 에어로졸을 생성한다. 에어로졸은 마우스피스 내의 개구부를 통해 사용자에 의해 흡입된다. 사용자 흡입 동안, 에어로졸은 에어로졸 소스와 마우스피스 개구부 사이를 연결하는 공기 채널을 따라 에어로졸 소스로부터 마우스피스 개구부로 운반된다.
이 특정 예시에서, 본체(20) 및 카토마이저(30)는 도 1에 도시된 것과 같이 종축(LA)에 평행한 방향으로 분리함으로써 서로 탈착가능하지만, 디바이스(10)가 연결부(도 1에서 25A 및 25B로 개략적으로 표시됨)에 의해 사용 중일 때, 본체(20)와 카토마이저(30) 사이의 기계적 및 전기적 연결성을 제공하도록 함께 결합된다(joined). 카토마이저에 연결하는데 사용되는 본체(20) 상의 전기적 커넥터는 또한, 본체가 카토마이저(30)로부터 분리될 때, 충전 디바이스(미도시)를 연결하기 위한 소켓(socket)으로서 서빙한다. 충전 디바이스의 다른 단부는, 전자-담배의 본체(20) 내의 전지/배터리를 충전하기 위해 또는 재충전하기 위해, 외부 전력 공급기, 예컨대, USB 소켓 내부로 플러깅될 수 있다. 다른 구현들에서, 본체상의 전기적 커넥터와 외부 전력 공급기 사이의 직접 연결을 위한 케이블이 제공될 수 있다.
전자-담배(10)에는 공기 주입을 위한 하나 또는 그 초과의 홀들(도 1에는 도시되지 않음)이 제공된다. 이러한 홀들은 전자-담배(10)를 관통해서 마우스피스(35)까지의 공기 진행 통로(air running passage)에 연결된다. 공기 통로는 에어로졸 소스 주위의 영역 및 에어로졸 소스로부터 마우스 피스 내의 개구부로 연결되는 공기 채널을 포함하는 섹션을 포함한다.
사용자가 마우스피스(35)를 통해 흡입할 때, 공기는 전자-담배의 바깥측에 적절하게 위치되는 하나 또는 그 초과의 공기 주입 홀들을 통해 이 공기 통로 내부로 유입된다. 이러한 기류(airflow)(또는 결과적인 압력 변화)는 압력 센서에 의해 검출되고, 여기서 압력 센서는 결과적으로 배터리로부터 가열 엘리먼트로의 전력의 공급을 활성화하여 가열 엘리먼트에 인접한 위킹 엘리먼트 내의 액체 소스의 일부를 기화시킨다. 사용자 흡입에 대한 응답으로 전자-담배의 동작을 트리거링하는 것은 종래의 기법들에 따라 구현될 수 있다. 기류는, 공기 통로를 통과하고 그리고 에어로졸 소스 주위 영역의 증기와 결합/혼합되어 에어로졸을 생성한다. 기류와 증기의 결과적인 결합은, 사용자에 의한 흡입을 위해 에어로졸 소스로부터 마우스피스로 연결하는 공기 채널을 따라 계속된다. 카토마이저(30)는, 본체(20)로부터 분리되어, 소스 액체의 공급이 소진될 때(그리고 필요하다면 다른 카토마이저로 대체될 때) 폐기될 수 있다(disposed). 대안적으로, 카토마이저는 보충가능할 수 있다.
일반적으로, 전자-담배의 구성 및 동작은 본원에서 설명된 방법들 및 장치에 따라 기능성을 제공하도록 변형된 경우를 제외하고 에어로졸 공급 시스템들의 분야에서 확립된 기법들을 따를 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 전자-담배(10)는 본 개시내용에 따라 에어로졸 공급 시스템의 하나의 예시의 구현으로서 제시되며, 다양한 다른 구현들이 에어로졸 공급 시스템의 다른 구성들과 관련하여 채택될 수 있음이 인식될 것이다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 카토마이저(30)는 2개의 분리가능한 컴포넌트들, 즉, 소스 액체 저장소 및 (저장소로부터 소스 액체가 소진되었을 때 교체될 수 있는)마우스피스를 포함하는 카트리지, 및 (일반적으로 보유되는)가열 엘리먼트를 포함하는 기화기/에어로졸 생성기로서 제공될 수 있다. 다른 예로서, 충전 설비 및/또는 가열 엘리먼트 자체는 추가적인 또는 대안적인 전력원(power source), 이를테면, 자동차 담배 라이터 소켓에 연결될 수 있다. 보다 일반적으로, 본원에서 설명된 개시내용의 실시예들은, 소스 액체를 기화/에어로졸화하기 위한 전자식 가열 엘리먼트에 기반하는 전자식 에어로졸 공급 시스템의 임의의 설계와 함께 구현될 수 있으며, 에어로졸 공급 시스템의 다른 양상들의 기본 동작 원리들 및 구조적 설계는 본원에 설명된 실시예들에 따른 동작의 원리들에 중요하지 않다는 점이 인지된다.
도 2는 도 1의 전자-담배의 본체(20)의 개략적인 도면이다. 도 2는 일반적으로 전자-담배의 종축(LA)을 통과하는 평면의 단면으로서 간주될 수 있다. 예컨대, 배선화 및 더욱 복잡한 형상화와 같은, 본체의 다양한 컴포넌트들 및 세부사항들은 명료함을 위해 도 2에서 생략되었음에 유의한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본체(20)는 전자-담배(10)에 전력을 공급하기 위한 배터리 또는 전지(210)뿐만 아니라, 이 예시에서는 칩, 이를테면 ASIC(application specific integrated circuit) 또는 전자-담배(10)를 제어하기 위한 마이크로컨트롤러의 형태로 제어 회로(550)를 포함하는 회로 보드(555)를 포함한다. 제어 회로(550)는 배터리(210)의 일 측에(alongside) 또는 일 단부에 배열될 수 있다. 제어 회로(550)는 단일 엘리먼트 또는 다수의 별도의 엘리먼트들로서 제공될 수 있다. 제어 회로(550)는 마우스피스(35) 상에서의 흡입을 검출하기 위해 센서 유닛(215)에 연결된다(또는 대안적으로, 센서 유닛(215)은 제어 회로 자체에 의해 제공될 수 있다). 이러한 검출에 대한 응답으로, 제어 회로(550)는 배터리 또는 전지(210)로부터 카토마이저 내의 가열 엘리먼트로 전력의 공급을 활성화하여 소스 액체를 기화하고 그리고 사용자에 의해 흡입되는 기류 내부로 에어로졸을 유입시킨다. 앞서 언급된 바와 같이, 동작의 이러한 양상은 통상적인 것일 수 있다.
그러나, 확립된 기법들에 따라 전자-담배의 종래의 동작 양상들을 지원하도록 구성되는 것에 더해, 제어 회로(550)는, 이하에 추가로 설명되는 바와 같이 (가열 엘리먼트의 핫스팟/글로잉(glowing)/급속 과열의 출현에 대응하는) 결함 조건이 발생했는지 여부를 결정하기 위해 동작하도록 본 개시내용의 실시예들에 따라 추가로 구성된다. 이와 관련하여, 이 예시적인 구현에 따른 에어로졸 공급 시스템(10)의 본체(20)는 결함 조건이 발생한 시기의 표시(경고)를 사용자에게 제공하기 위한 표시자(560)를 더 포함한다. 이 예시에서의 표시자(560)는, 라이트, 예컨대, 제어 회로(550)에 커플링되고 그리고 제어 회로(550)에 의해 구동될 수 있는 글로잉 다이오드를 포함한다. 표시자의 다른 형태들로, 예컨대, 결함 조건이 발생되었다고 결정되었음에 대한 응답으로 경고 톤(warning tone)을 방출하기 위한 스피커가 사용될 수 있다.
본체(20)는 전자-담배의 먼(원위) 단부를 밀봉하고 보호하기 위한 캡(225)을 추가로 포함한다. 사용자가 마우스피스(35)에서 흡입할 때 공기가 본체로 들어가 센서 유닛(215)을 지나 유동하도록 허용하기 위해, 캡(225) 내에 또는 그에 인접하게 제공되는 공기 주입 홀이 존재한다. 따라서, 이러한 기류는 센서 유닛(215)으로 하여금 사용자 흡입에 응답하도록 허용하여 전자-담배의 에어로졸 생성기 엘리먼트를 활성화하기 위해(즉, 전력을 가열 엘리먼트에 공급하기 위해) 제어 회로(550)를 트리거한다.
본체(20)를 카토마이저(30)에 결합시키기 위한 커넥터(25B)는 캡(225)으로부터 본체(20)의 반대쪽 단부에 존재한다. 커넥터(25B)는 본체(20)와 카토마이저(30) 사이에 기계적 및 전기적 연결성을 제공한다. 커넥터(25B)는 카토마이저(30)로의 전기적 연결(포지티브형 또는 네거티브형)을 위한 하나의 단부로서 서빙하기 위한 본체 커넥터(240)(금속성임(일부 실시예들에서는 은-도금됨))를 포함한다. 커넥터(25B)는 제 1 단자, 즉, 본체 커넥터(240)와 반대 극성의 카토마이저(30)로의 전기적 연결을 위한 제 2 단자를 제공하기 위한 전기 콘택(250)을 더 포함한다. 전기 콘택(250)은 코일 스프링(255) 상에 탑재된다. 본체(20)가 카토마이저(30)에 부착될 때, 카토마이저상의 커넥터(25A)는 코일 스프링을 축 방향, 즉, 종축(LA)에 평행한(종축과 공동-정렬된) 방향으로 압박(compress)하는 방식으로 전기 콘택(250)에 대고 밀어낸다(push against). 스프링(255)의 탄성력의 관점에서, 이러한 압박(compression)은 스프링(255)이 확장하도록 바이어싱하여 커넥터(25A)에 견고하게 맞대어 전기 콘택(250)을 밀어내는 효과를 가지며, 이에 의해 본체(20)와 카토마이저(30) 사이에 양호한 전기적 연결성을 보장하도록 돕는다. 본체 커넥터(240) 및 전기 콘택(250)은, 스페이서(260)에 의해 분리되고, 이 스페이서(260)는 2개의 전기적 단자들 사이에 양호한 절연을 제공하기 위해 비-도체(이를테면, 플라스틱)으로 형성된다. 스페이서(260)는 커넥터들(25A 및 25B)의 상호 기계적 맞물림을 돕도록 형상화된다.
도 3은 몇몇 실시예들에 따른 도 1의 전자-담배의 카토마이저(30)의 개략적인 도면이다. 도 3는 일반적으로 전자-담배의 종축(LA)을 통과하는 평면의 단면으로서 간주될 수 있다. 예컨대, 배선화 및 더욱 복잡한 형상화와 같은, 본체의 다양한 컴포넌트들 및 세부사항들은 명료함을 위해 도 3에서 생략되었음에 유의한다.
카토마이저(30)는 마우스피스(35)로부터 카토마이저를 본체(20)에 결합시키기 위한 커넥터(25A)까지 카토마이저(30)의 중심(종방향) 축을 따라 연장하는 공기 통로(355)에 배열된 에어로졸 소스(365; 368)를 포함한다. 에어로졸 소스는, 소스 액체(360)의 저장소로부터 가열을 위한 저항성 가열 엘리먼트(365)의 근방으로 소스 액체를 운송하도록 배열된 위킹 엘리먼트(액체 운송 엘리먼트)(368)에 인접하는 저항성 가열 엘리먼트(365)를 포함한다. 이 예시에서 소스 액체(360)의 저장소는, 공기 통로(335) 주위에 제공되고, 예컨대, 소스 액체에 적셔진 코튼(cotton) 또는 폼(foam)을 제공함으로써 구현될 수 있다. 위킹 엘리먼트(365)의 단부들은 저장소(360) 내의 소스 액체와 접촉하고 있어, 이 액체는 위킹 엘리먼트를 따라 가열 엘리먼트(365)의 범위에 인접한 위치들로 유입된다.
위킹 엘리먼트(368) 및 가열 엘리먼트(365)의 일반적인 구성은 종래의 기법들에 따를 수 있다. 예컨대, 일부 구현들에서, 위킹 엘리먼트 및 가열 엘리먼트는, 별도의 엘리먼트들, 예컨대, 원통형 위크(cylindrical wick) 주위를 감싼(wound)/그에 겹쳐진(wrapped) 금속성 가열 배선을 포함할 수 있다(여기서, 원통형 위크는 예를 들어 유리 섬유들의 번들(bundle), 스레드(thread) 또는 실(yarn)로 구성되어 있음). 다른 구현들에서, 위킹 엘리먼트 및 가열 엘리먼트의 기능성은 단일 엘리먼트에 의해 제공될 수 있다. 다시 말해서, 가열 엘리먼트 그 자체는 위킹 기능을 제공할 수 있다. 따라서, 다양한 예시적 구현들에서, 가열 엘리먼트/위킹 엘리먼트는 Bakaert가 제조한 다공성 소결 금속 섬유 매체(Bekipor® ST)와 같은 금속 복합 구조체; 예컨대, Mitsubishi Materials로부터 입수가능한 종류의 금속 발포 구조체; 다층 소결 금속 배선 메쉬 또는 이를테면, Bopp가 제조한 폴딩형 단-층 금속 배선 메쉬; 금속 브레이드(metal braid); 또는 금속 배선들로 얽혀있는 유리-섬유 또는 탄소-섬유 조직 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. "금속"은 배터리와의 연결/조합시에 사용되기에 적합한 전기적 저항을 갖는 임의의 금속성 재료일 수 있다. 가열 엘리먼트의 결과적인 전기 저항은 통상적으로 0.5-5 Ohm 범위에 있을 것이다. 0.5 Ohm 미만의 값들도 이용될 수 있지만 잠재적으로 배터리에 과부하가 걸릴 수 있다. "금속"은, 예컨대, NiCr 합금(예컨대, NiCr8020) 또는 FeCrAl 합금(예컨대, “Kanthal”) 또는 스테인리스 강(예컨대, AISI 304 또는 AISI 316)일 수 있다.
아래 추가로 논의된 바와 같이, 본 개시내용의 실시예들은 온도에 따른 가열 엘리먼트의 저항에서의 변화들에 의존하여 결함 조건들의 출현을 식별할 수 있다. 따라서, 특정 실시예들에 따라, 저항성 가열 엘리먼트(365)는 비교적 높은 저항 온도 계수를 갖는 재료로 형성된다. 앞서 언급된 금속들 중 일부의 온도 계수는 비교적 낮다(예컨대, NiCr8020 및 Kanthal에 대해, < 0.0001 K-1임). 그러나, 스테인리스 강은 더 높은 온도 계수를 갖는다. 따라서, 몇몇 구현들에서, 스테인리스 강은 본 발명의 맥락에서 가열 엘리먼트에 대한 바람직한 재료일 수 있지만, 다른 재료도 사용될 수 있음이 물론 인지되어야 한다. 본원에서 사용되는 용어 "스테인리스 강"은, 종래의 야금술 용어에 따라 해석될 수 있으며, 적어도 SAE/AISI 스테인리스 강 시리즈(100, 200, 300 및 400)를 포함한다.
가열 엘리먼트(365)는 라인들(366 및 367)을 통해 전력이 공급되는데, 여기서 라인들(366 및 367)은 결과적으로 커넥터(25A)를 통해 그리고 제어 회로(355)의 제어 하에서(전력 라인들(366 및 367)과 커넥터(25A) 사이의 배선의 세부사항들은 도 3에서 생략됨) 배터리(210)의 반대 극성들(포지티브 또는 네거티브, 또는 그 반대)에 연결가능하다.
커넥터(25A)는, 은-도금될 수 있거나 또는 일부 다른 적합한 금속으로 형성될 수 있는 내부 금속(375)을 포함한다. 카토마이저(30)가 본체(20)에 연결될 때, 내부 전극(375)은 본체(20)의 전기 콘택(250)에 콘택하여 카토마이저와 본체 사이에 제 1 전기적 경로를 제공한다. 특히, 커넥터들(25A 및 25B)이 맞물림에 따라, 내부 전극(375)은 코일 스프링(255)을 압박하도록 전기 콘택(250)에 대고 밀어내고, 이에 의해 내부 전극(375)과 전기 콘택(250) 사이에 양호한 전기 콘택을 보장하도록 돕는다.
내부 전극(375)은, 플라스틱, 고무, 실리콘, 또는 임의의 다른 적합한 재료로 형성될 수 있는 절연 링(372)으로 둘러싸인다. 절연 링은, 은-도금될 수 있거나 또는 일부 다른 적합한 금속 또는 전도성 재료로 형성될 수 있는 카토마이저 커넥터(370)에 의해 둘러싸인다. 카토마이저(30)가 본체(20)에 연결될 때, 카토마이저 커넥터(370)는 본체(20)의 본체 커넥터(240)에 콘택하여 카토마이저와 본체 사이에 제 2 전기적 경로를 제공한다. 다시 말해서, 내부 전극(375) 및 카토마이저 커넥터(370)는 제어 회로(550)의 제어 하에서 공급 라인들(366 및 367)을 통해 본체의 배터리(210)로부터 카토마이저의 가열 엘리먼트(365)로 전력을 공급하기 위한 포지티브 및 네거티브 단자들(또는 그 반대로도)로서 서빙한다.
카토마이저 커넥터(370)에는, 전자-담배의 종축으로부터 떨어져 반대 방향들에서 연장하는 2개의 러그들 또는 탭들(380A, 380B)이 제공된다. 이러한 탭들은 카토마이저(30)를 본체(20)에 연결하기 위한 본체 커넥터(240)와 함께 바요넷 끼움부(bayonet fitting)를 제공하는데 사용된다. 이러한 바요넷 끼움부는 카토마이저(30)와 본체(20) 사이에 견고하고 강건한 연결성을 제공하고, 그래서 카토마이저 및 본체는 흔들림이나 또는 구부러짐 없이 서로에 대한 고정 포지션에 홀딩되어, 임의의 우연한 연결해제의 가능성은 매우 적다. 동시에, 바요넷 끼움부는, 연결을 위한 삽입 이후 회전, 및 연결해제를 위한 (반대 방향으로의)회전 이후 인출(withdrawal)에 의해 간단하고 신속한 연결 및 연결해제를 제공한다. 다른 실시예들이 본체(20)와 카토마이저(30) 사이의 상이한 형태의 연결, 이를테면, 스냅 피트(snap fit) 또는 스크류 연결을 사용할 수 있다는 점을 인지할 것이다.
도 4는 일부 실시예들에 따라 본체(20)의 단부에 있는 커넥터(25B)의 특정 세부사항들(그러나, 도 2에 도시된 것과 같은 커넥터의 내부 구조체의 대부분, 이를테면, 스페이서(260)는 명확성을 위해 생략되었음)의 개략적인 도면이다. 특히, 도 4는, 일반적으로 원통형 튜브의 형태를 갖는 본체(20)의 외부 하우징(201)을 도시한다. 이러한 외부 하우징(201)은, 예컨대, 종이 또는 유사물의 외부 커버링을 갖는 금속의 내부 튜브를 포함할 수 있다.
본체 커넥터(240)는 본체(20)의 이러한 외부 하우징(201)으로부터 연장한다. 도 4에 도시된 것과 같은 본체 커넥터는, 2개의 메인 부분들을 포함하는데, 이 2개의 메인 부분들은 본체(20)의 외부 하우징(201) 바로 안에 꼭 맞도록 크기가 정해진 중공 원통형 튜브 형상의 샤프트 부분(241), 및 전자-담배의 메인 종축(LA)으로부터 떨어져서 방사상으로 바깥쪽 방향으로 지향되어 있는 립 부분(242)(lip portion)을 포함한다. 본체 커넥터(240)의 샤프트 부분(241)이 외부 하우징(201)과 중첩되지 않는 경우, 그 샤프트 부분을 둘러싸는 것은, 다시 원통형 튜브의 형상인 칼라 또는 슬리브(290)이다. 칼라(290)는 본체 커넥터(240)의 립 부분(242)과 본체의 외부 하우징(201) 사이에 보유되고, 이들은 함께 축방향(즉, 축(LA)에 평행함)에서의 칼라(290)의 움직임을 함께 방지한다. 그러나, 칼라(290)는 샤프트 부분(241)(그리고 이에 따라 또한 축 LA)을 중심으로 자유롭게 회전한다.
위에 언급된 바와 같이, 사용자가 마우스피스(35)에서 흡입할 때, 캡(225)에는 공기가 센서(215)를 지나 흐르도록 허용하기 위한 공기 주입 홀이 제공된다. 그러나, 이러한 특정 예시의 에어로졸 공급 시스템의 경우, 사용자가 흡입할 때 디바이스로 들어가는 대부분의 공기는 도 4에서 2개의 화살표들로 표시된 바와 같이 칼라(290) 및 본체 커넥터(240) 통해 흐른다.
앞서 언급된 바와 같이, 에어로졸 공급 시스템에서 결함 조건들의 출현, 및 특히 국부적인 과열(즉, 핫스팟들)을 포함하는 가열 엘리먼트의 급속 과열의 출현을 결정하기 위한 방식들이 요구된다. 이러한 과열은, 예컨대, 가열 엘리먼트의 특정 부품들 근방에서의 가열을 위한 소스 액체의 (가능한 한 일시적인) 부족으로 인해 야기될 수 있다. 마찬가지로, 열 유속(heat flux)이 특정 한계(예컨대, 약 1 W/mm2)를 초과할 때, 가열 엘리먼트에 열적으로 과부하함으로써 이러한 과열이 야기될 수 있다. 가열 엘리먼트의 온도를 그 저항으로부터 결정하는 것이 전자-담배 타입의 디바이스들의 맥락에서, 예컨대, US 2014/0014126 [2] 및 EP 2 316 286 [3]에서, 이전에 제안되었다. 그러나, 본 발명자는, 특히 상대적으로 낮은 저항 온도 계수를 갖는 재료들(예컨대, NiCr-합금들 또는 Kanthal)이 가열 엘리먼트에 대해 사용되는 경우, 이와 같은 접근방식은 급속한 가능한 국부적인 과열의 출현을 식별하는 것에 비교적 민감하지 않다는 것을 인식하였다. 그러나, 심지어는 스테인리스 강의 더 높은 온도 계수조차도, 기존의 기법들을 사용하여 국부적인 과열 이벤트들(핫스팟들)을 결정하기 위해 요구되는 감도를 제공하지 못할 수도 있다. 이는, 가열 엘리먼트 저항으로부터 가열 엘리먼트의 온도를 측정하는 것이 그 길이를 따라 통합되는 가열 엘리먼트에 대한 평균 온도의 표시를 제공하기 때문이다. 예컨대, 30mm의 길이를 갖는 가열 엘리먼트를 갖고, 무시할 수 있는 비선형 효과들을 가정한다면, 가열 엘리먼트의 전체 길이를 따른 20°C의 균일한 온도 증가와 가열 엘리먼트들의 저항의 측정으로부터 가열 엘리먼트의 3mm 길이를 따른 200°C의 국부적인 온도 증가 사이를 구별하는 것은 가능하지 않을 것이다. 이는, 가열 엘리먼트의 더 큰 부품에 대한 온도에 있어서의 허용가능한 증가가 위험할 수 있는 국부적인 과열과 구별될 수 없다는 것을 의미한다.
따라서, 본 개시내용의 실시예들에 따른 에어로졸 공급 시스템의 양상은, 결함 조건이 발생했는지 여부를 결정하기 위해 온도에 따른 가열 엘리먼트의 저항의 변화를 이용하지만, 가열 엘리먼트에 대한 저항에 기반하여 결함 조건이 발생했는지 여부를 결정하려 하기 보다는, 본 개시내용의 특정 실시예들에 따른 접근방식들은, 가열 엘리먼트의 저항(R)에 대한 관측된 시간(t) 도함수(또는, 상응하여 관련된 전기적 특성, 이를테면, 컨덕턴스, 소요 전류(current draw), 소요 전력(power draw) 또는 전압 강하)에 기반하여 결함 조건이 발생했는지 여부를 결정한다. 예컨대, 시간 도함수는 일부 경우들에서 1차 도함수(즉, dR/dt)일 수 있고, 다른 경우들에서 2차 도함수(d2R/dt2)일 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 특정 실시예들에 따라 전자식 증기 공급 시스템을 동작시키는 방법의 단계들을 개략적으로 나타내는 흐름도이다. 따라서, 도 1 내지 4에 나타낸 전자-담배의 예의 맥락에서, 제어 회로(550)는 도 5에 나타낸 방법에 따른 기능성을 제공하도록 구성된다.
프로세싱은, 사용자가 도 1 내지 4의 전자식 에어로졸 공급 시스템(10)을 사용하는 프로세스에 있다고 가정되는 단계 S1에서 시작한다.
단계 S2에서, 제어 회로(550)는 사용자가 흡입을 시작한 것을(즉, 사용자가 전자식 에어로졸 공급 시스템을 통해 공기를 유입하기 위해 마우스피스를 빨기 시작했다는 것을) 검출한다. 이러한 검출은, 센서(215)로부터 수신된 신호들에 기반하고, 임의의 일반적인 종래의 기법들에 따라 수행될 수 있다.
단계 S3에서, 제어 회로(550)는 사용자에 의한 흡입을 위한 에어로졸을 생성하기 위해 위킹 엘리먼트(368)로부터 소스 액체를 기화하기 시작하기 위해 가열 엘리먼트(365)로의 전력의 공급을 개시한다. 다시, 이러한 프로세스는 종래의 기법들에 따라 수행될 수 있다. 특히, 전력이 정상 동작 동안 공급되는 특정 방식(즉, 결함 조건이 발생되지 않은 것으로 간주됨)은 종래 기법들에 따라 에어로졸 생성의 타이밍 및 범위와 관련하여 원하는 성과에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 사용자의 퍼프 전체에 걸쳐 (예컨대, 펄스 폭 변조를 사용하여) 공급되는 전력의 양에 있어서의 변동들을 갖는 사용자의 퍼프의 지속기간에 상응하는 시간 기간 동안 가열 엘리먼트에 전력 공급되어 확립된 기법들에 따라 원하는 레벨의 에어로졸 생성을 제공한다. 이하에 추가로 논의되는 도 5의 단계들 S4 내지 S6는, 가열 엘리먼트에 전력이 공급되고 에어로졸이 생성되는 기간 동안 계속해서 반복적인 방식으로 수행된다.
단계 S4에서, 제어 회로(550)는 가열 엘리먼트의 저항 R을 모니터링한다. 이는, 일련의 이산 시간들에, 예컨대, 매 10ms마다 한 번씩, 가열 엘리먼트의 저항(또는, 상응하는 전기적 파라미터, 이를테면, 컨덕턴스, 소요 전류, 소요 전력 또는 전압 강하)을 측정함으로써 달성될 수 있다. 가열 엘리먼트의 저항을 측정하는 프로세스는 종래의 저항 측정 기법들에 따라 수행될 수 있다. 다시 말해서, 제어 회로(550)는 저항(또는 상응하는 전기적 파라미터)을 측정하기 위한 확립된 기법들에 기반하여 저항-측정 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제어 회로(550)의 저항-측정 컴포넌트는, 라인들(366, 367)을 통해 가열 엘리먼트에, 그리고 커넥터 컴포넌트들(25A, 25B)의 다양한 엘리먼트들에 커플링될 수 있다. 이와 관련하여, 제어 회로(550)는 가열 엘리먼트와 제어 회로(550)를 가열 엘리먼트(365)에 연결하는 다양한 컴포넌트들의 결합된 저항을 측정할 수 있다는 것이 인지될 것이다. 그러나, 저항 경로 내의 다른 컴포넌트들의 저항은 시간에 대해 현저하게 변하도록 예상되지 않기 때문에, 이는 본 명세서에 설명된 본 개시내용의 실시예들에 따라 시간에 대한 가열 엘리먼트의 저항의 도함수의 측정들에 거의 영향을 미치지 않는다. 가열 엘리먼트와 연관된 전류, 전력 또는 전압 강하(그리고 이에 따라 그의 저항)는 또한, 예컨대, 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링된 다른 저항성 엘리먼트(예컨대, 전력 MOSFET, 션트 저항기, 또는 심지어는 Kirchoff의 전압 법칙을 고려한 배터리 자체)의 전기적 특성(예컨대, 전압 또는 전류/소요 전력)의 측정들로부터 결정될 수 있음이 더 인식될 것이다.
단계 S5에서, 시간(t)에 대한 저항 R의 도함수는, 상이한 시간들에 단계 S4에서 확립된 일련의 저항 값으로부터 결정된다. 다시 말해서, 제어 회로는, 샘플링 기간에 따라 확립된 R의 이전 값들의 레코드를 유지하도록 그리고 확립된 값들의 시간 도함수를 결정하도록 구성된다. 예컨대, 이 도함수는 시간에 대한 1차 도함수 또는 시간에 대한 2차 도함수일 수 있다. 도함수는 이산 측정들로부터의 구배(gradient)들을 결정하기 위한 종래의 수치적 프로세싱 기법들에 따라 R의 확립된 값들로부터 결정될 수 있다. 예컨대, 정규 샘플링 기간 p에 따라 확립된 일련의 저항 측정치들(R0, R1, R2, R3…, Rn-1, Rn, Rn+1…)을 가정하면, (샘플 Rn의 시간에 상응하는) 시간 tn에서의 1차 도함수의 초기에 결정된 표시는 이하를 따라 간단하게 결정될 수 있다:
유사하게, (샘플 Rn의 시간에 상응하는) 시간 tn에서의 2차 도함수의 초기에 결정된 표시는 이하를 따라 간단하게 결정될 수 있다.
그러나, 일련의 샘플들로부터 1차 도함수 또는 2차 도함수를 확립하기 위한 다양한 다른 잘-확립된 통계적 기법들이 존재한다는 것이 인식될 것이다. 초당 옴(ohms)의 단위로 실제 도함수를 결정할 필요는 없고, 오히려 도함수의 표시로도 충분하다는 것이 추가로 인식될 것이다. 예컨대, 정규 샘플링 기간을 통해, 결정된 도함수(들)의 유효 단위들을 단순히 변화시킬 것이기 때문에, 샘플들 사이에서의 실제 시간은 고려될 필요가 없다. 이 특정 예에서, 단계 S5에서의 프로세싱이 시간에 대한 저항의 1차 도함수(즉, dR/dt)의 결정에 기반하는 것으로 가정된다.
단계 S6에서, 단계 S5에서 확립된 도함수는 임계값 V와 비교된다. 사실상, 임계값은 위에 논의된 종류의 임의의 급속한 과열 없이 발생하는 것으로 예상될 수 있는 저항의 최대 변화 레이트의 표시이다. S5에서 확립되는 도함수가 사전-정의된 임계값을 초과하지 않는다고 단계 S6에서 결정되면, 프로세싱은 “아니오(No)”로 마킹된 경로를 따라 단계 S4로 되돌아가며, 여기에서 프로세싱은 앞서 설명된 것과 같이 계속된다. 그러나, S5에서 확립되는 도함수가 사전-정의된 임계값을 초과한다고 단계 S6에서 결정되면, 프로세싱은 “예(Yes)”로 마킹된 경로를 따라 단계 S7로 진행된다.
단계 S7에서, 단계 S5에서 확립된 시간 도함수가 단계 S6의 비교에서 사전-정의된 임계값을 초과하는 것으로 밝혀졌기 때문에, 결함 조건이 발생한 것으로 가정되었다고 결정되었다. 이러한 결론은, 가열 엘리먼트의 저항 그 자체는, 특히, 가열 엘리먼트 상에서 발현하는 국부적인 과열(핫스팟들)에 대한 급속한 과열의 상대적으로 불량한 표시자이지만, 시간에 대한 저항의 변화의 레이트(rate)는 더 나은 표시자라는 발명자의 자각(realisation)에 기반한다. 이는, 저항에 있어서의 전반적인 변화가 전체 가열 엘리먼트에 걸친 온도에 있어서의 보통의(moderate) 증가 및 더욱 현저하게 국부적인 과열 이벤트 둘 다에 대해 유사할 수 있다고 하더라도, 이러한 2개의 경우들에서 온도가 변화하는 레이트는 상이하기 때문이다. 특히, 국부적인 과열(열 폭주)은 전체 가열 엘리먼트의 균일한 가열보다 더욱 급격하게 발생하는 것으로 예상될 수 있다.
단계 S6에 사용될 적합한 임계값은 계산, 모델링 또는 실험을 통해 확립될 수 있다. 예컨대, 샘플 에어로졸 공급 시스템은 핫스팟 발현을 촉진하는 조건으로 의도적으로 유도될 수 있으며, 이것이 발생할 때 시간에 대한 저항의 도함수가 측정될 수 있다. 마찬가지로, 정상 동작 동안(즉, 과열 결함 조건이 발생하지 않는) 시간에 대한 저항의 최대 도함수가 확립될 수 있다. 그후, 임계치 V는, 정상 동작 동안 보이는 저항의 최대 도함수와 국부적인 과열/핫스팟 현상의 결과로서 보이는 저항의 최소 미분 사이의 어딘가의 값, 예컨대, 이들 값들 사이의 중간의 값으로서 취해질 수 있다. 상이한 디자인들의 에어로졸 공급 시스템들은 통상적으로 상이한 임계값들을 채택할 것이다.
단계 S7에서 결함 조건이 발생했다는 결정에 후속하여, 이 예에서의 프로세싱은 단계 S8로 진행되는데, 단계 S8에서는 가열 엘리먼트로의 전력 공급이 감소되고, 예컨대, 전체적으로 스위치 오프될 수도 있다. 이 예에서, 도 5에 나타낸 프로세싱은 그후 단계 S9로 진행하고, 이 단계 S9에서는 결함 조건이 발생했다고 사용자에게 경고하도록 표시자(560)를 구동함으로써 결함 조건의 출현의 표시가 발생된다.
추가적인 동작은 진행중인 구현에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 몇몇 상황들에서, 에어로졸 공급 시스템은 사실상 “잠김(locked)” 상태가 되고, 사용자가, 예컨대, 본체와 카토마이저를 연결해제하고 재부착함으로써(저장소(360)를 다시 채우거나 또는 카토마이저를 새로운 것으로 교체하기 위해 이러한 것이 행해질 수 있다는 예상에서) 그 시스템을 실제로 리셋할 때까지 다시 작동하지 않을 수 있다. 몇몇 상황들에서, 주어진 시간 기간 내에 검출되는 다수의 결함 조건 검출 이벤트들이 존재했다면, 에어로졸 공급 시스템은 오직 “잠김” 상태(즉, 더 이상 기능하는 것을 중단함)가 될 수 있다.
최적의 성능을 위해, 가열 엘리먼트의 온도가 그렇지 않으면 일시적으로 안정적인 것으로 고려될 때, 시간에 대한 저항의 도함수는 가열 엘리먼트에 대한 국부적인 과열 이벤트(핫스팟)의 발현에 가장 민감할 수 있다. 이와 관련하여, 일부 경우들에서 도 5에 나타나는 프로세싱은 오직 가열 엘리먼트의 온도가 정상적으로 동작하는 에어로졸 공급 시스템과 안정적인 상태에서 유지되는 것으로 예상되는 경우에만, 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세싱은, 가열 엘리먼트가 주변 온도에서 기화/비등 온도까지 가열될 때, 사전가열 단계 동안 수행되지 않을 수도 있다. 이러한 사전가열은 또한 결함 조건과 유사한 방식으로 존재할 수 있는 가열 엘리먼트의 급속한 가열을 야기할 수 있다. 그러나, 다른 상황들에서, 프로세싱은 가열 엘리먼트의 온도가 안정화되었든지 또는 안정화되지 않았든지에 상관없이 수행될 수 있다. 더욱 일반적으로, 이 방법은, 에어로졸이 생성되는 중인 기간들 동안 및/또는 전력이 가열 엘리먼트에 공급되는 중인 기간 동안 적용될 수 있다.
앞서 설명된 장치 및 방법들에 대한 다양한 수정들이 본 개시내용의 특정 실시예들에 따라 구현될 수 있는 것으로 인식될 것이다. 예컨대, 결함 조건이 발생했는지를 확립하기 위한 관점을 통해 시간에 대한 저항의 도함수를 결정하는 것에 더해, 제어기는 또한 예컨대, 가열 엘리먼트로의 전력 공급을 제어하는데 사용될 저항 측정들로부터 가열 엘리먼트에 대한 유효 평균 온도를 확립하도록 구성되어 종래의 기법들에 따라 에어로졸 생성의 원하는 정도 및 타이밍을 제공할 수 있다.
게다가, 앞서-설명된 예들은 저항에 대한 시간 도함수의 표시가 (즉, 사실항, 디지털 제어 회로를 사용하여) 이산 저항 측정들로부터 도출되는 구현들에 포커스를 맞췄지만, 가열 엘리먼트의 저항의 도함수의 표시가, 예컨대, 하나 또는 그 초과의 적합하게 구성된 필터들을 사용함으로써, 확립된 아날로그 일렉트로닉 기법들을 사용하여, 아날로그 도메인에서 동등하게 확립될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 게다가, 도 5에 제시된 다른 단계들이 디지털이 아닌 아날로그 일렉트로닉 기법들을 사용하여 또한 수행될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 예컨대, 단계들(S5 및 S6)에 해당하는 기능성은, 고역-통과 필터(high-pass filter)를 통해 가열 엘리먼트의 저항을 나타내는 신호를 통과시킴으로써 그리고 임계치 레벨과 고역-통과 필터로부터의 출력을 비교기를 사용하여 비교함으로써 구현될 수 있다.
앞서 이미 언급된 바와 같이, 실제 도함수를, 예컨대, 초당 옴(ohms)의 단위로 결정하는 것이 필수적인 것은 아니며, 오히려 도함수의 표시, 예컨대, 경험적 테스팅 또는 모델링 중에 관찰되는 것을 기반으로 하여 발생되는 결함 조건에 대응하도록 고려되는 특정 임계값을 도함수가 초과하는지 여부의 표시이면 충분하다. 예컨대, 일 구현에서, 가열 엘리먼트의 저항은, 초기 히터 활성화 동안 주어진 시간의 기간 동안, 예컨대, 사용자의 퍼프의 시작시에 시간의 기간 동안 모니터링될 수 있다. 이 시간 기간은 검출 기간으로 고려될 수 있고, 디바이스는 히터의 저항이 이 검출 기간 동안 베이스-라인 저항 값에 비해 임계량 이상으로 더 많이 변화하는지 결정하도록 구성될 수 있다. 후속 측정들을 정규화하기 위한 베이스-라인 저항 값은, 히터가 차가울 때, 예컨대, 카토마이저가 히터 활성화 사이의 기간들 동안 또는 디바이스의 본체에 처음 연결될 때, 측정되는 히터 저항의 값에 해당할 수 있다. 특정의 구체적인 예를 제공하기 위해, 일 구현에서, 검출 기간은 초기 히터 활성화 이후에 400ms의 지속기간을 가질 수 있고, 결함 조건을 나타내는 것으로 고려되는 저항의 변화율에 대한 임계값은 이 400ms 검출 기간 내의 베이스라인 저항 측정 보다 14%의 증가(즉, 정규화된 저항에서의 0.14의 증가)일 수 있다. 따라서, 검출 기간 동안 저항의 측정이 증가를 나타내는 경우, 400ms 검출 기간 내의 베이스라인 저항 값의 14%보다 더 큰 저항의 변화가 존재한다고 하면, 이는, 저항 변화율이 결함을 나타내기 위한 임계치보다 더 큰 것을 나타내며, 디바이스는 그에 따라 응답할 수 있다.
따라서, 에어로졸 공급 시스템, 이를테면 전자 담배가 소스 액체로부터 에어로졸을 생성하기 위한 가열 엘리먼트, 및 전력 공급기, 이를테면, 배터리/전지로부터 가열 엘리먼트로의 전력의 공급을 제어하기 위한 제어 회로를 포함한다는 것이 설명되어 있다. 제어 회로는, 시간에 대한 가열 엘리먼트의 전기적 특성의 도함수, 예컨대, 가열 엘리먼트의 저항의 1차 시간 도함수 또는 2차 시간 도함수(또는, 관련 파라미터, 이를테면, 컨덕턴스, 소요 전류, 소요 전력 또는 전압 강하)의 표시를 측정하도록 구성된다. 측정된 시간 도함수에 기반하여, 제어 회로는, 결함 조건, 예컨대, 가열 엘리먼트의 국부적인 가열이 전자식 에어로졸 공급 시스템에 대해 발생했는지 여부를 결정하도록 구성된다. 국부적인 가열에 의해 야기되는 가열 엘리먼트에 대한 전기적 특성에서의 전반적인 변화는 작아서 신뢰가능하게 식별하기 어려울 수도 있지만, 변화가 발생하는 레이트는 상대적으로 높을 것으로 예상될 수 있으며, 이는 국부적인 특성의 시간 도함수가 결함 조건의 출현의 더욱 신뢰가능한 표시자임을 의미할 수 있다.
앞서 설명된 실시예들이 어느 점에서는 몇몇 특정의 예시적인 에어로졸 공급 시스템들에 대해 포커스되었지만, 다른 기술들을 사용하는 에어로졸 공급 시스템들에 대해 동일한 원리들이 적용될 수 있음이 인식될 것이다. 다시 말해서, 본원에서 설명된 접근방식들에 따라 가열 엘리먼트에 대한 결함 조건이 발생했는지 여부를 확립하는 것과 직접적으로 관련이 없는 에어로졸 공급 시스템의 다양한 양상들의 특정 방식은 특정 실시예들에 근본하는 원리들에 중요하지 않다. 예컨대, US 2011/0226236 [1]에 개시된 시스템들에 기반하는 구성들은 다른 구현들에도 사용될 수 있다.
다양한 문제들을 해결하고 기술을 발전시키기 위해, 본 개시내용은 청구된 발명(들)이 실행될 수 있는 다양한 실시예들을 예시에 의해 도시한다. 본 개시내용의 이점들 및 특징들은 단지 실시예들의 대표적인 샘플이며, 총망라적이거나 및/또는 독점적인 것은 아니다. 이들은 오직 이해를 돕기 위해 그리고 청구된 발명(들)을 교시하기 위해서만 제시된다. 본 개시내용의 이점들, 실시예들, 예시들, 기능들, 특징들, 구조들, 및/또는 다른 양상들은 청구항들에 의해 정의된 것과 같은 본 개시내용에 대한 제한들 또는 청구항들에 대한 동등물들에 대한 제한들로서 고려되는 것은 아니며, 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 변형들이 행해질 수 있음이 이해되어야 한다. 다양한 실시예들은 본원에서 구체적으로 설명된 것들 이외의 개시된 엘리먼트들, 컴포넌트들, 특징들, 부품들, 단계들, 수단들 등의 다양한 조합들을 적절하게 포함하거나, 이들로 구성되거나, 또는 본질적으로 이들로 구성될 수 있고, 이에 따라 종속 청구항들의 특징들이 청구항들에 명시적으로 설명된 것들 이외의 결합들로 독립 청구항들의 특징들과 조합될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 본 개시내용은 현재 청구되지 않지만 미래에 청구될 수 있는 다른 발명들을 포함할 수도 있다.
참조문헌들
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Claims (23)
- 전자식 에어로졸 공급 시스템(electronic aerosol provision system)으로서,
소스 액체로부터 에어로졸을 생성하기 위한 가열 엘리먼트; 및
전력 공급기로부터 상기 가열 엘리먼트로의 전력의 공급을 제어하기 위한 제어 회로를 포함하고,
상기 제어 회로는:
시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 전기적 특성의 도함수의 표시를 결정하고; 그리고
시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 상기 도함수의 결정된 표시에 기반하여 상기 전자식 에어로졸 공급 시스템에 대한 결함 조건이 발생했는지 여부를 결정하도록 더 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항에 있어서,
시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 상기 도함수의 상기 표시는, 시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 1차 도함수의 표시를 포함하는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 상기 도함수의 상기 표시는, 시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 2차 도함수의 표시를 포함하는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 엘리먼트는 저항성 가열 엘리먼트를 포함하는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 저항성 가열 엘리먼트는 스테인리스 강(stainless steel)을 포함하는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성은, 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 초과의 특성들에 기반하고, 상기 그룹은:
상기 가열 엘리먼트와 연관된 전기 저항; 상기 가열 엘리먼트와 연관된 전기 컨덕턴스; 상기 가열 엘리먼트와 연관된 소요 전류; 상기 가열 엘리먼트와 연관된 소요 전력; 상기 가열 엘리먼트와 연관된 전압 강하, 및 상기 가열 엘리먼트에 전기적으로 커플링된 다른 저항성 엘리먼트와 연관된 전압 강하를 포함하는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는 상기 전기적 특성의 측정치들로부터 상기 가열 엘리먼트의 온도의 표시를 결정하도록 더 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결함 조건은 상기 가열 엘리먼트의 적어도 일부의 온도에 있어서의 갑작스런 상승과 연관되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결함 조건은 상기 가열 엘리먼트의 적어도 일부의 글로잉(glowing)의 출현과 연관되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는, 시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 상기 도함수의 상기 표시와 사전정의된 임계값을 비교함으로써, 상기 전자식 에어로졸 공급 시스템에 대한 결함 조건이 발생하고 있는지 또는 발생했는지의 여부를 결정하도록 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 제어 회로는, 시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 상기 도함수의 상기 표시의 크기가 상기 사전정의된 임계값을 초과하는 경우 상기 결함 조건이 발생했다고 결정하도록 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 가열 엘리먼트의 온도가 일시적으로 안정적인 것으로 고려되는 기간 동안 시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 상기 도함수의 상기 표시를 결정하도록 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 가열 엘리먼트에 의해 에어로졸이 생성되는 기간 동안 시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 상기 도함수의 상기 표시를 결정하도록 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 가열 엘리먼트에 전력이 공급되는 기간 동안 시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 상기 도함수의 상기 표시를 결정하도록 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 결함 조건이 발생했다고 결정되는 경우, 상기 가열 엘리먼트로의 전력의 공급을 감소시키도록 더 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 결함 조건이 발생했다고 결정되는 경우, 상기 가열 엘리먼트로의 전력의 공급을 중단하도록 더 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 회로는, 상기 결함 조건이 발생했다고 결정되는 경우, 경고 표시자를 활성화하도록 더 구성되는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소스 액체는 니코틴을 포함하는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어로졸을 생성하기 위해 상기 소스 액체의 일부를 가열을 위한 상기 가열 엘리먼트의 근방으로 운송하도록 배열된 소스 액체의 저장소 및 액체 운송 엘리먼트를 더 포함하는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 공급기를 배터리 또는 전지의 형태로 더 포함하는,
전자식 에어로졸 공급 시스템. - 소스 액체로부터 에어로졸을 생성하기 위한 가열 엘리먼트 및 전력 공급기로부터 상기 가열 엘리먼트로의 전력의 공급을 제어하기 위한 제어 회로를 포함하는 전자식 에어로졸 공급 시스템을 동작시키는 방법으로서,
상기 방법은:
시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 전기적 특성의 도함수의 표시를 결정하는 단계; 및
시간에 대한 상기 가열 엘리먼트의 상기 전기적 특성의 상기 도함수의 결정된 표시에 기반하여 상기 전자식 에어로졸 공급 시스템에 대한 결함 조건이 발생했는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는,
전자식 에어로졸 공급 시스템을 동작시키는 방법. - 첨부된 도면들과 관련하여 실질적으로 본원에서 설명된 것과 같은 전자식 에어로졸 공급 시스템.
- 첨부된 도면들과 관련하여 실질적으로 본원에서 설명된 것과 같은 전자식 에어로졸 공급 시스템을 동작시키는 방법.
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