KR20210010373A - 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛 - Google Patents

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카즈마 미즈구치
마나부 야마다
료지 후지타
하지메 후지타
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니뽄 다바코 산교 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 전원 유닛의 상태를 정밀하게 진단할 수 있는 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛을 제공한다.
[해결수단] 에어로졸 흡인기(1)의 전원 유닛(10)은, 에어로졸원으로부터 에어로졸을 발생시키기 위한 부하(21)로 방전 가능한 전원(12)과, 전원(12)을 제어하는 제어부(50)와, 전원(12) 및 제어부(50)를 수용하는 전원 유닛 케이스(11)와, 전원 유닛 케이스(11) 내에서의 동일한 물리량을 출력 가능한 복수의 정전 용량 센서(80)를 구비한다. 제어부(50)는, 복수의 정전 용량 센서(80)의 출력에 근거하여, 전원 유닛(10)의 상태를 진단하도록 구성된다.

Description

에어로졸 생성 장치의 전원 유닛 {POWER SUPPLY UNIT OF AEROSOL GENERATION APPARATUS}
본 발명은, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 전지 등의 전원과, 1개 또는 복수의 가열 요소를 포함할 수 있는 무화기(霧化器)와, 무화기 영역으로부터 전지를 분리하기 위한 벌크 헤드를 구비하는 개인용 전자 흡입기가 개시되어 있다. 이러한 개인용 전자 흡입기에 의하면, 전지로부터 전해액이 누출된 경우, 전해액의 무화기측으로의 유출을 벌크 헤드로 저지할 수 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 전해액의 유출을 방지하는 봉지층(封止層)과, 전해액의 유출을 봉지층으로 막지 못할 경우에 전해액을 흡착하는 흡착층이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 전해액의 외부로의 유출을 방지하기 위하여, 스틸제의 하우징 내에 알루미늄·플라스틱 필름제의 하우징이 마련된 전자 시가렛이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특표 2016-536023호 공보 특허문헌 2: 중국 특허출원 공고 제103099319호 명세서 특허문헌 3: 중국 특허출원 공개 제107432498호 명세서
그러나 특허문헌 1∼3에서는, 전지로부터 전해액이 누출되었을 때에, 다른 부품에 영향을 미치지 않게 하기 위한 수단은 개시되어 있지만, 전지로부터의 전해액의 누출을 인식할 수는 없다. 환언하면, 전해액의 누출이 발생한 후에도, 개인용 전자 흡입기 등의 동작은 계속되게 된다. 또한, 특허문헌 1∼3에서는, 수몰(水沒) 등으로 액체가 케이스 내부에 침입(浸入)했을 때에, 액체의 침입을 인식할 수 없다. 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛에서는, 액체의 누출, 액체의 침입, 전원(셀)의 부풂(팽창) 등, 에어로졸 생성 장치의 동작에 영향을 미칠 가능성이 있는 상태를 인식하는 것이 중요하다.
본 발명의 목적은, 전원 유닛의 상태를 정밀하게 진단할 수 있는 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛은,
에어로졸원으로부터 에어로졸을 발생시키기 위한 부하(負荷)로 방전 가능한 전원과,
상기 전원을 제어하는 제어부와,
상기 전원 및 상기 제어부를 수용하는 케이스를 구비하는 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 케이스 내에서의 동일한 물리량을 출력 가능한 복수의 센서를 더 구비하며,
상기 제어부는, 상기 복수의 센서의 출력에 근거하여, 상기 전원 유닛의 상태를 진단하도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 전원 유닛의 상태를 정밀하게 진단할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 일 실시형태의 전원 유닛이 장착된 에어로졸 흡인기의 사시도이다.
[도 2] 도 1의 에어로졸 흡인기의 다른 사시도이다.
[도 3] 도 1의 에어로졸 흡인기의 단면도이다.
[도 4] 도 1의 에어로졸 흡인기에서의 전원 유닛의 사시도이다.
[도 5] 도 1의 에어로졸 흡인기에서의 전원 유닛의 회로 구성을 나타내는 모식도(模式圖)이다.
[도 6] 도 1의 에어로졸 흡인기에서의 전원 유닛의 요부(要部) 구성을 나타내는 블록도이다.
[도 7] 도 1의 에어로졸 흡인기에서의 전원 유닛의 기판 구성을 나타내는 요부 사시도이다.
[도 8] 도 1의 에어로졸 흡인기에서의 전원 유닛의 정전(靜電) 용량 센서를 설명하는 설명도이다.
[도 9a] 병렬로 접속된 2개의 정전 용량 센서의 합성 용량의 설명도로, 어느 정전 용량 센서도 액체를 검지(檢知)하고 있지 않은 상태를 나타내는 설명도이다.
[도 9b] 병렬로 접속된 2개의 정전 용량 센서의 합성 용량의 설명도로, 어느 한쪽의 정전 용량 센서가 액체를 검지한 상태를 나타내는 설명도이다.
[도 9c] 병렬로 접속된 2개의 정전 용량 센서의 합성 용량의 설명도로, 2개의 정전 용량 센서가 액체를 검지한 상태를 나타내는 설명도이다.
[도 10] 도 1의 에어로졸 흡인기에서의 전원 유닛의 제어예를 나타내는 플로우 차트이다.
[도 11] 도 10의 제어예에서 이용하는 임계값(역치)의 설명도이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태의 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛에 대해 설명하는데, 우선, 전원 유닛이 장착된 에어로졸 흡인기에 대해, 도 1∼도 6을 참조하면서 설명한다.
(에어로졸 흡인기)
에어로졸 흡인기(1)는, 연소를 수반하지 않고 향미(香味)를 흡인하기 위한 기구이며, 소정 방향(이하, 긴 방향 A라고 부른다)을 따라 뻗어 있는 봉 형상을 갖는다. 에어로졸 흡인기(1)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 긴 방향 A를 따라 전원 유닛(10)과, 제1 카트리지(20)와, 제2 카트리지(30)가 이 순서로 설치되어 있다. 제1 카트리지(20)는, 전원 유닛(10)에 대해 착탈(着脫) 가능하고, 제2 카트리지(30)는, 제1 카트리지(20)에 대해 착탈 가능하다. 바꾸어 말하면, 제1 카트리지(20) 및 제2 카트리지(30)는, 각각 교환 가능하다.
(전원 유닛)
본 실시형태의 전원 유닛(10)은, 도 3∼도 6에 나타내는 바와 같이, 원통 모양의 전원 유닛 케이스(11)의 내부에 전원(12), 충전기(13), 제어부(50), 각종 센서 등을 수용한다.
전원(12)은, 충전 가능한 이차 전지이며, 바람직하게는, 리튬이온 이차 전지이다. 본 실시형태의 전원(12)은, 전극이나 도시하지 않은 전해액(電解液) 등의 각종 구성요소를 수용하는 원통 형상의 케이스(12a)를 구비한다. 전원(12)의 길이 방향(긴 방향 A)의 일단부 또는 양단부에는, 정부(正負)의 전극이 되는 한 쌍의 탭(12b)(도 8 참조)이 설치된다. 환언하면, 전원(12)의 길이 방향의 양단의 일방(一方)에는 정극(正極, 양극)용의 탭(12b)이, 전원(12)의 길이 방향의 양단의 타단에 정극용의 탭(12b)이 설치되어도 된다. 또는, 전원(12)의 길이 방향의 일단에, 정극용의 탭(12b)과 부극(負極, 음극)용의 탭(12b)의 양쪽 모두가 설치되어도 된다. 또한, 전원(12)은, 길이 방향의 일단부 또는 양단부에, 전원(12)의 내압(內壓)이 소정의 압력을 초과했을 때 밸브개방되는 도시하지 않은 안전밸브를 구비한다.
전원 유닛 케이스(11)의 긴 방향 A의 일단측(제1 카트리지(20)측)에 위치하는 톱(top)부(11a)에는, 방전 단자(41)가 설치된다. 방전 단자(41)는, 톱부(11a)의 상면으로부터 제1 카트리지(20)를 향해 돌출되도록 설치되며, 제1 카트리지(20)의 부하(21)와 전기적으로 접속 가능하게 구성된다.
또한, 톱부(11a)의 상면에는, 방전 단자(41)의 근방에, 제1 카트리지(20)의 부하(21)에 공기를 공급하는 공기 공급부(42)가 설치되어 있다.
전원 유닛 케이스(11)의 긴 방향 A의 타단측(제1 카트리지(20)와 반대측)에 위치하는 보텀(bottom)부(11b)에는, 전원(12)을 충전 가능한 외부 전원(60)(도 5 참조)과 전기적으로 접속 가능한 충전 단자(43)가 설치된다. 충전 단자(43)는, 보텀부(11b)의 측면에 설치되며, USB 단자, microUSB 단자, Lightning(등록상표) 단자 중 적어도 하나가 접속 가능하다.
또한, 충전 단자(43)는, 외부 전원(60)으로부터 공급되는 전력을 비접촉으로 수전(受電) 가능한 수전부여도 된다. 이러한 경우, 충전 단자(43)(수전부)는, 수전 코일로 구성되어 있어도 된다. 비접촉에 의한 전력 전송(Wireless Power Transfer)의 방식은, 전자(電磁) 유도형이어도 되고, 자기(磁氣) 공명형이어도 된다. 또한, 충전 단자(43)는, 외부 전원(60)으로부터 공급되는 전력을 무접점으로 수전 가능한 수전부여도 된다. 다른 일례로서, 충전 단자(43)는, USB 단자, microUSB 단자, Lightning(등록상표) 단자 중 적어도 하나가 접속 가능하고, 또 상술(上述)한 수전부를 갖고 있어도 된다.
즉, 전원 유닛(10)은, 방전 단자(41)와 충전 단자(43)가 별체(別體)로 구성되고, 또, 긴 방향 A에서 이간(離間)되어 배치되므로, 충전 단자(43)에는, 방전 단자(41)를 개재한 전원(12)의 방전이 가능한 상태로, 외부 전원(60)을 전기적으로 접속할 수 있도록 구성된다. 또한, 전원 유닛(10)에서는, 충전 단자(43)와 외부 전원(60)이 전기적으로 접속되어 있는 상태에서, 에어로졸 생성 요구를 검출한 경우, 전원(12)의 충전과 방전이 동시에 행해지는 것이 금지된다.
또한, 전원 유닛 케이스(11)에는, 유저가 조작 가능한 조작부(14)가, 톱부(11a)의 측면에 충전 단자(43)와는 반대측을 향하도록 설치된다. 더 상술하면, 조작부(14)와 충전 단자(43)는, 조작부(14)와 충전 단자(43)를 잇는 직선과 긴 방향 A에서의 전원 유닛(10)의 중심선 L의 교점에 대해 점대칭의 관계에 있다. 조작부(14)는, 버튼식의 스위치, 터치 패널 등으로 구성되며, 유저의 사용 의사를 반영해서 제어부(50) 및 각종 센서를 기동/차단할 때 등에 이용된다. 조작부(14)의 근방에는, 제어부(50) 및 퍼프(puff) 동작을 검출하는 흡기 센서(15)가 설치되어 있다.
충전기(13)는, 충전 단자(43)로부터 전원(12)으로 입력되는 충전 전력을 제어한다. 충전기(13)는, 충전 단자(43)에 접속되는 충전 케이블에 탑재된 교류를 직류로 변환하는 인버터(61) 등으로부터의 직류를 크기가 다른 직류로 변환하는 컨버터, 전압계, 전류계, 프로세서 등을 포함하는 충전 IC를 이용하여 구성된다.
제어부(50)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 충전기(13), 조작부(14), 퍼프(흡기) 동작을 검출하는 흡기 센서(15), 전원(12)의 전압을 측정하는 전압 센서(16), 온도를 검출하는 온도 센서(17), 흡기 센서(15)와는 별체로, 또 전원 유닛 케이스(11) 내에서 정전 용량을 검출하는 정전 용량 센서(80) 등의 각종 센서 장치, 및 퍼프 동작의 횟수 또는 부하(21)로의 통전(通電) 시간 등을 기억하는 메모리(18)에 접속되어, 에어로졸 흡인기(1)의 각종 제어를 행한다. 흡기 센서(15)는, 콘덴서 마이크로폰이나 압력 센서 등으로 구성되어 있어도 된다. 제어부(50)는, 구체적으로는 프로세서(MCU: 마이크로컨트롤러 유닛)이다. 이 프로세서의 구조는, 더 구체적으로는, 반도체 소자 등의 회로 소자를 조합한 전기 회로이다. 제어부(50)의 상세에 대해서는 후술한다.
또한, 전원 유닛 케이스(11)에는, 내부에 외기를 취입하는(intake) 공기 취입구(11c)가 마련되어 있다. 또한, 공기 취입구(11c)는, 조작부(14)의 주위에 마련되어 있어도 되고, 충전 단자(43)의 주위에 마련되어 있어도 된다.
(제1 카트리지)
제1 카트리지(20)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 원통 모양의 카트리지 케이스(27)의 내부에, 에어로졸원(22)을 저류(貯留)하는 리저버(reservoir)(23)와, 에어로졸원(22)을 무화하는 전기적인 부하(21)와, 리저버(23)로부터 부하(21)에 에어로졸원을 끌어넣는 윅(wick)(24)과, 에어로졸원(22)이 무화됨으로써 발생한 에어로졸이 제2 카트리지(30)를 향해 흐르는 에어로졸 유로(25)와, 제2 카트리지(30)의 일부를 수용하는 엔드 캡(26)을 구비한다.
리저버(23)는, 에어로졸 유로(25)의 주위를 둘러싸도록 구획 형성되어, 에어로졸원(22)을 저류한다. 리저버(23)에는, 수지(樹脂) 웹(web)이나 면(綿) 등의 다공체(多孔體)가 수용되며, 또, 에어로졸원(22)이 다공체에 함침되어 있어도 된다. 리저버(23)에는, 수지 웹 또는 면상의 다공질체가 수용되지 않고, 에어로졸원(22)만이 저류되어 있어도 된다. 에어로졸원(22)은, 글리세린, 프로필렌글리콜, 물 등의 액체를 포함한다.
윅(24)은, 리저버(23)로부터 모세관 현상을 이용하여 에어로졸원(22)을 부하(21)로 끌어넣는 액보지(液保持)부재로서, 예를 들면, 유리 섬유나 다공질 세라믹 등에 의해 구성된다.
부하(21)는, 전원(12)으로부터 방전 단자(41)를 통해 공급되는 전력에 의해 연소를 수반하지 않고 에어로졸원(22)을 무화한다. 부하(21)는, 소정 피치로 권회(卷回)되는 전열선(코일)에 의해 구성되어 있다. 또한, 부하(21)는, 에어로졸원(22)을 무화하여 에어로졸을 발생 가능한 소자이면 되고, 예를 들면, 발열 소자, 또는 초음파 발생기이다. 발열 소자로서는, 발열 저항체, 세라믹 히터, 및 유도 가열식의 히터 등을 들 수 있다.
에어로졸 유로(25)는, 부하(21)의 하류측으로서, 전원 유닛(10)의 중심선 L 상에 마련된다.
엔드 캡(26)은, 제2 카트리지(30)의 일부를 수용하는 카트리지 수용부(26a)와, 에어로졸 유로(25)와 카트리지 수용부(26a)를 연통시키는 연통로(26b)를 구비한다.
(제2 카트리지)
제2 카트리지(30)는, 향미원(香味源)(31)을 저류한다. 제2 카트리지(30)는, 제1 카트리지(20)의 엔드 캡(26)에 마련된 카트리지 수용부(26a)에 착탈 가능하게 수용된다. 제2 카트리지(30)는, 제1 카트리지(20)측과는 반대측의 단부가, 유저의 흡구(32)로 되어 있다. 또한, 흡구(32)는, 제2 카트리지(30)와 일체 불가분으로 구성되는 경우에 한하지 않고, 제2 카트리지(30)와 착탈 가능하게 구성되어도 된다. 이와 같이 흡구(32)를 전원 유닛(10)과 제1 카트리지(20)와는 별체로 구성함으로써, 흡구(32)를 위생적으로 유지할 수 있다.
제2 카트리지(30)는, 부하(21)에 의해 에어로졸원(22)이 무화됨으로써 발생한 에어로졸을 향미원(31)에 통과시키는 것에 의해 에어로졸에 향미를 부여한다. 향미원(31)을 구성하는 원료편(原料片)으로서는, 살담배, 담배원료를 입상(粒狀)으로 성형한 성형체를 이용할 수 있다. 향미원(31)은, 담배 이외의 식물(예를 들면, 민트, 한방, 허브 등)에 의해 구성되어도 된다. 향미원(31)에는, 멘톨 등의 향료가 부여되어 있어도 된다.
본 실시형태의 에어로졸 흡인기(1)에서는, 에어로졸원(22)과 향미원(31)과 부하(21)에 의해, 향미가 부가된 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 즉, 에어로졸원(22)과 향미원(31)은, 에어로졸을 발생시키는 에어로졸 생성원이라고 말할 수 있다.
에어로졸 흡인기(1)에 이용되는 에어로졸 생성원의 구성은, 에어로졸원(22)과 향미원(31)이 별체로 되어 있는 구성 외에, 에어로졸원(22)과 향미원(31)이 일체적으로 형성되어 있는 구성, 향미원(31)이 생략되고 향미원(31)에 포함될 수 있는 물질이 에어로졸원(22)에 부가된 구성, 향미원(31) 대신에 약제 등이 에어로졸원(22)에 부가된 구성 등이어도 된다.
이와 같이 구성된 에어로졸 흡인기(1)에서는, 도 3 중, 화살표 B로 나타내는 바와 같이, 전원 유닛 케이스(11)에 마련된 공기 취입구(11c)로부터 유입된 공기가, 공기 공급부(42)로부터 제1 카트리지(20)의 부하(21) 부근을 통과한다. 부하(21)는, 윅(24)에 의해 리저버(23)로부터 끌어 넣어진 또는 이동된 에어로졸원(22)을 무화한다. 무화되어 발생한 에어로졸은, 공기 취입구(11c)로부터 유입된 공기와 함께 에어로졸 유로(25)를 흐르며, 연통로(26b)를 통해 제2 카트리지(30)에 공급된다. 제2 카트리지(30)에 공급된 에어로졸은, 향미원(31)을 통과함으로써 향미가 부여되어, 흡구(32)에 공급된다.
또한, 에어로졸 흡인기(1)에는, 각종 정보를 알리는 알림부(45)가 설치되어 있다. 알림부(45)는, 발광 소자에 의해 구성되어 있어도 되고, 진동 소자에 의해 구성되어 있어도 되며, 소리 출력 소자에 의해 구성되어 있어도 된다. 또한, 알림부(45)는, 발광 소자, 진동 소자 및 소리 출력 소자 중, 2 이상의 소자의 조합이어도 된다. 알림부(45)는, 전원 유닛(10), 제1 카트리지(20), 및 제2 카트리지(30) 중 어느 것에 설치되어도 되지만, 전원(12)으로부터의 도선을 짧게 하기 위해 전원 유닛(10)에 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 조작부(14)의 주위가 투광성을 갖고, LED 등의 발광 소자에 의해 발광하도록 구성된다.
(전기 회로)
계속해서, 전원 유닛(10)의 전기 회로에 대해 도 5를 참조하면서 설명한다.
전원 유닛(10)은, 전원(12)과, 방전 단자(41)를 구성하는 정극측 방전 단자(41a) 및 부극측 방전 단자(41b)와, 충전 단자(43)를 구성하는 정극측 충전 단자(43a) 및 부극측 충전 단자(43b)와, 전원(12)의 정극측과 정극측 방전 단자(41a) 사이 및 전원(12)의 부극측과 부극측 방전 단자(41b) 사이에 접속되는 제어부(50)와, 충전 단자(43)와 전원(12)의 전력 전달 경로상에 배치되는 충전기(13)와, 전원(12)과 병렬로 접속되는 전압 센서(16)와, 전원(12)과 방전 단자(41)의 전력 전달 경로상에 배치되는 스위치(19)와, 제어부(50)에 접속되는 정전 용량 센서(80)를 구비한다. 스위치(19)는, 예를 들면 MOSFET에 의해 구성되고, 제어부(50)가 게이트 전압을 조정하는 것에 의해 개폐 제어된다.
(제어부)
제어부(50)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 에어로졸 생성 요구 검출부(51)와, 액체 검지부(52)와, 전력 제어부(53)와, 알림 제어부(54)를 구비한다.
에어로졸 생성 요구 검출부(51)는, 흡기 센서(15)의 출력 결과에 근거하여 에어로졸 생성의 요구를 검출한다. 흡기 센서(15)는, 흡구(32)를 통한 유저의 흡인에 의해 발생한 전원 유닛(10) 내의 압력 변화의 값을 출력하도록 구성되어 있다. 흡기 센서(15)는, 예를 들면, 공기 취입구(11c)로부터 흡구(32)를 향해 흡인되는 공기의 유량(즉, 유저의 퍼프 동작)에 따라 변화하는 기압에 따른 출력값(예를 들면, 전압값 또는 전류값)을 출력하는 압력 센서이다.
액체 검지부(52)는, 정전 용량 센서(80)의 출력에 근거하여, 전원 유닛 케이스(11)의 내부에서의 액체의 누출을 검지(이하, 액체의 누출 검지라고 한다)하거나, 전원 유닛 케이스(11)의 내부로의 액체의 침입을 검지(이하, 액체의 침입 검지라고 한다)한다. 또한, 액체 검지부(52)는, 검지 결과에 따라 전원(12)의 충방전을 금지한다. 이러한 액체 검지부(52)에 의하면, 액체의 누출, 액체의 침입 등이 에어로졸 흡인기(1)의 동작에 주는 영향을 회피할 수 있다. 또한, 정전 용량 센서(80)를 이용함으로써, 저렴한 구성이면서 높은 정밀도로 액체의 누출 및 액체의 침입을 검지할 수 있다. 또한, 액체 검지부(52)의 구체적인 처리 수순은 후술한다.
알림 제어부(54)는, 각종 정보를 알리도록 알림부(45)를 제어한다. 예를 들면, 알림 제어부(54)는, 제2 카트리지(30)의 교환 타이밍의 검출에 따라, 제2 카트리지(30)의 교환 타이밍을 알리도록 알림부(45)를 제어한다. 알림 제어부(54)는, 메모리(18)에 기억된 퍼프 동작의 횟수 또는 부하(21)로의 누적 통전 시간에 근거하여, 제2 카트리지(30)의 교환 타이밍을 알린다. 알림 제어부(54)는, 제2 카트리지(30)의 교환 타이밍의 알림에 한하지 않고, 제1 카트리지(20)의 교환 타이밍의 알림, 전원(12)의 교환 타이밍, 전원(12)의 충전 타이밍 등을 알려도 된다.
전력 제어부(53)는, 에어로졸 생성 요구 검출부(51)가 에어로졸 생성의 요구를 검출했을 때에 방전 단자(41)를 통한 전원(12)의 방전을, 스위치(19)의 온/오프에 의해 제어한다.
전력 제어부(53)는, 부하(21)에 의해 에어로졸원이 무화됨으로써 생성되는 에어로졸의 양이 원하는 범위에 들어가도록, 바꾸어 말하면, 전원(12)으로부터 부하(21)에 공급되는 전력량이 일정 범위가 되도록 제어한다. 구체적으로 설명하면, 전력 제어부(53)는, 예를 들면, PWM(Pulse Width Modulation: 펄스 폭 변조) 제어에 의해 스위치(19)의 온/오프를 제어한다. 이 대신에, 전력 제어부(53)는, PFM(Pulse Frequency Modulation: 펄스 주파수 변조) 제어에 의해 스위치(19)의 온/오프를 제어해도 된다.
전력 제어부(53)는, 부하(21)로의 전력 공급을 개시하고 나서 소정 기간이 경과한 경우에, 전원(12)으로부터 부하(21)에 대한 전력 공급을 정지해도 된다. 바꾸어 말하면, 전력 제어부(53)는, 유저가 실제로 퍼프 동작을 행하고 있는 퍼프 기간 내여도, 퍼프 기간이 소정 기간을 초과한 경우에, 전원(12)으로부터 부하(21)에 대한 전력 공급을 정지한다. 소정 기간은, 유저의 퍼프 기간의 차이를 억제하기 위해서 정해진다. 전력 제어부(53)는, 전원(12)의 축전량에 따라, 1회 퍼프 동작에서의 스위치(19)의 온/오프의 듀티비(duty ratio)를 제어한다. 예를 들면, 전력 제어부(53)는, 전원(12)으로부터 부하(21)로 전력을 공급하는 온 시간의 간격(펄스 간격)을 제어하거나, 전원(12)으로부터 부하(21)로 전력을 공급하는 온 시간의 길이(펄스 폭)를 제어하거나 한다.
또한, 전력 제어부(53)는, 충전 단자(43)와 외부 전원(60)의 전기적인 접속을 검출하여, 충전기(13)를 통한 전원(12)의 충전을 제어한다.
(기판 구성)
도 7에 나타내는 바와 같이, 전원 유닛(10)은, 충전 단자(43) 등이 설치되는 제1 회로 기판(71)과, 제어부(50), 충전기(13), 스위치(19) 등이 설치되는 제2 회로 기판(72)과, 제1 회로 기판(71)과 제2 회로 기판(72)을 전기적으로 접속하는 도전 부재(73)를 구비한다. 본 실시형태의 도전 부재(73)는, 플렉시블 프린트 회로 기판(FPCB)을 이용하여 구성되지만, 도선으로 구성해도 된다.
제1 회로 기판(71)과 제2 회로 기판(72)은, 서로 이간해서 배치되어 있다. 구체적으로는, 전원(12)의 길이 방향(긴 방향 A)에서 일단측에 제1 회로 기판(71)이 설치되고, 전원(12)의 길이 방향(긴 방향 A)에서 타단측에 제2 회로 기판(72)이 설치되며, 전원(12)의 둘레면을 따라 전원(12)의 길이 방향으로 연재(延在)하는 도전 부재(73)를 통해 제1 회로 기판(71)과 제2 회로 기판(72)이 전기적으로 접속되어 있다.
(액체의 누출 검지)
다음으로, 제어부(50)(액체 검지부(52))에 의한 액체의 누출 검지에 대해, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 전원 유닛 케이스(11)의 내부에서 누출되는 액체로서, 전원(12)의 전해액을 상정(想定)하고 있다. 이하의 설명에서, 「전해액」이라는 용어는, 이온 액체와 난연성(難燃性)의 유기 용매 중 어느 쪽을 나타내도 된다는 점에 유의하기 바란다.
또한, 전원(12)은 전해질(電解質)로서 전해액 이외를 가지고 있어도 된다. 일례로서, 전원(12)은, 고체 또는 젤 모양의 고체 전해질과 전해액의 양쪽 모두를 가지고 있어도 된다. 또한, 전해액은, 복수의 액체를 포함하는 혼합 용액이어도 된다. 또한, 전해액은, 전원(12)의 성능을 향상시키기 위한 리튬염 등이 첨가재로서 첨가되어 있어도 된다.
정전 용량 센서(80)는, 센서용의 전극(81)과 GND 전위(電位) 사이에 발생하는 정전 용량의 변화에 근거하여, 물체나 유체 등을 검지하는 센서이며, 본 실시형태에서는, 전원(12)으로부터 누출된 전해액을 검지한다. 본 실시형태의 정전 용량 센서(80)는, 전극(81)과 GND 전위 사이에, 전해액을 흡수하여 전극(81)으로 유도하는 제1 다공질체(82)를 사이에 두고 의사적(擬似的)인 콘덴서를 구성하여, 그 콘덴서의 정전 용량을 제어부(50)에서 계측한다. 예를 들면, 제어부(50)는, 정전 용량 센서(80)가 구성하는 콘덴서의 충방전을 행하고, 거기에 필요한 시간에 근거하여 정전 용량을 계측한다. 이러한 정전 용량 센서(80)에 의하면, 제1 다공질체(82)가 전해액을 흡수하면, 정전 용량이 변화하므로, 제어부(50)는, 전원(12)으로부터 누출된 전해액을 정밀하게 검출할 수 있다. 또한, 전극(81)은 금속판, 제1 다공질체(82)는 코튼(cotton) 시트, 스펀지, 탈지면 등으로 구성할 수 있으므로, 저렴한 구성으로 전원(12)의 전해액 누출을 검지하는 것이 가능하게 된다. 전극(81) 및 제1 다공질체(82)는 유닛화되어 정전 용량 센서 유닛을 구성해도 된다. 또한, 정전 용량 센서(80)를 1개의 전극(81)만을 갖는 의사적인 콘덴서가 아닌, 대향하는 2개의 전극(81)을 갖는 콘덴서로 구성해도 된다.
정전 용량 센서(80)는, 전원(12)에서 전해액이 누출되기 쉬운 개소(箇所)에 배치되는 것이 바람직하다. 전원(12)은, 통상, 탭(12b)이나 안전밸브의 근방에서 전해액 누출이 발생하기 쉬우므로, 제1 다공질체(82)의 적어도 일부는, 탭(12b)이나 안전밸브에 맞닿도록 배치되는, 또는 탭(12b)이나 안전밸브의 근방에 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 전원(12)의 탭(12b)이나 안전밸브의 근방에서 전해액 누출이 발생한 경우에, 전해액 누출을 효과적으로 또 신속히 검지할 수 있다. 제1 다공질체(82)의 적어도 일부가, 탭(12b)이나 안전밸브에 맞닿도록 배치된다란, 제1 다공질체(82)의 전체가 탭(12b)이나 안전밸브에 맞닿는 것을 포함하는 것은 말할 필요도 없고, 제1 다공질체(82)가 탭(12b)이나 안전밸브로부터 이간하면서 제1 다공질체(82)의 일부(예를 들면, 완부(腕部))가 탭(12b)이나 안전밸브를 향해 연장되어 탭(12b)이나 안전밸브에 맞닿는 것을 포함한다. 또한, 제1 다공질체(82)의 적어도 일부가, 탭(12b)이나 안전밸브의 근방에 배치된다란, 제1 다공질체(82)의 전체가 탭(12b)이나 안전밸브의 근방에 위치하는 것은 말할 필요도 없고, 제1 다공질체(82)가 탭(12b)이나 안전밸브로부터 이간하면서 제1 다공질체(82)의 일부(예를 들면, 완부)가 탭(12b)이나 안전밸브의 근방에 위치하는 것을 포함한다. 또한, 근방이란, 전해액이 누출되었을 때에 전해액과 접촉할 수 있는 위치를 적어도 포함하는 위치이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 전원(12)의 일단측에 정전 용량 센서(80)를 배치하고, 전원(12)의 타단측에 제어부(50)(제2 회로 기판(72))를 배치하는 경우, 정전 용량 센서(80)를 제어부(50)에 접속하는 도선(83)은, 플렉시블 프린트 회로 기판인 도전 부재(73)에 조립하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 전원 유닛(10)의 배선 간략화가 도모된다.
또한, 전원 유닛 케이스(11)의 내부에 배치되어, 전원(12)을 보지(保持)하는 도시하지 않은 전원 홀더를 구비하는 전원 유닛(10)의 경우는, 제1 다공질체(82)의 적어도 일부가 전원(12)과 전원 홀더 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 본원 발명자들이 예의 검토한 결과, 전원 홀더는 전원(12)과의 사이에 불가피한 간극을 발생시키며, 전해액은 이 간극으로 침입하기 쉬운 것이 판명되었다. 이와 같이 하면, 전원(12)과 전원 홀더 사이에 전해액이 새어 들어간 경우라도, 전해액 누출을 검지할 수 있다. 또한, 전원(12)과 전원 홀더 사이에, 제1 다공질체(82)에 더해서 정전 용량 센서(80)를 배치해도 된다. 전원 홀더는, 도전성(導電性)이어도 되고, 비도전성이어도 된다.
제1 다공질체(82)는, 흡수한 전해액에 의해 정전 용량 센서(80)의 정전 용량이 유의차(有意差)를 갖고서 변화하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 다공질체(82)는, 흡수한 전해액을 정전 용량 센서(80)의 정전 용량을 변화시키는 개소로 신속히 수송하는 것이 바람직하다. 이러한 배경 아래, 제1 다공질체(82)의 사이즈 등의 물성은 제한되는 것이 바람직하다. 그 결과, 누출된 전해액의 양에 따라서는, 제1 다공질체(82)가 전해액을 다 흡수하지 못할 우려가 있다. 또한, 제1 다공질체(82)가 다 흡수하지 못한 전해액에는, 제1 다공질체(82)에 일단은 접촉하면서도 다 흡수하지 못했던 것과, 제1 다공질체(82)가 접촉할 수 없었던 것이 포함되는 점에 유의하기 바란다.
그래서, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 회로 기판(71, 72)의 근방에 정전 용량 센서(80)를 배치하는 경우는, 정전 용량 센서(80)(전극(81))와 회로 기판(71, 72) 사이에 제2 다공질체(84)를 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제2 다공질체(84)가, 제1 다공질체(82)로는 흡수할 수 없는 전해액을, 흡수할 수 있다. 그 결과, 제1 다공질체(82)로는 흡수할 수 없는 전해액으로부터 회로 기판(71, 72)을 보호할 수 있다.
(액체의 침입 검지)
다음으로, 제어부(50)(액체 검지부(52))에 의한 액체의 침입 검지에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는, 전원 유닛 케이스(11)의 내부에 침입하는 액체로서, 수몰 시에 침입하는 물을 상정하고 있다. 또한, 액체의 침입 검지에 이용하는 정전 용량 센서(80)의 구조는, 액체의 누출 검지에 이용하는 정전 용량 센서(80)의 구조와 대략 동일하다. 액체의 침입 검지에 이용되는 정전 용량 센서(80)에서도, 제1 다공질체(82)와 제2 다공질체(84)의 양쪽 모두를 갖고 있는 것이 바람직하다.
제어부(50)는, 정전 용량 센서(80)의 출력에 근거하여, 전원 유닛 케이스(11)에 마련되는 개구(開口)(K1∼K5)로부터의 물의 침입을 검지한다. 예를 들면, 정전 용량 센서(80)의 전극(81)으로 물을 유도하는 제1 다공질체(82)의 적어도 일부는, 개구(K1∼K5)에 맞닿도록(當接) 배치되는, 또는 개구(K1∼K5)의 근방에 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 개구(K1∼K5)로부터 물이 침입했을 경우에 물의 침입을 효과적으로 검지할 수 있다. 제1 다공질체(82)의 적어도 일부가, 개구(K1∼K5)에 맞닿도록 배치된다란, 제1 다공질체(82)의 전체가 개구(K1∼K5)에 맞닿는 것을 포함하는 것은 말할 필요도 없고, 제1 다공질체(82)가 개구(K1∼K5)로부터 이간하면서 제1 다공질체(82)의 일부(예를 들면, 완부)가 개구(K1∼K5)를 향해 연장되어 개구(K1∼K5)에 맞닿는 것을 포함한다. 또한, 제1 다공질체(82)의 적어도 일부가, 개구(K1∼K5)의 근방에 배치된다란, 제1 다공질체(82)의 전체가 개구(K1∼K5)의 근방에 위치하는 것을 포함하는 것은 말할 필요도 없고, 제1 다공질체(82)가 개구(K1∼K5)로부터 이간하면서 제1 다공질체(82)의 일부(예를 들면, 완부)가 개구(K1∼K5)의 근방에 위치하는 것을 포함한다. 또한, 근방이란, 물이 침입했을 때에 물과 접촉할 수 있는 위치이다.
제1 다공질체(82)의 전체가 개구(K1∼K5)에 맞닿도록 배치되는, 또는, 개구(K1∼K5)의 근방에 배치되는 경우는, 수몰이 발생하면 정전 용량 센서(80)의 정전 용량이 재빨리 변화하기 때문에, 수몰을 신속히 검지할 수 있다. 제1 다공질체(82)가 개구(K1∼K5)로부터 이간하면서 제1 다공질체(82)의 일부가 개구(K1∼K5)를 향해 연장되어 개구(K1∼K5)에 맞닿는, 또는 개구(K1∼K5)의 근방에 위치하는 경우는, 정전 용량 센서(80)를 개구(K1∼K5)로부터 이간하여 배치할 수 있기 때문에, 전원 유닛 케이스(11) 내의 전자 부품의 배치의 자유도가 향상된다. 그 결과, 전원 유닛(10)을 소형화할 수 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 개구(K1)는, 전원 유닛 케이스(11)에서, 충전 단자(43)의 주위에 형성된다. 전원 유닛 케이스(11) 내에서의 개구(K1)의 근방에 정전 용량 센서(80)를 배치하면, 충전 단자(43)의 주위로부터의 물의 침입을 검지할 수 있다. 또한, 물의 침입이 에어로졸 흡인기(1)의 동작에 주는 영향을 회피할 수 있다.
또한, 개구(K2)는, 전술(前述)한 공기 취입구(11c)이다. 전원 유닛 케이스(11) 내에서의 개구(K2)의 근방에 정전 용량 센서(80)를 배치하면, 공기 취입구(11c)로부터의 물의 침입을 검지할 수 있다. 또한, 물의 침입이 에어로졸 흡인기(1)의 동작에 주는 영향을 회피할 수 있다.
또한, 개구(K3)는, 전원 유닛 케이스(11)에서, 조작부(14)의 주위에 형성된다. 전원 유닛 케이스(11) 내에서의 개구(K3)의 근방에 정전 용량 센서(80)를 배치하면, 조작부(14)의 주위로부터의 물의 침입을 검지할 수 있다. 또한, 물의 침입이 에어로졸 흡인기(1)의 동작에 주는 영향을 회피할 수 있다.
또한, 개구(K4)는, 전원 유닛 케이스(11)에서, 방전 단자(41)의 주위에 형성된다. 전원 유닛 케이스(11) 내에서의 개구(K4)의 근방에 정전 용량 센서(80)를 배치하면, 방전 단자(41)의 주위로부터의 물의 침입을 검지할 수 있다. 또한, 물의 침입이 에어로졸 흡인기(1)의 동작에 주는 영향을 회피할 수 있다.
또한, 개구(K5)는, 전술한 공기 공급부(42)이다. 전원 유닛 케이스(11) 내에서의 개구(K5)의 근방에 정전 용량 센서(80)를 배치하면, 공기 공급부(42)로부터의 물의 침입을 검지할 수 있다. 또한, 물의 침입이 에어로졸 흡인기(1)의 동작에 주는 영향을 회피할 수 있다.
상술한 개구(K1∼K5) 중, 개구(K2)와 개구(K5)는, 공기의 유로로서 전원 유닛 케이스(11)에 적극적으로 마련된다. 따라서, 개구(K2)와 개구(K5) 자체가 물의 침입 경로가 될 수 있다. 한편, 개구(K1, K3, K4)는 전원 유닛 케이스(11)에 별체의 부품을 조립하기 위해 마련된다. 따라서, 정확하게는, 개구(K1, K3, K4)에서는, 전원 유닛 케이스(11)와 조립되는 부품의 제품 공차를 흡수하기 위한 버퍼가, 물의 침입 경로가 될 수 있다.
또한, 정전 용량 센서(80)를 전해액이 누출되기 쉬운 개소와, 물이 침입하기 쉬운 개소의 양쪽 모두에 배치함으로써, 액체의 누출 검지와 액체의 침입 검지의 양쪽 모두를 모두 검지할 수 있다. 액체의 누출 검지와 액체의 침입 검지의 양쪽 모두를 검지함으로써, 전원 유닛(10) 및 에어로졸 흡인기(1)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
(복수의 정전 용량 센서)
도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 전원 유닛(10)은, 복수의 정전 용량 센서(80)를 구비한다. 제어부(50)(액체 검지부(52))는, 복수의 정전 용량 센서(80)의 출력에 근거하여, 전원 유닛(10)의 상태(액체의 누출 또는 액체의 침입)를 진단한다. 이와 같이 하면, 하나의 정전 용량 센서(80)의 출력에 근거하여 전원 유닛(10)의 상태를 진단하는 경우에 비해, 전원 유닛(10)의 상태를 정밀하게 진단하는 것이 가능해진다. 이하, 복수의 정전 용량 센서(80)를 이용한 액체의 누출 또는 액체의 침입을 검지하는 수법에 대해서 상술(詳述)한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 복수의 정전 용량 센서(80)는, 서로 병렬로 접속되어 있다. 이와 같이 하면, 복수의 정전 용량 센서(80)와 제어부(50)를 접속하는 배선을 간이(簡易)하게 할 수 있다. 동시에, 복수의 정전 용량 센서(80)와 제어부(50)를 접속하는 배선의 생략화를 도모할 수 있다. 또한, 복수의 정전 용량 센서(80)를 병렬로 접속하면, 제어부(50)는, 복수의 정전 용량 센서(80)의 출력값인 정전 용량의 합계에 근거하여, 전원 유닛(10)의 상태를 진단하는 것이 가능해진다. 따라서, 정전 용량 센서(80)의 수가 늘어도, 그 출력값에 대한 복잡한 신호 처리는 필요없게 된다.
도 9a에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 제어부(50)에 2개의 정전 용량 센서(80)를 병렬로 접속한 경우, 제어부(50)가 검지하는 용량(합성 용량 : Csum)은, 2개의 정전 용량 센서(80)의 용량(C1, C2)의 총합계(Csum=C1+C2)가 된다.
여기서, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 한쪽 정전 용량 센서(80)의 용량 C1이 검지 대상 액체 100%에 의해 규정되고, 다른쪽 정전 용량 센서(80)의 용량 C2가 공기 100%에 의해 규정되는 경우, 2개의 정전 용량 센서(80)의 용량(C1, C2)의 총합계(Csum=C1+C2)는, 하기의 (Ⅰ)식으로 구해진다. 또한, 정전 용량 센서(80)의 용량이 공기 100%에 의해 규정되는 상태란, 정전 용량 센서(80)가 검지 대상 액체를 전혀 검지하고 있지 않은 상태를 나타낸다.
Figure pat00001
또한, (Ⅰ)식에서, εliquid는 검지 대상 액체의 비유전율(比誘電率)이며, ε0은 공기의 유전율이고, S는 평행판 전극의 면적, d는, 평행판 전극의 판 사이 거리이다. 또한, 정전 용량 센서(80)를 하나의 전극(81)만을 가지는 의사적(疑似的)인 콘덴서로 구성하는 경우, d에는 하나의 전극(81)과 GND 전위(電位)의 거리를 이용하면 된다.
또한, 도 9c의 상측에 나타내는 바와 같이, 각 정전 용량 센서(80)의 용량 C1, C2가 같고, 모두 검지 대상 액체 50%와 공기 50%에 의해 규정되는 경우는, 도 9c의 하측에 나타내는 바와 같이 치환(置換)된다. 환언하면, 각 정전 용량 센서(80)에서, 검지 대상 액체와 공기에 기여하는 평행판 전극의 면적이 반분(半分)이 된다고 간주하기 때문에, 2개의 정전 용량 센서(80)의 용량(C1, C2)의 총합계(C'sum=C1+C2)는, 하기의 (ⅠⅠ)식으로 구해진다.
Figure pat00002
또한, (ⅠⅠ)식에서, εliquid는 검지 대상 액체의 비유전율이며, ε0은 공기의 유전율이고, S는 평행판 전극의 면적, d는, 평행판 전극의 판 사이 거리이다.
다시 말해, 제어부(50)에 2개의 정전 용량 센서(80)를 병렬로 접속한 경우, 각 정전 용량 센서(80)가 검지하는 액체의 양이 다르다고 해도, 각 정전 용량 센서(80)가 검지하는 유체의 양의 총합계가 동일하면, 제어부(50)가 검지하는 정전 용량은 동일해진다. 이 관계는, 2개의 정전 용량 센서(80)에서의 검지 대상 액체와 공기의 비율을 바꿔도, 성립한다. 또한, 이 관계는, 제어부(50)에 병렬 접속되는 정전 용량 센서(80)의 수가 많아져도, 성립한다.
그런데 액체의 누출 또는 액체의 침입에 의해 전원 유닛 케이스(11)의 내부에 검출해야 할 양의 액체가 생겨도, 전원 유닛 케이스(11)의 내부에서 액체가 국소적으로 존재하는 경우와 광범위로 확산하는 경우가 있다. 전원 유닛 케이스(11)의 내부에서 액체가 국소적으로 존재하고, 또, 액체가 존재하는 개소의 근방에 정전 용량 센서(80)가 설치되는 경우는, 하나의 정전 용량 센서(80)로 액 누출 등을 정밀하게 검지할 수 있다.
그러나 액체가 존재하는 개소에 정전 용량 센서(80)가 설치되지 않은 경우는, 하나의 정전 용량 센서(80)의 용량은, 유전율 및 비유전율이 매우 작은 공기에 의해 지배적으로 규정된다. 이 때문에, 하나의 정전 용량 센서(80)가 출력하는 정전 용량은 작은 값이 되기 때문에, 하나의 정전 용량 센서(80)만으로는 액 누출 등을 검지할 수 없을 염려가 있다. 마찬가지로, 전원 유닛 케이스(11)의 내부에서 액체가 광범위로 확산한 경우도, 하나의 정전 용량 센서(80)의 용량의 대부분은 공기에 의해 규정되기 때문에, 하나의 정전 용량 센서(80)만으로는 액 누출 등을 검지할 수 없을 염려가 있다.
한편, 복수의 정전 용량 센서(80)를 이용하면, 하나의 정전 용량 센서(80)만으로는 취득할 수 없는 개소의 액체도 검지할 수 있다. 게다가, 전술한 바와 같이 동량(同量)의 액체를 검지하는 것이면, 제어부(50)가 검지하는 정전 용량은, 복수의 정전 용량 센서(80) 각각이 검지하는 액체가 어떤 비율이어도 동일하다.
이와 같이 복수의 정전 용량 센서(80)를 이용하면, 하나의 정전 용량 센서(80)로 액 누출 등을 검지할 수 없는 경우에도, 다른 정전 용량 센서(80)로 액 누출 등을 검지할 수 있다. 또한, 전해액 등이 광범위로 확산한 경우라도, 복수의 정전 용량 센서(80)의 총합계에 의해 액 누출 등을 검지할 수 있다. 따라서, 전원 유닛(10)의 상태를 정밀하게 진단하는 것이 가능해진다.
복수의 정전 용량 센서(80)의 사양(spec.)은, 동일해도 된다. 예를 들면, 동일 소재, 동일 치수, 동일 품번(品番)의 전극(81)을 이용하여 각 정전 용량 센서(80)가 구성된다. 또한, 복수의 정전 용량 센서(80)의 치수나 품번을 통일함으로써, 복수의 정전 용량 센서(80)의 사양을 동일하게 해도 된다. 이와 같이 하면, 조달(調達) 비용의 삭감에 의해 전원 유닛(10)의 비용을 저감할 수 있다. 또한, 물리량에 대한 출력값이 복수의 정전 용량 센서(80) 사이에서 동일해져, 복수의 출력값에 대한 처리를 간소화할 수 있다.
제어부(50)는, 센서 신호나 전력의 입력과 제어 신호의 출력이 행해지는 복수의 핀을 구비한다. 복수의 정전 용량 센서(80)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 복수의 핀 중 동일한 핀(50a, 50b)에 접속된다. 이와 같이 하면, 많은 핀을 가지는 제어부(50)가 필요 없게 되기 때문에, 제어부(50)의 비용이나 사이즈를 작게 할 수 있다. 또한, 복수의 정전 용량 센서(80)를 제어부(50)에 접속하기 위한 배선이 복잡화(스파게티화化)하는 것을 방지할 수 있다.
(제어예)
다음으로, 제어부(50)의 구체적인 제어 수순(手順)에 대해, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.
우선, 표 1에 에어로졸 흡인기(1)의 내부에 존재할 수 있는 유전체(誘電體) 중 대표적인 것과 그 비유전율(比誘電率)을 나타낸다.
Figure pat00003
도 10에 나타내는 제어예의 경우, 제어부(50)는, 복수의 정전 용량 센서(80)의 출력값과, 물 및 전해액 중 낮은 쪽의 유전율 또는 비유전율에 근거한 임계값(역치)(도 11 참조)과의 비교에 의해, 전원 유닛(10)의 이상을 진단한다. 이와 같이 물 및 전해액 중 유전율 또는 비유전율이 낮은 쪽에 근거하여 임계값을 설정하기 때문에, 전해액 누출과 수몰을 구별하지 않고 이상(異常)으로서, 신속하게 그 발생을 검지할 수 있다.
도 11에서는, 프로필렌 카보네이트(PC), 다이메틸 설폭사이드(DMSO), 다이메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC)와 다이에틸 카보네이트 중 어느 하나 또는 이들의 혼합 용액을 전해액에 이용한다고 상정하고 있다. 혼합 용액의 비유전율 또는 유전율은, 혼합 용액을 구성하는 각 용액의 비유전율 또는 유전율을 그 비율에 따라 모두 합함으로써 구해지는 것이 알려져 있다. 따라서, 2.8∼65.0을 전해액이 취할 수 있는 비유전율로서 나타내고 있다. 또한, 80.4를 상온(常溫)의 물이 취할 수 있는 비유전율로 하고, 2.8 미만을 전해액, 물 등의 액체가 존재하지 않는 경우의 비유전율로서 나타내고 있다. 그러나 이에 한하지 않고 전해액의 성분 등에 따라 비유전율이 취할 수 있는 값을 설정할 수 있다. 본 실시형태에서는, 물 및 전해액 중 비유전율이 낮은 전해액에 근거하여 임계값을 설정한다.
전해액이 취할 수 있는 비유전율은, 실험적으로 구해도 되고, 혼합 용액을 구성하는 각 액체의 기지(旣知)의 비유전율을 그 조성비에 따라 모두 합함으로써 구해도 된다. 또한, 이하의 설명에서는 비유전율 대신에 유전율을 이용해도 된다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제어부(50)는, 최초로, 제어부(50)의 내부에서 생성한 전류로 콘덴서(정전 용량 센서(80)가 구성하는 의사 콘덴서 또는 콘덴서)를 충전하고(S201), 타이머를 기동한다(S202). 그 후, 제어부(50)는, 콘덴서의 충전 완료를 반복해서 판단하고(S203), 판단 결과가 YES가 되면 콘덴서에 비축된 전하를 해방하고, 콘덴서의 충전 또는 충방전에 필요한 시간 T를 취득한다(S204).
다음으로, 제어부(50)는, 시간 T가 임계값보다 큰지 아닌지를 판단하고(S205), 이 판단 결과가 NO인 경우는, 정전 용량이 작다고 판정(S206), 즉 전해액 누출이나 수몰(水沒)이 발생하고 있지 않다고 판단하여 1회의 검지 처리를 종료한다. 한편, 제어부(50)는, 스텝 S205에서 YES라고 판단하면, 정전 용량이 중간 정도라고 판정(S207), 즉 전해액 누출 또는 수몰을 검지했다고 판단하고(S208), 전원(12)으로부터 적어도 부하(21)에 대한 방전 처리와 전원(12)의 충전 처리를 금지한다(S209). 알림 제어부(54)는, 스텝 S209와 동시에 또는 스텝 S209의 전후에서, 전해액 누출을 검지한 것을 알리도록 알림부(54)를 제어해도 된다. 또한, 제어부(50)는, 스텝 S209에서 전원(12)에 대한 충방전 처리를 모두 금지하도록 한 제어를 행해도 된다. 또한, 제어부(50)는, 스텝 S209에서 전원(12)으로부터 제어부(50) 이외에 대한 방전 처리를 금지하도록 한 제어를 행해도 된다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 임계값은, 물 및 전해액 중 비유전율이 낮은 전해액에 근거하여 설정되어도 된다. 전해액의 유전율과 전해액 누출 또는 수몰을 검지했다고 판단하는 액량(液量)을 알면, (Ⅰ)식과 (ⅠⅠ)식에 근거하여, 전해액 누출 또는 수몰의 발생시에서의 정전 용량 센서(80)의 정전 용량이 도출된다. 이 도출된 정전 용량으로부터, 전해액 누출 또는 수몰의 발생시에서의 콘덴서의 충전 또는 충방전에 필요한 시간을 도출하여, 이 값을 임계값으로 이용해도 된다. 다른 일례로서, 전해액 누출과 수몰의 발생시에서의 콘덴서의 충전 또는 충방전에 필요한 시간을 실험적으로 각각 산출하여, 짧은 쪽의 값을 임계값으로 이용해도 된다. 이들과 같이 설정된 임계값이, 물 및 전해액 중 낮은 쪽의 비유전율 또는 유전율에 근거하고 있는 것은 분명할 것이다.
또한, 본 실시형태에서는, 스텝 S205에서는 시간 T와 시간의 차원을 가지는 제1 임계값을 비교했다. 이 대신에, 스텝 S205에서는 시간 T를 유전율로 변환하여, 변환값과 유전율의 차원을 가지는 제1 임계값과 비교해도 된다. 또한, 스텝 S205에서는 시간 T를 비유전율로 변환하여, 변환값과 비유전율에 대응하는 제1 임계값과 비교해도 된다.
또한, 본 발명은, 상기한 실시형태에 한하지 않고, 적절히, 변형, 개량 등이 가능하다. 예를 들면, 상기한 실시형태에서는, 복수의 정전 용량 센서(80)를 이용하여 전해액 누출과 수몰을 구별 없이 검지하고 있지만, 복수의 정전 용량 센서(80)를 이용하여 전해액 누출과 수몰 중 어느 한쪽을 검지해도 된다. 전해액 누출만을 검지하는 경우, 제어부(50)는, 복수의 정전 용량 센서(80)의 출력값과, 전해액의 유전율 또는 비유전율에 근거한 임계값과의 비교에 근거하여, 전해액의 누출을 진단할 수 있다. 또한, 수몰만을 검지하는 경우, 제어부(50)는, 복수의 정전 용량 센서(80)의 출력값과, 물의 유전율 또는 비유전율에 근거한 임계값과의 비교에 근거하여, 개구(K1∼K5)로부터의 물의 침입을 진단할 수 있다.
또한, 복수의 센서는, 전원 유닛 케이스(11) 내에서의 동일한 물리량을 출력 가능한 센서라면, 정전 용량 센서(80)로 한정되지 않는다. 예를 들면, 복수의 센서는, 전원(12)의 부풂을 검지 가능한 센서로 하고, 제어부(50)는, 복수의 센서의 출력에 근거하여, 전원(12)의 부풂을 진단 가능하게 구성되어 있어도 된다. 이렇게 하면, 전원(12)의 이상(異常) 부풂을 신속하게 검지하는 것이 가능해진다. 전원(12)의 부풂을 검지 가능한 센서로서는, 압력 센서나 변형 게이지 등을 사용해도 된다.
본 명세서에는 적어도 이하의 사항이 기재되어 있다. 또한, 괄호 내에는, 상기한 실시형태에서 대응하는 구성요소 등을 나타내고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
(1)
에어로졸원으로부터 에어로졸을 발생시키기 위한 부하(부하(21))로 방전 가능한 전원(전원(12))과,
상기 전원을 제어하는 제어부(제어부(50))와,
상기 전원 및 상기 제어부를 수용하는 케이스(전원 유닛 케이스(11))를 구비하는 에어로졸 생성 장치(에어로졸 흡인기(1))의 전원 유닛(전원 유닛(10))으로서,
상기 케이스 내에서의 동일한 물리량을 출력 가능한 복수의 센서(정전 용량 센서(80))를 더 구비하며,
상기 제어부는, 상기 복수의 센서의 출력에 근거하여, 상기 전원 유닛의 상태를 진단하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(1)에 의하면, 제어부는, 케이스 내에서의 동일한 물리량을 출력 가능한 복수의 센서의 출력에 근거하여, 전원 유닛의 상태를 진단하도록 구성되므로, 전원 유닛의 상태의 진단 정밀도와 진단 속도가 향상된다.
(2)
(1)에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 복수의 센서는, 서로 병렬로 접속되어 있는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(2)에 의하면, 복수의 센서는 서로 병렬로 접속되어 있으므로, 배선을 간이하게 할 수 있다. 또한, 배선의 생략화를 실현할 수 있다.
(3)
(1) 또는 (2)에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 제어부는, 상기 복수의 센서의 출력값의 합계에 근거하여, 상기 전원 유닛의 상태를 진단하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(3)에 의하면, 제어부는, 복수의 센서의 출력값의 합계에 근거하여 전원 유닛의 상태를 진단하도록 구성되므로, 복수의 출력값에 대한 처리를 간소화할 수 있다.
(4)
(1)∼(3) 중 어느 것에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 복수의 센서의 사양은, 동일한, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(4)에 의하면, 복수의 센서의 사양은 동일하므로, 조달 비용의 삭감에 의해 전원 유닛의 비용을 저감할 수 있다. 또한, 물리량에 대한 출력값이 복수의 센서 사이에서 동일해져, 복수의 출력값에 대한 처리를 간소화할 수 있다.
(5)
(1)∼(4) 중 어느 것에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 제어부는, 복수의 핀을 구비하며,
상기 복수의 센서는, 상기 복수의 핀 중 동일한 핀(핀(50a, 50b))에 접속되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(5)에 의하면, 복수의 센서는, 제어부의 복수의 핀 중 동일한 핀에 접속되므로, 많은 핀을 가지는 제어부가 필요 없게 되기 때문에, 제어부의 비용이나 사이즈를 작게 할 수 있다. 또한, 복수의 센서를 제어부에 접속하기 위한 배선이 복잡화(스파게티화)하는 것을 방지할 수 있다.
(6)
(1)∼(5) 중 어느 것에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 복수의 센서는, 복수의 정전 용량 센서(정전 용량 센서(80))이며,
상기 제어부는, 상기 복수의 정전 용량 센서의 출력에 근거하여, 상기 케이스의 내부에서의 액체의 누출과 상기 케이스의 내부로의 액체의 침입 중 적어도 한쪽을 진단 가능하게 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(6)에 의하면, 제어부는, 복수의 정전 용량 센서의 출력에 근거하여, 케이스의 내부에서의 액체의 누출과 케이스의 내부로의 액체의 침입 중 적어도 한쪽을 진단 가능하게 구성되므로, 전원의 전해액 누출, 수몰 등의 발생을 신속하게 검지할 수 있다.
(7)
(6)에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 복수의 정전 용량 센서는, 적어도 제1 정전 용량 센서와 제2 정전 용량 센서를 포함하며,
상기 제1 정전 용량 센서는, 상기 전원이 구비하는 안전밸브 혹은 탭(12b)에 접속되는, 또는, 상기 안전밸브 혹은 상기 탭의 근방에 배치되고,
상기 제2 정전 용량 센서는, 상기 케이스에 마련되는 개구(개구(K1∼K5))에 접속되는, 또는, 상기 개구의 근방에 배치되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(7)에 의하면, 전해액 누출 및 수몰이 발생하기 쉬운 개소에 각각 정전 용량 센서가 접속 또는 배치되므로, 전해액 누출 및 수몰의 발생을 신속하게 검지할 수 있다.
(8)
(7)에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 전원은 전해액을 포함하며,
상기 제어부는, 상기 복수의 정전 용량 센서의 출력값과, 물 및 상기 전해액 중 낮은 쪽의 유전율 또는 비유전율에 근거하여, 상기 전원 유닛의 이상을 진단하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(8)에 의하면, 물 및 전해액 중 유전율 또는 비유전율이 낮은 쪽에 근거하여 임계값을 설정하기 때문에, 전해액 누출과 수몰을 구별하는 일없이 이상으로서, 신속하게 그 발생을 검지할 수 있다.
(9)
(6)에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 복수의 정전 용량 센서의 적어도 하나는, 상기 전원이 구비하는 안전밸브 혹은 탭(탭(12b))에 접속되는, 또는, 상기 안전밸브 혹은 상기 탭의 근방에 배치되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(9)에 의하면, 전해액 누출이 발생하기 쉬운 개소에 복수의 정전 용량 센서의 적어도 하나가 접속 또는 배치되므로, 전해액 누출의 발생을 신속하게 검지할 수 있다.
(10)
(9)에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 전원은 전해액을 포함하고,
상기 제어부는, 상기 복수의 정전 용량 센서의 출력값과 상기 전해액의 유전율 또는 비유전율에 근거한 임계값과의 비교에 근거하여, 상기 누출로서 상기 전해액의 누출을 진단하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(10)에 의하면, 전해액의 유전율 또는 비유전율에 근거하여 임계값을 설정하기 때문에, 전해액 누출의 발생을 신속하게 검지할 수 있다.
(11)
(6)에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 복수의 정전 용량 센서의 적어도 하나는, 상기 케이스에 마련되는 개구(개구(K1∼K5))에 접속되는, 또는, 상기 개구의 근방에 배치되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(11)에 의하면, 수몰이 발생하기 쉬운 개소에 복수의 정전 용량 센서의 적어도 하나가 접속 또는 배치되므로, 수몰의 발생을 신속하게 검지할 수 있다.
(12)
(11)에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 제어부는, 상기 복수의 정전 용량 센서의 출력값과, 물의 유전율 또는 비유전율에 근거한 임계값과의 비교에 근거하여, 상기 침입으로서 상기 개구로부터의 물의 침입을 진단하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(12)에 의하면, 물의 유전율 또는 비유전율에 근거하여 임계값을 설정하기 때문에, 수몰의 발생을 신속하게 검지할 수 있다.
(13)
(7), (9), (11) 중 어느 것에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
각 정전 용량 센서는, 그 정전 용량 센서로 상기 액체를 유도하는 다공질체(제1 다공질체(82))를 통해서 접속되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(13)에 의하면, 정전 용량 센서로 액체를 유도하는 다공질체를 통해서 전해액 누출 또는 수몰이 발생하기 쉬운 개소에 접속되기 때문에, 정전 용량 센서의 배치 위치의 자유도가 높다. 따라서, 전원 유닛(10)을 소형화할 수 있다.
(14)
(1)∼(5) 중 어느 것에 기재된 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
상기 복수의 센서는, 상기 전원의 부풂을 검지 가능한 센서이며,
상기 제어부는, 상기 복수의 센서의 출력에 근거하여, 상기 전원의 부풂을 진단 가능하게 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
(14)에 의하면, 제어부는, 복수의 센서의 출력에 근거하여, 전원의 부풂을 진단 가능하게 구성되므로, 이상인 셀의 부풂을 신속하게 검지할 수 있다.
1 에어로졸 흡인기(에어로졸 생성 장치)
10 전원 유닛
11 전원 유닛 케이스(케이스)
12 전원
12b 탭
21 부하
50 제어부
50a 핀
50b 핀
80 정전 용량 센서(센서)
82 제1 다공질체(다공질체)
K1∼K5 개구

Claims (14)

  1. 에어로졸원(源)으로부터 에어로졸을 발생시키기 위한 부하(負荷)로 방전 가능한 전원과,
    상기 전원을 제어하는 제어부와,
    상기 전원 및 상기 제어부를 수용하는 케이스를 구비하는 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛으로서,
    상기 케이스 내에서의 동일한 물리량을 출력 가능한 복수의 센서를 더 구비하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 센서의 출력에 근거하여, 상기 전원 유닛의 상태를 진단(診斷)하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 센서는, 서로 병렬(竝列)로 접속되어 있는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 센서의 출력값의 합계에 근거하여, 상기 전원 유닛의 상태를 진단하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 센서의 사양(spec.)은, 동일한, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 복수의 핀을 구비하며,
    상기 복수의 센서는, 상기 복수의 핀 중 동일한 핀에 접속되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 센서는, 복수의 정전(靜電) 용량 센서이며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 정전 용량 센서의 출력에 근거하여, 상기 케이스의 내부에서의 액체의 누출(漏出)과 상기 케이스의 내부로의 액체의 침입 중 적어도 한쪽을 진단 가능하게 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 정전 용량 센서는, 적어도 제1 정전 용량 센서와 제2 정전 용량 센서를 포함하며,
    상기 제1 정전 용량 센서는, 상기 전원이 구비하는 안전밸브 혹은 탭에 접속되는, 또는, 상기 안전밸브 혹은 상기 탭의 근방에 배치되고,
    상기 제2 정전 용량 센서는, 상기 케이스에 마련되는 개구(開口)에 접속되는, 또는, 상기 개구의 근방에 배치되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전원은 전해액(電解液)을 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 정전 용량 센서의 출력값과, 물 및 상기 전해액 중 낮은 쪽의 유전율(誘電率) 또는 비유전율(比誘電率)에 근거하여, 상기 전원 유닛의 이상(異常)을 진단하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 정전 용량 센서의 적어도 하나는, 상기 전원이 구비하는 안전밸브 혹은 탭에 접속되는, 또는, 상기 안전밸브 혹은 상기 탭의 근방에 배치되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전원은 전해액을 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 복수의 정전 용량 센서의 출력값과 상기 전해액의 유전율 또는 비유전율에 근거한 임계값과의 비교에 근거하여, 상기 누출로서 상기 전해액의 누출을 진단하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 정전 용량 센서의 적어도 하나는, 상기 케이스에 마련되는 개구에 접속되는, 또는, 상기 개구의 근방에 배치되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 정전 용량 센서의 출력값과, 물의 유전율 또는 비유전율에 근거한 임계값과의 비교에 근거하여, 상기 침입으로서 상기 개구로부터의 물의 침입을 진단하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  13. 청구항 7, 9 및 11 중 어느 한 항에 있어서,
    각(各) 정전 용량 센서는, 그 정전 용량 센서로 상기 액체를 유도하는 다공질체(多孔質體)를 통해서 접속되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
  14. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 센서는, 상기 전원의 부풂을 검지(檢知) 가능한 센서이며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 센서의 출력에 근거하여, 상기 전원의 부풂을 진단 가능하게 구성되는, 에어로졸 생성 장치의 전원 유닛.
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