KR20240126878A - 히터 관리 - Google Patents

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KR20240126878A
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KR
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heater
electric heater
resistance
electrical resistance
electric
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KR1020247027080A
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스테판 빌라트
기욤 콜로테
Original Assignee
필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Application filed by 필립모리스 프로덕츠 에스.에이. filed Critical 필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

전동식 에어로졸 발생 시스템은 부정적인 조건, 예컨대 건조 히터를 검출하는 수단을 포함한다. 시스템은 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체, 전원, 전기 히터 및 전원에 연결되고, 메모리를 포함하는 전기 회로(109)를 포함하되, 전기 회로는 전기 히터의 초기 전기 저항 R1을 측정하고; 초기 전기 저항을 측정한 후에 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하고; 초기 전기 저항과 후속 전기 저항 간의 차이 ΔR를 결정하고; 후속 전기 저항과 초기 전기 저항 간의 결정된 차이가 메모리 내에 저장된 최대 임계 값 ΔRmax을 초과하거나 최소 임계 값 ΔRmin 미만인 경우를 부정적인 조건으로 결정하고; 부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하도록 구성된다.

Description

히터 관리{HEATER MANAGEMENT}
본 발명은 히터 관리에 관한 것이다. 개시되는 특정 예는 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템의 히터 관리에 관한 것이다. 본 발명의 양태는 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템 및 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템의 작동 방법에 관한 것이다. 기술된 일부 실시예는 가열체에서 부정적인 조건(adverse condition)을 나타낼 수 있는, 가열체의 전기 저항에서 비정상적 변화를 검출할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 부정적인 조건은 예를 들어, 시스템 내의 에어로졸 형성 기재의 고갈 수준을 나타낼 수 있다. 기술된 일부 실시예에서, 시스템은 가열체가 상이한 전기 저항으로 이루어지는 경우에 효과적일 수 있다. 다른 실시예에서, 전기 저항의 검출된 특징은 시스템을 어떻게 작동시킬 수 있는지를 결정하거나 선택하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 양태 및 특징은 전기 가열식 흡연 시스템에 적용될 수 있다.
WO 2012/085203호는 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 액체 저장부; 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터; 및 가열체에 인가된 전력과 가열체의 결과적인 온도 변화 사이의 관계에 기초하여 액체 에어로졸 형성 기재의 고갈을 결정하도록 구성되는 전기 회로를 포함하는 전기 가열식 흡연 시스템을 개시한다. 특히, 전기 회로는 가열체의 온도 상승률을 계산하도록 구성되며, 온도 상승률이 높다는 것은 액체 에어로졸 형성 기재를 히터로 운반하는 심지가 건조 해졌음을 나타낸다. 제조하는 동안 시스템은 온도 상승률을 메모리 내에 저장된 임계 값과 비교한다. 온도 상승률이 임계 값을 초과하면, 시스템은 히터로의 전력 공급을 중단할 수 있다.
WO 2012/085203호의 시스템은 가열체의 전기 저항을 사용해 가열체의 온도를 계산할 수 있는데, 이는 전용 온도 센서를 필요로하지 않는다는 장점을 갖는다. 하지만, 상기 시스템은 가열체의 저항에 의존하는 임계 값의 저장을 여전히 필요로 하므로, 특정 전기 저항 또는 저항의 범위를 갖는 가열체에 대해 최적화된다.
하지만, 시스템이 상이한 히터와 작동할 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다. 통상적으로, WO 2012/085203호에서 설명되는 유형의 시스템에서, 히터는 액체 에어로졸 형성 기재의 공급부와 함께 일회용 카트리지로 제공된다. 상이한 카트리지 내의 가열체는 상이한 전기 저항을 가질 수 있다. 이는 동일한 유형의 카트리지에서의 제조 공차의 결과일 수 있거나 상이한 사용자 경험을 제공하기 위해 시스템에서 상이한 카트리지 디자인이 사용될 수 있기 때문일 수 있다. WO 2012/085203호의 시스템은 시스템의 제조 시 결정되는, 시스템에 사용될 공지된 특정 전기 저항을 갖는 히터에 대해 최적화된다.
전기 가열식 에어로졸 발생 시스템 및 특히 상이한 히터와 함께 작동 가능한 시스템에서, 히터의 건조 상태, 또는 히터에서의 다른 부정적인 조건을 결정하기 위한 대안적인 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다.
영구적인 장치 부분 및 에어로졸 형성 기재를 함유하는 소모적인 부분을 갖는 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템에서, 소모적인 부분이 "진품(genuine)"인지 또는 장치의 제조업자에 의해 장치와 호환되는 것으로 간주되는 소모품인지를 용이하게 결정할 수 있는 것이 또한 바람직할 것이다. 이는 히터가 소모품의 일부인 시스템 및 히터가 영구적인 장치의 일부인 시스템 둘 모두에 해당된다.
본 발명의 제1 양태에서, 전동식 에어로졸 발생 시스템으로서,
에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터;
전원; 및
상기 전기 히터 및 상기 전원에 연결되고, 메모리를 포함하는 전기 회로를 포함하되, 상기 전기 회로는,
전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하고;
초기 전기 저항의 측정 후에 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하고;
초기 전기 저항과 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하고;
후속 전기 저항과 초기 전기 저항 간의 결정된 차이가 메모리 내에 저장된 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건으로 결정하며;
부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 상기 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하도록 구성되는 것인, 시스템이 제공된다.
에어로졸 발생 시스템 또는 에어로졸 발생 장치에서 하나의 부정적인 조건은 히터에서 에어로졸 형성 기재가 불충분하거나 고갈된 상태이다. 일반적으로 말해서, 기화되도록 히터로 전달되는 에어로졸 형성 기재가 적을수록, 주어진 인가 전력에 대해 가열체의 온도는 높아질 것이다. 전력이 정해진 경우, 가열 사이클 동안 가열체의 온도 전개, 또는 복수의 가열 사이클에 걸친 온도 전개의 변화 방식이, 히터에서 에어로졸 형성 기재의 양이 고갈되었는지 여부, 및 특히 히터에서 에어로졸 형성 기재가 불충분한지 여부를 검출하는 데 사용될 수 있다.
또 다른 부정적인 조건은 교체식 또는 일회용 히터가 구비된 시스템에 위조 또는 비호환 히터, 또는 손상된 히터가 존재하는 것이다. 가열체 저항이 주어진 인가 전력에 대해 예상보다 더 빠르게 상승하면, 히터가 위조되어 진품 히터와 상이한 전기 특성을 가지기 때문일 수 있거나, 히터가 어떤 식으로든 손상되었기 때문일 수 있다. 어느 경우에도, 전기 회로는 히터로의 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다.
또 다른 부정적인 조건은 시스템 내에 위조, 비호환 또는 오래되거나 손상된 에어로졸 형성 기재가 존재하는 것이다. 가열체 저항이 주어진 인가 전력에 대해 예상보다 더 빠르게 상승하면, 에어로졸 형성 기재가 위조되거나 오래되고, 따라서 예상보다 더 높거나 더 낮은 수분 함량을 가지기 때문일 수 있다. 예를 들어, 고체 에어로졸 형성 기재를 사용하는 경우, 매우 오래되었거나 잘못 저장되었으면 건조될 수 있다. 기재가 예상보다 더 건조하다면, 예상보다 더 적은 에너지가 기화되는 데 사용될 것이며 히터 온도는 더 빠르게 상승할 것이다. 이는 가열체의 전기 저항에서 예상하지 못한 변화를 초래할 것이다.
전기 히터의 초기 저항과 후속 저항의 측정치 간의 차이를 사용함으로써, 시스템은 가열체의 실제 온도를 결정할 필요가 없거나, 주어진 온도에서 가열체의 저항에 대한 임의의 미리 저장된 지식을 가질 필요가 없다. 이는 상이한 승인된 히터가 시스템에 사용될 수 있게 하고, 동일한 유형의 히터의 제조 공차로 인한 절대 저항의 편차를 부정적인 조건의 유발 없이 허용한다. 이를 통해 비호환 히터를 검출할 수도 있다.
전기 회로는 전원으로부터 전기 히터로의 초기 전력 전달 이후의 시간에 가열체의 초기 전기 저항 및 가열체의 전기 저항을 측정하도록 구성될 수 있다. 초기 전기 저항은 히터의 최초 사용 이전에 측정될 수 있다. 초기 저항이 히터의 최초 사용 이전에 측정되는 경우, 측정시점에 가열체가 대략 실온에 있는 것으로 가정할 수 있다. 시간에 따른 저항의 예상 변화가 가열체의 초기 온도에 의존할 수 있기 때문에, 실온에서 또는 실온 근처에서 초기 저항의 측정은 예상 거동에 대한 좁은 대역의 설정을 허용한다.
초기 저항은 초기 측정 저항에서 시스템 내의 다른 전기 구성 요소와 전기 접점으로부터 초래하는 가정된 기생 저항을 뺀 값으로 계산될 수 있다.
시스템은 장치 및 장치에 착탈식으로 결합되는 카트리지를 포함할 수 있되, 전원 및 전기 회로는 장치 내에 있으며, 전기 히터 및 에어로졸 형성 기재는 착탈식 카트리지 내에 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 장치에 "착탈식으로 결합되는" 카트리지는 카트리지와 장치가 장치나 상기 카트리지를 크게 손상시키지 않고 서로 결합되고 분리될 수 있는 것을 의미한다.
전기 회로는 장치로부터 카트리지의 삽입 및 제거를 검출하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 카트리지가 장치에 먼저 삽입될 때, 하지만 임의의 상당한 가열이 발생하기 전에 히터의 초기 전기 저항을 측정하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 측정된 초기 저항을 메모리 내에 저장된 허용 가능한 전기 저항의 범위와 비교할 수 있다. 초기 저항이 허용 가능한 저항 범위 밖에 있으면 위조, 비호환 또는 손상된 것으로 간주될 수 있다. 그 경우에, 전기 회로는 카트리지가 제거되어 다른 카트리지로 교체될 때까지 전력의 공급을 차단하도록 구성될 수 있다.
상이한 특성을 갖는 카트리지가 장치와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 상이한 크기의 히터를 갖는 2개의 상이한 카트리지가 장치와 함께 사용될 수 있다. 더 큰 히터가 그 개인 선호도를 갖는 사용자에게 더 많은 에어로졸을 전달하는 데 사용될 수 있다.
카트리지는 재충전 가능하거나 에어로졸 형성 기재가 고갈되었을 때 처분되도록 구성될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 방출될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는, 가열될 때 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 비-담배 함유 재료를 대안적으로 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는, 사용 시 치밀하고 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하고 시스템의 작동 온도에서 열 감성에 대하여 실질적으로 견디는 임의의 적절한 공지된 화합물 또는 화합물들의 혼합물이다. 적합한 에어로졸 형성제는 당업계에 잘 공지되어 있으며, 이에 한정되지 않지만, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함한다. 바람직한 에어로졸 형성제는 다가 알코올 또는 그의 혼합물, 예컨대 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올이며, 가장 바람직하게는 글리세린이다. 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재에 대해서, 특정한 물리적 특성, 예를 들어 기재의 증기압 또는 점도가 에어로졸 발생 시스템에 사용하는 데 적합한 방식으로 선택된다. 액체는 바람직하게는 가열 시 액체로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 포함하는 담배 함유 재료를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 액체는 비-담배 재료를 포함할 수 있다. 액체는 물, 에탄올, 또는 다른 용매, 식물 추출물, 니코틴 용액, 및 천연 또는 인공 향미를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 액체는 에어로졸 형성제를 더 포함한다. 적절한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
액체 저장부를 제공하는 장점은 액체 저장부 내의 액체가 주변 공기로부터 보호된다는 점이다. 일부 구현예에서, 주변 광도 액체 저장부로 진입할 수 없으므로, 광에 의해 유도되는 액체의 변질을 피할 수 있다. 게다가, 높은 수준의 위생이 유지될 수 있다.
바람직하게는, 액체 저장부는 소정의 횟수의 퍼핑 동안 액체를 보유하도록 배치된다. 액체 저장부가 재충진식이 아니고 액체 저장부 내의 액체가 모두 소모된 경우, 사용자는 액체 저장부를 교체해야 한다. 이러한 교체 동안, 액체로 인한 사용자의 오염이 차단되어야 한다. 대안적으로, 액체 저장부는 재충진식일 수 있다. 그 경우, 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부가 특정 횟수만큼 재충진된 후 교체될 수 있다.
대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 고체 기재일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 가열 시에 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 비-담배 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성제를 더 포함할 수 있다. 적절한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
에어로졸 형성 기재가 고체 에어로졸 형성 기재인 경우, 고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들어, 허브 잎, 담배 잎, 담배 리브 조각, 재구성 담배, 균질화 담배, 압출 담배, 캐스트 잎 담배 및 팽화 담배 중 하나 이상을 함유하는 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는 말아피는 담배 형태일 수 있거나, 적절한 용기 또는 카트리지에 제공될 수 있다. 선택적으로, 고체 에어로졸 형성 기재는 상기 기재의 가열 시에 방출될, 추가적인 담배 또는 비담배 휘발성 향미 화합물을 함유할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들어 추가적인 담배 또는 비담배 휘발성 향미 화합물을 포함하는 캡슐을 또한 함유할 수 있고, 이러한 캡슐은 고체 에어로졸 형성 기재의 가열 동안에 용융될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 균질화 담배는 미립자 담배를 응집시켜서 형성된 재료를 지칭한다. 균질화 담배는 시트의 형태일 수 있다. 균질화 담배 재료는 건조 중량 기준으로 5%를 초과하는 에어로졸 형성제 함량을 가질 수 있다. 균질화 담배 재료는 건조 중량 기준으로 5% 내지 30%의 에어로졸 형성제 함량을 대안적으로 가질 수 있다. 균질화 담배 재료의 시트는 담배 잎몸(leaf lamina) 및 담배 잎자루(leaf stem) 중 하나 또는 둘 모두를 분쇄하거나 달리 세분하여 얻어진 미립자 담배를 응집시켜서 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 균질화 담배 재료의 시트는, 예를 들어 담배의 처리, 취급 및 배송 동안 형성된 담배 가루, 담배 미분 및 기타 미립자 담배 부산물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 균질화 담배 재료의 시트는 미립자 담배 응집을 돕는 담배 내인성 결합제인 하나 이상의 내재성 결합제, 담배 외인성 결합제인 하나 이상의 외재성 결합제, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고; 대안적으로 또는 추가적으로, 균질화 담배 재료의 시트는 담배 및 비-담배 섬유, 에어로졸 형성제, 습윤제, 가소제, 향미제, 충전제, 수성 및 비수성 용매 및 이들의 조합을 포함하되 이에 한정되지 않는 기타 첨가제를 포함할 수 있다.
선택적으로, 고체 에어로졸 형성 기재는 열적으로 안정된 담체 상에 제공되거나 담체에 포매(embedded)될 수 있다. 담체는 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 담체는 고체 기재의 박층이 내부 표면, 외부 표면, 또는 내부 표면과 외부 표면 모두에 증착된관형 담체일 수 있다. 이러한 관형 담체는, 예를 들어, 종이, 종이류 재료, 탄소 섬유 부직포 매트, 저질량 오픈 메쉬 금속 스크린, 또는 천공된 금속 포일 또는 임의의 다른 열적으로 안정한 폴리머 매트릭스로 형성될 수 있다.
고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들어, 시트, 발포체, 겔 또는 슬러리 형태로 담체의 표면에 증착될 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는 담체의 전체 표면에 증착되거나, 대안적으로 사용 동안 불균일한 향미를 전달하기 위해 패턴으로 증착될 수 있다.
전기 회로는 장치로부터 에어로졸 형성 기재의 삽입 및 제거를 검출하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 에어로졸 형성 기재가 처음 장치 내에 삽입되었지만, 상당한 가열이 발생하기 전에 히터의 초기 전기 저항을 측정하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 측정된 초기 저항을 메모리 내에 저장된 허용 가능한 전기 저항의 범위와 비교할 수 있다. 초기 저항이 허용 가능한 저항 범위 밖에 있는 경우에, 에어로졸 형성 기재는 위조, 비호환 또는 손상된 것으로 간주될 수 있다. 그 경우에, 전기 회로는 에어로졸 형성 기재가 제거되고 교체될 때까지 전력의 공급을 차단하도록 구성될 수 있다.
상기 전기 히터는 단일 가열체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 전기 히터는, 하나보다 많은 가열체, 예를 들어, 2개, 또는 3개, 또는 4개, 또는 5개, 또는 6개 이상의 가열체를 포함할 수 있다. 가열체 또는 가열체들은 액체 에어로졸 형성 기재를 가장 효과적으로 가열하도록 적절히 배치될 수 있다.
적어도 하나의 전기 가열체는, 바람직하게는 전기 저항성 재료를 포함한다. 적절한 전기 저항성 재료는: 도핑된 세라믹과 같은 반도체, "도전성" 세라믹(예를 들어, 이규화 몰리브덴과 같은), 탄소, 흑연, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 재료와 금속 재료로 제조된 복합 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 복합 재료는 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적절한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다. 적절한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 백금족의 금속을 포함한다. 적합한 금속 합금의 예는 스테인리스 강, 콘스탄탄(Constantan), 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 금- 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 강에 기초한 초합금, Timetal®, 철-알루미늄계 합금, 및 철-망간-알루미늄계 합금을 포함한다. Timetal®은 Titanium Metals Corporation의 등록 상표이다. 복합 재료에 있어서, 전기 저항성 재료는 에너지 전달 속도 및 요구되는 외부 물리화학적 특성에 따라 선택적으로 절연 재료에 매립되거나, 절연 재료로 캡슐화되거나 코팅되거나, 그 반대로 될 수 있다. 가열체는 불활성 재료의 2개의 층 사이에서 절연된 금속 에칭 포일을 포함할 수 있다. 그 경우, 불활성 재료는 Kapton®, 올-폴리이미드, 또는 운모(mica) 포일을 포함할 수 있다. Kapton®은 E.I. du Pont de Nemours and Company의 등록 상표이다.
적어도 하나의 전기 가열체는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 전기 가열체는 가열 블레이드의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 상기 적어도 하나의 전기 가열체는 상이한 도전부를 갖는 케이싱이나 기재, 또는 전기 저항성 금속 관의 형태를 취할 수 있다. 액체 저장부는 일회용 가열체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 액체 에어로졸 형성 기재를 통해 작동하는 하나 이상의 가열 바늘 또는 로드(rod)가 또한 적합할 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 전기 가열체는 가요성 시트 재료를 포함할 수 있다. 다른 대안예는 가열 와이어 또는 필라멘트, 예를 들어 Ni-Cr(니켈-크롬), 백금, 텅스텐 또는 합금 와이어나 가열 판을 포함한다. 선택적으로, 가열체는 강성 캐리어 재료 내에 또는 강성 캐리어 재료 상에 증착될 수 있다.
일 구현예에서, 가열체는 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물을 포함한다. 도전성 필라멘트는 필라멘트 사이의 간극을 정의할 수 있고, 이 간극은 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 폭을 가질 수 있다.
도전성 필라멘트는 160 내지 600 Mesh US (± 10%) 크기(즉, 인치당 160 내지 600 필라멘트(± 10%))의 메쉬를 형성할 수 있다. 간극의 폭은 바람직하게는 75 ㎛ 내지 25 ㎛이다. 메쉬의 총 면적에 대한 간극의 면적의 비율인 메쉬의 개방 면적의 백분율은 바람직하게는 25% 내지 56%이다. 메쉬는 상이한 유형의 직조(weave) 또는 격자(lattice) 구조를 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 도전성 필라멘트는 서로 평행하게 배열된 필라멘트의 어레이로 이루어진다.
도전성 필라멘트는 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는 8 ㎛ 내지 50 ㎛, 더 바람직하게는 8 ㎛ 내지 39 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 필라멘트는 둥근 단면을 가질 수 있거나 평탄화된 단면을 가질 수 있다.
도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물의 면적이 작을 수 있고, 바람직하게는 25 ㎜2 이하일 수 있어서, 핸드헬드 시스템에 포함될 수 있다. 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물은 예를 들어 직사각형일 수 있고, 5 ㎜x2 ㎜의 치수를 가질 수 있다. 바람직하게는, 도전성 필라멘트들의 메쉬 또는 어레이는 히터 조립체의 면적의 10% 내지 50%의 면적을 커버한다. 더욱 바람직하게는, 도전성 필라멘트들의 메쉬 또는 어레이는 히터 조립체의 면적의 15% 내지 25%의 면적을 커버한다.
필라멘트는 포일과 같은 시트 재료를 에칭함으로써 형성될 수 있다. 이는, 히터 조립체가 평행한 필라멘트들의 어레이를 포함하는 경우에 특히 유리할 수 있다. 가열체가 필라멘트의 메쉬 또는 직물을 포함하는 경우, 필라멘트는 개별적으로 형성되거나 함께 짜질 수 있다.
도전성 필라멘트를 위한 바람직한 재료는 304, 316, 304L, 및 316L 스테인리스 강이다.
적어도 하나의 가열체는 전도에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 가열할 수 있다. 가열체는 기재와 적어도 부분적으로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 상기 가열체로부터의 열은 열전도 요소에 의해 기재에 전도될 수 있다.
바람직하게는, 사용 시 에어로졸 형성 기재는 가열체와 접촉한다.
바람직하게는, 전동식 에어로졸 발생 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부로부터 전기 가열체로 운반하기 위한 모세관 재료를 더 포함한다.
바람직하게는, 모세관 재료는 액체 저장부 내의 액체와 접촉하도록 배열된다. 바람직하게는, 모세관 심지가 액체 저장부 내로 연장된다. 그 경우에, 사용 시, 액체는 모세관 심지의 모세관 작용에 의해 액체 저장부로부터 전기 히터까지 전달된다. 일 구현예에서, 모세관 심지는 제1 단부와 제2 단부를 구비하고, 제1 단부는 내부의 액체와 접촉하도록 액체 저장부 내로 연장되고, 전기 히터는 제2 단부 내 액체를 가열하도록 배치된다. 가열체가 활성화될 때, 모세관 심지의 제2 단부에 있는 액체가 히터의 적어도 하나의 가열체에 의해 기화되어 과포화 증기를 형성한다. 과포화 증기는 기류와 혼합되어 운반된다. 흐르는 동안, 증기는 응결되어 에어로졸을 형성하고, 에어로졸은 사용자의 입을 향해 반송된다. 액체 에어로졸 형성 기재는 점도와 표면 장력을 포함한 물리적 특성을 가지며, 이는 액체가 모세관 작용에 의해 모세관 심지를 통해 이송되게 한다.
모세관 심지는 섬유상 구조 또는 스폰지 구조를 가질 수 있다. 모세관 심지는 바람직하게는 모세관 다발을 포함한다. 예를 들어, 모세관 심지는 복수의 섬유나 스레드(thread), 또는 다른 미세 보어 튜브를 포함할 수 있다. 섬유나 스레드는 에어로졸 발생 시스템의 길이 방향으로 전체적으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 모세관 심지는 막대 형상으로 형성된 스폰지형 또는 발포체형 재료를 포함할 수 있다. 로드 형상은 에어로졸 발생 시스템의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 심지의 구조는 액체가 모세관 작용에 의해 이송될 수 있는 복수의 작은 보어 또는 튜브를 형성한다. 모세관 심지는 임의의 적절한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료의 실시예는 모세관 재료, 예를 들어, 스폰지 또는 발포성 재료, 섬유 또는 소결 분말 형태의 세라믹계 또는 흑연계 재료, 발포성 금속 또는 플라스틱 재료, 초산 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀과 같은 섬유상 재료, 예를 들어 방사 또는 압출된 섬유, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹이다. 모세관 심지는 상이한 액체 물리적 특성과 함께 사용되도록 임의의 적합한 모세관 현상 및 다공성을 가질 수 있다. 액체는 점도, 표면 장력, 밀도, 열 도전성, 비등점 및 증기압을 포함하되 이에 한정되지 않는 물성을 가지며, 이는 액체가 모세관 작용에 의해 모세관 장치를 통해 운반될 수 있게 한다.
가열체는 가열 와이어 또는 필라멘트 인서클링(filament encircling)의 형태일 수 있으며, 선택적으로 모세관 심지를 지지한다. 액체의 특성과 조합된 심지의 모세관 특성은 에어로졸 형성 기재가 많이 있는 정상 사용 동안 심지가 가열 구역에서 항상 젖어 있는 것을 보장한다.
대안적으로, 설명된 바와 같이, 가열체는 복수의 도전성 필라멘트로 형성되는 메쉬를 포함할 수 있다. 모세관 재료는 필라멘트들 사이의 간극 내로 연장될 수 있다. 히터 조립체는, 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 간극 내로 흡인할 수 있다.
하우징은 2개 이상의 서로 다른 모세관 재료를 함유할 수 있고, 여기서 가열체와 접촉하는 제1 모세관 재료는 높은 열 분해 온도를 가지고, 제1 모세관 재료와 접촉하지만 가열체와는 접촉하지 않는 제2 모세관 재료는 낮은 열 분해 온도를 가진다. 제1 모세관 재료는 가열체를 제2 모세관 재료로부터 분리하는 스페이서로서 효과적으로 작용해서, 제2 모세관 재료가 그의 열 분해 온도를 초과한 온도에 노출되지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "열 분해 온도”는, 재료가 분해되어 기체 부산물의 생성에 의해 질량을 잃기 시작하는 온도를 의미한다. 제2 모세관 재료는, 제1 모세관 재료보다 큰 용적을 유리하게 점유할 수 있고, 제1 모세관 재료의 에어로졸 형성 기재보다 많은 에어로졸 형성 기재를 보유할 수 있다. 제2 모세관 재료는 제1 모세관 재료보다 뛰어난 수분 운반(wicking) 성능을 가질 수 있다. 제2 모세관 재료는 제1 모세관 재료보다 덜 비싸거나 높은 충진 성능을 가질 수 있다. 제2 모세관 재료는 폴리프로필렌일 수 있다.
전원은 임의의 적합한 전원, 예를 들어 DC 전압원일 수 있다. 일 구현예에서, 전원은 리튬-이온 배터리이다. 대안적으로, 전원은 니켈-금속 하이브리드 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 또는 리튬계 배터리, 예를 들어 리튬-코발트, 리튬-철-인산염, 리튬 티탄산염 또는 리튬-폴리머 배터리일 수 있다. 대안으로서, 전원은 콘덴서와 같은 다른 형태의 전하 저장 장치일 수 있다. 전원은 충전을 요구할 수 있고, 하나 이상의 에어로졸 발생 경험을 위한 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수 있으며; 예를 들어, 전원은 통상의 궐련을 흡연하는 데에 걸리는 통상적인 시간에 대응하여, 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 배수인 기간 동안 에어로졸의 연속적인 발생을 허용하기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 전원은 소정 횟수의 퍼핑 또는 히터의 개별 활성화를 허용하기에 충분한 용량을 가질 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 발생 시스템은 하우징을 포함한다. 바람직하게는, 하우징은 세장형이다. 하우징은 임의의 적절한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 재료의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 재료 중 하나 이상을 함유하는 복합 재료, 또는 식품이나 약제학적 적용에 적합한 열가소성 수지, 예를 들면 폴리프로필렌, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌을 포함한다. 바람직하게는, 재료는 가볍고 비-취성(non-brittle)이다.
바람직하게는, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이다. 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 필적하는 크기를 가질 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 대략 30 ㎜ 내지 대략 150 ㎜의 총 길이를 가질 수 있다. 전동식 에어로졸 발생 시스템은 대략 5 ㎜ 내지 대략 30 ㎜의 외부 직경을 가질 수 있다.
전기 회로는 바람직하게는, 마이크로프로세서, 더 바람직하게는 프로그램 가능한 마이크로프로세서를 포함한다. 시스템은 소프트웨어가 마이크로프로세서에 업로드되게 하는 데이터 입력 포트 또는 무선 수신기를 포함할 수 있다. 전기 회로는 추가의 전기 구성 요소를 포함할 수 있다. 시스템은 온도 센서를 포함할 수 있다.
부정적인 조건이 감지되면, 시스템은 부정적인 조건이 감지되었다는 표시를 사용자에게 제공하는 것 까지만 할 수 있다. 이는 시각적, 청각적 또는 촉각적 경고를 제공함으로써 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전기 회로는 부정적인 조건이 검출될 때 히터로 공급되는 전력을 자동으로 제한하거나 달리 제어할 수 있다.
부정적인 조건이 검출되는 경우, 전기 회로가 전기 히터에 공급되는 전력을 제어할 수 있는 많은 가능한 방식이 있다. 불충분한 에어로졸 형성 기재가 가열체에 전달되거나 또는 고체 에어로졸 형성 기재가 건조되면, 히터에 대한 전력의 공급을 감소시키거나 중단시키는 것이 바람직할 수 있다. 이는 사용자에게 일관되고 즐거운 경험을 제공하고 과열의 가능성 및 에어로졸에 바람직하지 않은 화합물의 발생 가능성 둘 모두를 완화하는 것을 보장할 수 있다. 히터로의 전력 공급은 중단되거나 제한될 수 있다. 히터로의 전력 공급은 단시간 동안 중단되거나 제한될 수 있다. 하지만, 바람직하게는 전력 공급은 히터 또는 에어로졸 형성 기재가 교체될 때까지 중단되거나 제한될 수 있다.
예를 들어, 퍼핑 동안 초기에 6 W의 펄스가 히터에 공급될 수 있다. 퍼핑 동안 부정적인 조건이 결정되면 전력 공급은 잔여 퍼핑 동안 5 W의 펄스로 제한될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기 회로는 추가의 부정적인 조건이 결정될 때까지 후속 퍼핑에서 제한되지 않은 6 W 펄스를 히터에 공급하도록 구성될 수 있다. 하지만, 다른 바람직한 구현예에서, 전기 회로는 히터 또는 에어로졸 형성 기재가 교체될 때까지 후속 퍼핑에서 제한된 5 W의 펄스를 히터에 공급하도록 구성될 수 있다.
흡연 시스템은 사용자가 흡연 시스템을 퍼핑하고 있을 때를 검출하기 위한 퍼핑 검출기를 포함할 수 있으며, 퍼핑 검출기는 전기 회로에 연결되며, 전기 회로는 퍼핑이 퍼핑 검출기에 의해 검출될 때 전원으로부터 가열체까지 전력을 공급하도록 구성되며, 전기 회로는 각각의 퍼핑 동안 부정적인 조건의 여부를 결정하도록 구성된다.
퍼핑 검출기는 마이크로폰 기반 퍼핑 검출기와 같은 장치를 통해 기류를 직접 측정하는 전용 퍼핑 검출기이거나, 예를 들어, 장치 내 온도 변화 또는 가열체의 전기 저항 변화에 기초하여 간접적으로 퍼핑을 검출할 수 있다.
전기 회로는 퍼핑의 초기 검출 또는 히터에 대한 초기 전력 공급에 이어지는 기간 Δt1 동안 가열체에 소정의 전력을 공급하도록 구성될 수 있으며, 전기 회로는 각각의 퍼핑이 진행되는 동안 시점 t1에서의 가열체의 전기 저항 측정 값에 기초하여 가열체의 전기 저항의 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 기간 Δt1은 퍼핑의 초기 검출 직후 또는 히터에 대한 최초의 전력 인가 직후가 되도록 선택될 수 있다. 이는, 회로가 비호환 또는 위조 히터 또는 에어로졸 형성 기재를 검출하는 경우에, 소모성 카트리지의 교체 이후 처음 사용되는 동안에 특히 유리하다. 예를 들어, 통상적인 퍼핑은 3초의 지속기간을 가질 수 있으며, 퍼핑 검출기의 반응 시간은 약 100 ms일 수 있다. 그런 다음, Δt1은 히터의 온도가 안정되기 이전의 퍼핑의 기간 동안 은 100 ms 내지 500 ms가 되도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 기간 Δt1은 가열체의 온도가 안정화된 것으로 예상될 때로 선택될 수 있다.
전기 회로는 소정의 횟수의 순차적이거나 연속적인 사용자 퍼핑에 대해 부정적인 조건으로 결정되는 경우에, 전원으로부터 가열체까지 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다. 소정의 횟수의 순차적이거나 연속적인 퍼핑은 임의의 적합한 횟수일 수 있다. 예를 들어, 소정의 횟수의 순차적이거나 연속적인 퍼핑은 1, 2, 3, 4, 5 또는 6회일 수 있다. 바람직하게는, 소정의 횟수의 순차적이거나 연속적인 퍼핑은 3회이다.
전기 회로는 부정적인 조건이 존재하는지를 연속적으로 결정하고, 부정적인 조건이 존재할 때, 히터로의 전력 공급을 제한하거나 차단하고, 더 이상 부정적인 조건이 존재하지 않을 때까지 가열체로의 전력 공급을 계속해서 차단 또는 감소시키도록 구성될 수 있다.
액체 및 심지 기반 시스템에서, 액체가 히터 근처에서 충분히 빨리 교체될 수 없기 때문에 과도한 퍼핑은 심지의 건조를 초래할 수 있다. 이들 상황에서, 히터가 너무 고온으로 되거나 바람직하지 않은 에어로졸 성분을 생성하지 않도록 히터로의 전력 공급을 제한하는 것이 바람직하다. 부정적인 조건이 검출되는 즉시, 히터로의 전력은 사용자의 후속 퍼핑시까지 중단될 수 있다.
마찬가지로, 퍼핑이 과도하면 퍼핑과 퍼핑 사이에 히터가 기대한만큼 냉각될 수 없기 때문에, 퍼핑이 계속될수록 히터 온도는 점진적으로 바람직하지 않게 상승할 수 있다. 이는 액체 또는 고체 에어로졸 형성 기재 기반 시스템에 해당된다. 부정적인 조건이 결정될 때, 계속되는 퍼핑으로 인한 히터 온도의 바람직하지 않은 상승을 지연시키기 위해, 전기 회로는 잔여 퍼핑에 대한 전력 공급을 차단하거나 제한하고, 더 이상 부정적인 조건이 없을 때까지 후속 퍼핑을 위한 가열체로의 전력 공급을 제한하도록 구성될 수 있다. 소정 횟수의 순차적인 또는 연속적인 사용자 퍼핑 동안에 부정적인 조건이 있는 경우에, 전기 회로는 가열체를 사용할 수 없게 하거나, 전원으로부터 가열체로의 전력 공급을 영구적으로 또는 불가역적으로 차단하거나 억제하도록 더 구성될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, '사용할 수 없는'은 가열체를 동작 불가능하게 만드는 것을 지칭한다. 예를 들어, 부정적인 조건이 3회의 연속적인 퍼핑 동안 결정되는 경우 전기 회로는 가열체에 연결된 퓨즈를 단락시키도록 구성될 수 있다.
전기 회로는 부정적인 조건이 존재할 때 소정의 중단 기간 동안 가열체로의 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다.
전기 회로는 에어로졸 형성 기재 또는 히터가 포함된 소모성 부분이 교체될 때까지 히터로의 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 전기 회로는 초기 저항과 후속 저항의 차이가 최대 임계 값 또는 최소 임계 값에 도달했는지의 여부를 연속적으로 계산하고, 차이가 임계 값에 도달하는데 걸린 시간을 저장된 시간 값과 비교하도록 구성될 수 있으며, 임계 값에 도달하는데 걸린 시간이 저장된 시간 값보다 작거나 차이가 예상 기간 내에 임계 값에 도달하지 않으면, 부정적인 조건이 있다고 결정하고 히터로의 전력 공급을 차단 또는 감소시키도록 구성될 수 있다. 임계 값에 예상보다 더 빨리 도달하는 경우, 건조한 가열체 또는 건조한 기재를 나타내는 것이거나 비호환, 위조 또는 손상된 히터를 나타내는 것일 수 있다. 마찬가지로, 예상 기간 내에 임계 값에 도달하지 않으면, 위조 또는 손상된 히터 또는 기재를 나타내는 것일 수 있다. 이는 위조, 손상 또는 비호환 히터 또는 기재에 대한 신속한 결정을 가능하게 할 수 있다.
부정적인 조건의 발견은 가열체에서의 건조 상태를 나타내는 것일 뿐만 아니라, 예상 특성 범위 밖에서 전기 특성을 갖는 히터를 나타내는 것일 수 있다. 이는 히터의 수명에 걸쳐 재료의 축적으로 인해 히터에 결함이 있기 때문이거나, 히터가 허가되지 않은 히터 또는 위조 히터이기 때문일 수 있다. 예를 들어, 제조업자가 스테인리스 강 가열체를 사용한 경우에, 이들 가열체는 특정 전기 저항 범위 내의 실온에서 초기 전기 저항을 가지는 것으로 예상될 수 있다. 게다가, 히터의 초기 전기 저항과 히터의 후속 저항 간의 차이는 특정 값을 가질 것으로 예상할 수 있는데, 이는 가열체의 재료와 관련이 있기 때문이다. 전기 회로는 히터의 초기 전기 저항과 히터의 후속 전기 저항 간의 차이가 예상 값의 범위를 벗어나는 경우에 부정적인 조건을 결정하고, 그 결과에 기초하여 히터로의 전력 공급을 제한하거나 차단하도록 구성될 수 있다. 이는 일부 허가되지 않은 히터가 사용되는 것을 방지할 수 있다.
다수의 상이한 임계 값이 사용되어 상이한 조건에 대한 상이한 제어 전략을 생성할 수 있다. 예를 들어, 최고 임계 값 및 최저 임계 값은 추가 전력이 공급되기 전에 기재 히터의 교체가 필요한 임계점을 설정하는 데 사용될 수 있다. 차이가 가장 높은 임계 값을 초과하거나 가장 낮은 임계 값 미만인 경우에, 전기 회로는 히터 또는 에어로졸 형성 기재가 교체될 때까지 히터로의 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다. 히터에서 건조한 상태가 초래되는 과도한 퍼핑 거동을 검출하는 데 하나 이상의 중간 임계 값이 사용될 수 있다. 전기 회로는 중간 임계 값이 초과되었지만 최고 임계 값이 초과되지 않는 경우에, 특정 기간 동안 또는 후속 사용자 퍼핑 때까지 히터로의 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 중간 임계 값이 에어로졸 형성 기재가 거의 고갈되어 곧 교체할 필요가 있다는 표시를 사용자에게 나타내도록 사용될 수도 있다. 중간 임계 값이 초과되었지만 최고 임계 값이 초과되지 않는 경우에, 전기 회로는 가시적, 가청적 또는 촉각적일 수 있는 표시를 제공하도록 구성될 수 있다.
위조, 손상 또는 비호환 히터를 검출하는 하나의 방법은 히터가 처음 사용되거나 장치 또는 시스템에 삽입될 때, 히터의 저항 또는 히터의 저항 변화율을 확인하는 것이다. 전기 회로는 전력이 히터로 공급된 이후, 소정의 기간 내에 가열체의 초기 저항을 측정하도록 구성될 수 있다. 소정의 기간은 짧은 기간일 수 있고, 50 ms 내지 200 ms일 수 있다. 메쉬 가열체를 포함하는 히터의 경우, 소정의 기간은 약 100 ms일 수 있다. 바람직하게는, 소정의 기간은 50 ms 내지 150 ms이다. 전기 회로는, 훨씬 더 낮은 전력을 사용하여 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 히터로 전력을 공급하는 개별 루틴으로서 히터의 초기 저항을 측정하도록 구성될 수 있거나, 상당한 가열이 발생되기 이전에 히터가 활성화되는 처음 잠시 동안 히터의 초기 저항을 측정할 수 있다. 전기 회로는 히터의 초기 저항을 허용 가능한 값의 범위와 비교하도록 구성될 수 있으며, 초기 저항이 허용 가능한 값의 범위 밖에 있는 경우, 전기 회로는 히터 또는 에어로졸 형성 기재가 교체될 때까지 전기 히터로의 전력 공급을 차단하거나 표시를 제공하도록 구성될 수 있다.
초기 저항이 허용 가능한 값의 범위 내에 있는 경우, 전기 회로는 허용 가능한 히터의 존재 여부를 결정하고 허용 가능한 히터의 존재 여부에 기초하여 전기 히터에 전력의 공급을 제어하거나, 허용 가능한 히터가 없는 경우에 표시를 제공하도록 구성될 수 있다.
전기 회로는, 전력이 히터에 처음 공급되는 시점으로부터 1초 이내에 허용 가능한 히터의 존재 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
제2 양태에서 제1 양태의 전동식 에어로졸 발생 시스템과 같은 전동식 에어로졸 발생 시스템, 또는 전동식 에어로졸 발생 장치에서 사용하기 위한 히터 조립체로서,
적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터; 및
전기 히터에 연결되고 메모리를 포함하는 전기 회로를 포함하되, 상기 전기 회로는:
전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하고;
초기 전기 저항의 측정 후에 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하고;
초기 전기 저항과 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하고;
전기 히터의 후속 전기 저항과 초기 전기 저항 간의 결정된 차이가 메모리 내에 저장된 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 때를 결정하며;
부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하도록 구성되는 것인, 히터 조립체가 제공된다.
히터 조립체는 에어로졸 발생 시스템에서 사용하도록 구성될 수 있으며 사용 시 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성될 수 있다.
제3 양태에서, 제1 양태의 전동식 에어로졸 발생 시스템같은 전동식 에어로졸 발생 시스템에서 사용하기 위한 전동식 에어로졸 발생 장치로서
전원; 및
전원에 연결되고 메모리를 포함하는 전기 회로를 포함하되, 상기 전기 회로는,
사용 시, 상기 전동식 에어로졸 발생 시스템의 전기 히터에 연결되고;
전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하고;
초기 전기 저항의 측정 후에 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하고;
초기 전기 저항과 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하고;
후속 전기 저항과 초기 전기 저항 간의 결정된 차이가 메모리 내에 저장된 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건이 존재한다고 결정하며;
부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하도록 구성된 것인 전동식 에어로졸 발생 장치가 제공된다.
본 발명의 제4 양태에서, 제1 양태의 전동식 에어로졸 발생 시스템과 같은 전동식 에어로졸 발생 시스템, 또는 제3 양태의 전동식 에어로졸 발생 장치와 같은 전동식 에어로졸 발생 장치용 전기 회로로서, 사용 시 전기 히터 및 전원에 연결되고, 메모리를 포함하며,
전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하고;
초기 전기 저항의 측정 후에 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하고;
초기 전기 저항과 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하고;
후속 전기 저항과 초기 전기 저항 간의 결정된 차이가 메모리 내에 저장된 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건으로 결정하며;
부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하도록 구성된 전기 히터가 제공된다.
사용 시, 전기 회로는 사용자가 시스템 상에서 퍼핑하는 때를 검출하기 위한 퍼핑 검출기에 더 연결되며,
전기 회로가 전기 히터에 연결되는 때를 결정하고;
전기 히터가 전기 회로에 연결된 후 소정 기간 내에 전기 히터의 초기 저항을 측정하고;
퍼핑 검출기에 의해 퍼핑이 검출되는 경우 전원으로부터 가열체까지 전력을 공급하고;
전원으로부터 전기 히터까지 전력 공급이 개시된 후 소정 기간 내에 전기 히터의 후속 저항을 측정하고;
후속 저항과 초기 저항 간의 차이를 결정하고;
후속 저항과 초기 저항 간의 차이를 메모리 내에 저장된 최대 임계 값 및 최소 임계 값 중 적어도 하나와 비교하고;
차이가 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건이 존재하는 것으로 결정하며;
부정적인 조건으로 결정되는 경우, 퍼핑 동안 전기 히터에 공급되는 전력을 제한하거나, 부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 잔여 퍼핑 동안 전기 히터에 전력이 공급되는 것을 차단하도록 더 구성된다.
일부 구현예에서, 전기 회로는,
메모리 내에 부정적인 조건의 결정치를 저장하고;
저장된 부정적인 조건의 결정치에 기초하여 부정적인 조건이 연속적으로 결정된 회수를 결정하며;
부정적인 조건으로 결정된 회수가 최대 임계 값을 초과하는 경우 카트리지를 사용할 수 없게 하도록 더 구성될 수 있다.
전기 회로는 임의의 적합한 수단에 의해 카트리지를 사용할 수 없게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전기 회로는 전기 히터에 연결된 퓨즈를 단락시키도록 구성될 수 있다.
제5 양태에서, 제1 양태의 전동식 에어로졸 발생 시스템과 같은 전동식 에어로졸 발생 시스템, 또는 제3 양태의 전동식 에어로졸 발생 장치와 같은 전동식 에어로졸 발생 장치의 전기 히터에 전력의 공급을 제어하는 방법으로서, 상기 시스템 또는 장치는 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터이고, 전기 히터에 전력을 공급하기 위한 전원을 포함하되, 상기 방법은:
전기 히터에 전력을 공급하는 단계;
전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하는 단계;
초기 전기 저항의 측정 후에 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하는 단계;
초기 전기 저항과 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하는 단계;
후속 전기 저항과 초기 전기 저항 간의 결정된 차이가 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건으로 결정하는 단계; 및
부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하는 단계를 포함하는 것인 방법이 제공된다.
상기 방법은 가열체의 초기 전기 저항을 측정하는 단계 및 전원로부터 전기 히터로의 초기 전력 전달 이후의 시간에서 가열체의 전기 저항을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 전력이 공급될 때, 히터에 일정한 전력을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 가변 전력은 다른 작동 파라미터에 의존하여 공급될 수 있다. 그 경우에, 임계 값은 히터에 공급되는 전력에 의존적일 수 있다.
상기 방법은 히터의 제1 사용 이전에 초기 전기 저항을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 초기 저항이 히터의 제1 사용 이전에 결정되면, 가열체가 대략 실온에 있다고 가정할 수 있다. 시간에 따른 저항의 예상 변화가 가열체의 초기 온도에 의존할 수 있기 때문에, 실온에서 또는 실온 근처에서 초기 저항의 측정은 예상 거동에 대한 좁은 대역의 설정을 허용한다.
상기 방법은 시스템 내의 다른 전기 구성 요소 및 전기 접점으로부터 초래한 가정된 기생 저항을 초기 측정 저항에서 뺀 값으로서 초기 저항을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
전동식 에어로졸 발생 시스템은 사용자가 시스템을 퍼핑할 때를 검출하기 위한 퍼핑 검출기를 포함할 수 있으며, 상기 방법은 퍼핑이 퍼핑 검출기에 의해 검출될 때 전원로부터 가열체로 전력을 공급하는 단계, 각각의 퍼핑 동안 부정적인 조건이 존재하는지를 결정하는 단계, 및 소정의 횟수의 순차적인 사용자 퍼핑에 대한 부정적인 조건이 존재하는 경우 전원로부터 가열체로의 전력 공급을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 부정적인 조건이 존재하는 경우 전원로부터 가열체로의 전력의 공급을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 부정적인 조건이 존재하는지를 연속적으로 결정하는 단계, 및 부정적인 조건이 존재할 때 히터로의 전력 공급을 차단하고 더 이상 부정적인 조건이 존재하지 않을 때까지 가열체로의 전력 공급을 연속해서 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 부정적인 조건이 존재할 때 소정의 중단 기간 동안 가열체로의 전력 공급을 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 방법은 차이가 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인지 여부를 연속적으로 계산하는 단계, 및 임계 값에 도달하는데 걸린 시간을 저장된 시간 값과 비교하는 단계를 포함할 수 있으며, 임계 값에 도달하는데 걸리는 시간이 저장된 시간 값보다 작은 경우에, 부정적인 조건을 결정하고 히터로의 전력 공급을 제어한다.
일부 구현예에서, 전동식 에어로졸 발생 시스템은 착탈식 카트리지 및 착탈식 카트리지를 착탈식으로 수용하도록 구성된 장치를 더 포함하되, 착탈식 카트리지는 전기 히터 및 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하며, 장치는 전원 및 전기 회로를 포함하고, 전기 회로는 사용자가 시스템 상에서 퍼핑하는 때를 검출하기 위한 퍼핑 검출기와 연결된다. 이러한 구현예에서, 상기 방법은:
퍼핑 검출기에 의해 퍼핑이 검출되기 전에 전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하는 단계;
퍼핑 검출기에 의해 퍼핑이 검출되는 경우 전원으로부터 가열체까지 전력을 공급하는 단계;
전원으로부터 전기 히터까지 전력 공급이 개시된 후 소정 기간 내에 전기 히터의 후속 저항을 측정하는 단계;
후속 저항과 초기 저항 간의 차이를 결정하는 단계;
후속 저항과 초기 저항 간의 차이를 메모리 내에 저장된 최대 임계 값 및 최소 임계 값 중 적어도 하나와 비교하는 단계;
차이가 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건이 존재한다고 결정하는 단계; 및
부정적인 조건으로 결정되는 경우, 퍼핑 동안 전기 히터에 공급되는 전력을 제한하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 잔여 퍼핑 동안 전기 히터에 전력이 공급되는 것을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은:
전기 회로가 전기 히터에 연결되는 때를 결정하는 단계; 및
전기 히터에 연결된 후 소정 기간 내에 전기 히터의 초기 저항을 측정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제6 양태에서, 제1 양태의 전동식 에어로졸 발생 시스템과 같은 전동식 에어로졸 발생 시스템, 또는 제3 양태의 전동식 에어로졸 발생 장치와 같은 전동식 에어로졸 발생 장치의 비호환 또는 손상된 히터의 검출 방법으로서, 상기 시스템 또는 장치는 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터이고, 전기 히터에 전력을 공급하기 위한 전원을 포함하되, 상기 방법은:
히터에 전력을 공급하는 단계;
전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하는 단계;
초기 전기 저항의 측정 후에 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하는 단계;
초기 전기 저항과 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하는 단계;
후속 전기 저항과 초기 전기 저항 간의 차이가 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만일 경우, 또는 예상 기간 이외의 시간에 메모리 내에 저장된 임계 값에 도달하는 경우에 비호환 또는 손상된 히터를 결정하는 단계를 포함하는 것인 방법이 제공된다.
상기 방법은 비호환 히터로 결정되는 경우에, 전기 히터로의 전력 공급을 차단하거나, 히터 또는 에어로졸 형성 기재가 교체될 때까지 표시를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 전력이 히터로 공급된 후 소정의 기간 내에서 히터의 초기 저항 또는 히터의 초기 저항 변화율을 측정하는 단계, 히터의 초기 저항 또는 히터의 초기 저항 변화율을 허용 가능한 값의 범위와 비교하는 단계, 및 초기 저항 또는 초기 변화율이 허용 가능한 값의 범위 밖에 있는 경우에, 전기 히터로의 전력 공급을 차단하거나 히터 또는 에어로졸 형성 기재가 교체될 때까지 표시를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
소정의 기간은 짧은 기간일 수 있고, 50 ms 내지 200 ms일 수 있다. 메쉬 가열체를 포함하는 히터에 대해서, 소정의 기간은 약 100 ms일 수 있다. 바람직하게는, 소정의 기간은 50 ms 내지 150 ms이다.
소정의 기간 동안 초기 저항 변화율의 결정은 소정의 기간 동안 상이한 시간에서 복수의 저항 측정치를 취하고 복수의 저항 측정치에 기초하여 저항 변화율을 계산함으로써 달성될 수 있다.
상기 방법은 히터 또는 에어로졸 형성 기재가 시스템 내측으로 삽입되는 때를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 히터 또는 에어로졸 형성 기재가 시스템 내측으로 삽입된 것을 검출한 직후에 수행될 수 있다.
본 발명의 제7 양태에서, 마이크로프로세서의 내부 메모리 내로 직접 로딩 가능한 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되며, 제품은 제품이 전동식 에어로졸 발생 시스템의 마이크로프로세서에서 작동될 때 제5 양태, 또는 제6 양태의 단계를 수행하기 위한 소프트웨어 코드부를 포함하며, 시스템은 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터 및 전기 히터로 전력을 공급하기 위한 전원을 포함하며, 마이크로프로세서는 전기 히터 및 전원에 연결된다.
컴퓨터 프로그램 제품은 소프트웨어의 다운로드 가능한 부품으로서 제공되거나 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 기록될 수 있다.
본 발명의 제8 양태에 따르면, 제7 양태에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공된다.
본 발명의 일 양태와 관련하여 설명된 특징들은 본 발명의 다른 양태에 적용될 수 있다. 특히, 제1 양태와 관련하여 설명된 특징들은 본 발명의 제2 양태, 제3 및 제4 양태에 적용될 수 있다. 본 발명의 제1 양태, 제2 양태, 제3 및 제4 양태와 관련하여 설명된 특징들은 또한, 본 발명의 제5 양태, 제6 양태, 및 제7 양태에 적용될 수 있다.
본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 더 설명될 것이며, 여기서:
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 구현예에 따른 시스템의 개략도이며;
도 2는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같은 시스템에서 사용하기 위한 카트리지의 분해도이며;
도 3은 필라멘트 사이의 액체 에어로졸 형성 기재의 메니스커스(meniscus)를 도시하는, 히터의 필라멘트의 상세도이며;
도 4는 사용자 퍼핑 동안 히터의 저항 변화의 개략도이며;
도 5는 가열체 저항이 측정될 수 있는 방법을 도시하는 전기 회로도이며;
도 6은 부정적인 조건의 검출 이후의 제어 공정을 도시하며;
도 7은 제1 대안 에어로졸 발생 시스템의 개략도이며;
도 8은 제2 대안 에어로졸 발생 시스템의 개략도이며;
도 9는 허가되지 않거나, 손상 또는 비호환 히터를 검출하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 구현예에 따른 카트리지를 포함하는 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템의 개략도이다. 도 1a는 함께 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템을 형성하는, 에어로졸 발생 장치(10) 및 개별 카트리지(20)의 개략도이다.
카트리지(20)는 에어로졸 형성 기재를 포함하며, 장치 내의 캐비티(18) 내에 수용되도록 구성된다. 카트리지(20)는 카트리지 내에 제공된 에어로졸 형성 기재가 고갈되는 경우 사용자에 의해 교체될 수 있어야 한다. 도 1a는 장치 내에 삽입되기 직전의 카트리지(20)를 도시하며, 도 1a의 화살표(1)는 카트리지의 삽입 방향을 나타낸다.
에어로졸 발생 장치(10)는 휴대용이며, 종래의 엽궐련 또는 궐련에 필적할만한 크기를 가진다. 장치(10)는 본체(11) 및 마우스피스부(12)를 포함한다. 본체(11)는 인산철 리튬 배터리와 같은 배터리(14), 전기 회로(16), 및 캐비티(18)를 포함한다. 전기 회로(16)는 프로그램 가능한 마이크로프로세서를 포함한다. 마우스피스부(12)는 경첩식 연결부(21)에 의해 본체(11)에 연결되고, 도 1에 도기간 바와 같은 개방 위치와 도 1d에 도기간 바와 같은 폐쇄 위치 사이에서 이동할 수 있다. 마우스피스부(12)는 카트리지(20)의 삽입과 제거가 가능하도록 개방 위치에 놓이고, 에어로졸을 발생시키기 위해 시스템이 사용될 때 폐쇄 위치에 놓인다. 마우스피스부는 복수의 공기 유입구(13) 및 유출구(15)를 포함한다. 사용 시, 사용자는 유출구에 입을 대고 빨거나 퍼핑하여 공기를 공기 유입구(13)로부터 마우스피스부를 통해 유출구(15)로 흡인한 다음 사용자의 입이나 폐로 흡인한다. 내부 칸막이(17)는 마우스피스부(12)를 통해 흐르는 공기가 카트리지를 지나도록 강제한다.
캐비티(18)는 원형 단면을 가지고, 카트리지(20)의 하우징(24)을 수용하는 크기를 가진다. 전기 커넥터(19)는 캐비티(18)의 측부에 제공되어 제어 전자 장치(16)와 배터리(14) 및 카트리지(20) 상의 대응하는 전기 접점 사이의 전기적 연결을 제공한다.
도 1b는 카트리지가 캐비티(18) 내에 삽입되고 커버(26)가 제거되고 있는 도 1a의 시스템을 도시한다. 이와 같은 위치에서, 전기 커넥터는 카트리지 상의 전기 접점에 대해 놓인다.
도 1c는 커버(26)가 완전히 제거되고 마우스피스부(12)가 폐쇄 위치로 이동하는 도 1b의 시스템을 도시한다.
도 1d는 마우스피스부(12)가 폐쇄 위치에 있는 도 1c의 시스템을 도시한다. 마우스피스부(12)는 걸쇠 기구에 의해 폐쇄 위치에 보유된다. 폐쇄 위치에 있는 마우스피스부(12)는 전기 커넥터(19)와 전기 접촉 상태인 카트리지를 보유함으로써 시스템의 배향이 어떠하든지 간에 사용 시 양호한 전기적 연결이 유지된다.
도 2는 카트리지(20)의 분해도이다. 카트리지(20)는 캐비티(18) 내에 수용되도록 선택된 크기와 형상을 갖는 일반적으로 원형인 원통 하우징(24)을 포함한다. 하우징은 액체 에어로졸 형성 기재 내에 침지되는 모세관 재료(27, 28)를 함유한다. 이 실시예에서 에어로졸 형성 기재는 39 중량%의 글리세린, 39 중량%의 프로필렌 글리콜, 20 중량%의 물과 향미제, 및 2 중량%의 니코틴을 포함한다. 모세관 재료는 액체를 한 단부에서 다른 단부로 능동적으로 전달하는 재료이며, 임의의 적절한 재료로부터 제조된 것일 수 있다. 이 실시예에서 모세관 재료는 폴리에스테르로 형성된 것이다.
하우징은 히터 조립체(30)가 고정되는 개방 단부를 가진다. 히터 조립체(30)는, 내부에 구멍(35)이 형성된 기재(34), 기재에 고정되고 갭(33)에 의해 서로 분리된 한 쌍의 전기 접점(32), 및 구멍을 잇고 구멍(35)의 대향 측면들 상에서 전기 접점들에 고정된 복수의 도전성 히터 필라멘트(36)를 포함한다.
히터 조립체(30)는 착탈식 커버(26)에 의해 커버된다. 커버는, 히터 조립체에 접착제로 접착되지만 쉽게 박리될 수 있는 액체 불투과성 플라스틱 시트를 포함한다. 탭은 사용자가 커버를 박리할 때 커버를 잡을 수 있도록 커버의 측면 상에 제공된다. 불투과성 플라스틱 시트를 히터 조립체에 고정하는 방법으로서 접착제 사용을 설명하고 있지만, 커버가 소비자에 의해 쉽게 제거될 수 있는 한, 열 밀봉 또는 초음파 용접을 비롯한 당업계의 방법과 유사한 기타 방법을 또한 사용할 수 있다는 점이 본 당업자에게 명백할 것이다.
도 2의 카트리지 내에는 2개의 개별 모세관 재료(27, 28)가 있다. 제1 모세관 재료(27)의 디스크는 사용 시 가열체(36, 32)를 접촉하도록 제공된다. 제2 모세관 재료(28)의 더 큰 본체는 히터 조립체에 대하여 제1 모세관 재료(27)의 대향 측면 상에 제공된다. 제1 모세관 재료 및 제2 모세관 재료 둘 모두는 액체 에어로졸 형성 기재를 보유한다. 가열체와 접촉하고 있는, 제1 모세관 재료(27)은 제2 모세관 재료(28)보다 높은 열 분해 온도(적어도 160oC 이상, 예컨대 대략 250oC)를 가진다. 제1 모세관 재료(27)는 가열체(36, 32)를 제2 모세관 재료(28)로부터 분리하는 스페이서로서 효과적으로 작용해서, 제2 모세관 재료가 열 분해 온도를 초과하는 온도에 노출되지 않는다. 제1 모세관 재료에 걸친 열 구배(thermal gradient)는 제2 모세관 재료가 그의 열 분해 온도 아래의 온도에 노출되도록 하는 것이다. 제2 모세관 재료(28)는 제1 모세관 재료(27)보다 우수한 수분 운반 성능을 갖도록 선택될 수 있고, 제1 모세관 재료보다 단위 부피 당 더 많은 액체를 보유할 수 있으며, 제1 모세관 재료보다 더 저렴할 수 있다. 이 실시예에서, 제1 모세관 재료는 섬유유리 또는 섬유유리 함유 재료 같은 내열성 재료이며, 제2 모세관 재료는 적절한 모세관 재료 같은 폴리머이다. 예시적인 적절한 모세관 재료는, 본원에서 설명하는 모세관 재료를 포함하며, 대안적인 구현예에서는, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함할 수 있다.
모세관 재료(27, 28)는 유리하게는, 액체를 히터 조립체(30)로 운반하도록 하우징(24) 내에 배향된다. 카트리지가 조립되는 경우, 히터 필라멘트들(36, 37, 38)은 모세관 재료(27)와 접촉할 수 있으며, 따라서 에어로졸 형성 기재가 메쉬 히터로 직접 운반될 수 있다. 도 3은 히터 필라멘트(36) 사이의 액체 에어로졸 형성 기재의 메니스커스(40)를 도시하는 히터 조립체의 필라멘트(36)의 상세도이다. 에어로졸 형성 기재가 각 필라멘트의 표면의 대부분과 접촉됨으로써 히터 조립체에 의해 발생하는 열의 대부분이 에어로졸 형성 기재에 직접 전달한다는 점을 알 수 있다.
따라서, 정상 작동에서, 액체 에어로졸 형성 기재는 히터 필라멘트(36)의 표면의 대부분과 접촉한다. 하지만, 카트리지 내의 대부분의 액체 기재가 사용되었을 때, 더 적은 액체 에어로졸 형성 기재가 히터 필라멘트로 전달될 것이다. 액체가 덜 기화되면, 기화 엔탈피에 의해 사용되는 에너지가 적어지고 가열 필라멘트에 공급되는 더 많은 에너지가 가열 필라멘트의 온도를 상승시키는 쪽으로 향하게 된다. 따라서 가열체가 건조됨에 따라, 주어진 인가 전력에 대한 가열체의 온도 증가율이 증가할 것이다. 카트리지 내의 에어로졸 형성 기재가 거의 다 소모되었거나, 사용자가 매우 길게 또는 매우 자주 퍼핑을 취하고, 액체가 기화되는만큼 빠르게 히터 필라멘트에 전달될 수 없기 때문에 가열체가 건조될 수 있다.
사용 시, 히터 조립체는 저항 가열에 의해 작동한다. 전류가 제어 전자 장치(16)의 제어 하에 필라멘트(36)를 통과해서, 필라멘트를 원하는 온도 범위 이내로 가열한다. 필라멘트의 메쉬 또는 어레이는 전기 접점(32) 및 전기 커넥터(19)보다 상당한 큰 전기 저항을 가지고 있어서 고온이 필라멘트에 국한된다. 이와 같은 실시예에서, 시스템은 사용자 퍼핑에 반응하여 히터 조립체에 전류를 제공함으로써 열을 발생시키도록 구성된다. 다른 구현예에서, 시스템은 장치가 "켬" 상태인 동안 연속적으로 열을 발생시키도록 구성될 수 있다. 필라멘트를 위한 상이한 재료가 상이한 시스템에 대하여 적합할 수 있다. 예를 들어, 연속 가열 시스템에서, Ni-Cr 필라멘트가 적합한데, 이는 이들이 비교적 낮은 비열 용량을 가지고 저 전류 가열과 호환 가능하기 때문이다. 고 전류 펄스를 사용하여 짧은 버스트에서 열이 발생하는 퍼핑 작동 시스템에서는, 높은 비열 용량을 갖는 스테인리스 강 필라멘트가 더 적합할 수 있다.
시스템은 사용자가 마우스피스부를 통해 공기를 흡인하는 때를 검출하도록 구성되는 퍼핑 센서를 포함한다. 퍼핑 센서(미도시)는 제어 전자 장치(16)에 연결되고, 제어 전자 장치(16)는, 사용자가 장치를 퍼핑하고 있다고 결정되는 경우에만 히터 조립체(30)에 전류를 공급하도록 구성된다. 임의의 적합한 기류 센서가 마이크로폰 또는 압력 센서와 같은 퍼핑 센서로서 사용될 수 있다.
이러한 온도 변화율의 증가를 검출하기 위해서, 전기 회로(16)는 히터 필라멘트의 전기 저항을 측정하도록 구성된다. 이와 같은 실시예에서 히터 필라멘트는 스테인리스 강으로 형성되며, 따라서 양의 저항 온도 계수를 가진다. 이것은 히터 필라멘트의 온도가 상승함에 따라 그들의 전기 저항이 상승함을 의미한다. 다른 구현예에서, 히터 필라멘트는 음의 저항 계수를 갖는 재료로 형성될 수 있으며, 히터 필라멘트의 온도가 상승함에 따라 전기 저항이 감소하는 것으로 이해될 것이다.
도 4는 사용자 퍼핑 동안 히터의 저항 변화의 개략도이다. x축은 사용자 퍼핑의 초기 검출 및 결과적인 히터로의 전력 공급 이후의 시간이다. y축은 히터 조립체의 전기 저항이다. 임의의 가열이 발생하기 전에 히터 조립체는 초기 저항(R1)을 가진다는 것을 알 수 있다. R1은 전기 접점(32)과 전기 커넥터(19) 및 이들 사이의 접촉으로부터 초래되는 기생 저항(RP) 및 히터 필라멘트의 저항(R0)으로 구성된다. 사용자 퍼핑 동안 히터로 전력이 인가되면, 히터 필라멘트의 온도가 상승하며 따라서 히터 필라멘트의 전기 저항이 상승한다. 도시된 바와 같이, 시간 t1에서, 전원으로부터 히터로의 전력 공급으로부터 Δt1의 기간 후에, 히터 조립체의 저항은 R2이다. 따라서, 초기 저항으로부터 시간 t1에서의 저항까지 히터 조립체의 전기 저항의 변화는ΔR=R2-R1이다.
이 실시예에서, 기생 저항 RP은 히터 필라멘트가 가열될 때 변하지 않는 것으로 가정된다. 이는 RP가 전기 접점(32) 및 전기 커넥터(19)와 같은 비가열식 구성 요소에 기인하기 때문이다. RP의 값은 모든 카트리지에 대해 동일한 것으로 가정되며 값은 전기 회로의 메모리 내에 저장된다.
히터 필라멘트의 건조 상태를 나타내는 히터 필라멘트의 빠른 온도 상승을 검출하기 위해 히터 필라멘트의 저항 변화의 변화가 모니터링될 수 있다. 전기 회로는 가열체에 전력이 공급되기 전에 히터 필라멘트의 초기 전기 저항 R1의 측정치, 다시 말해 퍼핑 전, 및 히터 필라멘트에 전력이 공급되는 때부터 소정의 기간 Δt1 후에 히터 필라멘트의 전기 저항 R2의 측정치 간의 차이를 결정함으로써, 저항의 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 전기 회로는 저항의 변화가 차이 ΔR를 소정의 최대 임계 값 ΔRmax과 비교함으로써 허용할 수 없는 빠른 온도 상승을 나타내는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다.
R2와 R1 둘 모두는 측정 값이며, ΔRmax는 메모리 내에 저장된다. 이상적으로, R1의 값은 임의의 가열이 일어나기 전에, 다시 말해서, 히터의 최초 활성화 전에 측정된다. 이 초기 측정 값은 이전 퍼핑으로부터의 잔열로 초래된 임의의 오류를 피하기 위해, 모든 후속 퍼핑에 사용될 수 있다. 이와 같이, 임의의 가열이 일어나기 전에 초기에 측정된 전기 저항은 R1ref로서 지칭될 수 있다.
R1ref은 각각의 카트리지마다 단지 한번만 측정될 수 있으며, 새 카트리지가 삽입될 때를 결정하는 데 사용되는 검출 시스템, 또는 R1은 시스템을 켤 때마다 측정될 수 있다. 하지만, 바람직하게는 전기 회로는 전력이 히터 필라멘트에 공급되지 않은 소정의 기간 후에 업데이트된 R1ref의 측정치를 주기적으로 취하도록 구성된다. 소정의 기간은 전형적으로 3분이지만, 히터 필라멘트가 작동 온도로부터 실온으로 냉각되기 위해 요구되는 임의의 적절한 시간일 수 있다. R1ref에 대한 주기적인 업데이트는 주위 온도의 변화와 히터 필라멘트의 상태 변화를 보상하기 위해 전기 회로를 재보정할 수 있다.
이 실시예에서, 전기 회로 내의 마이크로프로세서에서 작동되는 소프트웨어는 부정적인 조건을 결정하기 위해 다음 비교를 수행한다:
R2 > R1ref + ΔRmax이면 히터에 건조 상태가 존재한다. (1)
건조 히터 조건 이외의 다른 부정적인 조건이 유사한 방식으로 검출될 수 있다. 예를 들어, 상이한 저항 온도 계수를 갖는 재료로 형성되는 히터를 갖는 카트리지가 시스템에 사용되면, 전기 회로는 부정적인 조건을 검출할 수 있고 히터로 전력을 공급하지 않도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 히터는 스테인리스 강으로 형성된다. Ni-Cr로 형성되는 히터를 갖는 카트리지는 보다 낮은 저항 온도 계수를 가질 수 있으며, 이는 그의 저항이 온도 증가에 따라 더 느리게 상승할 수 있음을 의미한다. 이와 같이, 최소 임계 값 ΔRmin(이는 스테인리스 강 히터에 대해 예상되는 기간 Δt1에서 가장 낮은 온도 상승에 대응함)은 전기 회로의 메모리 내에 저장될 수 있다. 전기 회로는 R2와 R1ref 사이의 저항 변화가 최소 임계 값ΔRmin 미만이면 시스템 내에 존재하는 비인가 카트리지에 대응하는 부정적인 조건을 결정하도록 구성될 수 있다.
따라서 시스템은 R2와 R1ref 사이에 저장된 고 임계 값 및 저장된 저 임계 값을 비교하여 부정적인 조건을 결정하도록 구성될 수 있다. R1ref은 또한, 임계 값 또는 임계 값들과 비교되어 그것이 예상 범위 내에 있는지 확인할 수 있다. 이들은 심지어 하나 초과의 저장된 고 임계 값 및 그 고 임계 값을 초과하는지에 따라서 취해지는 상이한 작용일 수 있다. 예를 들어, 최고 임계 값이 초과되면, 회로는 히터 및/또는 기재가 교체될 때까지 전력의 추가 공급을 차단할 수 있다. 이는 완전히 고갈된 기재나 손상 또는 비호환 히터를 나타낼 수 있다. 저 임계 값은 기재가 거의 고갈되는 때를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이와 같은 더 낮은 임계 값이 초과되지만 더 높은 임계 값이 초과되지 않으면, 회로는 조명 LED와 같은 표시를 간단히 제공하여 기재가 곧 교체될 필요가 있음을 나타낼 수 있다.
히터가 퍼핑 사이에 충분히 냉각되는지 여부를 결정하기 위해서 R1ref와 R2 간의 차이가 연속적으로 모니터링될 수 있다. 사용자가 너무 자주 퍼핑하기 때문에, 상기 차이가 퍼핑 사이의 냉각 임계 값 아래로 떨어지지 않으면, 전기 회로는 그 차이가 냉각 임계 값 아래로 떨어질 때까지 히터로의 전력 공급을 차단하거나 제한할 수 있다. 대안적으로, 충분한 냉각이 발생하고 있는지를 결정하기 위해서, 퍼핑 동안 차이의 최대 값과 퍼핑 이후의 차이에 대한 최소 값 사이의 비교가 이루어질 수 있다.
또한, R1와 R2 간의 차이는 연속적으로 모니터링되고, 임계 값에 도달하는 시간이 시간 임계 값과 비교될 수 있다. R1ref와 R2 간의 차이가 예상보다 훨씬 더 빠르게 또는 더 느리게 임계 값에 도달하면, 비호환 히터와 같은 부정적인 조건을 나타낼 수 있다. 변화율이 또한 결정되어 임계 값과 비교될 수 있다. 매우 빠르게 또는 매우 느리게 상승하면, 부정적인 조건을 나타낼 수 있다. 이들 기법은 비호환 히터가 매우 빠르게 검출되게 할 수 있다.
도 5는 가열체 저항을 측정할 수 있는 방법을 보여주는 개략적인 전기 회로도이다. 도 5에서, 히터(501)는 전압(V2)을 제공하는 배터리(503)에 연결된다. 특정 시간에서 측정될 히터 저항은 R 히터 이다. 가열체(501)와 직렬로, 알려진 저항(r)을 갖는 추가 저항기(505)가 접지와 전압(V2) 사이의 중간인 전압(V1)에 삽입 접속된다. 마이크로프로세서(507)가 히터(501)의 R 히터 저항을 측정하기 위해서, 히터(501)를 통과하는 전류 및 히터(501)를 가로지르는 전압 둘 모두가 결정될 수 있다. 그런 다음, 다음과 같은 널리 알려진 수식을 사용하여 저항을 결정할 수 있다:
(2)
도 5에서, 히터를 가로지는 전압은 V2-V1이고 히터를 통과하는 전류는 I이다. 따라서:
(3)
저항(r)이 알려져 있는 추가 저항기(505)가 상기 (2)을 다시 사용하여 전류(I)를 결정하는데 사용된다. 저항기(505)를 통과하는 전류는 I이고 저항기(505)를 가로지르는 전압은 V1이다. 따라서:
(4)
그래서, 식(5)와 (6)을 조합하면 다음과 같이 주어진다:
(5)
따라서, 마이크로프로세서(507)는 에어로졸 발생 시스템이 사용되고 있을 때, V2 및 V1을 측정할 수 있고, r의 값을 알고 있으면 상이한 시간에서 히터의 저항인 R 히터 를 결정할 수 있다.
전기 회로는 부정적인 조건이 검출된 이후에 일부 상이한 방식으로 히터로의 전력 공급을 제어할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 전기 회로는 부정적인 조건이 검출되었다는 표시를 사용자에게 간단히 제공할 수 있다. 시스템은 LED 또는 디스플레이를 포함할 수 있거나 마이크로폰을 포함할 수 있으며, 이들 구성 요소는 사용자에게 부정적인 조건의 경고를 발행하는 데 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 퍼핑 작동 시스템용 제어 프로세스를 도시한다. 도 6은 4회의 연속적인 퍼핑, P1, P2, P3 및 P4을 도시한다. 제1 퍼핑 P1은 비정상적인 상태가 없는 정상적인 퍼핑이다. 3개의 후속 퍼핑 P2, P3 및 P4은 모두 높은 임계 값ΔRmax를 초과하는 비정상 퍼핑이다.
각각의 퍼핑은 히터 필라멘트에 전력이 공급되는 시점인 시간 t1에서 검출된다. 시간 t1에서 히터 필라멘트의 저항은 R1으로서 표시된다. 제1 퍼핑 P1에 대한 히터 필라멘트의 초기 저항 R1은 가열이 시작되기 전에 측정된 초기 참조 저항 R1ref과 동일하다. 이후의 비정상 퍼핑 P2, P3 및 P4은 시간 t1에서 초기 참고 저항 R1ref보다 높은초기 저항 R1을 보인다. 이것은 히터 필라멘트가 퍼핑 사이에 실온으로 다시 냉각될 충분한 시간을 갖지 않는다는 것을 나타낸다. 히터 필라멘트의 저항은 퍼핑의 검출 이후 소정 시간 Δt1 후에 시간 t2에서 측정된다. 각각의 퍼핑은 시간 t3에서 종료되고, 총 기간은 Δtpuff이다.
도 6의 제어 공정에서, 전기 회로는 사용자의 퍼핑이 종료될 때까지, 고 임계 값이 초과된 것을 알아내자마자 히터에 전력 공급을 중단한다. 이는 제2, 제3 및 제4 퍼핑 P2, P3 및 P4에서 시간 th에 나타난다. 이는 심지어 사용자가 과도하게 퍼핑하는 경우에도 히터가 아주 뜨겁게 되는 것을 차단하는 데 유용할 수 있다. 전력을 중단시키는 것뿐만 아니라, 임계 값에 도달했다는 표시가 제공될 수 있다.
새로운 사용자 퍼핑이 검출되면 히터로 다시 전력이 공급된다. 이는 퍼핑 P3 및 P4에 도시된다. 임계 값을 초과하는 하나의 예가 매우 긴 사용자 퍼핑의 결과일 수 있지만, 고 임계 값을 초과하는 동안의 일부 연속 퍼핑은 카트리지가 비게 되는 결과가 될 가능성이 좀 더 높다. 따라서, 이 실시예에서, 특정한 연속적인 횟수의 퍼핑, 일반적으로 3회의 퍼핑에 대해 ΔR이고 임계 값 ΔRmax을 초과하면 카트리지 내에서 퓨즈가 단락되어 카트리지는 사용할 수 없게 된다. 예를 들어, 카트리지가 교체되거나 재충진될 때까지 또는 사용자가 리셋 동작을 수행할 때까지 전기 회로가 히터 필라멘트에 대한 추가 전력의 공급을 차단할 수 있는 등의 다른 방식으로 카트리지가 사용할 수 없음을 알 수 있다.
대부분의 구현예에서, 카트리지는 장치로부터 착탈식이다. 사용자는 카트리지에 액체 에어로졸 형성 기재가 비어 있을 경우에 카트리지를 장치로부터 제거하여 카트리지를 폐기하거나 재충진할 수 있다. 또한 사용자는 부분적으로 비어 있고 액체 에어로졸 형성 기재를 여전히 함유하는 카트리지를 제거할 수 있다.
사용자는 장치 내로 사용된 카트리지를 삽입할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 재충진되었거나 부분적으로 비어 있는 카트리지를 장치 내로 삽입할 수 있다. 사용자가 최근에 사용한 카트리지를 장치 내에 삽입하는 경우, 히터가 이전 사용 후 실온으로 냉각될 때까지 충분한 시간을 갖지 못할 수 있다. 히터 필라멘트가 여전히 뜨거울 때 장치의 전기 회로가 히터 필라멘트의 초기 저항 R1ref을 측정하면, 이는 전기 회로에 의해 부정적인 조건의 결정을 왜곡할 수 있으며 히터 필라멘트는 바람직하지 않은 온도로 가열되는 결과를 초래할 수 있다.
따라서, 전기 회로는 최근에 삽입된 카트리지의 히터의 온도가 안정적인지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 전기 회로는 최근에 삽입된 카트리지가 냉각 온도에 있는지 실온에 있는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 이는 히터 필라멘트가 뜨거울 때 전기 회로가 히터 필라멘트의 초기 저항 R1ref을 측정하는 것을 실질적으로 차단하거나 억제할 수 있다.
대부분의 구현예에서, 전기 회로는 카트리지가 장치 내에 수용되는 때를 결정하도록 구성된다. 이와 같이, 전기 회로는 카트리지가 장치로부터 제거되는 때 및 카트리지가 장치에 삽입되는 때를 결정하도록 구성된다.
전기 회로가 카트리지가 장치 내에 삽입된 것으로 결정하는 경우, 전기 회로는 히터 필라멘트의 예비 저항 Rp1을 측정하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 또한 소정의 시간 ΔT2, 전형적으로는 약 1 초 내지 약 2 초 후에 히터 필라멘트의 후속적인 예비 저항 Rp2을 측정하도록 구성될 수 있다.
전기 회로는 측정된 예비 저항 Rp1, Rp2 간의 차이 ΔRp를 결정하도록 구성될 수 있다. 히터 필라멘트의 온도가 안정되면, 크기 차이 │Rp│는 작거나 0이어야 한다. 하지만, 차이의 크기 |ΔRp|가 비교적 큰 경우, 이것은 히터 필라멘트의 온도가 안정하지 못함을 나타낸다. 차이 |ΔRp|가 비교적 큰 경우, 이는 히터 필라멘트가 고온이고 ΔT2 기간에 걸쳐 냉각되는 것을 나타낸다. 전기 회로는 차이 ΔRp를 최소 임계 값 ΔRpmin과 비교하고 비교에 기초하여 히터 필라멘트의 온도가 안정적인지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 차이 |ΔRp|가 최소 임계 값 ΔRpmin보다 큰 경우 히터 필라멘트의 온도가 안정적이지 않은 것으로 결정하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 다음 비교를 수행하도록 구성될 수 있다:
|Rp2 - Rp1|> ΔRpmin이면 히터의 온도가 안정적이지 않다 (6)
Rp2와 Rp1은 둘 모두 측정 값이며, ΔRpmin는 메모리 내에 저장된다.
일부 구현예에서, 전기 회로는 차이의 크기 |ΔRp|를 최소 임계 값 ΔRpmin과 비교하도록 구성될 수 있음을 이해할 것이다. 전기 회로는 차이 |ΔRp|의 크기가 최소 임계 값 ΔRpmin보다 큰 경우 히터 필라멘트의 온도가 안정적이지 않은 것으로 결정하도록 구성될 수 있다.
전기 회로가 히터 필라멘트의 온도가 안정적이지 않다고 판단하면, 전기 회로는 전력이 히터 필라멘트에 공급되는 것을 막을 수 있으며 초기 저항 R1ref을 측정하고 저장할 수 없다. 전기 회로는 주기적으로 또는 연속적으로 후속 예비 저항 Rp2를 측정하고, 초기 예비 저항 Rp1에 대한 차이 ΔRp를 결정하고 안정한 온도에서 히터 필라멘트에 대한 예상 수준 내의 차이가 있을 때까지 차이 ΔRp를 가능한 한 제로에 가까운 최소 임계 값 ΔRpmin과 비교하도록 구성될 수 있다.
전기 회로가 히터 필라멘트의 온도가 안정하다고 결정하면, 전기 회로는 초기 기준 저항 R1ref을 결정하고 전술한 통상적인 프로세스를 수행하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 전기 회로는 새로운 카트리지의 삽입 후에 단일 예비 저항 Rp1을 주기적으로 측정하고, 이전 카트리지가 제거되기 전에 측정되고 저장된 이전 저항 R1ref과 예비 저항 Rp1 사이의 차 ΔRp를 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명이 메쉬 히터를 갖는 카트리지 기반 시스템을 참조하여 설명되었지만, 동일한 부정적인 조건 검출 방법이 다른 에어로졸 발생 시스템에 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 액체 기재 및 모세관 재료를 또한 사용하는 대안 시스템을 도시한다. 도 7의 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템(100)은 마우스피스 단부(103)와 본체 단부(105)를 갖는 하우징(101)을 포함한다. 본체 단부에서, 배터리(107) 및 전기 회로(109)의 형태로 된 전원이 제공된다. 퍼핑 검출 시스템(111) 또한 전기 회로(109)와 협력하여 제공된다. 마우스피스 단부에는, 액체(115) 함유 카트리지(113), 모세관 심지(117)와 히터(119)의 형태로 된 액체 저장부가 제공된다. 히터는 단지 도 7에서만 개략적으로 보여지고 있음을 유의한다. 모세관 심지(117)의 일 단부는 카트리지(113) 내로 연장되며 모세관 심지(117)의 다른 단부는 히터(119)에 의해 둘러싸여 있다. 히터는 연결부(121)를 경유하여 전기 회로에 연결되어 있으며, 이는 카트리지(113)의 외측을 따라 통과할 수 있다(도 7에 도시되지 않음). 하우징(101)은 공기 유입구(123), 마우스피스 단부에 있는 공기 유출구(125)와, 에어로졸 챔버(127)를 포함한다.
사용 시, 작동은 다음과 같다. 액체(115)는 모세관 작용에 의해 카트리지(113)로부터, 카트리지 내로 연장되는 심지(117)의 단부로부터 히터(119)에 의해 둘러싸인 심지의 다른 단부까지 운반된다. 사용자가 공기 유출구(125)에서 에어로졸 발생 시스템을 흡인할 때, 주위 공기는 공기 유입구(123)를 통해 흡인된다. 도 7에 도시된 배열에서, 퍼핑 검출 시스템(111)은 퍼핑을 감지하고 히터(119)를 활성화시킨다. 배터리(107)는 전기 에너지를 히터(119)에 공급해서 상기 히터에 의해 둘러싸인 심지(117)의 단부를 가열한다. 심지(117)의 단부 내 액체는 히터(119)에 의해 기화되어서 과포화 증기를 생성하게 된다. 동시에, 기화되는 액체는, 모세관 작용에 의해 심지(117)를 따라 움직이는 추가 액체에 의해 교체된다. 생성되는 과포화 증기는 기류와 혼합되어 공기 유입구(123)로부터 기류로 운반된다. 에어로졸 챔버(127)에서, 증기가 응축되어 흡인 가능 에어로졸을 형성하며, 에어로졸은 유출구(125)를 향해 사용자의 입 안으로 운반된다.
도 7에 도시된 구현예에서, 전기 회로(109) 및 퍼핑 검출 시스템(111)은 도 1a 내지 도 1d의 구현예와 같이 프로그램 가능하다.
모세관 심지는 다양한 다공성 또는 모세관 재료로 제조될 수 있고, 바람직하게는 공지된, 기정 모세관 현상을 가진다. 예는 섬유 또는 소성 분말 형태의 세라믹계 또는 흑연계 재료를 포함한다. 상이한 다공성의 심지를 사용해서 밀도, 점도, 표면 장력 및 증기압과 같은 상이한 액체 물성을 수용할 수 있다. 액체 저장부가 충분한 액체를 가질 경우 심지는 필요한 양의 액체가 히터로 전달될 수 있기에 적합해야 한다.
히터는 모세관 심지 둘레로 연장되는 적어도 하나의 가열 와이어 또는 필라멘트를 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 시스템에서와 같이, 카트리지 내의 액체가 다 소모되거나 사용자가 매우 길고 깊은 퍼핑을 취하는 경우에, 심지를 형성하는 모세관 재료는 히터 와이어 부근에서 건조될 수 있다. 도 1 내지 도 3의 시스템을 참조하여 설명된 것과 동일한 방식으로, 각각의 퍼핑의 제1 부분 동안의 히터 와이어의 저항 변화는 건조한 심지와 같은 부정적인 조건이 존재하는지를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 유형의 시스템은 심지 주위를 래핑하는 히터 와이어 길이의 편차 때문에, 심지어 동일한 유형의 카트리지 사이에서도 히터 저항에 상당한 편차를 가질 수 있다. 본 발명은 전기 회로가 임계 값으로서 최대 히터 저항 값을 저장할 것을 요구하지 않기 때문에 특히 유리하며; 대신에 이것은 사용된 초기 측정 저항에 대한 저항 증가이다.
도 8은 본 발명을 구현할 수 있는 또 다른 에어로졸 발생 시스템을 도시한다. 도 8의 구현예는 흡입을 위한 에어로졸을 생성하기 위해서 담배 기반의 고체 기재가 가열되지만 연소되지 않는 전기 가열식 담배 장치이다. 도 8에서, 에어로졸 발생 장치(700)의 구성 요소는 단순화된 방식으로 도시되고 실제 축척으로 도시되지 않는다. 이와 같은 구현예의 이해와 관련 없는 요소는 도 8을 단순화하기 위해서 생략되어 있다.
전기 가열식 에어로졸 발생 장치(200)는 하우징(203) 및 에어로졸 형성 기재(210), 예를 들어 궐련을 포함한다. 에어로졸 형성 기재(210)는 하우징(203)에 의해 형성되는 캐비티(205) 내측으로 밀려 히터(201)와 열적으로 근접하게 된다. 에어로졸 형성 기재(210)는 상이한 온도에서 광범위한 휘발성 화합물을 방출한다. 전기 가열식 에어로졸 발생 장치(200)의 작동 온도를 일부 휘발성 화합물의 방출 온도 아래가 되도록 제어함으로써, 연기 성분의 방출 또는 형성이 회피될 수 있다.
하우징(203) 내에는 전기 전원(207), 예를 들어 재충진식 리튬 이온 배터리가 있다. 전기 회로(209)는 히터(201) 및 전기 전원(207)에 연결된다. 전기 회로(209)는 히터의 온도를 제어하기 위해서 히터(201)로 공급되는 전력을 제어한다. 에어로졸 형성 기재 검출기(213)는 히터(201)와 열적으로 근접한 에어로졸 형성 기재(210)의 존재 및 동일성을 검출하고 에어로졸 형성 기재(210)의 존재를 전기 회로(209)에 신호 전달할 수 있다. 기재 검출기의 제공은 선택적이다. 기류 센서(211)는 하우징 내에 제공되고 전기 회로(209)에 연결되어 장치를 통과하는 기류 속도를 검출하게 된다.
설명된 구현예에서, 히터(201)는 세라믹 기재 상에 증착되는 전기 저항 트랙 또는 트랙들이다. 세라믹 기재는 블레이드의 형태이며 사용 시에 에어로졸 형성 기재(210) 내로 삽입된다. 히터는 장치의 일부분을 형성하며 많은 상이한 기재를 가열하는 데 사용될 수 있다. 하지만, 히터는 교체식 구성 요소일 수 있으며, 교체 히터는 상이한 전기 저항을 가질 수 있다.
도 8에서 설명된 유형의 시스템은 시스템이 켜져 있는 동안 히터의 온도가 목표 온도로 유지되는 연속 가열 시스템 일 수 있거나, 히터의 온도가, 퍼핑이 검출되는 기간 동안 더 많은 전력을 공급함으로써 상승되는 퍼핑 작동 시스템 일 수 있다.
퍼핑 작동 시스템의 경우에, 작동은 이전 구현예를 참조하여 설명된 것과 매우 유사하다. 기재가 히터 부근에서 건조되는 경우에, 히터 저항은 기재가 비교적 저온에서 기화될 수 있는 에어로졸 형성제를 여전히 함유하는 경우보다 주어진 인가 전력에 대해 더 빠르게 상승할 것이다.
연속 가열 시스템의 경우에, 히터를 지나간 기류의 냉각 효과로 인해 시스템에 대한 퍼핑의 사용 시 초기에 히터의 온도 강하가 존재할 것이다. 히터 저항은 퍼핑이 처음 검출될 때 측정되어 R1으로서 기록될 수 있으며, 시스템이 목표 온도까지 히터를 되돌릴 때의 후속 저항 R2은 전술한 것과 유사한 방식으로 퍼핑 검출 이후의 기간 Δt1에서 측정될 수 있다. ΔR은 전술한 바와 같이 계산될 수 있고, 기재가 히터 부근에서 건조 여부를 결정하기 위해서 전술한 바와 같이 저장된 임계 값과 비교될 수 있다. 기재는 사용을 통해 고갈되었거나 오래되었거나 부적절하게 보관되었거나, 또는 위조품이고 진품 에어로졸 형성 기재와 상이한 수분 함량을 가지고 있기 때문에 건조할 수 있다.
도 8의 시스템은 부정적인 조건이 검출될 때 조명되는 전기 회로(209) 내에 경고 LED(215)를 포함한다.
도 9는 허가되지 않거나, 손상 또는 비호환 히터를 검출하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 제1 단계(300)에서, 히터를 포함한 카트리지의 장치 내부로의 삽입이 검출된다. 그 후 히터의 전기 저항 R1ref이 단계(300)에서 측정된다. 이는 전력이 히터로 공급된 이후에 소정의 기간, 예컨대 100 ms 동안 발생한다. 단계(320)에서, 측정된 저항 R1은 예상 또는 허용 가능한 저항들의 범위와 비교된다. 허용 가능한 저항의 범위는 제조 공차 및 진품 히터와 기재 간의 편차를 고려한다. R1이 예상 범위 밖에 있는 경우에, 공정은 단계(330)로 진행하며, 그 단계에서 가청 경보와 같은 표시가 제공되고, 장치와 호환되지 않는 것으로 간주되기 때문에 전력이 히터로 공급되는 것이 차단된다. 그 후, 공정은 단계(300)로 복귀하여 새로운 카트리지의 삽입 검출을 위해 대기한다.
단계(300)에서 초기 저항 R1ref의 측정에 대한 대안으로서 또는 추가로서, 초기 저항 변화율은 전력이 히터로 공급된 후에 소정의 시간, 예컨대 100 ms 내에 측정될 수 있다. 이는 소정의 기간 동안 상이한 시간에서 복수의 저항 측정치를 취한 다음, 복수의 저항 측정치 및 이들 측정치가 취해진 시간으로부터 초기 저항 변화율을 계산함으로써 수행될 수 있다. 히터의 특정 설계가 허용 가능한 값의 범위 내에서 초기 저항을 가질 것으로 예상되는 것과 동일한 방식으로, 히터의 특정 설계는 저항 값의 허용 가능한 변화율 범위 내에서 주어진 인가 전력에 대한 초기 저항 변화율을 가질 것으로 예상될 수 있다. 계산된 초기 저항 변화율은 저항 값의 변화율의 허용 가능한 범위와 비교될 수 있으며, 계산된 저항 변화율이 허용 가능한 범위 밖에 있는 경우에, 공정은 단계(330)로 진행한다.
단계(320)에서 R1ref 이 예상 저항의 범위 내에 있다고 결정되면, 공정은 단계(340)로 진행한다. 단계(340)에서, 전력이 기간 Δt1 동안 히터에 인가되며, 그 후에 차이 ΔR가 계산된다. 유리하게는, Δt1은 에어로졸이 상당히 발생하기 전의, 짧은 기간이 되도록 선택된다. 단계(350)에서, ΔR의 값은 예상 또는 허용 가능한 값의 범위와 비교된다. 예상 값의 범위는 히터 및 기재 조립체의 제조 시 편차를 다시 고려한다. ΔR의 값이 예상 범위 밖에 있는 경우에, 히터는 호환되지 않는 것으로 간주되며, 공정은 전술한 바와 같이 단계(330)로 진행한 후에 단계(300)로 복귀한다. ΔR의 값이 예상 범위 내에 있는 경우에, 공정은 단계(360)로 진행하며, 그 단계에서 사용자에 의해 요구 시 에어로졸의 발생을 허용하도록 히터로 전력이 공급된다.
본 발명이 3가지 상이한 유형의 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템을 참조하여 설명되었지만, 다른 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템에 적용 가능하다는 것이 명백해야 한다.
또한, 본 발명은 기존 에어로졸 발생 시스템 내의 프로그램 가능한 제어기에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서 실시될 수 있다는 것이 명백해야 한다. 컴퓨터 프로그램 제품은 다운로드 가능한 소프트웨어로서 또는 컴팩트 디스크와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 제공될 수 있다.
전술한 예시적인 구현예는 예시적이지만 제한적인 것은 아니다. 위에서 논의된 예시적인 구현예를 고려하면, 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예는 이제 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (15)

  1. 전동식 에어로졸 발생 시스템으로서,
    에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터;
    전원; 및
    상기 전기 히터 및 상기 전원에 연결되고, 메모리를 포함하는 전기 회로를 포함하되, 상기 전기 회로는:
    상기 전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하고;
    상기 초기 전기 저항을 측정한 후에 상기 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하고;
    상기 초기 전기 저항과 상기 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하고;
    상기 후속 전기 저항과 상기 초기 전기 저항 간의 상기 결정된 차이가 최대 임계 값을 초과하거나 상기 메모리 내에 저장된 최소 임계 값 미만인 경우를 부정적인 조건으로 결정하고;
    부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 상기 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하도록 구성되는, 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 장치 및 착탈식 카트리지를 포함하되, 상기 전원 및 상기 전기 회로는 상기 장치 내에 있고, 상기 전기 히터는 상기 착탈식 카트리지 내에 있으며, 상기 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하는, 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사용자가 상기 시스템 상에서 퍼핑하는 때를 검출하기 위한 퍼핑 검출기를 더 포함하되, 상기 퍼핑 검출기는 상기 전기 회로에 연결되고, 상기 전기 회로는 상기 퍼핑 검출기에 의해 퍼핑이 검출될 때 상기 전원으로부터 상기 가열체까지 전력을 공급하도록 구성되고, 상기 전기 회로는 각각의 퍼핑 동안 부정적인 조건의 존재 여부를 결정하도록 구성되는, 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시스템은:
    착탈식 카트리지 및 상기 착탈식 카트리지를 착탈식으로 수용하도록 구성된 장치를 포함하되, 상기 카트리지는:
    액체 에어로졸 형성 기재; 및
    상기 전기 히터를 포함하고,
    상기 장치는:
    사용자가 상기 시스템 상에서 퍼핑하는 때를 검출하는 퍼핑 검출기;
    상기 전원; 및
    상기 퍼핑 검출기 및 상기 전원에 연결되고, 사용 시에는 상기 전기 히터에 연결되고, 메모리를 포함하는 상기 전기 회로를 포함하되, 상기 전기 회로는:
    상기 퍼핑 검출기에 의해 퍼핑이 검출되기 전에 상기 전기 히터의 상기 초기 전기 저항을 측정하고;
    상기 퍼핑 검출기에 의해 퍼핑이 검출되면 상기 전원으로부터 상기 가열체까지 전력을 공급하고;
    상기 전원으로부터 상기 전기 히터까지 상기 전력 공급이 개시된 후 소정 기간 내에 상기 전기 히터의 후속 저항을 측정하고;
    상기 후속 저항과 상기 초기 저항 간의 차이를 결정하고;
    상기 후속 저항과 상기 초기 저항 간의 상기 차이를 상기 메모리 내에 저장된 최대 임계 값 및 최소 임계 값 중 적어도 하나와 비교하고;
    상기 차이가 상기 최대 임계 값을 초과하거나 상기 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건이 존재하는 것으로 결정하고;
    부정적인 조건으로 결정되는 경우, 상기 퍼핑 동안 상기 전기 히터에 공급되는 전력을 제한하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 잔여 퍼핑 동안 상기 전기 히터에 전력이 공급되는 것을 차단하도록 구성되는, 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 전기 회로는:
    상기 전기 회로가 상기 전기 히터에 연결되는 때를 결정하고;
    상기 전기 히터가 상기 전기 회로에 연결된 후 소정 기간 내에 상기 전기 히터의 상기 초기 저항을 측정하도록 더 구성되는, 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 회로는:
    상기 메모리 내에 부정적인 조건의 결정치를 저장하고;
    상기 저장된 부정적인 조건의 결정치에 기초하여 부정적인 조건이 연속적으로 결정된 회수를 결정하고;
    상기 부정적인 조건이 연속적으로 결정된 회수가 최대 임계 값을 초과하는 경우 상기 카트리지를 사용할 수 없게 하도록 더 구성되는, 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  7. 히터 조립체로서:
    적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터; 및
    상기 전기 히터에 연결되고 메모리를 포함하는 전기 회로를 포함하되, 상기 전기 회로는:
    전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하고;
    상기 초기 전기 저항의 측정 후에 상기 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하고;
    상기 초기 전기 저항과 상기 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하고;
    상기 전기 히터의 상기 후속 전기 저항과 상기 초기 전기 저항 간의 상기 결정된 차이가 상기 메모리 내에 저장된 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 때를 결정하고;
    부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 상기 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하도록 구성되는, 히터 조립체.
  8. 제4항 또는 제5항에 따른 전동식 에어로졸 발생 시스템용 전동식 에어로졸 발생 장치로서,
    전원; 및
    상기 전원에 연결되고 메모리를 포함하는 전기 회로를 포함하되, 상기 전기 회로는:
    사용 시, 상기 전동식 에어로졸 발생 시스템의 전기 히터에 연결되고;
    전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하고;
    초기 전기 저항의 측정 후에 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하고;
    초기 전기 저항과 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하고;
    상기 후속 전기 저항과 상기 초기 전기 저항 간의 상기 결정된 차이가 상기 메모리 내에 저장된 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건이 존재하는 것으로 결정하고;
    부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 상기 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하도록 구성되는, 전동식 에어로졸 발생 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전동식 에어로졸 발생 시스템용 전기 회로로서, 상기 전기 회로는, 사용 시, 전기 히터 및 상기 전동식 에어로졸 발생 시스템의 전원에 연결되고, 메모리를 포함하며, 상기 전기 회로는:
    전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하고;
    상기 초기 전기 저항의 측정 후에 상기 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하고;
    초기 전기 저항과 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하고;
    상기 후속 전기 저항과 상기 초기 전기 저항 간의 상기 결정된 차이가 상기 메모리 내에 저장된 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건으로 결정하고;
    부정적인 조건으로 결정된 여부에 기초하여 상기 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나 부정적인 조건으로 결정되면 표시를 제공하도록 구성되는, 제어 회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전기 회로는 사용자가 상기 시스템 상에서 퍼핑하는 때를 검출하기 위한 퍼핑 검출기에 더 연결되고, 상기 전기 회로는:
    상기 전기 회로가 상기 전기 히터에 연결되는 때를 결정하고;
    상기 전기 히터가 상기 전기 회로에 연결된 후 소정 기간 내에 상기 전기 히터의 상기 초기 저항을 측정하고;
    상기 퍼핑 검출기에 의해 퍼핑이 검출되는 경우 상기 전원으로부터 상기 가열체까지 전력을 공급하고;
    상기 전원으로부터 상기 전기 히터까지 전력 공급이 개시된 후 소정 기간 내에 상기 전기 히터의 후속 저항을 측정하고;
    후속 저항과 초기 저항 간의 차이를 결정하고;
    상기 후속 저항과 상기 초기 저항 간의 상기 차이를 최대 임계 값 및 최소 임계 값 중 적어도 하나와 비교하고;
    차이가 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건이 존재하는 것으로 결정하며;
    부정적인 조건으로 결정되는 경우, 상기 퍼핑 동안 상기 전기 히터에 공급되는 전력을 제한하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 잔여 퍼핑 동안 상기 전기 히터에 전력이 공급되는 것을 차단하도록 더 구성되는, 전기 회로.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 전기 회로는:
    상기 메모리 내에 부정적인 조건의 결정치를 저장하고;
    상기 저장된 부정적인 조건의 결정치에 기초하여 부정적인 조건이 연속적으로 결정된 회수를 결정하고;
    상기 부정적인 조건으로 결정된 회수가 최대 임계 값을 초과하는 경우 상기 카트리지를 사용할 수 없게 하도록 더 구성되는, 전기 회로.
  12. 전동식 에어로졸 발생 시스템(에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터 및 상기 전기 히터에 전력을 공급하기 위한 전원을 포함함) 내의 전기 히터에 대한 전력의 공급을 제어하는 방법으로서:
    상기 히터에 전력을 공급하는 단계;
    상기 전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하는 단계;
    상기 초기 전기 저항의 측정 후에 상기 전기 히터의 후속 전기 저항을 측정하는 단계;
    상기 초기 전기 저항과 상기 후속 전기 저항 간의 차이를 결정하는 단계;
    상기 후속 전기 저항과 상기 초기 전기 저항 간의 상기 결정된 차이가 최대 임계 값을 초과하거나 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건으로 결정하는 단계;
    부정적인 조건으로 결정되는지 여부에 기초하여 상기 전기 히터에 공급되는 전력을 제어하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 표시를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전동식 에어로졸 발생 시스템은 착탈식 카트리지 및 상기 착탈식 카트리지를 수용하도록 구성된 장치를 더 포함하되, 상기 착탈식 카트리지는 상기 전기 히터 및 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하고, 상기 장치는 상기 전원, 상기 전기 회로 및 사용자가 상기 시스템 상에서 퍼핑하는 때를 검출하기 위한 퍼핑 검출기를 더 포함하며, 상기 방법은:
    상기 퍼핑 검출기에 의해 퍼핑이 검출되기 전에 상기 전기 히터의 초기 전기 저항을 측정하는 단계;
    상기 퍼핑 검출기에 의해 퍼핑이 검출되는 경우 상기 전원으로부터 상기 가열체까지 전력을 공급하는 단계;
    상기 전원으로부터 상기 전기 히터까지 전력 공급이 개시된 후 소정 기간 내에 상기 전기 히터의 후속 저항을 측정하는 단계;
    상기 후속 저항과 상기 초기 저항 간의 차이를 결정하는 단계;
    상기 후속 저항과 상기 초기 저항 간의 상기 차이를 최대 임계 값과 비교하거나 최소 임계 값과 비교하는 단계;
    상기 차이가 상기 최대 임계 값을 초과하거나 상기 최소 임계 값 미만인 경우에 부정적인 조건이 존재한다고 결정하는 단계;
    부정적인 조건으로 결정되는 경우, 상기 퍼핑 동안 상기 전기 히터에 공급되는 전력을 제한하거나, 부정적인 조건으로 결정되는 경우, 상기 잔여 퍼핑 동안 상기 전기 히터에 전력이 공급되는 것을 차단하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전기 회로가 상기 전기 히터에 연결되는 때를 결정하는 단계;
    상기 전기 히터가 상기 전기 회로에 연결된 후 소정 기간 내에 상기 전기 히터의 상기 초기 저항을 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 마이크로프로세서의 내부 메모리에 직접 로딩 가능한 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 제품이 전동식 에어로졸 발생 시스템의 마이크로프로세서에서 실행될 때 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항의 단계를 수행하기 위한 소프트웨어 코드부를 포함하되, 상기 시스템은 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열체를 포함하는 전기 히터 및 상기 전기 히터까지 전력을 공급하기 위한 전원을 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 전기 히터 및 상기 전원에 연결되는, 컴퓨터 프로그램 제품.
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