KR102370827B1 - 유체 센서를 갖는 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유입구 및 유출구를 갖는 펌프를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것으로, 상기 유입구는 액체 저장부에 연결 가능하다. 시스템은 또한 유체에 의해 펌프와 유체 센서에 연결된 유체 채널을 포함한다. 유체 센서는 유체 채널에 포함된 유체의 전기적 특성을 측정함으로써 유체 채널에서 액체 에어로졸 형성 기재의 존재를 결정하도록 구성된다.
Description
본 발명은 유입구 및 유출구를 가지는 펌프를 가지는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것으로서, 상기 유입구는 액체 저장부에 연결될 수 있다. 본 발명은 또한 에어로졸을 발생시키기 위한 방법에 관한 것이다.
에어로졸 발생 시스템의 일 유형은 액체 저장부, 펌프 및 기화기를 포함한다. 사용자가 퍼프하는 동안에, e-액체와 같은 액체 에어로졸 발생 기재의 스트림은 펌프에 의해 액체 저장부로부터 기화기까지 능동적으로 펌핑된다. 이러한 시스템에서, 액체 저장부 내에 액체가 소모될 때 기화기는 가열될 수 있고, 액체 에어로졸 발생 기재는 기화기에 제공되지 않는다. 그 결과, 사용자는 발생된 에어로졸을 함유하지 않는 가열된 공기를 흡입할 것이다. 가열된 공기를 흡입하는 것은 사용자에게 불쾌할 수 있고 따라서 바라지 않는 것이다. 또한, 존재하는 액체가 없을 때 기화기 또는 심지 재료를 가열하는 것은 바람직하지 않은 산물의 방출을 초래할 수 있다.
따라서, 액체 저장부 내에 액체 에어로졸 발생 기재를 다 써버리면 시스템의 활성화를 방지하는 개선된 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
(특허문헌 1) US20160338407 A1
본 발명의 제1 양태에 따르면, 유입구 및 유출구를 갖는 펌프를 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 제공되며, 상기 유입구는 액체 저장부에 연결될 수 있다. 시스템은 또한 유체에 의해 펌프와 유체 센서에 연결된 유체 채널을 포함한다. 유체 센서는 바람직하게는 유체 채널 내에 포함된 유체의 전기적 특성을 측정함으로써 유체 채널 내에 액체 에어로졸 형성 기재가 존재하는지를 결정하도록 구성된다.
본 발명의 에어로졸 발생 시스템은 유체 채널 내에 액체 에어로졸 형성 기재가 존재하는지를 검출하게 한다. 이롭게는, 기화기는 유체 채널 내에 유체가 존재하지 않음을 센서가 검출할 때 비활성화될 수 있다. 따라서, 고온 공기만을 흡입하는 것이 방지되고, 이에 따라 사용자에게 불쾌한 경험을 제공하고 바람직하지 않은 산물의 발생을 금지한다. 더 이상 액체 에어로졸 형성 기재가 유체 채널 내에 존재하지 않음을 센서가 검출하는 것은 새로운 액체 저장부가 공급되어야 함을 나타내기 위해 이용될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재를 분배하기 위한 분배 장치를 더 포함할 수 있으며, 분배 장치는 펌프의 유출구와 유체 연통한다. 유체 채널과 유체 센서는 펌프와 분배 장치 사이에 제공될 수 있다. 유체 센서는 분배 장치에 인접하여 제공될 수 있으며, 분배 장치는 기화기에 인접하여 제공될 수 있다. 그러나, 유체 센서는 액체 저장부와 분배 장치 사이의 시스템 내에서 어디에서나 제공될 수 있다.
유체 센서가 펌프와 분배 장치 사이의 펌프의 하류에 제공되는 경우, 액체 에어로졸 형성 기재는, 센서가 액체 에어로졸 형성 기재가 더 이상 유체 채널 내에 존재하지 않음을 검출하기 전에, 모든 액체 에어로졸 형성 기재가 소모되기 때문에 최적의 상태로 사용될 수 있다. 보다 상세하게, 액체 저장부 내에 액체를 다 써버리더라도, 액체는 여전히 유체 채널 내에 존재할 수 있다. 이 경우, 펌프의 하류에서 유체 채널의 유체가 사용될 때까지 시스템이 여전히 작동될 것이다. 따라서, 기재가 더 이상 존재하지 않음을 유체 센서가 검출하기 전에 액체 저장부는 액체 에어로졸 형성 기재가 완전히 고갈될 수 있다.
유체 센서는 유체 채널에 포함된 유체의 전기적 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 유체 센서에 의해 측정된 전기적 특성은 유체 채널에 포함된 유체의 전기 저항일 수 있다.
유체 채널 내에 일반적인 유체는 주변 공기나 액체 에어로졸 형성 기재이다. 액체 저장부가 여전히 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하고, 기재가 펌프에 의해 분배 장치를 향해 펌핑되는 경우, 기재는 유체 채널 내에 존재할 것이다. 그러나, 액체 저장부의 기재가 비게되는 경우 기재는 유체 채널을 통해 더 이상 펌핑되지 않을 것이다. 따라서, 주변 공기가 유체 채널에 존재할 것이다. 주변 공기의 전기 저항은 액체 에어로졸 형성 기재의 전기 저항과 상이하다. 일반적으로, 주변 공기의 전기 저항은 액체 에어로졸 형성 기재의 전기 저항보다 높다. 따라서, 유체 채널에 포함된 유체의 전기 저항을 측정함으로써, 센서는 공기 또는 기재가 유체 채널 내에 존재하는지 여부를 결정할 수 있다.
유체 채널 내에 포함된 유체의 전기 저항을 측정하기 위해, 유체 센서는 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있다.
제1 전극과 제2 전극 사이의 저항은 액체 채널 내에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 양에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 전기 저항은 유체 채널 내에 유지된 액체 에어로졸 형성 기재의 양이 감소함에 따라 증가할 수 있다.
전극은 바람직하게는 유체 채널의 벽에 배치된다. 예를 들어, 제1 전극은 유체 채널의 제1 채널 벽에 제공되고 제2 전극은 유체 채널의 제2 채널 벽에 제공된다. 전극은 바람직하게는 유체 채널 내에 포함된 유체와 직접 접촉될 수 있다. 제1 전극은 제2 전극에 대향하여 배치될 수 있다. 전극은 대안적으로 액체 채널 내에 배치될 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극은 액체 채널의 대향 단부에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 전극 중 적어도 하나는 액체 채널의 벽에 배치되거나 액체 채널의 벽과 접촉하여 배치될 수 있다. 제1 및 제2 전극은 액체 채널을 각각 부분적으로 둘러싸도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 전극은 액체 채널의 공통 축 둘레에서 동심으로 배치될 수 있다.
제2 전극은 제1 전극의 통로를 실질적으로 따를 수 있다. 이는 제1 및 제2 전극 사이에 공간이 제1 및 제2 전극의 길이를 따라 일정하게 남아있도록 할 수 있다. 제2 전극은 제1 전극에 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다.
전극은 임의의 적합한 유형의 전극일 수 있다. 예를 들어, 전극의 적합한 유형은 포인트 전극, 링 전극, 플레이트 전극 또는 트랙 전극을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극은 동일한 유형의 전극일 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극은 상이한 유형의 전극일 수 있다.
전극은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 예를 들어, 전극은: 정사각형, 직사각형, 곡선형, 아치형, 환형, 나사형 또는 나선형일 수 있다. 전극은 실질적으로 원통형일 수 있다. 전극은 실질적으로 선형, 비선형, 평면형 또는 비평면형인 하나 이상의 섹션을 포함할 수 있다. 전극은 강성일 수 있다. 이는 전극이 그 형상을 유지하도록 할 수 있다. 전극은 가요성일 수 있다. 이는 전극이 액체 채널의 형상에 일치하게 할 수 있다.
전극은 길이, 폭 및 두께를 가질 수 있다. 전극의 길이는 전극의 폭보다 실질적으로 클 수 있다. 다시 말해, 전극은 세장형일 수 있다. 전극의 두께는 전극의 길이 및 폭보다 실질적으로 작을 수 있다. 다시 말해, 전극은 얇을 수 있다. 얇은 전극 및 세장형 전극은 더 큰 표면적 대 용적비를 가질 수 있다. 이는 측정의 감도를 개선시킬 수 있다.
전극은 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 전극은 임의의 적합한 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 적합한 전기 전도성 재료는 금속, 합금, 전기 전도성 세라믹 및 전기 전도성 폴리머를 포함한다. 재료는 금 및 백금을 포함할 수 있다. 전극은 패시베이션 층으로 코팅될 수 있다. 전극은 액체 에어로졸 형성 기재와 반응하거나 오염되지 않도록 충분히 비반응성인 재료를 포함하거나 이 재료에 코팅될 수 있다. 전극은 투명 또는 반투명 재료를 포함할 수 있다.
전기 저항을 측정하기 위해, 유체 센서는 분압기 회로를 포함할 수 있다. 분압기 회로는 유체 센서의 제1 및 제2 전극 사이의 전기 저항을 측정할 수 있다. 그러나, 두 전극 사이의 유체의 저항을 측정하는 임의의 공지된 방법이 사용될 수 있다.
유체의 측정된 전기적 특성은 또한 유체의 유전 상수일 수 있다. 이와 관련하여, 전극은 커패시터를 구성할 수 있다. 이 경우에 전극 사이의 유체는 유전체 매체로서 작용하며, 유체의 유전 상수는 커패시터의 커패시턴스를 측정하거나 임의의 공지된 방법으로써 측정될 수 있다. 공기의 유전 상수는 액체 에어로졸 형성 기재의 유전 상수와 상이하며, 이들 유체를 구별하기 위해 사용될 수 있다.
전기적 특성, 바람직하게는 유체 채널 내에 유체의 전기 저항 또는 유전 상수는 특정 유체를 나타낼 수 있다. 유체 채널 내에 유체의 전기 저항을 결정함으로써, 액체의 화학성을 확인하는 것이 가능할 수 있다. 이와 관련하여, 유체 채널 내에 유체의 전기 저항은 액체의 화학성에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 정확한 종류의 액체가 사용되는지 여부를 식별할 수 있다. 예를 들어, 상이한 액체 에어로졸 형성 기재는 상이한 기재를 갖는 액체 저장부를 이어서 제공함으로써, 시스템 내에 사용될 수 있다. 이들 상이한 기재는 유체 센서에 의해 검출될 수 있는 상이한 전기적 특성을 가질 수 있다. 유체 센서는 기재가 유체 채널 내에 존재하는지 여부를 검출할 뿐만 아니라, 유체 채널 내에 어떤 종류의 기재가 존재하는지를 추가로 검출할 수 있다. 유익하게는, 시스템은 유체 센서가 특정 기재를 검출하는 것에 기초하여 작동될 수 있다. 예를 들어, 기화기의 온도는 사용된 기재에 따라 조절될 수 있다. 또한, 가열 시간은 사용된 기재에 따라 조절될 수 있다.
분배 장치는 또한 튜브로 지칭된 튜빙 세그먼트 또는 노즐일 수 있다. 분배 장치는 튜브 및 튜브의 원위 단부에 노즐을 포함할 수 있다. 튜브는 임의의 적합한 재료, 예를 들어 유리, 금속, 예를 들어 스테인리스 스틸, 또는 플라스틱 재료, 예를 들어, PEEK를 포함할 수 있다. 튜브의 크기는 펌프 유출구의 크기에 매칭할 수 있다. 예를 들어, 튜브는 약 1 내지 2 mm의 직경을 가질 수 있지만, 다른 크기가 가능하다. 튜브는 실리콘 튜빙을 통해 펌프 유출구에 연결될 수 있다. 튜브는 펌프 유출구에 직접 연결될 수 있다.
분배 장치가 제공되어 액체 에어로졸 형성 기재를 기화기에 전달할 수 있다. 기화기는 공급된 양의 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 히터를 포함할 수 있다. 히터는 에어로졸을 형성하기 위해 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하고 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 휘발시키는 데 적합한 임의의 장치일 수 있다. 히터는 가열식 코일, 가열식 모세관, 가열식 메쉬이거나 가열식 금속판일 수 있다. 바람직하게는, 기화기는 분배 장치의 길이 방향으로 -분배 장치에 대해- 연장되는 가열 코일로서 제공된다. 가열 코일의 직경은, 가열 코일이 분배 장치 둘레에 장착될 수 있도록 선택될 수 있다. 가열 코일은 분배 장치에 가로방향으로 장착될 수 있다. 가열 코일은 분배 장치의 노즐에 중첩될 수 있다. 일부 실시예에서, 분배 장치의 노즐과 가열 코일 사이에 거리가 있을 수 있다. 가열 코일의 길이는 2 mm 내지 9 mm, 바람직하게 3 mm 내지 6 mm일 수 있다. 가열 코일의 직경은 1 mm 내지 5 mm, 바람직하게 2 mm 내지 4 mm일 수 있다.
히터는 단일 가열 요소만 포함하거나 복수의 가열 요소를 포함할 수 있다. 가열 요소 또는 요소들의 온도는 바람직하게 전기 회로에 의해 제어된다.
전기 회로는, 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 마이크로프로세서는 제어기의 일부일 수 있다. 전기 회로는 추가적인 전자 부품을 포함할 수 있다. 제어기는 기화기까지의 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전력은 시스템이 활성화된 후 기화기에 연속적으로 공급되거나 간헐적으로, 예컨대 퍼프할 때마다(puff-by-puff basis) 공급될 수 있다. 전력은 전류의 펄스 형태로 기화기에 공급될 수 있다. 바람직하게는, 기화기로의 전력 공급은 유체 센서의 측정에 따라 조절된다. 유체 센서가 유체 채널에 더 이상 액체가 존재하지 않음을 검출하는 경우, 기화기로의 전력 공급은 금지될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기화기로의 전력 공급은 유체 채널 내에 액체 에어로졸 형성 기재의 유형에 기초하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 특정 가열 방식은 기재의 유형에 기초하여 실행될 수 있다.
기화기에 전력을 공급하기 위해, 시스템은 전력 공급부, 일반적으로 배터리를 포함할 수 있다. 일 대안예로서, 전력 공급부는 커패시터와 같은 전하 저장 장치의 다른 형태일 수 있다. 전력 공급부는 재충전을 요구할 수 있고 하나 이상의 흡연 경험을 위해 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수 있다; 예를 들어, 전력 공급부는 수분 동안 에어로졸의 연속적인 발생을 허용하기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전력 공급부는 소정 횟수의 퍼프나 기화기의 개별 활성화를 허용하기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 제어기는 전력 공급부에 연결되어 전력 공급부로부터 기화기까지의 전력 공급을 조절할 수 있다.
기화기는 압전 변환기 또는 진동 멤브레인으로 제공될 수도 있다.
펌프는 마이크로 펌프일 수 있다. 펌프는 마이크로 스테퍼 모터 펌프 또는 압전 펌프로서 제공될 수도 있다.
펌프는 제어기에 의해 조절될 수 있다. 제어기는 유체 센서가 더 이상 액체 에어로졸 형성 기재가 유체 채널에 존재하지 않음을 검출할 때 펌프의 작동을 중단시킬 수 있다. 전력은 전력 공급부에 의해 펌프에 공급될 수 있다.
펌프 및 바람직하게는 기화기는 퍼프 검출 시스템에 의해 트리거될 수 있다. 대안적으로, 펌프 및 바람직하게는 기화기는 온-오프 버튼을 누름으로써 트리거될 수 있고, 사용자의 퍼프 지속 기간 동안 유지될 수 있다.
퍼프 검출 시스템은 기류 센서로서 구성될 수 있고 기류 속도를 측정할 수 있는 센서로서 제공될 수 있다. 기류 속도는 사용자에 의해 시간 당 시스템의 기류 경로를 통해 흡인되는 공기의 양을 특성화하는 파라미터이다. 퍼프의 개시는 기류가 미리 결정된 임계값을 초과할 때 기류 센서에 의해 검출될 수 있다.
액체 저장부는 분배 장치에 공급될 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기에 적합할 수 있다. 액체 저장부는 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 용기 또는 저장소로서 구성될 수 있다.
바람직하게는, 액체 저장부는 주변 대기에 대해 밀봉식으로 밀봉된 각각의 커플링에 의해 펌프 유입구에 결합될 수 있다. 바람직하게는, 커플링은 자가 치유 관통형(self-healing pierceable) 막으로서 구성된다. 멤브레인은 액체 저장부에 저장된 액체 에어로졸 형성 기재의 바람직하지 않은 누출을 방지한다. 교체식 액체 저장부를 펌프에 결합시키기 위해 각각의 바늘형 중공관이 각각의 멤브레인을 통해 관통될 수 있다. 펌프가 액체 저장부에 연결될 때, 멤브레인은 액체 에어로졸 형성 기재의 바람직하지 않은 누출 및 액체 저장부로부터의 공기의 누출 및 액체 저장부로의 공기의 누출을 피한다.
액체 저장부는 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 예를 들어, 액체 저장부는 실질적으로 원통형일 수 있다. 액체 저장부의 단면은, 예를 들어 실질적으로 원형, 타원형, 정사각형 또는 직사각형일 수 있다.
액체 저장부는 일단 액체 저장부가 비어있거나 최소 용적 임계 미만이면 새로운 카트리지로 대체될 일회용 물품일 수 있다. 시스템은 유체 채널 내에 액체 에어로졸 형성 기재가 없는 상태를 유체 센서가 검출할 때 광학 또는 음향 신호와 같은 신호를 출력할 수 있다. 신호는 새로운 액체 저장부가 오래된 빈 액체 저장부를 교체하기 위해 제공되어야 하거나 액체 저장부가 재충진될 필요가 있음을 나타낼 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 비담배 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 발생 시스템은 전동식 에어로졸 발생 시스템일 수 있다. 바람직하게는, 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이다. 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 필적하는 크기를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 30 mm 내지 대략 150 mm의 총 길이를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 5 mm 내지 대략 30 mm의 외부 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 에어로졸을 발생시키기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 액체 에어로졸 형성 기재를 펌핑하기 위한 펌프를 제공하는 단계를 포함하며, 펌프는 유입구 및 유출구를 가지며, 유입구는 액체 저장부에 연결될 수 있다. 유체 채널은 유체가 흐르도록 펌프에 연결되어 제공된다. 또한, 유체 센서가 제공되며, 유체 센서는 유체 채널 내에 액체 에어로졸 형성 기재가 존재하는지를 결정한다.
일 양태와 관련하여 설명된 특징은 본 발명의 다른 양태에 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 더욱 설명될 것이며, 첨부 도면 중;
도 1은 본 발명의 에어로졸 발생 시스템의 예시적인 단면을 도시하고;
도 2는 본 발명의 센서 및 유체 채널의 예시적인 단면을 도시하고;
도 3은 본 발명의 센서에 사용될 수 있는 분압기 회로의 예시적인 배선도를 도시하고;
도 4는 본 발명의 센서의 예시적인 측정 다이어그램을 도시하며;
도 5는 본 발명의 센서의 추가 예시적인 측정 다이어그램을 도시한다.
도 1은 본 발명의 에어로졸 발생 시스템의 예시적인 단면을 도시하고;
도 2는 본 발명의 센서 및 유체 채널의 예시적인 단면을 도시하고;
도 3은 본 발명의 센서에 사용될 수 있는 분압기 회로의 예시적인 배선도를 도시하고;
도 4는 본 발명의 센서의 예시적인 측정 다이어그램을 도시하며;
도 5는 본 발명의 센서의 추가 예시적인 측정 다이어그램을 도시한다.
도 1에 도시된 에어로졸 발생 시스템은 유체 센서(10)를 포함한다. 유체 센서(10)는 펌프(12)와 분배 장치(14) 사이에 배치된다. 유체 센서(10)는 유체 채널(16)에 배치된다. 유체 센서(10)는 유체 채널(16) 내의 유체의 전기 저항을 측정한다. 그렇게 함으로써, 유체 센서(10)는 유체 채널(16) 내에 액체 에어로졸 형성 기재가 존재 여부를 결정한다.
펌프(12)는 액체 저장부(18)에서 유체 채널(16) 및 유체 센서(10)를 향해 액체 에어로졸 형성 기재를 펌핑하도록 구성된다. 펌프(12)는 추가 유체 채널(20)에 의해 액체 저장부(18)와 유체 연결된다.
액체 에어로졸 형성 기재가 유체 채널(16) 및 유체 센서(10)를 통과한 후, 액체 에어로졸 형성 기재는 분배 장치(14)를 향해 전달된다. 분배 장치(14)는 노즐(22)에서 끝나는 튜빙 세그먼트로서 구성된다. 분배 장치(14) 둘레에 히터(24)가 배치된다. 히터(24)는 가열 코일로서 구성된다.
히터(24)는 에어로졸이 에어로졸 발생 시스템의 마우스 단부(26)를 향해서 노즐(22)로부터 전달되도록 분배 장치(14) 내의 액체 에어로졸 형성 기재를 가열한다. 이어서 에어로졸은 사용자에 의해 흡입된다. 히터(24)는 배터리(28)에 의해 전력을 공급받는다.
유체 센서(10), 펌프(12), 분배 장치(14), 유체 채널(16), 노즐(22), 히터(24), 마우스 단부(26) 및 배터리(28)는 하우징(30) 내에 배치된다. 하우징(30)은 시스템의 본체를 수용한다. 하우징(30)은 또한 제어기(32)를 포함한다. 제어기(32)는 히터(24)의 활성화를 조절한다. 유체 센서(10)가 더 이상 액체 에어로졸 형성 기재가 유체 채널(16) 내에 존재하지 않음을 검출할 때, 제어기(32)는 히터(24)를 비활성화시킬 것이다. 제어기(32)는 또한 펌프(12)의 펌핑 작용을 제어한다. 제어기(32)는 유체의 전기 저항에 기초하여 유체 채널(16) 내 유체의 유형을 결정할 수도 있는 전기 회로의 일부이다. 제어기(32)는, 바람직하지 못한 유체가 유체 채널(16) 내에 존재하는 경우, 히터(24)를 비활성화시킬 수 있다.
도 1에서, 액체 저장부(18)는 또한 하우징(30) 내에 배치된다. 그러나, 액체 저장부(18)는 펌프(12)의 유입구에 부착될 수 있는 별도의 교체식 카트리지로서 구성될 수 있다.
도 2는 유체 센서(10)를 보다 상세하게 도시한다. 이와 관련하여, 도 2는 유체 센서(10)의 제1 전극(34) 및 제2 전극(36)이 유체 채널(16)의 벽에 배치되는 유체 채널(16)을 도시한다.
제1 전극(34)은 제1 전극(34)의 선단이 유체 채널(16) 내에 유체와 직접 접촉되도록 유체 채널(16)의 벽에 배치된다. 제2 전극(36)은 유체 채널(16) 내 벽의 대향 사이트 상에 배치되고 또한 유체 채널 (16) 내에 유체와 직접 접촉한다. 제1 및 제2 전극(34, 36)은 전극(34, 36) 간의 유체의 전기 저항을 측정함으로써 유체 채널(16) 내 유체의 전기 저항을 측정하도록 배치된다. 전극(34, 36)은 형태의 안정성을 유지하도록 담체(38) 내에 지지된다. 유체 센서(10)의 길이 및 폭은 1 mm 내지 1 cm, 바람직하게는 약 3 mm이다. 유체 센서(10)의 두께는 0,5 mm 내지 3 mm, 바람직하게는 약 1,5 mm이다. 전극은 0,9 mm의 직경을 갖는다. 전극은 1 내지 5 mm, 바람직하게는 약 3 mm의 길이를 갖는다. 전극 사이의 거리는 유체의 흐름을 방해하지 않는 범위에서 가능한 한 짧아야 하며, 바람직하게는 1 mm이거나 튜브의 내경이어야 한다.
도 3은 유체 채널(16) 내의 유체의 전기 저항을 결정하는 데 사용되는 분압기 회로를 도시한다.
도 3에서, 종래의 분압기 회로는, 종래의 제1 저항기가 제1 및 제2 전극(34, 36)으로 대체되고, 유체 채널(16) 내의 유체가 전극(34, 36) 사이에 위치한다는 점에서 변형된다. 그 외에도, 분압기 회로는 분압기 회로의 공지된 요소로 구성된다. 보다 상세하게, 제2 저항기(40)가 제공된다. 제2 저항기(40)의 전기 저항이 공지된다. 제2 저항기의 전기 저항은 필요시 선택될 수 있고, 액체 에어로졸 형성 기재의 전기 저항에 대하여 적절하게 선택된다. 제2 저항기의 전기 저항은, 5 내지 20 MΩ의 범위, 바람직하게는 약 12 MΩ으로 선택되거나 액체가 존재할 때 2개의 전극 사이의 저항과 대략 동일한 범위로 선택된다. 상이한 에어로졸 형성 기재는 상이한 저항을 제공할 것이므로, 디자인 공정 동안 특정될 필요가 있을 수 있다. 그러나, 이 범위의 대부분의 저항 값은 액체가 존재할 때와 그렇지 않을 때 상당한 전압 차이를 제공할 것이다. 액체 에어로졸 형성 기재의 전기 저항은 e-액체와 같은 상이한 액체 에어로졸 형성 기재의 전기 저항 내에서는 비슷하다. 공지된 전압이 회로에 인가된다. 아날로그 디지털 변환기(42)는 분압기 회로의 중앙 탭에 연결된다. 측정된 전압, 제2 저항기(40)의 공지된 전기 저항 및 인가된 전압을 사용함으로써, 아날로그 디지털 변환기(42)와 연결된 제어기는 제1 저항기의 전기 저항을 연산한다. 전극(34, 36)의 전기 저항이 또한 공지되기 때문에, 제어기(32)는 유체 채널 내의 유체의 전기 저항을 연산한다. 아날로그 디지털 변환기(42)에서, 전극들 사이의 유체의 전기 저항이 증가하면 측정된 전압은 감소하고, 유체의 전기 저항이 감소하면 측정된 전압은 증가한다.
도 4는 유체 센서(10)의 예시적인 측정치를 도시한다. 도 4는 아날로그 디지털 변환기(42)에서 측정되는 전압을 도시한다. 다이어그램은 시간 경과에 따른 전압을 도시한다. 제2 저항기(40)의 전기 저항은 12 MΩ으로 설정하였다. 초기에는, 액체 에어로졸 형성 기재가 유체 채널(16) 내에 존재하지 않는다. 오직 공기만이 유체 채널(16) 내에 존재한다. 따라서, 유체 채널(16) 내 유체의 높은 전기 저항에 상응하여, 측정된 전압은 낮다. 전기 저항은, 유체 채널(16) 내에 기재가 존재하지 않는 경우, 18 MΩ이 되도록 결정하였다. 이 측정치는 참조 부호 44로 표시된다. 유체 채널(16)이 액체 에어로졸 형성 기재로 완전히 충진되기 전에, 기포가 발생하며, 즉 액체 에어로졸 형성 기재와 공기의 혼합물을 나타낸다. 따라서, 변동하는 전기 저항 값은 유체 센서(10)에 의해 결정된다. 이 측정치는 참조 부호 46으로 표시된다. 유체 채널(16)이 액체 에어로졸 형성 기재로 완전히 채워질 때, 측정 전압은 유체 채널(16) 내의 액체 에어로졸 형성 기재의 비교적 낮은 전기 저항에 상응하여 높다(참조 부호 48). 전기 저항은 유체 채널(16)이 액체 에어로졸 형성 기재로 완전히 채워졌을 때 10 MΩ이 되도록 결정하였다. 먼저 액체 에어로졸 형성 기재가 유체 채널 내에 존재하고 나중에 공기가 유체 채널 내에 존재할 때도 동일한 원리가 적용된다. 이 경우, 액체 에어로졸 형성 기재에 기포가 이어지고 궁극적으로 공기가 이어지게 된다.
도 5는 도 4에 사용된 파라미터들보다 다른 파라미터를 갖는 유체 센서(10)의 또 다른 예시적인 측정치이다. 도 5에서 사용된 측정에서, 제2 저항기(40)의 전기 저항은 5,6 MΩ으로 설정하였다. 측정은 유체 채널(16) 내에서 상이한 유체로 수행하였다. 사용된 유체는 물(50), 글리세롤을 갖고, 80PG/20VG로 표시된 유체(52), 및 20PG/80VG로 표시된 더 높은 글리세롤 함량을 갖는 추가 유체(54)였다. 상이한 유체의 측정 사이에, 이소프로판올 및 물을 사용해 유체 채널(16)을 세정하여 유체 채널(16)의 오염을 방지하였다. 유체 채널(16)이 각각의 유체(50, 52, 54)로 채워지고 안정한 측정 신호가 얻어질 때까지 측정을 늦추었다. 도 5는 시간에 대한 측정 저항을 도시한다.
도 5에 도시된 측정치는 3개의 유체(50, 52, 54)가 측정된 전기 저항에 기초하여 서로 명확하게 구별될 수 있음을 나타낸다. 측정된 전기 저항이 시간이 지남에 따라 증가함을 관찰하였다. 임의의 이론에 구애받지 않고, 이 증가는 유체(50, 52, 54)의 분극화의 결과라고 여겨진다. 특히 글리세롤 함량이 높은 유체(54)는 글리세롤이 물에서 해리되지 않기 때문에 유체(54)가 낮은 초기 이온 수를 포함하므로 더 빠르고 더 분명한 분극을 생성한다. 시간에 따라 측정된 전기 저항의 증가를 피하도록, 전기 저항을 측정하기 위해 교류가 사용될 수 있다.
전술한 예시적인 구현예는 예시적이되 한정적이지 않다. 위에서 논의된 예시적인 구현예를 고려하면, 전술한 예시적인 구현예와 부합하는 다른 구현예도 이제 당업자에게 자명할 것이다.
Claims (14)
- 에어로졸 발생 시스템으로서,
유입구 및 유출구를 갖는 펌프로서, 상기 유입구는 액체 저장부에 연결될 수 있는 펌프;
유체가 흐르도록(fluidly) 상기 펌프에 연결되는 유체 채널; 및
유체 센서를 포함하되,
상기 유체 센서는 상기 유체 채널 내에 포함된 유체의 전기적 특성을 측정함으로써 상기 유체 채널 내에 액체 에어로졸 형성 기재가 존재하는지를 결정하도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 액체 에어로졸 형성 기재를 분배하기 위한 분배 장치를 더 포함하되, 상기 분배 장치는 상기 펌프의 상기 유출구와 유체 연통하는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 유체 채널과 상기 유체 센서는 상기 펌프와 상기 분배 장치 사이에 제공되는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 유체 센서에 의해 측정된 상기 전기적 특성은 상기 유체 채널 내에 포함된 상기 유체의 전기 저항인, 에어로졸 발생 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 유체 센서는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 유체 채널의 제1 채널 벽에 제공되고 상기 제2 전극은 상기 유체 채널의 제2 채널 벽에 제공되며, 상기 전극들은 상기 유체 채널 내에 포함된 상기 유체와 직접 접촉되는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제2 전극과 대향하여 배치되는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 유체 센서는 분압기(voltage divider) 회로를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 유체 센서는 상기 전기적 특성에 따라 상기 유체 채널 내의 상기 유체의 유형을 식별하도록 제공되는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 펌프는 마이크로 펌프, 마이크로 스테퍼 모터 펌프 또는 압전 펌프로서 제공되는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 기화기 및 제어기를 더 포함하며, 상기 제어기는, 상기 유체 채널 내에 유체가 없거나 잘못된 유체가 존재함을 상기 유체 센서가 검출할 때 상기 기화기를 비활성화시키도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 본체를 포함하고, 상기 펌프, 상기 유체 채널, 및 상기 유체 센서는 상기 본체 내에 포함되되, 상기 본체는 전력 공급부를 더 포함하고, 상기 액체 저장부는 카트리지의 일부로서 제공되어 상기 본체에 분리 가능하게 연결될 수 있는, 에어로졸 발생 시스템.
- 에어로졸 발생 시스템의 제조 방법으로서, 상기 방법은:
액체 에어로졸 형성 기재를 펌핑하기 위한 펌프를 제공하는 단계로서, 상기 펌프는 유입구 및 유출구를 갖고, 상기 유입구는 액체 저장부에 연결될 수 있는 것인 단계;
유체가 흐르도록(fluidly) 상기 펌프에 연결되는 유체 채널을 제공하는 단계; 및
유체 센서를 제공하는 단계를 포함하되,
상기 유체 센서는 상기 유체 채널 내에 액체 에어로졸 형성 기재가 존재하는지를 결정하는, 에어로졸 발생 시스템의 제조 방법. - 제13항에 있어서, 상기 방법은 기화기 및 제어기를 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 제어기는, 상기 유체 채널 내에 유체가 없거나 잘못된 유체가 존재함을 상기 유체 센서가 검출할 때 상기 기화기를 비활성화시키는, 에어로졸 발생 시스템의 제조 방법.
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