KR20230156173A - 에어로졸 전달 장치 및 제어 바디 - Google Patents
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Abstract
에어로졸 전달 장치가 제공되는데, 이 에어로졸 전달 장치는 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성된 저장조와, 가열 요소와, 가열 요소를 포함하는 전기 부하에 접속된 전원을 포함한다. 전원은 전기 부하에 전력을 제공하도록 구성된 리튬이온 커패시터(LIC), 및 이 LIC와 전기 부하 사이에서 LIC에 연결된 DC-DC 컨버터를 포함한다. 에어로졸 전달 장치는 액티브 모드로 동작하도록 구성된 마이크로프로세서를 또한 포함하는데, 이 마이크로프로세서는 액티브 모드에서 전원으로부터 가열 요소로 전력을 제공함으로써 가열 요소를 제어하여 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 기화시키도록 구성된다.
Description
본 개시는 흡연 용품과 같은 에어로졸 전달 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에어로졸의 생성을 위해 전기적으로 발생된 열을 이용할 수 있는 에어로졸 전달 장치(예컨대, 흔히 전자 담배라고도 불리는 흡연 용품)에 관한 것이다. 흡연 용품은 담배로 제조되거나 담배로부터 얻을 수 있는 재료를 포함하거나 아니면 그 담배를 포함할 수 있는 에어로졸 전구체를 가열하도록 구성될 수 있으며, 이러한 전구체는 사람이 소비할 수 있도록 흡입 가능한 물질을 형성할 수 있다.
사용을 위해 담배의 연소를 요구하는 흡연 제품의 개선 또는 대안으로서 많은 흡연 장치가 수년에 걸쳐서 제안되어 왔다. 이들 장치 중 대다수는 의도적으로, 담배가 연소됨에 따라 발생하는 상당한 양의 불완전 연소 및 열분해 생성물을 전달하지 않으면서, 궐련(cigarette), 시가(cigar) 또는 파이프 흡연과 연관된 감각(sensations)을 제공하도록 설계되었다. 이를 위해, 휘발성 물질을 증발시키거나 가열하기 위해 전기 에너지를 사용하거나 또는 상당한 정도의 담배 연소 없이 궐련, 시가 또는 파이프 흡연의 감각을 제공하려는 수많은 대체 흡연 제품, 향미 발생기 및 의약용 흡입기가 제안되었다. 예를 들어, Collett 등의 미국 특허 제8,881,737호, Griffith Jr. 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2013/0255702호, Sebastian 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2014/0000638호, Sears 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2014/0096781호, Ampolini 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2014/0096782호, Davis 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2015/0059780호 및 2016년 7월 28일자로 출원된 Watson 등의 미국 특허 출원 제15/222,615호에 기재된 배경기술에 제시되어 있는 다양한 대체 흡연 제품, 에어로졸 전달 장치 및 발열원을 참조하기 바라며, 이들 모두는 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 예를 들어, 참조로서 인용되는 Counts 등의 미국 특허 제5,388,594호 및 Robinson 등의 미국 특허 제8,079,371호의 배경 기술 단락에 기재된 제품들 및 가열 구성들의 다양한 구현예들을 또한 참조하기 바란다.
그러나, 장치의 유용성을 확장시킬 수 있는 것과 같이, 개선된 전자 기기를 에어로졸 전달 장치에 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시는 에어로졸 전달 장치, 이러한 장치를 형성하는 방법, 및 이러한 장치의 구성요소와 관련된다. 따라서, 본 개시는 하기의 예시적인 구현예들을 제한 없이 포함한다.
예시적인 구현예 1: 에어로졸 전달 장치로서, 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성된 저장조를 에워싸는 적어도 하나의 하우징과, 가열 요소와, 제어 바디가 카트리지에 결합된 경우 히터를 포함하는 전기 부하에 접속된 전원- 이 전원은 전기 부하에 전력을 제공하도록 구성된 리튬이온 커패시터(LIC), 및 이 LIC와 전기 부하 사이에서 LIC에 연결된 DC-DC 컨버터를 포함함 -과, 액티브 모드로 동작하도록 구성된 마이크로프로세서- 이 마이크로프로세서는 액티브 모드에서 전원으로부터 가열 요소로 전력을 제공함으로써 가열 요소를 제어하여 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 기화시키도록 구성됨 - 를 포함한다.
예시적인 구현예 2: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, LIC는 200 내지 400 패럿의 용량을 갖는다.
예시적인 구현예 3: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터이다.
예시적인 구현예 4: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 전원은 LIC와 병렬로 연결된 스누버 회로(snubber circuit)를 더 포함한다.
예시적인 구현예 5: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 전원은 DC-DC 컨버터와 전기 부하 사이에서, 이들에 연결된 다이오드를 더 포함한다.
예시적인 구현예 6: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, DC-DC 컨버터는 입력 및 출력을 가지며, 다이오드는 애노드 및 캐소드를 구비하고, DC-DC 컨버터의 입력 및 출력은 LIC 및 다이오드의 애노드에 제각각 연결되며, 다이오드의 캐소드는 전기 부하에 연결된다.
예시적인 구현예 7: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 전원은 LIC를 충전할 수 있는 에너지원과 연결가능한 단자를 더 포함한다.
예시적인 구현예 8: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 에어로졸 전구체 조성물은 적어도 글리세린 및 니코틴을 포함한다.
예시적인 구현예 9: 가열 요소를 장착하고 에어로졸 전구체 조성물을 보유하는 카트리지와 결합되거나 결합 가능한 제어 바디로서, 이 제어 바디는 카트리지와 결합되거나 결합가능하여 에어로졸 전달 장치를 형성하되 가열 요소는 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 기화시키도록 구성되고, 제어 바디는 제어 바디가 카트리지에 결합된 경우 히터를 포함하는 전기 부하에 접속된 전원- 이 전원은 전기 부하에 전력을 제공하도록 구성된 리튬이온 커패시터(LIC) 및 이 LIC와 전기 부하 사이에서 LIC에 연결된 DC-DC 컨버터를 포함함 -과, 제어 바디가 카트리지에 결합되어 있는 액티브 모드로 동작하도록 구성된 마이크로프로세서- 이 마이크로프로세서는 액티브 모드에서 전원으로부터 가열 요소로 전력을 제공함으로써 가열 요소를 제어하여 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 기화시키도록 구성됨 -를 포함한다.
예시적인 구현예 10: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, LIC는 200 내지 400 패럿의 용량을 갖는다.
예시적인 구현예 11: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터이다.
예시적인 구현예 12: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 전원은 LIC와 병렬로 연결된 스누버 회로를 더 포함한다.
예시적인 구현예 13: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 전원은 DC-DC 컨버터와 전기 부하 사이에서, 이들에 연결된 다이오드를 더 포함한다.
예시적인 구현예 14: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, DC-DC 컨버터는 입력 및 출력을 가지며, 다이오드는 애노드 및 캐소드를 구비하고, DC-DC 컨버터의 입력 및 출력은 LIC 및 다이오드의 애노드에 제각각 연결되며, 다이오드의 캐소드는 전기 부하에 연결된다.
예시적인 구현예 15: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 전원은 LIC가 충전가능한 에너지원과 연결가능한 단자를 더 포함한다.
예시적인 구현예 16: 이전의 임의의 예시적인 구현예, 또는 이전의 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 에어로졸 전구체 조성물은 적어도 글리세린 및 니코틴을 포함한다.
본 개시의 이들 및 다른 특징, 양태, 및 장점은, 아래에서 간략하게 설명되는 첨부 도면과 함께 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 숙독하는 것으로부터 분명해질 것이다. 본 개시는 본 개시에 제시된 임의의 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 특징 또는 요소의 조합을 포함하는데, 이는 이러한 특징 또는 요소가 본 명세서에서 설명되는 특정한 예시적인 구현예에서 명시적으로 조합되거나 또는 이와 달리 인용되는 것과는 무관하다. 본 개시는 총체적으로 숙독되도록 의도되며 따라서 본 개시의 임의의 개별 특징 또는 요소는, 본 개시의 문맥이 달리 명확하게 기술하지 않는 한, 그 양태 및 예시적인 구현예 중 어느 것에 있더라도 조합 가능한 것으로 간주되어야 한다.
그러므로, 상기의 발명의 내용은 본 개시의 일부 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해 일부 예시적인 구현예를 요약할 목적으로만 제공된다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 전술한 예시적인 구현예들은 단지 예시일 뿐이며 본 개시의 범위 또는 정신을 어떤 식으로든 좁히는 것으로 해석되지 않아야 함을 이해할 것이다. 다른 예시적인 구현예, 양태 및 장점은 몇몇 설명된 예시적인 구현예의 원리를 예시하는 첨부 도면과 함께 설명되는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 분명해질 것이다.
따라서, 이상에서는 일반적인 용어로 본 개시를 설명하였으며, 이제는 실척으로 그려질 필요는 없는 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 제어 바디에 결합되는 카트리지를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 측면도를 예시한다.
도 2는 다양한 예시적인 구현예에 따른 에어로졸 전달 장치의 부분 단면도이다.
도 3는 다양한 예시적인 구현예에 따른 에어로졸 전달 장치의 제어 바디 및 카트리지의 다양한 구성요소를 나타낸다.
도 4는 예시적인 구현예에 따른 리튬이온 커패시터(LIC)를 포함하는 에어로졸 전달 장치용 전원을 도시한다.
도 1은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 제어 바디에 결합되는 카트리지를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 측면도를 예시한다.
도 2는 다양한 예시적인 구현예에 따른 에어로졸 전달 장치의 부분 단면도이다.
도 3는 다양한 예시적인 구현예에 따른 에어로졸 전달 장치의 제어 바디 및 카트리지의 다양한 구성요소를 나타낸다.
도 4는 예시적인 구현예에 따른 리튬이온 커패시터(LIC)를 포함하는 에어로졸 전달 장치용 전원을 도시한다.
본 개시는 이제 그 예시적인 구현예를 참조하여 이하에서 보다 완전하게 설명될 것이다. 이들 예시적인 구현예는 본 개시가 전체적으로 완전해지도록 설명되므로, 본 개시의 범위가 당업자에게 충실히 전달될 것이다. 실제로, 본 개시는 많은 다양한 형태로 실시될 수 있고, 본 명세서에 제시된 구현예들에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 하며, 오히려 이들 구현예는 본 개시가 적용 가능한 법적 요구사항을 충족하도록 제공된다. 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 바와 같이, "하나", "한", "그것" 등과 같은 단수 형태는 문맥상 다르게 지시하지 않는 한 복수개의 대상을 포함한다. 또한, 달리 언급하지 않는 한, 정량적 측정치, 값, 기하학적 관계 등을 언급할 수 있지만, 이들 모두는 아니더라도 임의의 하나 또는 그 이상은 절대적이거나, 예를 들어, 공학적인 공차 등으로 인해 발생할 수 있는 허용 가능한 변화들을 고려하도록 근사적일 수 있다.
이하에서 설명되는 바와 같이, 본 개시의 예시적인 구현예들은 에어로졸 전달 장치에 관한 것이다. 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치는 재료를 가열하여 (바람직하게는 재료를 상당한 정도로 연소시키지 않고) 흡입 가능한 물질을 형성하기 위해 전기 에너지를 사용하고, 이러한 시스템들의 구성요소들은 가장 바람직하게는 휴대 장치로 간주되기에 충분히 콤팩트한 물품의 형태를 갖는다. 즉, 바람직한 에어로졸 전달 장치의 구성요소를 사용하면 에어로졸이 주로 담배의 연소 또는 열분해의 부산물에 기인한다는 의미에서 연기를 생성하지 않고, 그 보다 이들 바람직한 시스템을 사용하면 내부에 혼입된 특정 성분들의 휘발 또는 기화로부터 발생하는 증기가 생성된다. 일부 예시적인 구현예에서, 에어로졸 전달 장치의 부품은 전자 담배로 특징지어질 수 있고, 이들 전자 담배는 가장 바람직하게는 담배 및/또는 담배로부터 유도된 성분들을 포함하고, 따라서 에어로졸 형태의 담배 부산물 전달한다.
특정의 바람직한 에어로졸 전달 장치들의 에어로졸 생성 피스(piece)들은 해당 성분들의 실질적인 연소없이 담배에 불을 붙이고 태움으로써(따라서 그 결과 담배 연기를 흡입함으로써) 채용되는 궐련, 시가 또는 파이프를 흡연하는 많은 감각들(예를 들어, 호흡 행위, 풍미나 향미의 유형, 관능 효과, 물리적 느낌, 사용 행위, 시각적인 에어로졸에 의해 제공된 것과 같은 시각적 신호 등)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 에어로졸 생성 피스의 사용자는 흡연자가 전통적인 형태의 흡연 물품을 사용하는 것과 매우 흡사하게 해당 피스를 쥐고 사용할 수 있으며, 해당 피스에 의해 생성된 에어로졸의 흡입을 위해 해당 피스의 일 단부를 흡인할 수 있고, 선택된 시간 간격으로 퍼프(puff)를 흡인 또는 빨아들이는 등을 행할 수 있다.
시스템들이 소위 "전자 담배"와 같은 에어로졸 전달 장치와 관련된 실시예의 관점에서 일반적으로 설명되었지만, 메커니즘, 구성요소, 특징 및 방법은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고 다양한 용품들과 관련될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 제공된 설명은 본 명세서에 개시된 임의의 제품들에 대해 종래의 흡연 용품들(예를 들어, 궐련, 시가, 파이프 등), 연소시키지 않는 궐련 및 관련 패키징의 구현과 연계하여 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 실시되고 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치는 또한 증기 생성 용품 또는 약물 전달 용품인 것으로 특징지어질 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, 흡입 가능한 물질은 실질적으로 증기(즉, 해당 임계점 미만의 온도에서 기체상인 물질)의 형태일 수 있다. 대안적으로, 흡입 가능한 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 의미한다.
사용시, 본 개시의 에어로졸 전달 장치는 종래 유형의 흡연 용품(예를 들어, 담배에 불을 붙여 흡입함으로써 사용되는 궐련, 시가 또는 파이프)을 사용할 때 개인이 취하는 많은 물리적 동작들을 받을 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 에어로졸 전달 장치의 사용자는 종래 유형의 흡연 용품과 상당히 유사하게 그 용품을 잡고, 그 용품에 의해 생성된 에어로졸의 흡입을 위해 그 용품의 일단을 물고, 선택된 시간 간격으로 퍼프를 흡인하는 것 등을 할 수 있다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치는 일반적으로 하우징으로 지칭될 수 있는 외부 바디(outer body) 또는 쉘(shell) 내에 제공된 다수의 부품을 포함한다. 외부 바디 또는 쉘의 전체적인 설계는 변경될 수 있으며, 에어로졸 전달 장치의 전체 크기와 형상을 정의할 수 있는 외부 바디의 포맷 또는 구성은 변경될 수 있다. 통상적으로, 궐련 또는 시가의 형상과 유사한 세장형 바디(elongated body)는 단일의 일체형 하우징으로 형성될 수 있거나, 이 세장형 하우징은 2개 이상의 개별 바디로 형성될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전달 장치는 형상이 실질적으로 튜브형일 수 있고, 종래의 궐련 또는 시가의 형상을 닮은 세장형 쉘 또는 바디를 포함할 수 있다. 일 예에서, 에어로졸 전달 장치의 모든 부품은 하나의 하우징 내에 포함된다. 대안적으로, 에어로졸 전달 장치는 결합 및 분리 가능한 두 개 이상의 하우징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전달 장치는 하나 이상의 재사용 가능한 부품(예를 들면, 재충전가능 배터리 및/또는 재충전가능 수퍼커패시터와 같은 축전기, 및 상기 용품의 동작을 제어하기 위한 각종 전자기기)를 수용하는 하우징을 포함하는 제어 바디를 일단부에 가질 수 있으며, 타단부에는 상기 제어 바디에 착탈 가능하게 결합될 수 있는, 일회용 부품(예를 들어, 일회용 향미료-보유 카트리지)을 수용하는 외부 바디 또는 쉘을 가질 수 있다. 단일 하우징 유형의 유닛 내 또는 여러 조각으로 분리 가능한 하우징 유형의 유닛 내에서 부품들의 보다 구체적인 포맷, 구성 및 배열은 본 명세서에 제공된 추가 설명에 의해 자명해질 것이다. 또한, 상업적으로 입수가능한 전자 에어로졸 전달 장치를 고려하면 다양한 에어로졸 전달 장치의 디자인 및 부품들의 배열을 이해할 수 있다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치는 가장 바람직하게는, 전원(즉, 전기 전원), 적어도 하나의 제어 부품(예컨대, 전원으로부터 용품의 다른 부품으로의 전류를 제어함으로써, 발열을 위한 전력을 작동, 제어, 조절 및 중단시키는 수단, 예를 들면, 개별적인 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러의 일부로서의 마이크로프로세서), 히터 또는 발열 부재(예컨대, 단독으로 또는 하나 이상의 추가 요소와 조합하여 "분무기"로 지칭될 수 있는 전기 저항 가열 요소 또는 다른 부품), 에어로졸 전구체 조성물(예컨대, 일반적으로 "스모크 쥬스", "e-액체(e-liquid)" 및 "e-쥬스(e-juice)"라고 통칭되는 성분들과 같이, 일반적으로 충분한 열을 가하면 에어로졸을 생성할 수 있는 액체), 및 에어로졸 흡입을 위해 에어로졸 전달 장치의 흡인을 허용하는 마우스 단부(mouthend) 영역 또는 팁(예컨대, 생성된 에어로졸이 흡입 시 용품으로부터 배출될 수 있도록 용품을 관통하는 한정된 공기 유동 경로)의 일부 조합을 포함한다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치 내의 부품들의 배열은 다양할 수 있다. 특정 구현예들에서, 에어로졸 전구체 조성물은 사용자에게 에어로졸 전달을 최대화하도록 사용자의 입 근처에 위치하도록 구성될 수 있는 에어로졸 전달 장치의 단부 근처에 위치할 수 있다. 그러나, 다른 구성들도 배제할 수 없다. 일반적으로, 가열 요소는 에어로졸 전구체 조성물에 충분히 근접하도록 배치되어, 가열 요소로부터의 열이 에어로졸 전구체(뿐만 아니라 사용자에게 전달하기 위해 마찬가지로 제공될 수 있는 하나 이상의 향미제, 약제 등)를 기화시키고 사용자에게 전달하기 위한 에어로졸을 형성시킬 수 있다. 가열 요소가 에어로졸 전구체 조성물을 가열하면, 소비자가 흡입하기에 적합한 물리적 형태로 에어로졸이 형성, 방출 또는 생성된다. 상술한 용어들은 방출, 방출하는, 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 용어들은 달리 특정된 경우를 제외하고는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용된다.
상술한 바와 같이, 에어로졸 전달 장치는 히터로의 전력 공급, 제어 시스템의 구동, 표시기의 구동 등과 같은 다양한 기능들을 에어로졸 전달 장치에 제공하기에 충분한 전류 흐름을 제공하기 위하여 배터리 또는 다른 전원을 포함할 수 있다. 전원은 다양한 구현예들을 취할 수 있다. 바람직하게, 전원은 에어로졸 형성하기 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 부품들의 보다 구체적인 포맷, 구성 및 배열은 이하에 제공되는 추가적인 개시를 감안할 때 명백해질 것이다. 또한, 다양한 에어로졸 전달 장치 부품들의 선택 및 배열은 시중에서 입수 가능한 전자 에어로졸 전달 장치를 고려하면 이해될 수 있다. 상업적으로 입수가능한 전자 에어로졸 전달 장치뿐만 아니라 본 개시의 에어로졸 전달 장치 내의 부품들의 포맷, 구성 및 배열에 관한 추가 정보는 2016년 10월 12일자로 출원된 Sur 등의 미국 특허 출원 제15/291,771호에서 찾을 수 있으며, 이는 본 명세서에 참조로서 포함된다.
도 1은 본 개시의 다양한 예시적인 구현예에 따라, 제어 바디(102) 및 카트리지(104)를 포함하는 에어로졸 전달 장치(100)의 측면도를 도시한다. 특히, 도 1은 상호 결합된 제어 바디 및 카트리지를 도시한다. 제어 바디 및 카트리지는 기능적인 관계로 분리 가능하게 정렬될 수 있다. 나사식 결합, 눌러 끼워 맞춤 결합(press-fit engagement), 억지 끼워 맞춤(interference fit), 자기 결합(magnetic engagement) 등을 초래하는 다양한 메커니즘으로 카트리지를 제어 바디에 연결할 수 있다. 에어로졸 전달 장치는, 일부 예시적인 구현예에서, 카트리지와 제어 바디가 조립된 구성이 되면, 실질적으로 막대형, 실질적으로 튜브형, 또는 실질적으로 원통형 형상일 수 있다. 에어로졸 전달 장치는 또한 단면이 실질적으로 직사각형, 장능형(rhomboidal) 또는 삼각형일 수 있으며, 다면을 갖는 형상 또는 그 밖의 다른 형성을 가질 수 있고, 이들 중 일부는 플랫 배터리를 포함하는 전원과 같은 실질적으로 플랫 또는 박막인 전원과의 보다 큰 호환성을 가질 수 있다.
카트리지 및 제어 바디는 다수의 상이한 물질 중 임의의 물질로 형성될 수 있는 각각의 개별 하우징 또는 외부 바디를 포함할 수 있다. 하우징은 임의의 적합한 구조적으로 튼튼한 물질로 형성될 수 있다. 일부 예에서, 하우징은 스테인레스 강, 알루미늄 등과 같은 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 다른 적절한 물질은 다양한 플라스틱(예컨대, 폴리카보네이트), 금속-도금한 플라스틱, 세라믹 등을 포함한다.
일부 예시적인 구현예에서, 에어로졸 전달 장치(100)의 제어 바디(102) 또는 카트리지(104) 중 하나 또는 양자는 일회용인 것으로 또는 재사용 가능한 것으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제어 바디는 교체형 배터리, 재충전가능 배터리를 가질 수 있으며, 따라서 통상의 벽 콘센트에 대한 연결, 자동차 충전기(즉, 시가 잭)에 대한 연결, 및 예를 들어, USB 케이블 또는 커넥터를 통한 컴퓨터에 대한 연결, 또는 광전지(종종 태양 전지로 지칭됨) 또는 광전지의 광 패널에 대한 연결, 또는 RF-DC 컨버터에 대한 연결을 포함하는 임의의 유형의 재충전 기술과 조합될 수 있다. 또한, 일부 예시적인 구현예에서, 카트리지는 Chang 등의 미국 특허 제8,910,639호에 개시되어 있는 일회용 카트리지를 포함할 수 있으며, 이는 본 명세서에 참조로서 포함된다.
도 2는 일부 예시적인 구현예에 따른 에어로졸 전달 장치(100)를 보다 구체적으로 예시한다. 도 2에 도시된 절개도로 알 수 있는 바와 같이, 에어로졸 전달 장치는 제어 바디(102) 및 카트리지(104)를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 다수의 개별 부품을 포함한다. 도 2에 도시된 부품은 제어 바디 및 카트리지에 존재할 수 있는 부품을 나타내며, 본 개시에 포함되는 부품의 범위를 제한하지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제어 바디는 제어 부품(208)(예컨대, 개별적인 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러의 일부로서의 마이크로프로세서), 유량 센서(210), 전원(212) 및 하나 이상의 발광 다이오드(LED)(214)를 포함할 수 있는 제어 바디 쉘(206)로 형성될 수 있고, 이러한 부품들은 가변적으로 정렬될 수 있다. 전원은, 예를 들어, 배터리(일회용 또는 재충전가능식), 재충전가능 수퍼커패시터, 재충전가능 고체-상태 배터리(SSB), 재충전가능 리튬-이온 배터리(LiB) 등, 또는 그 일부 조합을 포함할 수 있다. 적절한 전원의 몇 가지 예들이 2015년 10월 21일자로 출원된, Sur 등의 미국 특허 출원 제14/918,926 호에 제공되어 있으며, 이는 마찬가지로 본 명세서에 참조로서 포함된다. 다른 예의 적절한 전원은 Hawes 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0283855호, Fernando 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0014125호, Nicholes 등의 미국 특허 출원 공개 제2013/0243410호, Fernando 등의 미국 특허 출원 공개 제2010/0313901호, 및 Fernando 등의 미국 특허 출원 공개 제2009/0230117호에 제공되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
LED(214)는 에어로졸 전달 장치(100)에 장착될 수 있는 적절한 시각적 표시기의 일 예일 수 있다. LED, 양자점 구동 LED와 같은 시각적 표시기에 더하여, 또는 그에 대한 대안으로서, 오디오 표시기(예컨대, 스피커), 햅틱 표시기(예컨대, 진동 모터) 등과 같은 다른 표시기가 포함될 수 있다.
카트리지(104)는 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성된 저장조(218)를 둘러싸고 히터(222)(종종 가열 요소로 지칭됨)를 포함하는 카트리지 쉘(216)로 형성될 수 있다. 다양한 구성에서, 이 구조물은 탱크로 지칭될 수 있으며, 따라서, 용어 "카트리지", "탱크" 등은 에어로졸 전구체 조성물을 위한 저장조를 둘러싸고 히터를 포함하는 쉘 또는 다른 하우징을 지칭하기 위해 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 일부 예에서, 저장조(218)는 저장조 하우징에 저장된 에어로졸 전구체 조성물을 심지(wick)를 통해 또는 다른 방식으로 히터(222)로 이동시키도록 구성된 액체 운반 요소(220)와 유체 연통할 수 있다. 일부 예에서, 밸브가 저장조와 히터 사이에 위치할 수 있고, 저장조로부터 히터까지 이동 또는 전달되는 에어로졸 전구체 조성물의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.
전류가 인가되면, 열을 생성하도록 구성된 물질의 다양한 예가 히터(222)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이들 예에서의 히터는 와이어 코일, 마이크로 히터 등과 같은 저항성 가열 요소일 수 있다. 가열 요소가 형성될 수 있는 물질의 예로는 칸탈(FeCrAl), 니크롬, 스테인리스 강, 몰리브덴 디실리사이드(MoSi2), 몰리브덴 실리사이드(MoSi), 알루미늄으로 도핑된 몰리브덴 디실리사이드(Mo(Si,Al)2), 흑연 및 흑연 기반 물질(예를 들어, 탄소 기반 발포체 및 얀(yarn)) 및 세라믹(예를 들어, 양 또는 음의 온도 계수 세라믹)을 포함하도록 형성될 수 있다. 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치에 유용한 히터 또는 가열 부재의 예시적인 구현예는 아래에서 추가로 설명되며, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 장치에 포함될 수 있다.
개구(224)가 카트리지(104)로부터 형성된 에어로졸의 유출을 허용하도록 카트리지 쉘(216) 내(예를 들어, 마우스 단부)에 존재할 수 있다.
카트리지(104)는 또한 집적 회로, 메모리 부품(예를 들어, EEPROM, 플래시 메모리), 센서 등을 포함할 수 있는 하나 이상의 전자 부품(226)을 포함할 수 있다. 전자 부품은 유선 또는 무선 수단에 의해 제어 부품(208) 및/또는 외부 장치와 통신하도록 구성될 수 있다. 전자 부품은 카트리지 또는 그의 베이스(228) 내의 임의의 위치에 배치될 수 있다.
제어 부품(208) 및 유량 센서(210)가 개별적으로 도시되어 있지만, 제어 부품 및 유량 센서를 포함하는 다양한 전자 부품은 전자 부품들을 지탱하고 전기적으로 연결하는 전자 인쇄 회로 기판(PCB) 상에서 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, PCB는 제어 바디의 중심 축에 대해 길이 방향으로 평행할 수 있다는 점에서 도 1의 도시에 대해 수평으로 위치할 수 있다. 일부 예에서, 공기 유량 센서는 자신이 부착될 수 있는 전용 PCB 또는 그 밖의 다른 베이스 요소를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 가요성 PCB가 이용될 수 있다. 가요성 PCB는 실질적으로 튜브 형상을 포함하는 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 가요성 PCB는 히터 기판과 결합되거나, 그 위에 적층되거나, 또는 히터 기판의 일부 또는 전부를 형성할 수 있다.
제어 바디(102)와 카트리지(104)는 이들 사이의 유체 결합을 촉진하도록 구성된 부품을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 바디는 내부에 캐비티(232)을 갖는 커플러(230)를 포함할 수 있다. 카트리지의 베이스(228)는 커플러와 결합하도록 구성될 수 있고 캐비티 내에 끼워 마춰지도록 구성된 돌출부(234)를 포함할 수 있다. 이러한 결합은 제어 바디와 카트리지 사이의 안정된 결합을 용이하게 할 뿐만 아니라 제어 바디 내의 전원(212) 및 제어 부품(208)과 카트리지 내의 히터(222) 사이의 전기 접속을 확립할 수 있다. 또한, 제어 바디 쉘(206)은 쉘 내의 노치일 수 있는 공기 흡입구(236)를 포함할 수 있는데, 이 노치는 주변의 공기가 커플러 주변을 통과하여 쉘 내로 이동하도록 커플러에 연결되고 그런 다음 공기는 커플러의 캐비티(232)를 지나 돌출부(234)를 통해 카트리지 내로 이동한다.
본 개시에 따른 유용한 커플러 및 베이스는 Novak 등의 미국 특허 공개 공보 제2014/0261495호에 개시되어 있고, 이는 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 커플러(230)는 베이스(228)의 내부 주연부(240)와 짝을 이루도록 구성된 외부 주연부(238)를 정의할 수 있다. 일 예에서, 베이스의 내부 주연부는 커플러의 외부 주연부의 반경과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 약간 큰 반경으로 한정할 수 있다. 또한, 커플러는 외부 주연부에서, 베이스의 내부 주연부에 한정된 하나 이상의 오목부(244)와 결합하도록 구성된 하나 이상의 돌출부(242)를 한정할 수 있다. 그러나, 구조, 형상 및 부품들의 다양한 다른 실시예가 베이스를 커플러에 결합시키는데 채용될 수 있다. 일부 예에서, 카트리지(104)의 베이스와 제어 바디(102)의 커플러 사이의 결합은 실질적으로 영구적일 수 있는 반면에, 다른 예들에서, 예를 들어, 제어 바디가 일회용 및/또는 재충진 가능한 하나 이상의 추가 카트리지들과 재사용될 수 있도록 이들 사이의 연결은 해제될 수 있다.
도 2에 도시된 저장조(218)는 현재 기술된 바와 같이 용기일 수 있거나 또는 섬유 저장조일 수 있다. 예를 들어, 저장조는 이러한 예에서 실질적으로 카트리지 쉘(216)의 내부를 둘러싸는 튜브의 형태로 형성된 하나 이상의 부직포 섬유층을 포함할 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물은 저장조 내에 보유될 수 있다. 예를 들어, 액체 성분은 저장조에 의해 수착 방식으로 보유될 수 있다. 저장조는 액체 운반 요소(220)와 유체 결합될 수 있다. 이러한 실례에서, 액체 운반 요소는 저장조에 저장된 에어로졸 전구체 조성물을 모세관 작용을 통해 금속 와이어 코일의 형태로 된 히터(222)로 운반할 수 있다. 이와 같이, 히터는 액체 운반 요소와 가열 배치 구조로 되어 있다. 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치에 유용한 저장조 및 운반 요소의 예시적인 구현예는 이하에 더 설명되고, 이러한 저장조 및/또는 운반 요소는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 장치에 포함될 수 있다. 특히, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 가열 요소와 운반 요소의 특정 조합은 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 장치에 포함될 수 있다.
사용 시에, 사용자가 에어로졸 전달 장치(100)를 흡인하면, 기류가 유량 센서(210)에 의해 검출되고, 에어로졸 전구체 조성물의 성분들을 기화시키기 위해 히터(222)가 활성화된다. 에어로졸 전달 장치의 마우스 단부를 흡인하면, 주위 공기가 공기 흡입구(236)로 유입되고, 커플러(230)의 캐비티(232) 및 베이스(228)의 돌출부(234)의 중앙 개구를 통과한다. 카트리지(104)에서, 흡입된 공기는 형성된 증기와 결합하여 에어로졸을 형성한다. 이 에어로졸은 에어로졸 전달 장치의 히터로부터 마우스 단부 내의 개구부(224) 밖으로 빠져나오거나, 흡입되거나 그렇지 않으면 배출된다.
일부 예에서, 에어로졸 전달 장치(100)는 다수의 추가적인 소프트웨어 제어 기능들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전달 장치는 전원 입력, 전원 단자 상의 부하, 및 충전 입력을 검출하도록 구성되는 전원 보호 회로를 포함할 수 있다. 전원 보호 회로는 단락 보호, 부족 전압 잠금(under-voltage lock out) 및/또는 과전압 충전 보호(over-voltage charge protection), 배터리 온도 보상을 포함할 수 있다. 에어로졸 전달 장치는 또한 주위 온도 측정을 위한 부품들을 포함할 수 있으며, 그의 제어 부품(208)은 충전 시작 전 또는 충전 중에는 주위 온도가 특정 온도(예를 들어, 0℃) 미만이거나 또는 특정 온도(예를 들어, 45℃) 초과이면, (특히, 임의의 배터리의) 전원 충전을 억제하는 적어도 하나의 기능 요소를 제어하도록 구성될 수 있다.
전원(212)으로부터의 전력 전달은 전력 제어 메커니즘에 따른 장치(100) 상의 각 퍼프(puff)마다 변동될 수 있다. 장치는 사용자 또는 부품(예를 들어, 유량 센서(210))의 고장으로 인해 장치가 지속적으로 퍼프를 시도하는 경우에, 제어 부품(208)이 적어도 하나의 기능 요소를 제어하여 일정 기간(예를 들어, 4초) 후에 자동으로 퍼프를 종료하는 "롱 퍼프(long puff)" 안전 타이머를 포함할 수 있다. 또한, 장치 상에서 퍼프들 사이의 시간은 일정 기간(예컨대, 100초) 미만으로 제한될 수 있다. 워치독(watchdog) 안전 타이머는, 에어로졸 전달 장치 상에서 실행되는 해당 제어 부품 또는 소프트웨어가 불안정해지고 적절한 시간 간격(예컨대, 8초) 안에 타이머를 작동시키지 않으면, 에어로졸 전달 장치를 자동으로 리셋할 수 있다. 의도하지 않은 가열을 방지하기 위해 에어로졸 전달 장치를 영구적으로 무력화시키는 것과 같이, 결함이 있거나 고장난 유량 센서(210)의 경우에는 추가의 안전 보호가 제공될 수 있다. 퍼프 제한 스위치는, 압력 센서가 고장나서 4초의 최대 퍼프 시간 이후에도 멈추지 않고 장치를 지속적으로 활성화시키는 경우, 장치를 정지시킬 수 있다.
에어로졸 전달 장치(100)는 (카트리지 내의 전자 액체 충전량을 감안하여 계산된 이용 가능한 퍼프의 회수에 기초하여) 부착된 카트리지에 대해 정의된 퍼프 회수가 달성되면, 히터를 중지시키도록 구성되는 퍼프 추적 알고리즘을 포함할 수 있다. 에어로졸 전달 장치는 수면 모드, 대기 모드 또는 저전력 모드 기능을 포함할 수 있으며, 그에 따라 정의된 비사용 기간 이후에는 전력 공급이 자동적으로 차단될 수 있다. 전원(212)의 모든 충전/방전 사이클이 수명 동안 제어 부품(208)에 의해 모니터링될 수 있다는 점에서 추가적인 안전 보호가 제공될 수 있다. 전원은 소정 횟수(예컨대, 200회)의 완전 방전 및 완전 충전 사이클에 상당하는 횟수에 이른 후에는, 소진되었다고 여겨질 수 있으며, 제어 부품은 전원의 추가적인 충전을 방지하기 위해 적어도 하나의 기능 요소를 제어할 수 있다.
본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치의 다양한 구성요소는 당해 기술분야에 설명되고 상업적으로 이용 가능한 구성요소로부터 선택될 수 있다. 본 개시에 따라 사용될 수 있는 배터리의 예는 본 명세서에 참조로서 인용되는 Peckerar 등의 미국 특허 제9,484,155호에 기재되어 있다.
에어로졸 전달 장치(100)는, 에어로졸 발생이 요구될 때(예를 들어, 사용 중에 흡인될 때), 히터(222)로의 전력 공급을 제어하기 위해 센서(210) 또는 다른 센서 또는 검출기를 포함할 수 있다. 이와 같이, 예를 들어, 에어로졸 전달 장치가 사용 중에 흡인되지 않을 때 히터로의 전력을 차단하고, 흡인되는 동안에는 히터에 의한 열의 발생을 활성화 또는 트리거하도록 전력을 공급하는 방식 또는 방법이 제공된다. 추가의 대표적인 유형의 감지 또는 검출 메카니즘, 그의 구조 및 구성, 그의 구성요소, 및 그의 일반적인 동작 방법은 Sprinkel, Jr.의 미국 특허 제5,261,424호, McCafferty 등의 미국 특허 제5,372,148호 및 Flick의 PCT 특허 출원 공보 WO 2010/003480호에 기재되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 포함된다.
에어로졸 전달 장치(100)는 흡입 중에 히터(222)에 대한 전력량을 제어하기 위한 제어 부품(208) 또는 다른 제어 메카니즘을 포함하는 것이 가장 바람직하다. 대표적인 유형의 전자 부품, 그의 구조 및 구성, 그의 특징, 및 그의 일반적인 동작 방법은 Gerth 등의 미국 특허 제4,735,217호, Brooks 등의 미국 특허 제4,947,874호, McCafferty 등의 미국 특허 제5,372,148호, Fleischhauer 등의 미국 특허 제6,040,560호, Nguyen 등의 미국 특허 제7,040,314호, Pan의 미국 특허 제8,205,622호, Collet 등의 미국 특허 제8,881,737호, Ampolini 등의 미국 특허 제9,423,152호, Fernando 등의 미국 특허 제9,439,454호, Henry 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2015/0257445호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 포함된다.
에어로졸 전구체를 지지하는 대표적인 유형의 기판, 저장조 또는 다른 구성요소들은 Newton의 미국 특허 제8,528,569호, Chapman 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2014/0261487호, Davis등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2015/0059780호, 및 Bless 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2015/0216232호에 기재되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 인용된다. 부가적으로, 특정 유형의 전자 담배에서의 다양한 심지 재료(wicking materials), 및 이들 심지 재료의 구성 및 작동은 본 명세서에서 참조로서 인용되어 있는 Sears 등의 미국 특허 제8,910,640호에 기재되어 있다.
증기 전구체 조성물이라고도 하는 에어로졸 전구체 조성물은, 그 실례로서, 다가 알코올(예컨대, 글리세린, 프로필렌 글리콜 또는 그 혼합물), 니코틴, 담배, 담배 추출물 및/또는 향미료를 포함하는 다양한 성분들을 포함할 수 있다. 대표적인 유형의 에어로졸 전구체 성분 및 제제(formulation)는 또한 Robinson 등의 미국 특허 제7,217,320호, Chong 등의 미국 특허 제9,524,002호, Collett 등의 미국 특허 제8,881,737호, Zheng 등의 미국 특허 공보 제2013/0008457호, Lipowicz 등의 미국 특허 출원 공보 제2015/0020823호, 및 Koller의 미국 특허 출원 공보 제 2015/0020830호뿐만 아니라, Bowen 등의 PCT 특허 출원 공개 공보 WO 2014/182736호, 및 2016년 7월 28일자로 출원된 Watson 등의 미국 특허 출원 제15/222,615호에 개시된 것을 특징으로 하며, 이들 개시 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다. 사용될 수 있는 그 밖의 다른 에어로졸 전구체는 RJ Reynolds Vapor Company의 VUSE® 제품, Imperial Tobacco Group PLC의 BLUTM 제품, Mistic Ecigs의 MISTIC MENTHOL 제품 및 CN Creative Ltd.의 VYPE 제품에 포함된 에어로졸 전구체를 포함한다. 또한, Johnson Creek Enterprises LLC.로부터 입수가능한 전자 담배용의 소위 "스모크 쥬스"도 바람직하다.
발포성의 재료들의 구현예는 에어로졸 전구체와 함께 사용될 수 있으며, 예를 들어, Hunt 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2012/0055494호에 기재되어 있고, 이는 본 명세서에 참조로서 포함된다. 또한, 발포성의 재료들의 용도는, 예를 들어, Niazi 등의 미국 특허 제4,639,368호, Wehling 등의 미국 특허 제5,178,878호, Wehling 등의 미국 특허 제5,223,264호, Pather 등의 미국 특허 제6,974,590호, Bergquist 등의 미국 특허 제7,381,667호, Crawford 등의 미국 특허 제8,424,541호, 및 Strickland 등의 미국 특허 제8,627,828호뿐만 아니라, Sun 등의 미국 특허 제9,307,787호, Brinkley 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2010/0018539호, 및 Johnson 등의 PCT 특허 출원 공보 WO 97/06786호에 기술되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 포함된다. 담배 또는 담배로부터 유도된 성분들에 대한 설명을 포함하는 에어로졸 전구체 조성물의 구현예들에 관한 추가적인 설명은 2016년 7월 21일에 출원된 Davis 등의 미국 특허 출원 제15/216,582호 및 제15/216,590호에 제공되어 있으며, 이들은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
시각적 표시기 및 관련 구성요소, 오디오 표시기, 햅틱 표시기 등과 같이, 시각적 신호 또는 표시기를 생성하는 추가의 대표적인 유형의 구성요소들이 에어로졸 전달 장치(100)에 사용될 수 있다. 적절한 LED 부품들의 예, 및 그의 구성 및 용도는 Sprinkel 등의 미국 특허 제5,154,192호, Newton의 미국 특허 제8,499,766호, Scatterday의 미국 특허 제8,539,959호, 및 Sears 등의 미국 특허 제9,451,791호에 기술되어 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 참조로서 인용된다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치에 포함될 수 있는 또 다른 특징, 제어 또는 구성요소들은 Harris 등의 미국 특허 제5,967,148호, Watkins 등의 미국 특허 제5,934,289호, Counts 등의 미국 특허 제5,954,979호, Fleischhauer 등의 미국 특허 제6,040,560호, Hon의 미국 특허 제8,365,742호, Fernando 등의 미국 특허 제8,402,976호, Katase의 미국 특허 출원 공개 공보 제2005/0016550호, Fernando 등의 미국 특허 제8,689,804호, Tucker 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2013/0192623호, Leven 등의 미국 특허 제9,427,022호, Kim 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2013/0180553호, Sebastian 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2014/0000638호, Novak 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2014/0261495호, 및 DePiano 등의 미국 특허 제9,220,302호에 기술되어 있으며, 이들 모두는 본원에 참조로서 인용된다.
상술한 바와 같이, 제어 부품(208)은 다수의 전자 부품들을 포함하고, 일부 예에서는 PCB로 형성될 수 있다. 전자 부품들은 마이크로프로세서 또는 프로세서 코어 및 메모리를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제어 부품은 집적된 프로세서 코어 및 메모리를 구비한 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 집적된 입/출력 주변 장치를 더 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제어 부품들은 하나 이상의 네트워크, 컴퓨팅 장치 또는 다른 적절하게 구동되는 장치와의 무선 통신을 가능하게 하는 통신 인터페이스(246)에 결합된다. 적합한 통신 인터페이스들의 예는 Marion 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2016/0261020호에 개시되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다. 적합한 통신 인터페이스의 또 다른 예들은 Texas Instruments 사의 CC3200 단일 칩 무선 MCU(Micro-Controller Unit)이다. 에어로졸 전달 장치를 무선으로 통신하도록 구성할 수 있는 적합한 방식의 예는 Ampolini 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2016/0007651호, 및 Henry Jr. 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2016/0219933호에 기재되어 있으며, 이들 각각은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
일부 예시적인 구현예에 따르면, 제어 부품(208)은 에어로졸 전달 장치의 취약성을 나타내는 에어로졸 전달 장치의 정의된 움직임을 검출하도록 구성된 모션 센서(248)를 포함하거나 이에 결합될 수있다. 이 모션 센서는 정의된 움직임을 검출하고, 정의된 움직임을 전기 신호로 변환하고, 전기 신호를 출력하도록 구성될 수 있는 다수의 센서 중 임의의 것일 수 있다. 적합한 모션 센서의 예는 경사 센서, 단일축 또는 다중축(multi-axis) 가속도계, 자이로스코프 등 중 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이들 중 임의의 하나 이상은 MEMS(MicroElectroMechanical Systems) 기반 기술을 사용하여 구성될 수 있다.
모션 센서(248)는 정의된 움직임을 전기 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 제어 부품(208) 또는 모션 센서는 전기 신호에 기초하여 취약성 및 이 취약성과 연관된 동작을 인식하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 모션 센서에 의해 검출 가능한 정의된 움직임은 진동, 충격 또는 자유낙하를 포함할 수 있다. 모션 센서가 가속도계인 특정예를 고려한다. 이들 예에서, 진동은 적어도 임계량의 주기적인 가속에 의해 검출될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 충격은 임계 시간보다 짧은 시간 동안 적어도 임계량의 가속에 의해 검출될 수 있거나, 또는 자유낙하는 적어도 임계 시간 동안 임계량보다 적은 가속에 의해 검출될 수 있다.
제어 부품은 취약성의 검출에 응답하여 수행될 수 있는 동작을 수행하기 위해 에어로졸 전달 장치(100)의 적어도 하나의 기능 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 부품은 전원(212)을 차단하도록 구성될 수 있으며, 이러한 차단은 에어로졸 전달 장치의 취약성의 검출에 응답하여 수행될 수 있다. 이러한 양태에 관한 더 많은 정보는 2015년 12월 7일자로 출원된 Sur 등의 미국 특허 출원 제14/961,421호에 기재되어 있으며, 본 명세서에서 참조로서 포함된다.
일부 예시적인 구현예에 따르면, 제어 부품(208)은 에어로졸 전달 장치(100)의 하나 이상의 기능 요소를 장치의 다른 상태에서 제어하도록 구성될 수 있다. 도 3은 액티브 모드에서 카트리지(104)와 결합된 제어 바디(102)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제어 바디는 히터(222)(가열 요소)의 대응하는 단자와 연결 가능한 양극 단자 및 음극 단자(302, 304)를 포함할 수 있다. 제어 부품(208)은 마이크로프로세서(306), 및 저항기, 커패시터 및 스위치 등과 같은 다수의 다른 전기 부품을 포함할 수 있으며, 이들은 전원(212) 및 히터와 결합되어 전기 회로를 형성할 수 있다. 일부 예에서, 히터는 퍼프 카운트와 같은 데이터를 통신하기 위한 통신 단자를 포함할 수 있다.
본 개시의 예시적인 구현예들에 따르면, 마이크로프로세서(306)는 양극 단자(302)에서 전압을 측정하고, 이를 기초로 히터(222)에 대한 전력을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 마이크로프로세서는 또한 양극 단자의 전압을 기준으로 에어로졸 전달 장치(100)의 적어도 하나의 기능 요소의 동작을 제어할 수 있다. 적합한 기능 요소의 일 예는 시각적 표시기, 오디오 표시기 또는 햅틱 표시기와 같은 표시기(308)일 수 있다.
마이크로프로세서(306)는 양극 단자(302)에서 실제 전압으로 동작할 수 있거나, 또는 ADC(Analog-to-Digital Converter)는 실제 전압을 등가의 디지털 값으로 변환하는데 포함될 수 있다. 일부 예에서, ADC는 양극 단자에 존재할 수 있는 최대 전압보다 낮은 최대 전압을 갖는 것으로 평가될 수 있다. 이들 예에서, 제어 부품(208)은 마이크로프로세서로의 전압을 감소시키도록 구성된 분압기(310)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 분압기는 저항기(R1,R2)를 포함할 수 있고, 또한 접지를 참조하며, 양극 단자와 마이크로프로세서 사이에 위치되어 이들에 접속될 수 있다. 마이크로프로세서는 분압기로부터 양극 단자에서의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 분압기는 마이크로프로세서에 접속된 출력을 포함할 수 있으며, 그로부터 마이크로프로세서는 양극 단자에서의 전압을 측정하도록 구성될 수 있다.
에어로졸 전달 장치(100)가 분리 가능한 바디들로 형성된 하우징을 구비한 예에서, 에어로졸 전달 장치, 보다 상세하게는 제어 부품(102)은, 제어 부품이 카트리지(104)와 결합되어 있지 않을 때, 대기 모드에 있을 수 있다. 일체형 또는 분리형 하우징의 예에서, 에어로졸 전달 장치는, 제어 부품이 카트리지와 결합되어 있을 때, 퍼프 사이에서 대기 모드에 있을 수 있다. 유사하게, 일체형 또는 분리형 하우징의 예에서, 사용자가 장치를 흡인하여 유량 센서(210)가 공기 흐름을 검출하면, 에어로졸 전달 장치는 액티브 모드에 위치할 수 있으며, 그 동안에 전원(212)으로부터의 전력은 센서를 지나 히터(222)에 공급되어 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 기화시킬 수 있다. 다른 예에서, 사용자가 장치를 흡인하는 경우 유량 센서가 여전히 공기 흐름을 검출할 수 있더라도, 전원으로부터의 전력은 센서를 통하지 않고(센서가 동일선상에 있지 않고) 히터에 보다 직접적으로 전력을 공급할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전원으로부터의 전력 전달은 전력 제어 메커니즘에 따라 변할 수 있으며, 몇몇 예들에서, 이러한 전력 제어 메커니즘은 양극 단자(302)에서 측정된 전압에 따라 달라질 수 있다.
제어 바디(102)가 (일체형 또는 분리형 하우징과 함께) 카트리지(104)와 결합되는 액티브 모드에서, 마이크로프로세서(306)는 히터(222)에 전력을 공급하여 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 기화시키도록 구성될 수 있다. 양극 단자(302)에서의 전압은 양의 히터 전압에 대응할 수 있다. 마이크로프로세서는, 예를 들어, 분압기(310)로부터 양의 히터 전압을 측정하고, 그에 기초하여 히터로 향하는 전력을 제어하도록 구성될 수 있다.
일부의 보다 구체적인 예에서, 마이크로프로세서(306)는 전원(212)으로부터 전력을 (직접적으로 또는 유량 센서(210)를 통해) 공급하여 히터(222)를 켜고 이에 대응하여 적절한 가열 시간을 개시하도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로프로세서가 폐쇄 상태에서 동작할 수 있는, 전원 (또는 인라인 유량 센서)과 히터 사이의 스위치(Q1)를 포함할 수 있다. 이 때, 마이크로프로세서는 가열 시간이 만료될 때까지 주기적으로 양극 단자(302)에서의 전압에 기초하여 히터로 향하는 전력을 조절할 수 있다.
일부 예에서, 히터(222)로 향하는 이러한 전력의 조절은 마이크로프로세서(306)가 히터로 향하는 실제 순시 전력 측정의 이동 윈도우를 결정하도록 구성된 것을 포함할 수 있으며, 측정 윈도우의 각각의 측정값은 양의 히터 전압과 히터를 통과하는 전류의 곱으로 결정된다. 이러한 전류는, 예를 들어, 전류 감지 저항기(R3)로부터 많은 다른 방식으로 측정될 수 있다. 일부 예에서, 마이크로프로세서는 히터를 지나는 실제 전류에서 동작할 수 있거나, 또는 제어 부품(208) 또는 마이크로프로세서는 실제 전류를 등가의 디지털 값으로 변환하도록 구성된 ADC를 포함할 수 있다.
마이크로프로세서(306)는 순간 실제 전력 측정의 이동 윈도우에 기초하여, 히터(222)로 향하는 단순 이동 평균 전력을 계산하고, 이 단순 이동 평균 전력을 전원(212)과 연관된 선택된 전력 설정 포인트에 비교할 수 있다. 그 다음, 마이크로프로세서는 단순 이동 평균 전력이 선택된 전력 설정 포인트보다 각각 높거나 낮은 각각의 경우에 주기적으로 히터를 끄거나 또는 켜도록 히터로 향하는 전력을 조절할 수 있다. 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 제어 부품의 양태에 관한 더 많은 정보는 앞서 인용되고 통합된 Ampolini 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2014/0270727호에서 찾을 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 예에서, 전원(212)은 재충전가능 수퍼커패시터를 포함한다. 수퍼커패시터는 전기 이중층 커패시터(EDLC), 리튬이온 커패시터(LIC)와 같은 하이브리드 커패시터 등과 같은 다수의 상이한 수퍼커패시터 중 임의의 수퍼 커패시터일 수 있다. 도 4는 특히 본 개시의 다양한 예시적인 구현예에 따른 LIC를 포함하는 전원(212)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 전원은 제어 바디(102)가 카트리지(104)와 결합되면 히터(222)를 포함하는 전기 부하(402)에 연결될 수 있다. 특히, 전기 부하는 전술한 제어 부품(208)(분압기(310)를 비롯한 그의 전기적 부품) 및 히터를 포함할 수 있고, 이들은 전원과 결합되어 전기 회로를 형성할 수 있다. 이는 예를 들어, 유량 센서(210), 표시기(308) 등을 추가로 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 전원(212)은 전기 부하(402)에 전력을 공급하도록 구성된 LIC를 포함한다. LIC와 같은 하이브리드 커패시터는 일반적으로 급속 충전(예를 들어, 3초), 높은 내구성, 안전성 및 친환경성과 같은 전통적인 커패시터의 특징을 유지하면서, 고전압 및 고 에너지 밀도와 같은 배터리의 특징을 가진다. 일부 예에서, LIC는 200 내지 400 패럿의 용량을 가지며, 이는 동일한 또는 유사한 폼 팩터를 갖는 공칭 LiB의 에너지 밀도보다 약 33% 큰 에너지 밀도를 제공한다. 하이브리드 커패시터는 또한 재충전가능하고, 또한 하이브리드 커패시터를 충전할 수 있는 또 다른 에너지원이 없어도 장시간 동안 자체적으로 동작할 수 있는 능력을 가진다. 하이브리드 커패시터는 또한 다른 옵션에 비해 수명이 더 길거나(예를 들어, 10년) 사이클 수명이 더 길며, 보다 환경 친화적이다.
일부 예에서, 스누버 회로(404)는 LIC와 병렬로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 3.8 볼트로 등급화된 LIC는 적어도 2.2 볼트로 LIC를 유지하는데 도움을 주는 병렬 연결된 스누버 회로를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 전원(212)은 LIC를 충전할 수 있는 에너지원과 접속가능한 단자(406,408)를 더 포함할 수 있다. 에너지원은 배터리 충전기와 유사한 방식으로 동작하도록 구성된 다양한 재충전기와 같이 다수의 상이한 유형 중 임의의 것일 수 있다. 다른 예에서, 에너지원은 배터리이거나 배터리를 포함할 수 있다.
또한, 도시된 바와 같이, 일부 예에서, 전원(212)은 DC-DC 컨버터(410) 및/또는 다이오드(D)와 같은 다른 부품을 더 포함할 수 있다. 도 4는 DC-DC 컨버터 및 다이오드 모두를 포함하는 전원을 도시하지만, 전원은 다른 하나를 포함하지 않을 수도 있음을 이해해야 한다. 일부 예에서, DC-DC 컨버터는 LIC의 너무 빠른 방전을 피할 수 있고, LIC가 전기 부하(402)에 일정한 전력을 제공하도록 전류의 균일 한 소산을 용이하게 하는 스위칭 레귤레이터이다. 다이오드는 전기 부하로의 전류 흐름을 용이하게 하고, 커패시터가 방전될 때 전류의 역 흐름을 방지한다.
DC-DC 컨버터(410)는 LIC와 전기 부하(402) 사이에서, LIC에 접속될 수 있다. 도시된 바와 같이, 몇몇 보다 특정한 예에서, 다이오드(D)는 DC-DC 컨버터와 전기 부하 사이에서 이들에 연결될 수 있다. 그리고 이들 예 중 적어도 일부에서, DC-DC 컨버터의 입력 및 출력은 LIC 및 다이오드의 애노드에 각각 연결될 수 있으며, 다이오드의 캐소드는 전기 부하에 연결될 수 있다.
용품(들)의 사용에 대한 전술한 설명은, 본 명세서에 제공된 추가 설명을 고려하면, 당업자에게 자명할 수 있는 약간의 변경을 통해 본 명세서에 기재된 다양한 예시적인 구현예에 적용될 수 있다. 그러나, 상술한 사용 설명은 용품의 사용을 제한하려는 것이 아니라, 본 개시 내용의 모든 필요한 요건들에 부합하도록 제공된다. 도 1 내지 도 4에 도시되거나 상술한 바와 같은 용품(들)에 나타낸 임의의 요소는 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치에 포함될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술 분야의 당업자가 상술한 설명들 및 관련 도면들에 제시된 교시들의 이점을 이해한다면, 그 당업자에게는 본 명세서에 설명된 본 개시에 대한 여러 수정예 및 다른 구현예가 자명할 것이다. 따라서, 본 개시는 개시된 특정 구현예에 한정되지 않아야 하며, 해당 수정예 및 그 밖의 구현예는 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도되는 것임을 이해해야 한다. 또한, 전술한 설명 및 연관된 도면은 요소들 및/또는 기능들의 특정한 예시적인 조합의 맥락에서 예시적인 구현예를 설명하지만, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않는 한도에서 요소들 및/또는 기능들의 상이한 조합이 대체 구현예에 의해 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 예를 들어, 위에서 명시적으로 설명된 것과는 다른 요소들 및/또는 기능들의 조합도 첨부된 청구항 중 일부에 제시될 수 있는 것으로 고려된다. 특정 용어가 본 명세서에서 채용되지만, 이들 용어는 포괄적이고 설명적인 의미로만 사용되며 제한적인 목적으로는 사용되지 않는다.
Claims (18)
- 에어로졸 전달 장치로서,
에어로졸 전구체 조성물로부터 에어로졸을 생성하도록 구성된 전기 부하에 접속된 전원 - 상기 전원은 상기 전기 부하에 전력을 제공하도록 구성된 리튬이온 커패시터(LIC)를 포함함 - 과,
액티브 모드로 동작하도록 구성된 마이크로프로세서 - 상기 마이크로프로세서는 상기 액티브 모드에서 상기 전원으로부터 상기 전기 부하로 전력을 제공함으로써 상기 전기 부하를 제어하여 상기 에어로졸을 생성하도록 구성됨 - 를 포함하는,
에어로졸 전달 장치. - 제1항에 있어서,
상기 에어로졸 전구체 조성물은 기판에 의해 지지되는,
에어로졸 전달 장치. - 제1항에 있어서,
상기 에어로졸 전구체 조성물은 담배 또는 담배로부터 유도되는 하나 이상의 성분을 포함하는,
에어로졸 전달 장치. - 제1항에 있어서,
상기 LIC는 200 내지 400 패럿의 용량을 갖는,
에어로졸 전달 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전원은 상기 LIC와 병렬로 연결되는 스누버 회로(snubber circuit)를 더 포함하는,
에어로졸 전달 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전원은 상기 LIC를 충전할 수 있는 에너지원에 연결가능한 단자를 더 포함하는,
에어로졸 전달 장치. - 제1항에 있어서,
상기 에어로졸 전구체 조성물은 적어도 글리세린 및 니코틴을 포함하는,
에어로졸 전달 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전원은 상기 LIC와 상기 전기 부하 사이에서 상기 LIC에 연결된 DC-DC 컨버터를 더 포함하고, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 LIC에 연결되는 입력을 포함하는,
에어로졸 전달 장치. - 제8항에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터인,
에어로졸 전달 장치. - 에어로졸 전구체 조성물로부터 에어로졸을 생성하도록 구성된 전기 부하가 포함되는 에어로졸 전달 장치를 위한 제어 바디로서,
상기 제어 바디는
상기 전기 부하에 접속가능한 전원 - 상기 전원은 상기 전기 부하에 전력을 제공하도록 구성된 리튬이온 커패시터(LIC)를 포함함 - 과,
액티브 모드로 동작하도록 구성된 마이크로프로세서 - 상기 마이크로프로세서는 상기 액티브 모드에서 상기 전원으로부터 상기 전기 부하로 전력을 제공함으로써 상기 전기 부하를 제어하여 상기 에어로졸을 생성하도록 구성됨 - 를 포함하는,
제어 바디. - 제10항에 있어서,
상기 에어로졸 전구체 조성물은 기판에 의해 지지되는,
제어 바디. - 제10항에 있어서,
상기 에어로졸 전구체 조성물은 담배 또는 담배로부터 유도되는 하나 이상의 성분을 포함하는,
제어 바디. - 제10항에 있어서,
상기 LIC는 200 내지 400 패럿의 용량을 갖는,
제어 바디. - 제10항에 있어서,
상기 전원은 상기 LIC와 병렬로 연결되는 스누버 회로(snubber circuit)를 더 포함하는,
제어 바디. - 제10항에 있어서,
상기 전원은 상기 LIC를 충전할 수 있는 에너지원에 연결가능한 단자를 더 포함하는,
제어 바디. - 제10항에 있어서,
상기 에어로졸 전구체 조성물은 적어도 글리세린 및 니코틴을 포함하는,
제어 바디. - 제10항에 있어서,
상기 전원은 상기 LIC와 상기 전기 부하 사이에서 상기 LIC에 연결된 DC-DC 컨버터를 더 포함하고, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 LIC에 연결되는 입력을 포함하는,
제어 바디. - 제17항에 있어서,
상기 DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터인,
제어 바디.
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