KR102036587B1 - 액체 기질의 소비를 처리하기 위한 수단을 갖춘 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

액체 기질의 소비를 처리하기 위한 수단을 갖춘 에어로졸 발생 시스템 Download PDF

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Abstract

에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템이 제공된다. 시스템은 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와, 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터, 및 전기 히터의 활성화를 모니터하고 모니터된 활성화를 기초로 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하도록 구성된 전기 회로를 구비하여 구성된다. 또한, 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터를 구비하여 구성되는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템에서의 방법을 제공하고, 방법이: 전기 히터의 활성화를 모니터하고 모니터된 활성화를 기초로 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하는 단계를 갖추어 이루어진다.

Description

액체 기질의 소비를 처리하기 위한 수단을 갖춘 에어로졸 발생 시스템{AN AEROSOL GENERATING SYSTEM HAVING MEANS FOR HANDLING CONSUMPTION OF A LIQUID SUBSTRATE}
본 발명은 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 에어로졸-형성 기질(aerosol-forming substrate)이 액체이고 액체 저장부에 포함되는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
WO 2007/078273는 전기 흡연 기구(electric smoking utensil)를 개시한다. 액체가, 일련의 작은 개구(small apertures)를 매개로, 배터리에 의해 전력이 공급되는, 히터 기화기(heater vaporiser)와 연통하는 콘테이너에 저장된다. 히터는 전기적으로 절연 지지체 상에 탑재된 나선형으로 감겨진 전기 히터의 형태이다. 사용에 있어서, 히터는 배터리 전원 공급기를 스위치 온(switch on)하는 사용자의 입에 의해 활성화된다. 사용자에 의한 마우스피스(mouthpiece)에 대한 빨아들임(suction)은, 공기가, 마우스피스 그리고 계속해서 사용자의 입으로, 히터 기화기를 거쳐, 콘테이너의 홀을 통해 끌어당겨지도록 한다.
위에서 언급된 흡연 시스템을 포함하는, 종래 기술의 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 많은 이점을 갖을 수 있지만, 특히 콘테이너에 저장된 액체 에어로졸-형성 기질의 처리와 관련하여, 여전히 디자인에서 개선을 위한 기회가 있다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 액체 기질의 소비를 처리하기 위한 수단을 갖춘 에어로졸 발생 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템이 제공되고, 시스템이: 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와; 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터; 및 전기 히터의 활성화를 모니터하고 모니터된 활성화를 기초로 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하도록 구성된 전기 회로;를 구비하여 구성된다.
에어로졸 발생 시스템은, 에어로졸을 형성하기 위해 에어로졸-형성 기질을 기화시키도록 배열된다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 에어로졸은 고체 입자(solid particles)의 현탁액(suspension) 또는 공기와 같은, 가스에서의 액체 방울(liquid droplets)이다.
전기 히터의 활성화는 여러 가지 방식, 예컨대 시간 경과에 따른 가열 엘리먼트의 온도, 시간 경과에 따른 가열 엘리먼트의 저항, 또는 시간 경과에 따른 히터에 인가되는 전력, 또는 2 이상의 이들 파라미터의 조합을 모니터하는 것에 의해 모니터될 수 있다.
바람직하기는, 전기 회로는 액체 에어로졸-형성 기질의 소비된 양을 추정하고, 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸-형성 기질의 추정을 제공하기 위해 소비된 양을 알려진 초기 양으로부터 빼도록 구성된다.
바람직하기는, 전기 회로는 에어로졸-형성 기질의 소비된 양을 추정하기 위해 시간 경과에 따른 가열 엘리먼트의 온도 또는 저항을 모니터링하는 것에 의해 전기 히터의 활성화를 모니터하도록 구성된다. 바람직하기는, 전기 회로는 온도 또는 저항의 제1 임계까지 에어로졸-형성 기질 소비에 대한 가열 엘리먼트 온도 또는 저항에 관한 제1 방정식을 기초로, 그리고 온도 또는 저항의 제1 임계 이상의 에어로졸-형성 기질 소비에 대한 가열 엘리먼트 온도 또는 저항에 관한 제2 방정식을 기초로 에어로졸의 소비된 양을 추정하도록 구성된다.
바람직하기는, 제2 방정식은 선형 방정식(linear equation)이다. 바람직하기는, 제2 방정식은 가열 엘리먼트에 인가된 전력에 의존한다(dependent). 바람직하기는, 제2 방정식은 에어로졸 형성 기질과 에어로졸 형성 기질을 유지하는 소정의 엘리먼트를 통한 열 확산(thermal diffusion)을 설명한다.
바람직하기는, 제1 방정식은 비-선형 방정식(non-linear equation)이다. 바람직하기는, 제1 방정식은 가열 엘리먼트에 인가된 전력과는 관계없다(indenpendent). 바람직하기는, 제1 방정식은 액체 에어로졸-형성 기질의 기화의 엔탈피(enthalpy)를 설명한다.
제1 임계의 값은 액체 에어로졸 형성 기질의 화합물(composition)에 의존한다. 바람직하기는, 제1 임계는 액체 에어로졸-형성 기질의 비등점(boiling point)이고, 더욱 바람직하기는 대기압(atmospheric pressure)에서의 액체 에어로졸-형성 기질의 비등점이다.
제1 방정식과 제2 방정식은 또한 액체 에어로졸-형성 기질의 화합물뿐만 아니라, 치수 및 재료 특성과 같은, 시스템의 특정 특성 및 히터에 인가된 전력에 의존한다. 따라서, 바람직하기는 제1 및 제2 방정식은 경험적으로(empirically) 추출되어 전기 회로에 저장된다. 다수의 다른 방정식이 액체 에어로졸-형성 기질의 다른 화합물과 함께 이용되고 다른 전력 레벨에서 이용되기 위해 전기 회로에 저장될 수 있다.
물론, 온도 또는 저항과 기질 소비 간의 관계를 모델링하기 위한 2개의 방정식에 대한 대안으로서, 기질 소비를 위해 경험적으로 추출된 데이터와의 상관에 의해 추출된, 단일의 더욱 복잡한 방정식이 이용될 수 있다. 대안적으로, 3 이상의 방정식이 적절하다면 이용될 수 있다. 그러나, 발명자들은 액체 기질의 정확한 계산을 위해 가열 엘리먼트의 온도 전개(temperature evolution)뿐만 아니라 액체 기질의 비등점(boiling point) 이상 및 이하에서 다른 증발 행위(evaporation behaviour)가 고려되어야 함을 이해한다. 이는 또한 히터에 인가된 다른 전력 레벨을 위한 다른 모델을 제공하는 것이 바람직하다.
액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 결정하기 위한 전기 회로를 제공하는 것은 다수의 이유에 대해 유리하다. 예컨대, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워질 때, 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 전기 히터에 공급될 수 있다. 이는 생성된 에어로졸이 원하는 특성, 예컨대 에어로졸 입자 크기를 갖지 않음을 의미한다. 이는 사용자에 대해 열악한 경험을 초래하게 할 수 있다. 부가하여, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워질 때를 결정할 수 있으면, 이는 사용자에게 알리는 것이 가능할 수 있다. 이때, 사용자는 액체 저장부를 교체하거나 보충하도록 준비할 수 있다.
액체 에어로졸-형성 기질에 대해, 소정의 물리적 특성, 예컨대 기질의 증기압(vapour pressure) 또는 점도(viscosity)가 에어로졸 발생 시스템에서 이용하기 위한 적절한 방식으로 선택된다. 바람직하기는, 액체는 가열에 따라 액체로부터 방출되는 휘발성 담배 풍미제 화합물(volatile tobacco flavour compounds)을 포함하는 담배-함유 재료(tobacco-containing material)를 구비하여 구성된다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 액체는 비-담배 재료(non-tobacco material)를 구비하여 구성될 수 있다. 액체는 물, 에탄올, 또는 다른 솔벤트, 식물 추출물, 니코틴 용액, 및 자연 또는 인공 풍미제를 포함할 수 있다. 바람직하기는, 액체는 에어로졸 형성기(aerosol former)를 더 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 에어로졸 형성기의 예는 글리세린(glycerine) 및 프로필렌 글리콜(propylene glycol)이다.
액체 저장부를 제공하는 이점은 액체 저장부의 액체가 주변 공기로부터 보호된다는 것이다. 몇몇 실시예에 있어서, 주변 빛이 또한 액체 저장부로 들어갈 수 없어 액체의 저하(degradation)의 위험성이 회피된다. 더욱이, 높은 수준의 위생 상태가 유지될 수 있다. 액체 저장부가 보충가능하지 않고 액체 저장부의 액체가 다 사용되거나 소정의 임계까지 감소되면, 액체 저장부는 사용자에 의해 교체되어져야 한다. 이러한 교체 동안, 액체와 함께 사용자의 오염이 방지되어져야만 한다. 대안적으로, 액체 저장부는 보충가능(refillable)할 수 있다. 해당 경우에 있어서, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정의 임계로 감소될 때, 액체 저장부가 보충될 수 있다. 바람직하기는, 액체 저장부는 미리 결정된 수의 퍼프(puffs) 또는 가열 사이클(heating cycles)에 대해 액체를 유지하도록 배열된다.
전기 히터는 단일 가열 엘리먼트을 구비하여 구성될 수 있다. 대안적으로, 전기 히터는 하나 이상의 가열 엘리먼트, 예컨대 2개, 또는 3개, 또는 4개, 또는 5개, 또는 6개, 또는 더 많은 가열 엘리먼트를 구비하여 구성될 수 있다. 가열 엘리먼트 또는 가열 엘리먼트들은 가장 효과적으로 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위해 적절하게 배열될 수 있다.
적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 바람직하기는 전기적으로 저항성 재료를 구비하여 구성된다. 적절한 전기적으로 저항성 재료는, 이에 한정되는 것은 아니지만: 도우프된 세라믹과 같은 반도체, (예컨대, 몰리브덴 디실리사이드와 같은) 전기적으로 "도전성" 세라믹, 카본, 흑연, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 재료 및 금속성 재료로 이루어진 복합 재료를 포함한다. 이러한 복합 재료는 도우프된 또는 비도우프된 세라믹을 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 도우프된 세라믹의 예는 도우프된 실리콘 카바이드(doped silicon carbides)를 포함한다. 적절한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 및 백금족(platinum group)으로부터의 금속을 포함한다. 적절한 금속 합금의 예는 스테인레스 스틸, 콘스탄탄(Constantan), 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-티타늄-지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간- 및 철-함유 합금과, 니켈, 철, 코발트, 스테인레스 스틸, Timetal®, 철-알루미늄 기반 합금 및 철-망간-알루미늄 기반 합금을 기반으로 하는 초-합금(super-alloys)을 포함한다. Timetal®은 Titanium Metals Corporation의 등록 상표이다. 복합 재료(composite materials)에 있어서, 전기적으로 저항성 재료는, 요구된 외부 물리화학적 특성 및 에너지 전달의 동역학에 따라, 선택적으로 절연 재료(insulating material)에 매립되고, 절연 재료로 캡슐화 또는 코딩될 수 있으며, 또는 그 반대로 될 수 있다. 가열 엘리먼트는 불활성 재료(inert material)의 2개의 층 사이에서 절연된 금속 에칭된 호일(metallic etched foil)을 구비하여 구성될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 불활성 재료는, 전체-폴리이미드 또는 운모 호일(all-polyimide or mica foil)인, Kapton®을 구비하여 구성될 수 있다. Kapton®은 E.I. du Pont de Nemours and Company의 등록 상표이다.
적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 소정의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 가열 블레이드(heating blade)의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 여러 전기-도전성 부분을 갖춘 기판 또는 케이싱, 또는 전기적으로 저항성 금속 튜브의 형태를 취할 수 있다. 액체 저장부는 일회용 가열 엘리먼트를 통합할 수 있다. 대안적으로, 액체 에어로졸-형성 기질을 통해 뻗어가는 하나 이상의 가열 바늘(needles) 또는 막대(rods)가 또한 적절할 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 재료의 플렉시블 시트(flexible sheet)를 구비하여 구성될 수 있다. 다른 대안은 가열 와이어(heating wire) 또는 필라멘트(filament), 예컨대 Ni-Cr(Nickel-Chromium), 백금, 텅스텐 또는 합급 와이어(alloy wire), 또는 가열 플레이트(heating plate)를 포함한다. 선택적으로, 가열 엘리먼트는 단단한 캐리어 재료(rigid carrier material) 내 또는 위에 쌓일 수 있다.
적어도 하나의 전기 가열 엘리먼트는 열을 흡수 및 저장하고 이어서 에어로졸-형성 기질을 가열하도록 시간 경과에 따라 열을 방출할 수 있는 재료를 구비하여 구성되는 히트 싱크(heat sink), 또는 열 저장소(heat reservoir)를 구비하여 구성될 수 있다. 히트 싱크는, 적절한 금속 또는 세라믹 재료와 같은, 소정의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 바람직하기는, 재료는 높은 열 용량(high heat capacity)(현열 저장 재료(sensible heat storage material))을 갖는 재료이거나, 또는 고온 상변화(high temperature phase change)와 같은, 가역 프로세스(reversible process)를 매개로 열을 흡수하고 이어서 방출할 수 있는 재료이다. 적절한 현열 저장 재료는 실리카 겔, 알루미나, 탄소, 유리 매트, 유리 섬유, 미네랄, 알루미늄과 은 또는 납과 같은 금속 또는 합금, 및 종이와 같은 셀룰로오스 재료를 포함할 수 있다. 가역 상 변화를 매개로 열을 방출하는 다른 적절한 재료는 파라핀, 나트륨 아세테이트, 나프탈렌, 왁스, 폴리에틸렌 옥사이드, 금속, 금속 염, 공융 염(eutectic salts) 또는 합금의 혼합물을 포함한다.
히트 싱크 또는 열 저장소가 배열될 수 있어, 액체 에어로졸-형성 기질과 직접적으로 접촉하고 저장된 열을 직접적으로 기질로 전달할 수 있다. 대안적으로, 히트 싱크 또는 열 저장소에 저장된 열은, 금속 튜브(metallic tube)와 같은, 열 전도체에 의해 에어로졸-형성 기질로 전달될 수 있다.
적어도 하나의 가열 엘리먼트는 전도(conduction)에 의해 에어로졸-형성 기질을 가열할 수 있다. 가열 엘리먼트는 적어도 부분적으로 기질과 접촉될 수 있다. 대안적으로, 가열 엘리먼트로부터의 열은 열 전도성 엘리먼트에 의해 기질로 전도될 수 있다.
대안적으로, 적어도 하나의 가열 엘리먼트는, 사용 동안 에어로졸 발생 시스템을 통해 끌어 당겨지는 도입되는 주변 공기로 열을 전달할 수 있고, 결국 에어로졸-형성 기질을 가열한다. 주변 공기(ambient air)는 에어로졸-형성 기질을 통해 지나가기 전에 가열될 수 있다. 대안적으로, 주변 공기는 액체 기질을 통해 먼저 끌어 당겨지고 이어 가열될 수 있다.
바람직하기는, 전기적으로 동작하는 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부로부터 전기 히터로 액체 에어로졸-형성 기질을 운반하기 위한 모세관 심지를 더 구비하여 구성된다.
바람직하기는, 모세관 심지는 액체 저장부의 액체와 접촉되도록 배열된다. 바람직하기는, 모세관 심지는 액체 저장부로 연장된다. 해당 경우에 있어서, 사용 중에, 액체는 모세관 심지의 모세관 현상에 의해 액체 저장부로부터 전기 히터로 전달된다. 1실시예에 있어서, 모세관 심지는 제1 단 및 제2 단을 갖추고, 제1 단은 그 내에서 액체와의 접촉을 위해 액체 저장부로 연장되고 전기 히터는 제2 단에서 액체를 가열하도록 배열된다. 히터가 활성화될 때, 모세관 심지의 제2 단에서의 액체는 과포화 증기(supersaturated vapour)를 형성하기 위해 히터의 적어도 하나의 가열 엘리먼트에 의해 기화된다. 과포화 증기는 기류(air flow)와 혼합되어 운반된다. 흐름 동안, 증기는 에어로졸을 형성하도록 응축되고 에어로졸이 사용자의 입을 향해 운반된다. 액체 에어로졸-형성 기질은, 액체가 모세관 현상에 의해 모세관 심지를 통해 운송되도록 하는, 점도 및 표면 장력을 포함하는, 물리적 특성을 갖는다.
모세관 심지는 섬유질(fibrous) 또는 스폰지(spongy) 구조를 갖을 수 있다. 모세관 심지는 바람직하기는 모세관 다발(bundle of capillaries)을 구비하여 구성될 수 있다. 예컨대, 모세관 심지는 다수의 섬유(fibres) 또는 실(threads) 또는 다른 미세 구멍 튜브(fine bore tubes)를 구비하여 구성될 수 있다. 섬유 또는 실은 일반적으로 에어로졸 발생 시스템의 길이 방향(longitudinal direction)으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 모세관 심지는 막대 형상(rod shape)으로 형성된 스폰지와 같은 또는 발포와 같은 재료를 구비하여 구성될 수 있다. 막대 형상은 에어로졸 발생 시스템의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 심지의 구조는, 액체가 모세관 현상에 의해 전달될 수 있는, 다수의 작은 구멍 또는 튜브를 형성한다. 모세관 심지는 소정의 적절한 재료 또는 재료들의 조합을 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 재료의 예는 모세관 재료, 예컨대 스폰지 또는 발포 재료, 섬유 또는 소결 분말 형태의 세라믹 또는 흑연 기반 재료, 발포 금속 또는 플라스틱 재료, 셀룰로스 아세테이트, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은, 예컨대 방사 또는 압출 섬유로 만들어진, 섬유 재료이다. 모세관 심지는 여러 액체 물리적 특성들과 함께 이용되어지도록 하기 위해 소정의 적절한 모세관성(capillarity) 및 다공성(porosity)을 갖을 수 있다. 액체는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 액체가 모세관 현상에 의해 모세관 장치를 통해 전달되도록 하는, 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도성, 비등점, 및 증기압을 포함하는 물리적 특성을 갖는다.
바람직하기는, 적어도 하나의 가열 엘리먼트는 가열 와이어(heating wire) 또는 필라멘트 둘러쌈(filament encircling)의 형태이고, 선택적으로 모세관 심지를 지지한다. 액체의 특성과 결합된, 심지의 모세관 특성은, 정상적인 사용 동안, 모세관이 가열 영역에서 항상 젖는 것을 보증한다. 심지가 건조해지게 되면, 과열(overheating)이 될 수 있다. 따라서, 모세관 심지를 제공하는 것은, 결국 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정 임계까지 감소될 때의 결정을 허용할 수 있는, 이러한 과열의 측정을 허용하게 됨에 따라 이점일 수 있다.
모세관 심지 및 히터, 그리고 선택적으로 액체 저장부는 단일 구성요소로서 에어로졸 발생 시스템으로부터 제거할 수 있다.
하나의 경우에 있어서, 전기 회로는 퍼프를 취하는 사용자를 나타내는 기류를 검출하는 센서를 구비하여 구성된다. 해당 경우에 있어서, 바람직하기는, 전기 회로는 센서가 퍼프를 취하는 사용자를 감지할 때 소정 전력에서 전기 히터에 대해 전류 펄스(electric current pulse)를 제공하도록 배열된다. 전류 펄스의 시간-주기(time-period)는, 기화되도록 요구된 액체의 양에 따라, 미리-설정(pre-set)된다. 전기 회로는 바람직하기는 이러한 목적을 위해 프로그램가능하다. 해당 실시예에 있어서, 전기 회로는 전류 펄스의 시간 주기의 전체 시간을 모니터하고, 모니터된 전체 시간으로부터 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정 임계로 감소하게 되는 때를 예측하도록 배열될 수 있다.
전기적으로 동작하는 에어로졸 발생 시스템은 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도를 측정하기 위한 온도 센서와 온도 센서에 의해 감지됨에 따라 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 온도를 모니터하도록 구성된 전기 회로를 더 구비하여 구성된다.
다른 실시예에 있어서, 전기 회로는 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 측정하고, 측정된 전기 저항으로부터 가열 엘리먼트의 온도를 확인하도록 배열된다.
해당 실시예에 있어서, 전기 회로는 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 통한 전류와 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 지나는 전압을 측정하는 것에 의해 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 측정하고, 측정된 전류 및 전압으로부터 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 결정하도록 배열될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 전기 회로는 적어도 하나의 가열 엘리먼트와 직렬로, 알려진 저항을 갖춘, 저항을 구비하여 구성될 수 있고, 전기 회로는 알려진 저항을 지나는 전압을 측정하고 측정된 전압과 알려진 저항으로부터 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 결정하는 것에 의해 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 통과하는 전류를 측정하도록 배열될 수 있다.
대안적인 경우에 있어서, 전기 회로는 퍼프를 시작하도록 사용자를 위한 수동으로 동작가능한 스위치를 구비하여 구성될 수 있다. 전기 회로는 사용자가 퍼프를 시작할 때 전류 펄스를 전기 히터에 제공하도록 배열된다. 전류 펄스의 시간-주기는 바람직하기는 기화되어지도록 요구된 액체의 양에 따라 미리 설정된다. 전기 회로는 바람직하기는 이러한 목적을 위해 프로그램가능하다. 해당 실시예에 있어서, 전기 회로는 수동으로 동작가능한 스위치가 활성화되는 전체 시간을 모니터하고, 모니터된 전체 시간으로부터, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하도록 배열될 수 있다.
전기 회로는 액체 저장부의 존재를 검출하기 위한 센서를 구비하여 구성될 수 있다. 센서는 바람직하기는 다른 액체 저장부로부터 하나의 액체 저장부를 구분 할 수 있고 따라서 얼마나 많은 액체 에어로졸-형성 기질이 액체 저장부에 함유되어지는가를 확인한다. 센서는 또한 액체 저장부 상의 표시 또는 액체 저장부의 형상이나 크기를 기초로 액체 저장부의 액체의 화합물을 결정하는 것이 가능할 수 있다. 이는, 모니터된 활성화와 결합되어, 사용 동안 전기 회로가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 예측할 수 있도록 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 전기 회로는, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정의 임계까지 감소될 때, 전기 히터를 비활성화하도록 배열된다.
이는 이때 사용자가 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 있으면 에어로졸 발생 시스템을 더 이상 사용하지 않을 수 있기 때문에 이점이다. 이는 원하는 특성을 갖고 있지 않은 에어로졸의 발생을 회피하게 된다. 이는 사용자를 위한 열악한 경험을 회피하게 한다.
전기 회로는 전기 히터와 전원 공급기 사이에서 전기 퓨즈를 끊어지게 하는 것에 의해 전기 히터를 비활성화하도록 배열될 수 있다. 전기 회로는 전기 히터와 전원 공급기 사이에서 스위치를 스위칭 오프(switching off) 하는 것에 의해 전기 히터를 비활성화하도록 배열될 수 있다. 전기 히터를 비활성화하는 대안적인 방법은 당업자에게는 명백할 것이다.
바람직한 실시예에서, 전기 회로는, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정의 임계로 감소될 때, 사용자에게 이를 나타내도록 배열된다. 이는 표시가 사용자가 액체 저장부를 보충 또는 교체할 수 있도록 하기 때문에 이점이다.
전기적으로 동작하는 에어로졸 발생 시스템은 사용자 디스플레이를 구비하여 구성될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 표시(indication)가 사용자 디스플레이 상의 표시를 구비하여 구성될 수 있다. 대안적으로, 표시는 청취가능 표시(audible indication), 또는 사용자를 위한 소정의 다른 적절한 형태를 구비하여 구성될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 전원 공급기를 더 구비하여 구성될 수 있다. 바람직하기는, 에어로졸 발생 시스템은 하우징을 구비하여 구성된다. 바람직하기는, 하우징은 길다. 에어로졸 발생 시스템이 모세관 심지를 포함하면, 모세관 심지의 길이 축(longitudinal axis)과 하우징의 길이 축은 실질적으로 평행하게 될 수 있다. 하우징은 덮개(shell) 및 마우스피스(mouthpiece)를 구비하여 구성될 수 있다. 해당 경우에 있어서, 모든 구성요소는 덮개 또는 마우스피스의 어느 한 쪽에 포함될 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 하우징은 액체 저장부, 모세관 심지 및 히터를 구비하여 구성되는 제거가능 삽입체(removable insert)를 포함한다. 해당 실시예에 있어서, 에어로졸 발생 시스템의 그러한 부품들은 단일 구성요소로서 하우징으로부터 제거가능할 수 있다. 이는, 예컨대 액체 저장부를 보충 또는 교체하기 위해 유용할 수 있다.
하우징은 소정의 적절한 재료 또는 재료들의 조합을 구비하여 구성될 수 있다. 적절한 재료의 예는, 금속, 합금, 플라스틱 또는 하나 이상의 해당 재료를 함유하는 복합 재료, 또는 음식 또는 제약 적용에 대해 적절할 수 있는, 예컨대 폴리프로필렌, PEEK(polyetheretherketone), 및 폴리에틸렌인, 열가소성 물질(thermoplastics)을 포함한다. 바람직하기는, 재료는 가볍고 부서지기 어렵다.
바람직하기는, 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이다. 에어로졸 발생 시스템은 흡연 시스템일 수 있고, 종래의 궐련(cigar) 또는 담배(cigarette)와 비교될 수 있는 크기를 갖을 수 있다. 흡연 시스템은 약 30㎜와 약 150㎜ 사이의 전체 길이를 갖을 수 있다. 흡연 시스템은 약 5㎜와 약 30㎜ 사이의 외부 직경을 갖을 수 있다.
바람직하기는, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 전기적으로 가열되는 흡연 시스템이다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터를 구비하여 구성되는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 단계와; 전기 히터의 활성화를 모니터하고 모니터된 활성화를 기초로 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하는 단계;를 갖추어 이루어진 방법이 제공된다..
바람직하기는, 전기 히터의 활성화를 모니터하는 단계는 에어로졸-형성 기질의 소비된 양을 추정하기 위해 시간 경과에 따른 가열 엘리먼트의 온도 또는 저항을 모니터링하는 것을 갖추어 이루어진다. 바람직하기는, 에어로졸의 소비된 양의 추정이 온도 또는 저항의 제1 임계까지 에어로졸-형성 기질 소비에 대한 가열 엘리먼트 온도 또는 저항에 관한 제1 방정식을 기초로, 그리고 온도 또는 저항의 제1 임계 이상의 에어로졸-형성 기질 소비에 대한 가열 엘리먼트 온도 또는 저항에 관한 제2 방정식을 기초로 한다.
바람직하기는, 제2 방정식은 선형 방정식이다. 바람직하기는, 제2 방정식은 에어로졸 형성 기질 또는 에어로졸 형성 기질을 유지하는 엘리먼트를 통한 열 확산(thermal diffusion)을 설명한다.
바람직하기는, 제1 방정식은 비-선형 방정식(non-linear equation)이다. 바람직하기는, 제1 방정식은 액체 에어로졸-형성 기질의 기화의 엔탈피(enthalpy)를 설명한다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 위한 전기회로가 제공되고, 전기 회로는 본 발명의 제2 측면의 방법을 수행하도록 배열된다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 위한 프로그램가능 전기 회로 상에서 실행될 때, 프로그램가능 전기 회로가 본 발명의 제2 측면의 방법을 수행할 수 있도록 하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 본 발명의 제4 측면에 따른 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 제공한다.
본 발명의 에어로졸 발생 시스템과 관련하여 설명된 특징은 또한 본 발명의 방법에 적용가능할 수 있다. 그리고, 본 발명의 방법과 관련하여 설명된 특징은 또한 본 발명의 에어로졸 발생 시스템에 적용가능할 수 있다.
도 1은 액체 저장부를 갖춘 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 일례를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 형태의 장치에서 전체 입자 질량(total particle mass) 대 2개의 다른 액체 에어로졸 형성 기질 화합물에 대해 인가된 전력의 프롯이다.
도 3은 플롯된 포인트에 대해 상관된 곡선과 함께, 증발율(evaporation rate) 대 비등점까지의 액체 화합물의 온도의 플롯이다.
도 4는 2가지 다른 전력 레벨에 대한 증발율을 나타내는, 액체 화합물의 증발율 대 도 1에 도시된 형태의 장치에서의 온도를 나타내는 플롯이다.
도 5는 액체 에어로졸-형성 기질의 화합물에서 다른 스테이지를 위해 도시된 다른 플롯과 함께, 퍼프 동안 가열 엘리먼트의 온도의 전개를 나타내는 플롯이다.
도 6은 퍼프 동안 액체 증발율과 가열 엘리먼트의 대응하는 온도를 나타내는 플롯이다.
도 7은 퍼프를 위한 누적되는 증발된 질량을 나타내는 플롯이다.
도 8은 y-축 상에 가열 엘리먼트 저항을 나타내고, x-축 상에 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 전기 히터의 가열 엘리먼트 온도를 나타내는 플롯이다.
도 9는 본 발명의 1실시예에 따른, 가열 엘리먼트 저항이 측정되어질 수 있도록 하는, 개괄적 회로도이다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 액체 저장부를 갖춘 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 하나의 예를 나타낸다. 도 1에 있어서, 시스템은 흡연 시스템이다. 도 1의 흡연 시스템(100)은 마우스피스 종단(103)과 바디 종단(105)을 갖춘 하우징(101)을 구비하여 구성된다. 바디 종단에 있어서, 배터리(107) 형태의 전원 공급기와 전기 회로(109)가 제공된다. 퍼프 검출 시스템(111)이 또한 전기 회로(109)와 협력하여 제공된다. 마우스피스 종단에 있어서, 액체(115)를 함유하는 카트리지(113) 형태의 액체 저장부와, 모세관 심지(117), 및 히터(119)가 제공된다. 히터는 단지 도 1에서 도식적으로만 도시됨을 주지해야 한다. 도 1에 도시된 예시적 실시예에 있어서, 모세관 심지(117)의 일단이 카트리지(113)로 연장되고 모세관 심지(117)의 타단이 히터(119)에 의해 에워싸인다. 히터는, 카트리지(113)의 외부를 따라 지나갈 수 있는(도 1에는 도시되지 않았음), 연결부(121)를 매개로 전기 회로에 연결된다. 하우징(101)은 또한 공기 입구(123), 마우스피스 종단에서의 공기 출구(125), 및 에어로졸-형성 챔버(127)를 포함한다.
사용에 있어서, 동작은 다음과 같다. 액체(115)는 카트리지(113)로부터 모세관 현상에 의해 카트리지로 연장되는 심지(117)의 종단에서 히터(119)에 의해 에워싸이는 심지의 타단으로 운반된다. 사용자가 공기 출구(125)에서 에어로졸 발생 시스템에 대해 흡입할 때, 주변 공기가 공기 입구(123)를 통해 끌어 당겨진다. 도 1에 도시된 구성에 있어서, 퍼프 검출 시스템(111)은 퍼프(puff)를 감지해서 히터(119)를 활성화시킨다. 배터리(107)는 히터에 의해 에워싸인 심지(117)의 종단을 가열하기 위해 히터(119)에 전기적 에너지를 공급한다. 심지(117)의 해당 종단의 액체는 과포화 증기를 생성하도록 히터(119)에 의해 기화된다. 동시에, 기화된 액체는 모세관 현상에 의해 심지(117)를 따라 이동하는 다른 액체에 의해 교체된다. (이는 때때로 "펌핑 작용(pumping action)"으로 언급된다.) 생성된 과포화 증기는 공기 입구(123)로부터의 기류와 혼합되어 운송된다. 에어로졸-형성 챔버(127)에 있어서, 증기는, 출구(125)를 향하면서 사용자의 입으로 운송되는, 빨아드림가능 에어로졸을 형성하도록 응축된다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 전기 회로(109) 및 퍼프 검출 시스템(111)은 바람직하기는 프로그램가능하다. 전기 회로(109) 및 퍼프 검출 시스템(111)은 에어로졸 발생 시스템 동작을 관리하는데 이용될 수 있다. 이는 에어로졸의 입자 크기를 제어하는데 도움을 준다.
도 1은 본 발명에 따른 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 일례를 나타낸다. 그러나, 많은 다른 예가 가능하다. 더욱이, 도 1은 전적으로 개요임을 주지해야 한다. 특히, 도시된 구성요소는 개별적이거나 서로에 대해 관련되는 축적이 아니다. 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부에 액체 에어로졸-형성 기질을 포함 또는 수용하는 것이 필요하다. 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 갖춘 전기 히터의 몇몇 종류를 요구한다. 마지막으로, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 결정하기 위한 전기 회로를 요구한다. 이는 도 2 내지 도 9를 참조하여 이하 설명되게 된다. 시스템이 흡연 시스템으로 될 필요가 없고 퍼프 검출 시스템이 제공될 필요가 없음이 강조된다. 대신, 시스템은, 예컨대 퍼프가 취해질 때 사용자가 스위치를 동작시키는, 수동 활성화에 의해 동작될 수 있다. 예컨대, 하우징의 전체 형상 및 크기는 변경될 수 있다. 더욱이, 시스템은 모세관 심지를 포함하지 않을 수도 있다. 해당 경우에 있어서, 시스템은 기화용 액체를 전달하기 위한 다른 메카니즘을 포함할 수 있다.
그러나, 바람직한 실시예에 있어서, 시스템은 액체 저장부로부터 적어도 하나의 가열 엘리먼트로 액체를 운반하기 위한 모세관 심지를 포함한다. 모세관 심지는 다양한 다공성 또는 모세관 재료로부터 만들어질 수 있고 바람직하기는 알려진 미리 정해진 모세관성(capillarity)을 갖는다. 예는 섬유 또는 소결 분말(fibres or sintered powders) 형태의 세라믹 또는 흑연 기반 재료(ceramic- or graphite-based materials)를 포함한다. 여러 다공성의 심지는 밀도, 점도, 표면 장력 및 증기압과 같은 여러 액체 물리적 특성을 수용하는데 이용될 수 있다. 심지는 액체의 요구된 양이 히터로 전달될 수 있도록 하기 위해 적절해야만 한다. 바람직하기는, 히터는 적어도 하나의 가열 와이어 또는 모세관 심지 주위로 연장되는 필라멘트를 구비하여 구성된다.
상기 논의한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 결정하기 위한 전기 회로를 포함한다. 본 발명의 실시예들이 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명된다. 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템의 다른 실시예에 적용가능함에도 불구하고, 실시예는 도 1에 도시된 예를 기초로 한다.
도 2는 2가지 다른 에어로졸 형성 기질에 대해, 도 1에 도시된 바와 같은 장치에서 사용자 퍼프에서 발생된 에어로졸의 전체 입자 질량(total particle mass; TPM)의 플롯이다. 더 큰 정사각형으로 그려진 플롯된 포인트를 갖는, 플롯(200)은 액체 1(Liquid 1)에 대한 결과를 나타내고, 더 작은 정사각형으로 도시된 플롯된 포인트를 갖는, 플롯(210)은 액체 2(Liquid 2)에 대한 결과를 나타낸다. 플롯은 히터에 대해 증가되는 전력의 에어로졸 발생에 대한 영향을 나타낸다. 히터에 대해 전력을 증가시키는 것은 에어로졸 발생을 광범위하게 증가시킴을 알 수 있다. 매우 높은 전력에서는 에어로졸 질량(aerosol mass)이 감소되고, 이는 작은 방울(droplets)을 형성하기 보다는 가스 상태(gaseous phase)로 남아 있는 증발된 질량(evaporated mass)에 의해 설명될 수 있다.
도 2는 또한 발생된 에어로졸의 질량(mass)이 또한 액체 에어로졸-형성 기질의 소비에 의존됨을 나타낸다. 예컨대, 다른 화합물은 다른 비등점 및 다른 점도를 갖게 된다. 따라서, 액체 에어로졸-형성 기질 소비를 정확하게 측정하기 위한 소정 모델은 히터에 인가된 전력 및 액체 화합물을 설명해야만 한다.
에어로졸의 발생은 그를 기화시키도록 액체에 대해 충분한 에너지를 공급하는 것을 요구한다. 요구된 에너지는 기화의 엔탈피(enthalpy of vaporisation)로 불리워진다. 공급된 에너지의 양은 가열 엘리먼트 또는 엘리먼트들의 온도에 의존하는 바: 온도가 높으면 높을수록 더 많은 에너지가 액체에 공급된다. 그래서, 액체의 비등점까지, 가열 엘리먼트의 온도와 증발율 간의 관계가 있다. 이는 히터에 공급되는 전력과는 관계가 없다. 도 3은 액체 에어로졸-형성 기질의 증발율 대 그 비등점까지의 온도를 나타내는 플롯이다. 경험적 데이터가 다이어몬드(220)로서 플롯된다. 또한 경험적 데이터에 대해 합치되는, 정사각형 포인트로 그려진, 곡선(230)이 또한 도시된다. 곡선(230)은 m = AeBT의 형태이고, 여기서 m은 증발된 질량율(evaporated mass rate), A 및 B는 교정 상수(calibration constants)이고 T는 가열 엘리먼트의 온도이다. 상수 A 및 B는 액체 화합물에 의존한다.
가열 엘리먼트의 온도가 액체의 비등점에 도달하면, 증발의 율은 동일한 방식으로 더 이상 증가하지 않는다. 이 시점에서 가열 엘리먼트로부터의 또 다른 에너지는 액체의 온도를 증가시키지 않는다. 그러나, 가열 엘리먼트의 온도가 비등점을 넘어 증가함에 따라 액체 기질, 특히 기질을 유지하는 소정 매체, 본 실시예에 있어서 모세관 심지를 통한 열확산(thermal diffusion)은 중요한 팩터로 된다. 가열 엘리먼트 온도가 상승함에 따라 열확산의 더 큰 비율이 존재하여 더 많은 액체 기질이 증발된다.
도 4는 도 1에 도시된 바와 같은 심지 시스템을 이용하는 온도의 함수로서 2개의 다른 증발율 곡선의 플롯이다. 2개의 곡선(240, 250)은 퍼프 동안 가열 엘리먼트에 공급된 전력의 2가지 다른 양에 대응한다. 양 곡선(240, 250)에 있어서, 액체의 비등점 아래의 제1 부분은 도 3에 도시된 곡선(230)에 대응한다. 비등점에서 2개의 곡선은 분기된다. 곡선(240)은 곡선(250) 보다 더 낮은 전력에 대응한다. 양 곡선은 온도에 따른 증발율에서 선형 증가를 나타내지만, 증가의 율은 명백히 전력에 의존한다. 액체 기질의 비등점 이상의 곡선(240, 250)의 부분은 m = CT + D의 형태이고, 여기서 m은 증발의 비율이고, C 및 D는 교정 상수이며, T는 온도이다. 상수 C 및 D는 액체 화합물, 히터에 인가된 전력뿐만 아니라, 심지의 화합물 및 치수와 히터의 구성과 같은, 장치의 물리적 특성에 의존한다.
도 4의 곡선은 가열 엘리먼트의 온도 및 가열 엘리먼트에 인가된 전력이 알려지면 액체 기질의 증발율을 계산하는데 이용될 수 있는 모델을 제공한다. 에어로졸 발생 시스템의 각 디자인에 대해, 상수 A, B, C, D는 경험적으로 추출될 필요가 있고, 상수 C, D는 시스템이 동작할 수 있는 다른 전력 레벨을 위해 추출되어야만 한다.
가열 엘리먼트의 온도는 각 퍼프의 진행 동안 변하고 액체 저장부의 액체의 양이 감소됨에 따라 변한다. 도 5는 퍼프 동안 5가지 평균된 온도 프로파일을 나타내는 플롯이다. 가열 엘리먼트의 온도 T가 y-축 상에 도시되고, 퍼프 시간 t가 x-축 상에 도시된다. 곡선(501)은, 각 퍼프가 2초 퍼프 구간을 갖는, 퍼프의 제1 세트의 중간이다. 마찬가지로, 곡선(503)은 퍼프의 제2 세트의 중간이고, 곡선(505)은 퍼프의 제3 세트의 중간이며, 곡선(507)은 퍼프의 제4 세트의 중간이고, 곡선(509)은 퍼프의 제5 세트의 중간이다. 각 곡선에 있어서, 수직 바(예컨대 511에서 도시된)는 그들 퍼프를 위한 중간 근처에서 표준 편차(standard deviation)를 나타낸다. 따라서, 액체 저장부의 수명을 넘어 측정된 온도의 전개가 도시된다. 이러한 행위가 모든 기화된 액체 공식 및 이용된 모든 전력 레벨에 대해 관찰 및 확인되었다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 가열 엘리먼트의 온도 응답은 곡선(501, 503, 505)을 거쳐 상당히 안정적이다. 즉, 퍼프의 제1 내지 제3 세트에 대한 중간 주위의 표준 편차는 상당히 작다. 도 4에 도시된 모델은 온도 응답이 안정적일 때 이러한 주기 동안 가장 정확하다. 이 주기 동안, 항상 심지를 통해 히터에 전달되는 충분한 에어로졸-형성 기질이 있게 된다. 심지가 건조되기 시작하면, 다른 행위가 관찰된다.
도 6은 곡선(610)으로서 도시된, 도 4를 참조하여 도시되고 설명된 모델을 이용해서 계산된 대응하는 증발율과 함께 곡선(600)으로서 도시된, (퍼프의 세트를 지나 평균된) 퍼프 동안 가열 엘리먼트의 온도 프로파일의 도면이다.
퍼프 동안 액체 에어로졸-형성 기질의 전체 질량은 증발율 곡선(610) 하에서 적분함으로써 계산될 수 있다. 이러한 적분은 예컨대 사다리꼴 방법(trapezium method)을 이용해서 전기 회로에 의해 수행될 수 있다. 적분의 결과는 도 7에 도시된다. 도 7은 다시 퍼프 동안 가열 엘리먼트의 온도 프로파일(600)을 나타내지만, 또한 곡선(700)으로서 퍼프를 거치는 누적되는 증발된 질량을 나타낸다.
액체 에어로졸-형성 기질의 전체 질량은 각 퍼프에 대해 계산된 전체를 합하는 것에 의해 계산될 수 있다. 이러한 전체 소비된 질량은 남아 있는 액체 에어로졸-형성 기질의 양의 추정을 제공하도록 액체 저장부의 액체의 알려진 초기 질량으로부터 감해질 수 있다. 남아 있는 양은, 남아 있는 퍼프의 추정된 수와 같은, 의미있는 수량으로서 또는 퍼센트 값으로서 사용자에게 표시될 수 있다.
액체 저장부가 비워지거나 거의 비워질 때, 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 히터에 공급될 수 있기 때문에, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 결정하는 것은 유리하다. 이는 사용자에 의해 생성되고 흡입된 에어로졸은, 원하는 특성, 예컨대 에어로졸 입자 크기를 갖지 않음을 의미할 수 있다. 이는 사용자에 대해 열악한 경험을 초래하게 할 수 있다. 부가하여, 메카니즘을 제공하는 것이 유리하고 그에 의해 사용자는 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워짐을 통보받을 수 있다. 이때 사용자는 액체 저장부를 교체하거나 보충하도록 준비할 수 있다.
전기 회로는 액체 저장부의 존재를 검출하고, 더욱이 액체 저장부의 특징, 예컨대 얼마나 많은 액체 에어로졸-형성 기질이 액체 저장부에 함유되었는가 및 액체 에어로졸-형성 기질의 화합물을 결정할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 출원인의 국제 출원 중에 있는 PCT/IB2009/007969에서 설명되는 바와 같이, 이는 액체 저장부에 대해 제공된 식별 정보를 기초로 할 수 있다. 히터의 활성화를 모니터링하는 것으로부터 추출된 정보와 함께, 이러한 정보는 전기 회로가 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 예측할 수 있도록 한다. 대안적으로, 전기 회로는 센서를 포함하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 예컨대, 각 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양은 단순히 단지 한가지 종류이고 표준 양의 세트일 수 있다.
본 발명의 다수의 변형이 가능하다. 예컨대, 에어로졸 발생 시스템은 퍼프 검출 시스템을 포함하는 것을 필요로 하지 않는다. 대신, 시스템은, 예컨대 퍼프가 취해질때 스위치를 사용자가 동작시키는, 수동 활성화에 의해 동작할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 온도 센서가 가열 엘리먼트에 가까운 에어로졸 발생 시스템에 제공된다. 전기 회로는 온도 센서에 의해 측정된 온도를 모니터할 수 있고 따라서 설명된 바와 같이 액체 저장부의 액체의 양을 결정한다. 이러한 실시예의 이점은, 온도 센서가 가열 엘리먼트에 가까운 온도를 직접 측정하므로, 요구되는 계산이나 유도가 없다는 것이다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 액체 저장부의 액체의 양이 전기 가열 엘리먼트의 저항을 측정하는 것에 의해 결정된다. 가열 엘리먼트가 저항 특성의 적절한 온도 상수를 갖는다면(예컨대, 이하의 식 (5) 참조), 이때 저항은 전기 가열 엘리먼트의 온도의 측정을 제공할 수 있다.
도 8은 y-축 상에 전기 히터의 가열 엘리먼트의 저항 R 대 x-축 상에 가열 엘리먼트의 온도 T를 나타내는 플롯이다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 가열 엘리먼트의 온도 T가 증가함에 따라, 저항 R이 증가한다. (도 8에서 온도 T1 및 T2와 저항 R1 및 R2 사이의) 선택된 범위 내에서, 온도 T 및 저항 R은 서로 비례할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예와 관련하여 상기 설명된 바와 같이, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워지면, 불충분한 액체 에어로졸-형성 기질이 히터에 공급될 것이다. 이는 소정의 모세관 심지가 건조해지게 됨을 의미하게 되고, 가열 엘리먼트의 온도가 증가하게 된다. 도 8은 온도가 증가함에 따라, 측정된 저항이 또한 증가하게 되기 때문에, 이러한 온도 증가가 가열 엘리먼트의 저항을 측정함으로써 결정될 수 있음을 나타낸다.
도 9는 어떻게 가열 엘리먼트 저항이 본 발명의 제2 실시예에 따라 측정될 수 있는가를 나타내는 개괄적 전기 회로도이다. 도 9에 있어서, 히터(901)가 전압(V2)을 제공하는 배터리(903)에 연결된다. 특정 온도에서 측정되는 히터 저항은 R heater 이다. 히터(901)와 직렬로, 알려진 저항 r을 갖는, 부가적인 저항(905)이 삽입되고 전압(V1)에 연결된다. 전압(V1)은 접지와 전압(V2) 간의 중간 값을 갖는다. 마이크로프로세서(907)가 히터(901)의 저항 R heater 를 측정하도록 하기 위해, 히터(901)를 통과하는 전류 및 히터(901)를 지나는 전압 양쪽이 결정될 수 있다. 이때, 이하의 알려진 공식이 저항을 결정하는데 이용될 수 있다.
V = IR (1)
도 9에서, 히터를 지나는 전압은 V2-V1이고, 히터를 통과하는 전류는 I이다. 따라서:
　　
Figure 112018124499507-pat00001
(2)
저항 r이 알려진, 다시 상기 (1)을 이용해서, 부가적 저항(905)이 전류 I를 결정하는데 이용된다. 저항(905)을 통과하는 전류는 I이고 저항(905)을 지나는 전압은 V1이다. 따라서:
Figure 112018124499507-pat00002
(3)
(2)와 (3)을 결합하면:
Figure 112018124499507-pat00003
(4)
가 주어진다.
따라서, 마이크로프로세서(907)는 V2 및 V1을 측정할 수 있고, 에어로졸 발생 시스템이 이용되고, r의 값을 알게 됨에 따라, 특정 온도에서 히터의 저항 R heater 를 결정할 수 있다.
이어, 이하의 공식이 온도 T에서 측정된 저항 R heater 로부터 온도 T를 결정하는데 이용된다:
Figure 112018124499507-pat00004
(5)
여기서, α는 가열 엘리먼트 재료의 열 저항성 상수(thermal resistivity coefficient)이고 R 0 는 상온 T 0 에서 가열 엘리먼트의 저항이다.
본 발명의 이점은, 크고 고가로 될 수 있는, 요구되는 온도 센서가 없다는 것이다.
따라서, 가열 엘리먼트의 온도의 측정이 추론될 수 있다. 이는 액체 저장부의 액체의 양이 임계까지 감소할 때를 결정하고, 액체 저장부의 남아 있는 에어로졸-형성 기질의 절대 양을 추정하는데 데 이용될 수 있다.
상기 설명된 실시예에 있어서, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 임계까지 감소될 때를 결정하면, 하나 이상의 행위가 취해질 수 있다. 전기 히터가 비활성화될 수 있다. 예컨대, 시스템이 액체 저장부를 사용할 수 없게 만들도록 유발될 수 있다. 예컨대, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 임계까지 감소됨을 결정하는 것에 대해, 전기 회로는 전기 히터의 적어도 하나의 가열 엘리먼트와 전원 공급기 간의 전기 퓨즈를 끊을 수 있다. 전기 퓨즈는 액체 저장부를 포함하는 제거가능 구성요소의 부분으로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 임계까지 감소됨을 결정하는 것에 대해, 전기 회로는 전기 히터의 적어도 하나의 가열 엘리먼트와 전원 공급기 간의 스위치를 스위치 오프할 수 있다. 전기 히터를 비활성화시키는 대안적인 방법이 물론 가능하다. 전기 히터를 비활성화시키는 이점은 이때 에어로졸 발생 시스템을 이용하는 것이 불가능하다는 것이다. 이는 사용자가 원하는 특성을 갖고 있지 않은 에어로졸을 빨아들이도록 하는 것을 불가능하게 만든다.
액체 저장부의 액체의 양이 임계까지 감소될 때가 결정되면, 사용자는 권고를 받을 수 있게 된다. 예컨대, 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 임계까지 감소됨을 결정하는 것에 대해, 전기 회로는 사용자에게 이를 표시할 수 있다. 예컨대, 에어로졸 발생 시스템이 사용자 디스플레이를 포함한다면, 사용자 디스플레이를 매개로, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워짐을 사용자에게 나타낼 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워짐을 청취가능 사운드가 사용자에게 나타낼 수 있다. 액체 저장부가 비워지거나 거의 비워짐을 사용자에게 나타내는 대안적인 방법이 물론 가능하다. 사용자를 권고하는 이점은 이때 사용자가 액체 저장부를 교체하거나 보충하도록 준비하도록 할 수 있다는 것이다.
따라서, 본 발명에 따르면, 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템은 액체 저장부의 액체 에어로졸-형성 기질의 양이 소정의 임계까지 감소될 때를 결정하기 위한 전기 회로를 포함한다. 하나의 실시예와 관련하여 설명된 특징은 또한 다른 실시예에 대해 적용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템으로, 시스템이:
    액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와;
    액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터; 및
    전기 히터의 활성화를 모니터하고 모니터된 활성화를 기초로 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하도록 구성된 전기 회로;를 구비하여 구성되고,
    전기 회로가 온도 또는 저항의 제1 임계까지 에어로졸-형성 기질 소비와 가열 엘리먼트 온도 또는 저항간의 관계를 기초로, 그리고 온도 또는 저항의 제1 임계 이상의 에어로졸-형성 기질 소비와 가열 엘리먼트 온도 또는 저항간의 관계를 기초로 에어로졸의 소비된 양을 추정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    전기 회로가 액체 에어로졸-형성 기질의 소비된 양을 추정하고, 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸-형성 기질의 추정을 제공하기 위해 소비된 양을 알려진 초기 양으로부터 빼도록 구성된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    전기 회로가 에어로졸-형성 기질의 소비된 양을 추정하기 위해 시간 경과에 따른 가열 엘리먼트의 온도 또는 저항을 모니터링하는 것에 의해 전기 히터의 활성화를 모니터하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    전기 회로가 온도 또는 저항의 제1 임계까지 에어로졸-형성 기질 소비에 대한 가열 엘리먼트 온도 또는 저항에 관한 제1 방정식을 기초로, 그리고 온도 또는 저항의 제1 임계 이상의 에어로졸-형성 기질 소비에 대한 가열 엘리먼트 온도 또는 저항에 관한 제2 방정식을 기초로 에어로졸의 소비된 양을 추정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    제2 방정식이 가열 엘리먼트에 인가된 전력에 의존하는 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    제1 방정식이 가열 엘리먼트에 인가된 전력과는 관계없는 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    제1 임계가 액체 에어로졸-형성 기질의 비등점인 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    제1 및 제2 방정식이 전기 회로에 저장되는 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    다수의 다른 제1 및 제2 방정식이 액체 에어로졸-형성 기질의 다른 화합물과 함께 이용되고 다른 전력 레벨에서 이용되기 위해 전기 회로에 저장되는 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    전기 회로가 적어도 하나의 가열 엘리먼트의 전기 저항을 측정하고, 측정된 전기 저항으로부터 가열 엘리먼트의 온도를 확인하도록 배열된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    액체 저장부에서 전기 히터로 액체 에어로졸-형성 기질을 운반하기 위한 모세관 심지를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 에어로졸-형성 기질을 수용하기 위한 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템.
  12. 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터를 구비하여 구성되는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 단계와;
    전기 히터의 활성화를 모니터하고 모니터된 활성화를 기초로 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하는 단계;를 갖추어 이루어지고,
    방법은 온도 또는 저항의 제1 임계까지 에어로졸-형성 기질 소비와 가열 엘리먼트 온도 또는 저항간의 관계를 기초로, 그리고 온도 또는 저항의 제1 임계 이상의 에어로졸-형성 기질 소비와 가열 엘리먼트 온도 또는 저항간의 관계를 기초로 에어로졸의 소비된 양을 추정하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 방법.
  13. 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 위한 프로그램가능 전기 회로 상에서 실행될 때, 프로그램가능 전기 회로가 전기 히터의 활성화를 모니터하는 것과 모니터된 활성화를 기초로 액체 저장부에 남아있는 액체 에어로졸-형성 기질의 양을 추정하는 것을 수행하도록, 액체 에어로졸-형성 기질을 저장하기 위한 액체 저장부와 액체 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 포함하는 전기 히터를 구비하여 구성되는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 위한 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서,
    컴퓨터 프로그램은 프로세서가 온도 또는 저항의 제1 임계까지 에어로졸-형성 기질 소비와 가열 엘리먼트 온도 또는 저항간의 관계를 기초로, 그리고 온도 또는 저항의 제1 임계 이상의 에어로졸-형성 기질 소비와 가열 엘리먼트 온도 또는 저항간의 관계를 기초로 에어로졸의 소비된 양을 추정하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 동작되는 에어로졸 발생 시스템을 위한 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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