KR20200093588A - 에어로졸 발생 장치 및 에어로졸 발생 장치의 히터 제어 방법 - Google Patents
에어로졸 발생 장치 및 에어로졸 발생 장치의 히터 제어 방법 Download PDFInfo
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Abstract
에어로졸 형성 기재를 가열하는 적어도 하나의 가열 요소를 포함하고 있는 히터, 및 가열 요소에 전력을 제공하는 전력 공급원을 갖는, 에어로졸 발생 장치 내의 히터를 제어하는 방법. 본 방법 단계는, 가열 요소에 제공되는 전력을 제어해서 제1 단계에서 가열 요소의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 증가시키도록 전력이 제공되고, 그리고 제2 단계에서 가열 요소의 온도를 제1 온도 아래로 제2 온도까지 감소시키도록 전력이 제공되게 하는 단계이다. 제1 단계 동안 가열 요소에 제공되는 전력은 제1 단계의 지속 기간 동안 적어도 한 번 증가되고; 그리고 제2 단계 동안 에어로졸이 생성된다.
Description
본 발명은 에어로졸 형성 기재를 함유하는 카트리지를 포함하고 있는 에어로졸 발생 장치, 및 에어로졸 발생 장치의 히터를 제어하는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 초기 단계 동안 에어로졸 발생 장치의 히터를 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 여기서 에어로졸 형성 기재를 함유하는 카트리지는 에어로졸 형성 기재의 과열 및 열을 효율적으로 흡수하기 위한 카트리지 물질의 불능으로 인해 불필요한 에너지 손실을 피하면서, 에어로졸이 가능한 빨리 생성되는 온도까지 가열된다.
일반적으로, 에어로졸 발생 장치가 장치의 활성화 후에 가능한 한 빨리 원하는 특성을 갖는 에어로졸을 발생시키는 것이 바람직하다. 에어로졸 발생 장치의 만족스러운 소비자 경험을 위해, '첫 퍼프 시간'은 중요한 인자로 간주된다. 소비자들은 종종 첫 퍼프(puff)를 취할 수 있기 전에 장치가 활성화된 후 장시간 기다리기를 원하지 않는다. 이러한 이유로, 장치가 작동되어 가능한 한 빨리 작동 온도로 상승될 때 특정 전력이 가열 요소에 공급될 수 있다. 그러나, 카트리지의 온도를 빨리 증가시키기 위해 히터에 높은 또는 최대 전력을 초기에 공급하는 것이 종종 최적의 해결책이 아니라는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 가열은 비효율적일 수 있어서, 열을 효율적으로 흡수하는 카트리지 물질의 불능으로 인한 에너지 손실을 초래한다. 또한, 카트리지, 또는 그 부품, 또는 카트리지에 함유된 에어로졸 형성 기재는 과열될 수 있다.
장치의 활성화 후 에어로졸을 빨리 발생시키도록 구성된, 불필요한 에너지의 손실 없이, 그리고 카트리지 및/또는 에어로졸 형성 기재를 과열시킬 위험이 감소된, 에어로졸 발생 장치 및 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
제1 측면에서, 본 개시는 에어로졸 발생 장치 내의 에어로졸 생성을 제어하는 방법을 제공하며, 상기 장치는 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성된 적어도 하나의 가열 요소를 포함하고 있는 히터; 및 가열 요소에 전력을 제공하기 위한 전력 공급원을 포함하며; 상기 방법은, 상기 가열 요소에 제공되는 전력을 제어해서
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제1 단계에서 상기 가열 요소의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 증가시키도록 전력이 제공되고, 그리고
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제2 단계에서 가열 요소의 온도를 상기 제1 온도 아래로 제2 온도까지 감소시키도록 전력이 제공되게 하는 단계를 포함하고,
여기서 상기 제1 단계 동안 가열 요소에 제공되는 전력은 상기 제1 단계의 지속 기간 동안 적어도 한 번 증가되고, 제2 단계 동안 에어로졸이 생성된다.
제1 단계에서, 가열 요소에 공급된 전력은 가열 요소의 온도를 초기 온도에서 제1 온도까지 증가시키도록 증가된다. 특히, 가열 요소에 제공되는 전력은 제1 단계의 지속 기간 동안 적어도 한 번 증가된다. 즉, 가열 요소에 제공되는 전력은 제1 단계 동안 점진적으로 증가되어 가열 요소의 온도를 점진적으로 증가시킨다. 점진적 전력 증가는 하나 이상의 단계 또는 증분을 포함하는 증분일 수 있다. 점진적 전력 증가는 제1 단계의 적어도 일부분에 걸쳐 연속적인 증가를 포함할 수 있다.
제1 단계 동안 가열 요소의 온도를 점진적으로 증가시키기 위해 가열 요소에 공급되는 전력을 점진적으로 증가시키면, 제1 단계의 시작시, 가열 요소의 온도의 단일의 신속한 증가에 비해 제1 단계 종료시 에어로졸 형성 기재에 동일한 또는 실질적으로 유사한 온도 증가를 제공할 수 있다. 이와 같이, 가열 요소로의 전력을 점진적으로 증가시키기 위해 가열 요소로의 전력을 점진적으로 증가시키면, 전력이 점진적으로 증가되는 경우, 가열 요소와 에어로졸 형성 기재 간의 열 전달의 효율을 향상시키면서, 제1 단계 동안 가열 요소에 더 적은 전력이 공급될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '에어로졸 발생 장치'는 에어로졸 형성 기재와 상호 작용해서 에어로졸을 발생시키는 장치에 관한 것이다. 에어로졸 형성 기재는 고체 또는 액체일 수 있거나, 또는 그들의 조합을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 물품의 일부, 예를 들어 에어로졸 형성 기재를 함유하고 있는 카트리지의 부분의 일부 또는 에어로졸 형성 기재의 바디를 포함하고 있는 스틱의 일부 및 종래의 궐련과 유사한 방식으로, 로드 형태로 함께 포장된 필터일 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재와 상호 작용해서 사용자의 입을 통해 사용자의 폐 속으로 직접 흡입될 수 있는 에어로졸을 발생시키는 장치일 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, '에어로졸 형성 기재'라는 용어는, 에어로졸을 형성할 수 있는, 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재를 설명하기 위해 사용된다.
에어로졸 형성 기재는 카트리지 또는 용기에 제공될 수 있다. 카트리지 또는 용기는 가열 요소에 근접하여 위치될 수 있다. 가열 요소는 제1 단계 및 제2 단계 모두에서 카트리지 또는 용기 내의 에어로졸 형성 기재를 가열할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 '에어로졸 발생 물품'은 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 에어로졸 형성 기재를 포함하는 물품을 지칭한다. 예를 들면, 에어로졸 발생 물품은 사용자의 입을 통해 사용자의 폐 안으로 직접 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키는 물품일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 일회용일 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재를 함유하는 카트리지일 수 있거나, 또는 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 담배 스틱을 포함하고 있을 수도 있고 아닐 수도 있다.
에어로졸 형성 기재가 카트리지와 같은 물품에 제공되는 경우, 특정 온도에서의 가열 요소와 물품에 함유된 에어로졸 형성 기재 사이의 열 전달의 속도는 물품에 따라 달라질 수 있다. 동일한 디자인의 물품이라도, 제조 동안 변형은 열 전달 속도의 변화를 초래할 수 있다.
놀랍게도, 본 발명의 제1 측면의 방법은, 가열 요소의 온도의 단일의 신속한 증가를 포함하는 방법에 비해, 제1 단계 동안 에어로졸 형성 기재의 온도 프로파일의 변동을 더 작게 달성할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 장점은 가열 요소의 온도의 단일의 신속한 증가를 포함하는 방법에 비해, 제1 단계에 걸친 가열 요소의 온도의 점진적 증가가 제1 단계 동안 물품 내에 함유된 히터 요소, 물품 및 물품에 함유된 에어로졸 형성 기재 사이의 온도 차이가 더 작아지는 결과를 초래하기 때문에 발생한다. 가열 요소의 온도의 단일의 신속한 증가 후에 초래되는 히터 요소, 물품 및 물품에 함유된 에어로졸 형성 기재 사이의 큰 온도 차이는, 본 발명의 제1 측면의 방법의 가열 요소의 점진적 온도 증가와 비교하여 상이한 물품들 간의 열 전달 속도의 차이를 강조할 수 있다.
일부 구현예에서, 가열 요소의 온도는, 예를 들어 센서와 같은 온도 설정 수단을 통해 또는 히터 주위에 직접적으로 측정되고 설정될 수 있다. 다른 구현예에서, 가열 요소의 온도는, 예를 들어 가열 요소의 저항의 측정 및 설정을 통해 간접적으로 측정되고 설정될 수 있다. 가열 요소의 저항은 그의 온도에 달려있을 수 있다. 그 결과, 가열 요소의 설정 온도는 가열 요소의 특정 저항 값에 대응할 수 있다.
저항과 가열 요소의 온도 사이의 관계는 공지되어 있을 수도 있다. 이와 같이, 가열 요소의 전기 저항의 측정으로부터 가열 요소의 온도를 결정하는 것이 가능할 수 있다. 일부 구현예에서, 결정된 관계는 히터의 눈금 측정 동안 측정된 다수의 기준 값, 예를 들어 3개의 기준 값들에 기초할 수 있다. 예를 들어, 히터를 눈금 측정하기 위한 예시적인 절차에서, 전력은 가열 요소에 공급될 수 있고 가열 요소의 온도가 측정될 수 있다. 가열 요소의 측정된 온도가 기준 값, 예를 들어 150℃, 250℃ 및 300℃으로서 사용될 소정의 값에 도달할 때, 가열 요소의 저항이 측정된다. 측정된 기준 저항 값은 에어로졸 발생 장치 내의 플래시 메모리와 같은 메모리 상에 저장될 수 있다. 장치는 에어로졸 발생 장치의 메모리에 저장된 기준 저항 값과 다른 설정 온도에 대한 목표 저항 값을 결정하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 저장된 기준 저항 값들로부터 추가 기준 저항 값을 보간 또는 추론하도록 구성될 수 있다. 상기 보간 또는 추론은 상기 장치에서 사용되는 가열 요소의 유형에 대한 온도와 저항 사이의 공지된 관계에 기초할 수 있다. 보간 또는 추론에 사용된 관계는 일반적으로 가열 요소의 재료 특성에 의존하며, 따라서 가열 요소의 재료의 선택에 의존한다.
작동시, 장치는 사용자가 가열 요소에 대한 특정 목표 온도에 대응하는 설정 온도를 선택할 수 있도록 구성될 수 있다. 설정 온도는 다음과 같이 도달 및/또는 유지될 수 있다. 예를 들어, 전압은 이산 펄스로 전력 공급부로부터 가열 요소에 제공될 수 있다. 펄스는 실질적으로 일정한 크기를 가질 수 있다. 펄스는 500μs 내지 1ms, 예를 들면 1ms의 지속 기간을 가질 수도 있다. 각각의 펄스 후에, 가열 요소의 저항이 측정될 수 있다. 측정된 저항은 설정 온도에 대응하는, 저장되거나 결정된 기준 저항 값과 비교될 수 있다. 저항 측정이 가열 요소의 온도가 설정 온도 아래를 나타내는 경우, 가열 요소에 공급된 펄스의 수와 지속 기간 중 적어도 하나는 저항이 설정 온도에 도달할 때까지 증가될 수 있다. 저항 측정이 가열 요소의 온도가 설정 온도 위를 나타내는 경우, 저항 측정이 가열 요소의 온도가 설정된 온도 아래로 떨어졌음을 나타낼때까지 가열 요소에 공급된 펄스의 수와 지속 기간 중 적어도 하나가 감소될 수 있거나, 또는 펄스들이 정지될 수 있다.
일부 구현예에서, 펄스의 지속 기간은 가변적일 수 있다. 일부 구현예에서, 가열 펄스의 지속 기간은 실질적으로 일정할 수 있다. 일부 구현예에서, 펄스들 사이의 지속 기간은 일정할 수 있다. 일부 구현예에서, 펄스들 사이의 지속 기간은 가변적일 수 있다. 펄스들 사이의 최소 지속 기간은 저항 측정이 펄스들 사이에서 취해질 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 펄스들 사이의 최소 지속 기간은 100μs일 수 있다. 저항의 측정은 펄스들 사이에서 취해질 수 있다. 저항의 측정은 예컨대 1ms마다 취해질 수 있다. 측정들 사이의 시간은 1ms 내지 100μs의 임의의 값, 예를 들어 300, 500 또는 800μs 일 수 있다.
펄스의 지속 기간 및 펄스들 사이의 지속 기간 중 적어도 하나는 가변적일 수 있다. 즉, 전력 공급원은 가열 요소로의 전력의 공급을 변경하여 가열 요소의 특정 저항(온도)을 달성하기 위해 가열 요소에 공급된 전압의 듀티 사이클을 변경시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 가열 요소에 공급된 전력(전압)은 온도 설정을 변경하여 직접 제어될 수 있다. 다른 구현예에서, 가열 요소에 공급되는 전력(전압)은, 예를 들어, 가열 요소로부터 측정된 저항 값들을 사용하여 업데이트되는 피드백 루프를 통해 간접적으로 제어될 수 있다.
제1 및 제2 온도들은 전술한 바와 같이 설정될 수 있다. 제1 및 제2 온도들은, 공장에서 설정되고 장치의 메모리 상에 저장되는 소정의 온도일 수 있다.
설정 온도는 허용 가능 온도 범위 내에 설정될 수 있다. 허용 가능 온도 범위는 장치 및 기재의 제조업자에 의해 검증된 소정의 온도 범위일 수 있으며, 그 안에서 장치 및 기재의 구성요소는 과열되지 않고 만족스럽게 수행된다. 제1 온도는 허용 가능 온도 범위 내에 있도록 선택될 수 있지만, 소비자에게 초기 전달을 위해 만족스러운 양의 에어로졸을 발생시키기 위해 범위의 최대 허용 가능 온도에 가깝게 선택될 수 있다. 에어로졸의 전달이 장치 작동 초기 기간 동안 장치 내부의 응축에 의해 감소될 수 있기 때문에, 기재의 기화 및 에어로졸의 발생을 촉진하기 위해 초기 작동 동안 가열 요소와 상대적으로 높은 온도를 달성하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 장치의 평균 온도가 후속 작동 기간과 비교하여 초기 작동 기간 동안 더 낮기 때문일 수 있다.
제1 단계는 예열(pre-heating) 단계일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 예열 단계는 에어로졸 형성 기재의 온도가 증가되어 만족스러운 양의 에어로졸이 생성되는 온도에 도달하는 단계를 지칭한다. 에어로졸은 제1 단계에서 발생될 수 있지만, 통상적으로 사용자에 의해 장치로부터 흡인되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1(예열) 단계의 끝 무렵에, 카트리지와 그 안에 함유된 액체 에어로졸 형성 기재는 액체의 기화 온도에 도달했을 수 있다. 예를 들어, 제1 (예열) 단계의 끝 무렵에, 담배 스틱과 그 안에 함유된 고체 담배는 담배에 함유된 휘발성 성분이 방출되는 온도에 도달했을 수도 있다.
제1 단계는 임의의 적절한 지속 기간을 가질 수 있다. 제1 단계는 소정의 지속 기간을 가질 수 있다. 제1 단계는 1분 이하의 지속 기간을 가질 수 있다. 제1 단계의 지속 기간은 45초 이하일 수 있다. 제1 단계의 지속 기간은 약 30초일 수 있다. 제1 단계의 지속 기간이 약 30초인 경우, 예열 속도와 에너지 손실 감소 간의 훌륭한 균형이 달성될 수 있다.
제1 단계 동안, 가열 요소에 제공되는 전력은 점진적으로 증가될 수 있다. 가열 요소에 제공되는 전력은 가열 요소에 공급되는 전력의 듀티 사이클을 변경하여 증가될 수 있다.
제1 단계 동안, 가열 요소에 제공되는 전력은 단계들 또는 증분들에서 점진적으로 증가될 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 동안, 제1 듀티 사이클에 대응하는 제1 전력(P1)은 가열 요소의 온도를 증가시키기 위해 가열 요소에 제공될 수 있고; 그런 다음, 제2 시간 동안, 제2 듀티 사이클에 대응하는 제2 전력(P2)은 가열 요소의 온도를 더 증가시키기 위해 가열 요소에 제공될 수 있고, 여기서 제2 전력은 제1 전력보다 크다(P2 > P1). 이 예에서, 제1 및 제2 전력(P1, P2)들은 듀티 사이클 위의 평균 전력일 수 있다. 평균 전력은, 예를 들어, 가열 요소에 제공된 RMS 전류 및 전압을 사용하는 것과 같이 임의의 적절한 방식으로 계산될 수 있다. 일부 구현예에서, 가열 요소에 제공되는 전력은 가열 요소에 공급된 전압 및 전류 중 적어도 하나의 크기를 변경하여 변경될 수 있다.
전력이 단계들 또는 증분들에서 점진적으로 증가되는 구현예에서, 제1 시간 및 제2 시간은 함께 약 30초일 수 있다. 제1 시간 및 제2 시간은 함께 30초보다 짧을 수 있다. 이러한 경우, 제3 전력(P3)은 제2 시간 종료시에, 제3 시간 동안 제공될 수 있고, 여기서 제3 전력은 제2 전력보다 크다(P3 > P2). 함께 제1, 제2 및 제3 시간의 지속 기간은 약 30초일 수 있다. 제1 시간의 지속 기간은 10초까지일 수 있다. 제1 시간의 지속 기간은 약 5초일 수 있다. 제2 시간의 지속 기간은 약 10초까지일 수 있다. 제2 시간의 지속 기간은 약 5초일 수 있다. 제3 시간의 지속 기간은 10초 이상일 수 있다. 제3 시간의 지속 기간은 약 20초일 수 있다. 제1, 제2 및 제3 시간은 함께 약 30초 이하일 수 있다.
임의의 적절한 수의 전력 증가가 제1 단계에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 제4 전력(P4)은 제4 시간 동안 제3 시간의 종료시에, 가열 요소에 제공될 수 있고, 여기서 제4 전력은 제3 전력보다 크고(P4 > P3), 제5 전력(P5)은 제5 시간 동안 제4 시간의 종료시에, 가열 요소에 제공될 수 있고, 여기서 제5 전력은 제4 전력보다 크다(P5 > P4).
제1 단계에서, 가열 요소에 공급되는 상이한 전력(P1, P2, P3 등)의 각각은 소정의 시간 동안 공급될 수 있다. 일부 구현예에서, 각 시간의 지속 기간은 균일할 수 있다. 즉, 단계들 또는 증분들의 각각은 동일한 소정의 수의 초 길이일 수 있다. 예를 들어, 각 시간의 지속 기간은 약 5, 7, 10, 15 또는 20초 길이일 수 있다. 다른 구현예에서, 시간의 지속 기간은 불균일할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간은 제2 시간보다 짧을 수 있고, 제2 시간은 제3 시간 등보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 증가는 5초 후에 일어날 수 있고, 전력 레벨을 가지는, 5초 후 제2 증가는 20초 동안 유지되는 제2 증가 후에 설정된다. 예를 들어, 3회의 전력 증가로, 제1 증가는 5초 후에 일어날 수 있고, 10초 후 제2 증가하고, 제2 증가 후 전력 레벨은 15초 동안 유지될 수 있다. 균일하고 불균일한 시간의 조합이 가능하다. 예를 들어, 제1 증가는 5초 후에 일어날 수 있고, 전력 레벨을 가지는, 5초 후 제2 증가는 20초 동안 유지되는 제2 증가 후에 설정된다. 3개의 단계들 이상도 이하도 가능하다.
전력의 증가는 균일할 수 있다. 즉, 각 전력의 증가는 동일한 크기를 가질 수 있다. 전력의 증가는 설정 온도의 균일한 증가에 대응할 수 있다. 즉, 설정 온도의 각 증가는 동일한 크기를 가질 수 있다. 제공된 전력은 가열 요소를 특정 설정 온도로 상승시키고 유지할 것으로 예상되는 전력일 수 있다. 예를 들어, 설정 온도의 증가는 10℃ 내지 100℃의 단계일 수 있다. 예를 들어, 증가는 30℃, 50℃, 60℃, 80℃의 단계일 수 있다. 그러나, 가열 요소의 온도가 일정한 온도에 도달하기 전에 전력이 더욱 증가될 수 있다는 것이 명백해야 한다.
전력의 증가는 상이하거나 불균일할 수 있다. 전력의 증가는 설정 온도의 불균일한 증가에 대응할 수 있다. 예를 들어, 온도의 제1 증가는 제2, 제3 등의 단계들보다 더 큰 단계일 수 있다. 예를 들어, 제1 증가는 약 80℃에 대응할 수 있고, 그리고 제2 증가는 약 50℃에 대응할 수 있다.
제1 단계에서, 가열 요소에 제공되는 전력은 점진적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, 가열 요소에 제공되는 전력은 30초 후, 주위 온도로부터 250℃ 내지 300℃, 예를 들어 280℃ 내지 290℃로 가열 요소의 온도를 증가시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 기술된 바와 같이, 전력은 불연속 단계들 또는 증분들로 점진적으로 증가할 수 있다. 그러나, 일부 구현예에서, 제1 단계에서 가열 요소에 공급되는 전력의 증가는 연속적일 수 있다. 이러한 맥락에서, 전력의 연속적인 증가는 펄스의 듀티 사이클이 연이은 짧은 시간, 예를 들어 1ms 또는 10ms의 시간 동안 평균 전력이 증가되도록 변경된다는 것을 의미할 수 있다. 가열 요소에 제공되는 전력의 증가는 선형일 수 있다. 즉, 제1 단계에 걸친 전력의 증가 속도는 실질적으로 일정할 수 있다. 가열 요소에 제공된 전력의 증가는, 예를 들어, ~t 2 또는 ~t 1/2 와 같은(여기서 t는 시간임), 1 보다 크거나 작은 시간의 지수에 비례하는, 비선형일 수 있다. 즉, 전력의 증가 속도는 시간에 따라 달라질 수 있다
제1 단계에서, 가열 요소에 제공되는 전력은 제어부에 의해 설정된 목표 온도에 의존할 수 있다.
예를 들어, 제어부는 목표 온도(T1)을 설정한 다음 가열 요소에 전력(P1')을 제공하여 가열 요소를 온도 T1로 가열하고 유지할 수 있다. 소정의 시간(t1) 후, 제어부는 목표 온도(T1)보다 높은 목표 온도(T2)를 설정할 수 있고, 그런 다음 가열 요소에 전력(P2')을 제공하여 가열 요소를 온도(T2)로 가열하고 유지할 수 있다. 온도(T2)가 온도(T1)보다 높을 때, 전력(P2')은 P1'보다 높다. 온도(T2)는, 소정의 시간(t1) 후에 가열 요소가 온도(T1)에 도달하지 않은 경우에도 가열 요소에 제공되는 전력(P2')을 설정할 수 있다. 한 구현예에서, 목표 온도(T2)는 온도(T1)에 도달한 후, 또는 소정의 시간(t2) 후, 중 먼저 발생한 후에 설정될 수 있다. 한 구현예에서, 목표 온도(T2)는 목표 온도(T1)에 도달한 후에 설정될 수 있다. 한 구현예에서, 소정의 시간(t2) 후, 또는 온도(T2)에 도달한 후에, 목표 온도(T2) 보다 높은, 목표 온도(T3)가 설정되고 그런 다음 가열 요소에 전력(P3')을 제공하여 가열 요소를 온도(T3)으로 가열한다. 예를 들어, 3개, 5개 또는 10개의 단계가 있을 수 있다.
예를 들어, T1은 160℃이다. 전력(P1')은 t1 = 5초 동안 제공된다. 5초 후, T2 = 240℃가 설정되고, 전력(P2')는 t2 = 5초 동안 제공된다. 5초 후, T3 = 290℃가 설정되고, 전력(P3')은 20초 동안 제공된다. 30초 후에, 제1 단계가 종료된다. 한 구현예에서, 다음 온도는 도달되는 이전 온도에 관계없이 설정될 수 있다.
제1 단계가 종료되었을 때, 제2 단계가 시작되고 가열 요소로의 전력이 제어되어, 가열 요소의 온도를 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 감소시킨다. 허용 가능 온도 범위가 정의된 경우, 제2 온도는 허용 가능 온도 범위 내에 있다. 에어로졸 발생 장치 및 에어로졸 형성 기재를 따뜻하게 가열하는 기간 후, 장치에서의 에어로졸의 응축이 일반적으로 감소되고, 에어로졸의 전달이 주어진 가열 요소 온도에 대해 증가되기 때문에, 제2 단계 내의 가열 요소의 온도의 감소는 일반적으로 바람직하다. 또한, 가열 요소 온도를 감소시키는 것은 에어로졸 발생 장치에 의해 소비되는 에너지의 양을 감소시킨다. 또한, 장치의 작동 중에 가열 요소의 온도를 변화시킴으로써, 시간 조절된 열 구배가 에어로졸 형성 기재에 도입될 수 있게 한다.
제2 단계에서, 에어로졸은 만족스러운 속도로 장치에 의해 생성될 수 있고 사용자에 의해 흡입될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '퍼프' 및 '흡입'은 상호 교환적으로 사용되고 사용자의 입 또는 코를 통해 사용자의 신체 내로 에어로졸을 흡인하는 작용을 의미하도록 의도된다. 흡입은 에어로졸이 사용자의 폐 내로 흡인되는 경우, 및 또한 사용자의 신체로부터 방출되기 전에 에어로졸이 사용자의 입 또는 비강 내로 흡인되는 경우를 포함한다.
제2 단계에서, 제2 온도는 제1 온도보다 낮다. 제2 온도는 초기 온도보다 높을 수 있다. 초기 온도는 주변 온도, 즉 에어로졸 발생 장치의 주변의 온도일 수 있다.
제2 온도는 100℃ 보다 높을 수 있다. 제2 온도는 380℃ 보다 낮을 수 있다. 제2 온도는 140℃ 내지 200℃이다. 제2 온도는 150℃ 보다 높을 수 있다. 제2 온도는 150℃ 내지 190℃이다. 제2 온도는 153℃ 내지 177℃이다. 제2 온도는 약 177℃일 수 있다. 150℃ 내지 190℃ 그리고 더욱 구체적으로는 153℃ 내지 177℃ 범위의 제2 온도로, 맛과 관련하여 사용자 수용이 향상될 수 있다.
제2 단계의 지속 기간은 적어도 180초일 수 있다. 제2 단계의 지속 기간은 적어도 240초일 수 있다. 제2 단계의 지속 기간은 적어도 300초일 수 있다. 제2 단계의 지속 기간은 적어도 360초일 수 있다. 제2 단계의 지속 기간은 약 360초일 수 있으며, 이는 통상적으로 사용자 경험에 대한 사용자 기대에 대응한다.
제2 온도에 도달하기 위해, 가열 요소에 제공된 전력은 제1 단계의 종료 시 값으로부터 강하한다.
제2 온도는 제2 단계의 지속 기간 내내 유지될 수 있다. 제2 온도는 가열 요소에 제공된 전력을 제어하여 제1 단계 종료 시 가열 요소에 공급되는 전력 아래로 전력을 강하함으로써 도달된다. 이어서, 제2 온도는 가열 요소에 제공된 전력을 제어하여 가열 요소의 온도를 제2 온도에서 유지하여 유지될 수 있다. 예를 들어, 제2 온도를 유지하기 위해, 일정한 평균 전력이 제2 단계 동안 가열 요소에 공급될 수 있다. 예를 들어, 제2 온도를 유지하기 위해, 일정한 듀티 사이클에서 전력 펄스가 가열 요소에 공급될 수 있다.
예로서, 제2 온도는 다음과 같이 도달할 수 있다. 목표 온도는 제2 온도로 설정된다. 장치에 의해 이루어진 저항 측정은 가열 요소의 온도가 목표 온도를 초과함을 나타낸다. 전력 공급원은 가열 요소에 전압 펄스를 제공하고, 에어로졸 발생 장치는 온도가 목표 온도 아래로 떨어질 때까지 가열 요소의 저항(및 이에 따라 온도)을 모니터링한다. 이 시점에서, 전력 공급원은 다시 가열 요소에 전압 펄스를 공급해서 제2 온도에 도달하기 시작한다. 이어서, 제2 온도는 유사한 공정으로 유지될 수 있다.
제2 단계 동안, 제2 온도는 제2 단계의 지속 기간보다 짧은 소정의 시간 동안 유지될 수 있다. 그런 다음 가열 요소에 제공된 전력이 하강되어, 가열 요소의 온도가 제3 온도로 강하한다. 제3 온도는 제2 온도보다 낮다.
제2 온도는 임의의 적절한 소정의 시간 동안 유지될 수 있다. 제2 온도는 약 30 내지 120초 동안 유지될 수 있다. 제2 온도는 약 45 내지 90초 동안 유지될 수 있다. 제2 온도는 약 60초 동안 유지될 수 있다. 제3 온도는 제2 단계의 지속 기간의 나머지 동안 유지될 수 있다. 제2 단계의 지속 기간에 따라, 제3 온도는 120초 동안; 180초 동안; 240초 동안; 또는 300초 동안 유지될 수 있다.
제3 온도는 제2 온도보다 낮을 수 있다. 제3 온도는 초기 온도보다 높을 수 있다. 제3 온도는 100℃보다 높을 수 있다. 제3 온도는 160℃보다 높을 수 있다. 제3 온도는 165℃일 수 있다.
제2 및 제3 온도는 에어로졸이 제2 단계 동안 연속적으로 발생되도록 선택될 수 있다. 제2 및 제3 온도는 바람직하게는 에어로졸 형성 기재의 기화 온도에 대응하는 온도의 범위에 기초하여 결정된다. 전력은 제2 단계 동안 가열 요소에 제공되어 온도가 최소 허용 가능한 온도 아래로 떨어지지 않도록 보장한다.
예시적인 구현예에서, 제2 설정 온도는 약 177℃일 수 있고, 제3 설정 온도는 약 165℃일 수 있다. 제2 설정 온도는 약 60초 동안 유지될 수 있고, 제3 설정 온도는 약 300초 동안 유지될 수 있다.
가열 요소에 제공된 전력을 제어하는 단계는 유리하게는 가열 요소의 온도를 제2 단계로 허용가능한 또는 원하는 온도 범위 이내로 유지하도록 수행된다.
가열 요소로의 전력을 제어하는 단계는 가열 요소의 온도 또는 가열 요소에 근접한 온도를 측정해서 측정된 온도를 제공하는 단계, 측정된 온도를 목표 온도와 비교를 수행하는 단계, 비교의 결과에 기초하여 가열 요소에 제공되는 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 목표 온도는 바람직하게는 장치의 활성화 이후 시간에 따라 변하여 제1 및 제2 단계를 제공한다. 목표 온도는 작동의 제1 및 제2 단계들의 제약 조건 내에서 임의의 원하는 시간적 프로파일을 갖도록 선택될 수 있다는 것이 명백해야 한다.
상기 방법은 에어로졸 형성 기재의 특징을 식별하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 그런 다음, 전력을 제어하는 단계는 식별된 특성에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 상이한 목표 온도가 상이한 기재에 사용될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 액체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재가 제공된 경우, 에어로졸 발생 장치는 액체를 보유하기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재는 용기 내에 보유될 수 있다.
일부 구현예에서, 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 형성 기재를 함유하는 적어도 하나의 구획부를 포함할 수 있다. 장치는 적어도 2개의 구획부들을 포함할 수 있다. 상기 장치는 에어로졸 형성 기재의 제1 구성요소를 함유하는 제1 구획부 및 에어로졸 형성 기재의 제2 구성요소를 포함하고 있는 제2 구획부를 포함할 수 있다. 상기 장치는 니코틴 공급원을 함유하는 제1 구획부 및 에어로졸 니코틴 염 입자들을 발생시키기 위한 산 공급원을 포함하고 있는 제2 구획부를 포함할 수도 있다.
일부 구현예에서, 액체 에어로졸 형성 기재는 다공성 캐리어 물질 내로 흡수될 수 있다. 다공성 캐리어 물질은 임의의 적절한 흡수성 플러그 또는 흡수체, 예를 들어 발포성 금속이나 플라스틱 물질, 폴리프로필렌, 테릴렌, 나일론 섬유들 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 장치의 사용 이전에 다공성 캐리어 물질 내에 유지될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재 물질은 사용 동안 또는 사용 바로 직전에 다공성 캐리어 물질 내에 방출될 수 있다. 예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재는 캡슐 내에 제공될 수 있다. 캡슐의 껍질은 가열 시에 용융되어 액체 에어로졸 형성 기재를 다공성 캐리어 물질 내로 방출시킬 수 있다. 캡슐은 선택적으로 액체와 조합된 고체를 함유할 수 있다.
캐리어는 담배 성분이 통합된 부직포 직물 또는 섬유 다발일 수 있다. 부직포 직물 또는 섬유 다발은, 예를 들어 탄소 섬유, 천연 셀룰로스 섬유, 또는 셀룰로스 유도체 섬유를 포함할 수 있다.
바람직한 구현예들에서, 에어로졸 형성 기재는 니코틴 염 입자를 포함하고 있는 에어로졸의 원위치 발생을 위해 에어로졸 발생 시스템에서 사용하기 위한 니코틴 공급원 및 산 공급원을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 니코틴 공급원은, 약 1mg 내지 약 50mg의 니코틴으로 함침된 제1 캐리어 물질을 포함할 수 있다. 니코틴 공급원은, 약 1 mg 내지 약 40 mg의 니코틴으로 함침된 제1 캐리어 물질을 포함할 수 있다. 니코틴 공급원은, 약 3mg 내지 약 30mg의 니코틴으로 함침된 제1 캐리어 물질을 포함할 수 있다. 니코틴 공급원은, 약 6mg 내지 약 20mg의 니코틴으로 함침된 제1 캐리어 물질을 포함할 수 있다. 니코틴 공급원은, 약 8mg 내지 약 18mg의 니코틴으로 함침된 제1 캐리어 물질을 포함할 수 있다.
제1 캐리어 물질은, 수성 또는 비수성 용매 내에서 액체 니코틴 또는 니코틴의 용액으로 함침될 수 있다. 제1 캐리어 물질은 천연 니코틴 또는 합성 니코틴으로 함침될 수 있다.
이러한 구현예에서, 산 공급원은 유기 산 또는 무기 산을 포함할 수 있다. 산 공급원은 유기 산 예를 들어, 카르복시산을 포함할 수 있다. 산 공급원은 예컨대 알파-케토 또는 2-옥소산 또는 락트산을 포함할 수 있다. 산 공급원은 3-메틸-2-옥소펜타논산, 피루브산, 2-옥소펜타논산, 4-메틸-2-옥소펜타논산, 3-메틸-2-옥소부타논산, 2-옥소옥타논산, 젖산 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 산을 포함할 수 있다. 산 공급원은 피루브산 또는 젖산을 포함할 수 있다. 산 공급원은 락트산을 포함할 수 있다.
산 공급원은, 산으로 함침된 제2 캐리어 물질을 포함할 수 있다.
제1 캐리어 물질과 제2 캐리어 물질은 동일하거나 상이할 수 있다. 유리하게는, 제1 캐리어 물질과 제2 캐리어 물질은, 약 0.1g/cm3 내지 약 0.3g/cm3의 밀도를 가질 수 있다. 유리하게는, 제1 캐리어 물질과 제2 캐리어 물질은, 약 15% 내지 약 55%의 다공성을 가질 수 있다. 제1 캐리어 물질 및 제2 캐리어 물질은, 유리, 셀룰로오스, 세라믹, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(사이클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 팽창 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE), 및 BAREX® 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 캐리어 물질은 니코틴을 위한 저장조로서의 역할을 한다. 제1 캐리어 물질은 니코틴에 대해 화학적으로 불활성이다.
제1 캐리어 물질은 임의의 적절한 형상과 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 캐리어 물질은 시트 또는 플러그의 형태일 수 있다. 제1 캐리어 물질의 형상 및 크기는 카트리지의 제1 구획부의 형상 및 크기와 유사할 수 있다. 제1 캐리어 물질의 형상, 크기, 밀도, 및 다공성은, 제1 캐리어 물질이 원하는 양의 니코틴으로 함침될 수 있도록 선택될 수 있다.
제1 구획부는 향미제를 더 포함할 수 있다. 적절한 향미제는 멘톨을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
제1 캐리어 물질은 향미제의 약 3mg 내지 약 12mg로 함침될 수 있다.
제2 캐리어 물질은 산을 위한 저장조로서 기능한다. 제2 캐리어 물질은 산에 대해 화학적으로 불활성이다. 제2 캐리어 물질은 임의의 적절한 형상과 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 캐리어 물질은 시트 또는 플러그의 형태일 수 있다. 제2 캐리어 물질의 형상 및 크기는 제2 구획부의 형상 및 크기와 유사할 수 있다. 제2 캐리어 물질의 형상, 크기, 밀도, 및 다공성은, 제2 캐리어 물질이 원하는 양의 산으로 함침될 수 있도록 선택될 수 있다.
산 공급원은, 약 2 mg 내지 약 60 mg의 젖산으로 함침된 제2 캐리어 물질을 포함하는 젖산 공급원일 수 있다. 락트산 공급원은, 약 5mg 내지 약 50mg의 락트산으로 함침된 제2 캐리어 물질을 포함할 수 있다. 락트산 공급원은, 약 8mg 내지 약 40mg의 락트산으로 함침된 제2 캐리어 물질을 포함할 수 있다. 락트산 공급원은, 약 10mg 내지 약 30mg의 락트산으로 함침된 제2 캐리어 물질을 포함할 수 있다.
제1 구획부의 형상과 치수는, 원하는 양의 니코틴이 장치에 수용될 수 있도록 선택될 수 있다. 제2 구획부의 형상과 치수는, 원하는 양의 산이 장치에 수용될 수 있도록 선택될 수 있다. 적절한 반응 화학량론을 달성하는 데 필요한 니코틴과 산의 비는, 제2 구획부의 체적에 대한 제1 구획부의 체적의 가변을 통해 제어 및 밸런싱될 수 있다.
일부 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 고체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 고체 및 액체 성분 둘 모두를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 오직 액체 성분을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 하나 이상의 액체 성분을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 가열 시에 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 물질을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 비담배 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성제를 더 포함할 수 있다. 적합한 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, 펠렛, 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 기재의 가열 시에 방출될, 추가적인 담배 또는 비-담배 휘발성 향미 화합물을 함유할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들어 추가적인 담배 또는 비-담배 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 물질을 지칭한다. 균질화 담배는 시트의 형태일 수 있다.
에어로졸 형성 기재에서 발생된 에어로졸은 가시적 또는 비가시적일 수도 있고, 증기(예를 들면, 실온에서는 보통 액체 또는 고체인, 기체 상태에 있는 물질의 미립자)뿐만 아니라, 기체 및 응집된 증기의 액적을 포함할 수도 있다.
가열 요소는 전기 가열 요소일 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 임의의 적절한 가열 요소를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 저항 히터, 유도 히터 또는 그 둘의 조합을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 가열 요소는 세장형일 수 있다. 가열 요소는 열 전도성 외피(sheath)에 의해 둘러싸일 수 있다. 열 전도성 외피는 카트리지의 일부분과 같은, 에어로졸 발생 물품 내에 삽입되도록 적응될 수 있다. 열 전도성 외피는 에어로졸 형성 기재 내에 삽입되도록 적응될 수 있다. 유리하게는, 열 전도성 외피는 하나 이상의 가열 요소에 의해 제공된 열을 균일하게 분배하도록 제공될 수 있다.
상기 가열 요소는 전기 저항 가열 요소일 수 있고, 상기 가열 요소에 제공된 전력을 제어하는 단계는 상기 가열 요소의 전기 저항을 결정하는 단계 및 상기 결정된 전기 저항에 의존하여 상기 가열 요소에 공급된 전류를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 가열 요소의 전기 저항은 가열 요소의 온도를 나타낼 수 있으며, 따라서 결정된 전기 저항을 목표 전기 저항과 비교할 수 있고, 이에 따라 제공되는 전력을 조정할 수 있다. PID 제어 루프를 이용하여, 결정된 온도를 목표 온도로 만들 수 있다. 또한, 상기 가열 요소의 전기 저항을 검출하는 것 이외에 온도를 센싱하기 위한 기구들, 예를 들면 상기 가열 요소에 전기적으로 분리되는 바이메탈 스트립들, 열전쌍들이나 전용 서미스터(dedicated thermistor) 또는 전기 저항 요소가 사용될 수 있다. 이러한 온도 감지 기구들은 상기 가열 요소의 전기 저항을 모니터링하여 온도를 결정하는 것에 추가로 또는 그 대신에 사용될 수 있다. 예를 들면, 별개의 온도 감지 기구는 상기 가열 요소의 온도가 허용 가능 온도 범위를 초과할 때에 상기 가열 요소로의 전력을 차단하기 위한 제어 기구에서 사용될 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 카트리지를 포함할 수 있다. 카트리지는 상기 에어로졸 형성 기재를 함유하는 적어도 하나의 구획부를 포함할 수 있다. 카트리지는 적어도 2 개의 구획부들을 포함할 수 있다. 카트리지는 제1 에어로졸 형성 기재의 제1 구성요소를 함유하는 제1 구획부 및 에어로졸 형성 기재의 제2 구성요소를 포함하는 제2 구획부를 포함할 수 있다. 카트리지는 니코틴 공급원을 함유하는 제1 구획부 및 니코틴 락트산 염 입자들을 포함하고 있는 에어로졸을 발생시키기 위한 락트산 공급원을 포함하고 있는 제2 구획부를 포함할 수 있다.
카트리지는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 카트리지는 실질적으로 원통형일 수 있다. 카트리지는 임의의 적절한 크기를 가질 수 있다. 카트리지는 예를 들어, 약 5mm 내지 약 30mm의 길이를 가질 수 있다. 소정의 구현예들에서 카트리지는 약 20mm의 길이를 가지고 있을 수도 있다. 카트리지는 예를 들어, 약 4mm 내지 약 10mm의 직경을 가질 수 있다. 특정 구현예에서 카트리지는 약 7mm의 직경을 가질 수 있다.
카트리지는 니코틴 공급원을 포함하고 있는 제1 구획부 및 락트산 공급원을 포함하고 있는 제2 구획부를 포함할 수 있다.
카트리지는 하나 이상의 적절한 물질로 형성될 수도 있다. 적절한 물질은 이들에만 한정되지는 않지만, 알루미늄, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리이미드, 예컨대 Kapton®, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 불화 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 및 비닐 수지를 포함한다.
카트리지는 니코틴-저항성 및 락트산-저항성인 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 니코틴 공급원을 포함하고 있는 제1 구획부는 하나 이상의 니코틴-저항성 물질로 코팅된 것일 수도 있으며 락트산 공급원을 포함하고 있는 제2 구획부는 하나 이상의 락트산-저항성 물질로 코팅된 것일 수도 있다. 적합한 니코틴-저항성 물질 및 락트산-저항성 물질의 예로는, 이들에만 한정되지는 않지만, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 불화 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 비닐 수지 및 그들의 조합을 포함한다. 하나 이상의 니코틴-저항성 물질 및 락트산-저항성 물질을 사용해서 카트리지를 형성하거나 제1 구획부 및 제2 구획부의 내부를 코팅함으로써, 각각, 에어로졸 발생 물품의 유통 기한을 향상시킬 수도 있다.
카트리지는 하나 이상의 열 전도성 물질로부터 형성될 수 있다. 제1 구획부 및 제2 구획부의 내부는 하나 이상의 열 전도성 물질들로 코팅될 수 있다. 카트리지를 형성하거나 제1 구획부 및 제2 구획부의 내부를 코팅하는 하나 이상의 열 전도성 물질의 사용은 유리하게는 히터로부터 니코틴 공급원 및 락트산 공급원으로의 열 전달을 증가시킬 수 있다.
적합한 열 전도성 물질은, 예를 들어 알루미늄, 크롬, 구리, 금, 철, 니켈 및 은과 같은 금속, 황동 및 강철과 같은 합금, 및 이의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템 및 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품에서 사용하기 위한 카트리지는 임의의 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 적합한 방법은, 이에 한정되지 않지만, 딥 드로잉(deep drawing), 사출 성형, 블리스터링(blistering), 블로우 형성 및 압출을 포함한다.
제1 구획부 및 제2 구획부는 카트리지 내부에 병렬로 배열될 수 있다.
카트리지는 에어로졸 개질제를 포함하고 있는 제3 구획부를 더 포함할 수도 있다. 이러한 구현예에서, 제1 구획부, 제2 구획부 및 제3 구획부는 카트리지 내부에 병렬로 배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 카트리지는 실질적으로 원통형이다. 제1 구획부, 제2 구획부, 및 존재하는 경우, 제3 구획부는 카트리지의 대향하는 실질적으로 평면형 말단면들 사이에서 길이방향으로 연장될 수 있다.
카트리지는 장치의 가열 요소를 수용하기 위한 공동을 더 포함할 수 있다. 공동은 제1 및 제2 구획부들 사이에 배열될 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 공동에 수용되도록 구성된 단일 가열 요소를 포함할 수 있다.
소정의 구현예에서, 에어로졸 발생 장치는, 단일 가열 요소를 포함하고 있는 바디부; 및 바디부와의 체결을 위해 구성되어 있는 마우스피스부를 포함하고 있으며, 여기서 에어로졸 발생 장치는 니코틴 공급원을 포함하고 있는 제1 구획부, 락트산 공급원을 포함하고 있는 제2 구획부 및 공동을 포함하고 있는 카트리지를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품을 수용해서 바디부의 단일 가열 요소가 공동 내에 수용되도록 구성되어 있다.
에어로졸 발생 물품은 에어로졸 발생 장치의 바디부 내부에 전체적으로 또는 에어로졸 발생 장치의 마우스피스부 내부에 전체적으로 또는 에어로졸 발생 장치의 바디부 내부에 부분적으로 그리고 에어로졸 발생 장치의 마우스피스부 내부에 부분적으로 수용될 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품의 카트리지 내의 공동과 단일 가열 요소의 적절한 정렬을 용이하게 하도록 바디부와의 체결을 위해 구성되어 있는 안내부를 더 포함할 수도 있다.
소정의 구현예에서, 단일 가열 요소는 에어로졸 발생 물품의 카트리지의 공동 내에 수용되도록 구성되어 있는 내부 전기 가열 요소이다. 소정의 구현예에서, 단일 가열 요소는 에어로졸 발생 물품의 카트리지의 공동 내에 수용되도록 구성되어 있는 히터 블레이드 형태의 세장형 내부 전기 가열 요소이다. 이러한 구현예에서, 에어로졸 발생 물품의 카트리지 내의 공동은 세장형 슬롯으로서 구성될 수 있다.
카트리지가 실질적으로 원통형인 구현예에서, 카트리지 내의 공동은 카트리지의 대향하는 실질적으로 평면형 말단면들 사이에서 카트리지의 길이방향 축을 따라 연장될 수 있다. 이러한 구현예에서, 제1 구획부, 제2 구획부, 및 존재하는 경우, 제3 구획부는 카트리지 내의 공동 주위에 배치될 수 있다.
제1 구획부는 카트리지 내부에 하나 이상의 제1 챔버로 이루어질 수 있다. 하나 이상의 제1 챔버들의 수 및 치수는 원하는 양의 니코틴이 카트리지 내에 포함될 수 있게 선택될 수 있다.
제2 구획부는 카트리지 내부에 하나 이상의 제2 챔버로 이루어질 수 있다. 하나 이상의 제2 챔버들의 수 및 치수는 원하는 양의 락트산이 카트리지 내에 포함될 수 있게 선택될 수 있다.
카트리지는 가열 요소가 삽입되는 공동을 포함할 수 있다. 공동은 카트리지의 중앙 부분에 제공될 수 있고, 에어로졸 형성 기재를 함유하는 구획부 또는 구획부들에 의해 둘러싸일 수 있다.
카트리지는 기화시 사용자에 의해 흡입되는 에어로졸을 형성하는 하나 이상의 액체 성분을 포함할 수 있다. 가열 요소는 기화 온도보다 높은 액체를 가열하도록 제공될 수 있다.
카트리지는 에어로졸 발생 장치로부터 제거 가능할 수 있다. 카트리지가 제한된 부피(제한된 양의 에어로졸 형성 기재를 함유함)를 가지므로, 카트리지는 제거 가능하고 교환 가능할 수 있다. 예를 들어, 카트리지는 일회용일 수 있다. 이러한 경우 카트리지는 각각의 세션 후 제거되고 폐기된다.
본 발명의 제2 측면에서, 전기 작동식 에어로졸 발생 장치가 제공되어 있으며, 상기 장치는 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키도록 구성되어 있는 적어도 하나의 가열 요소; 가열 요소에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부; 및 상기 전력 공급부로부터 적어도 하나의 가열 요소로의 전력의 공급을 제어하기 위한 전기 회로를 포함하고, 상기 전기 회로는
상기 가열 요소에 제공되는 전력을 제어해서
-
제1 단계에서 상기 가열 요소의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 증가시키도록 전력이 제공되고, 그리고
-
제2 단계에서 가열 요소의 온도를 상기 제1 온도 아래로 제2 온도까지 감소시키도록 전력이 제공되게 하도록 배열되어 있고,
제1 단계 동안 가열 요소에 제공되는 전력은 제1 단계의 지속 기간 동안 적어도 한 번 증가되고; 제1 단계 동안 가열 요소에 제공되는 전력은 상기 제1 단계 동안 감소되지 않는다.
각각의 단계들 동안 각각의 단계들 및 가열 요소의 온도들의 지속 기간은 제1 측면과 관련하여 설명된 바와 같을 수 있다.
전기 회로는 제1 단계가 고정된 지속 기간을 갖도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 제2 단계가 고정된 지속 기간을 갖도록 추가로 구성될 수 있다. 전기 회로는 가열 요소에 제공되는 전력을 제어해서 제3 단계 동안 가열 요소의 제2 및/또는 제3 온도를 유지하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 회로는 전력 공급부로부터 가열 요소까지 전압을 이산 펄스로 공급하여 가열 요소에 전력을 제공하도록 배열될 수 있다. 그런 다음 가열 요소에 제공된 전력은 전압 공급원의 듀티 사이클을 조정하여 조정될 수도 있다. 듀티 사이클은 펄스 폭, 또는 펄스의 주파수 또는 양쪽 모두를 변경하는 것과 같은, 임의의 적절한 수단에 의해 조정될 수 있다. 일부 구현예에서, 회로는 연속 DC 신호로서 가열 요소에 전력을 제공하도록 배열될 수 있다.
전기 회로는 가열 요소의 온도 또는 가열 요소에 근접한 온도를 측정하여 측정된 온도를 제공하도록 구성된 온도 감지 수단을 포함할 수 있고, 측정된 온도와 목표 온도에 대한 비교를 수행하도록 그리고 상기 비교의 결과에 기초하여 가열 요소에 제공되는 전력을 조정하도록 구성될 수 있다. 목표 온도는 전자 메모리 내에 저장될 수 있고 바람직하게는 장치의 활성화 이후 시간에 따라 변하여 제1 및 제2 단계들을 제공한다.
온도 감지 수단은 서미스터(thermistor)와 같은 전용 전기 구성요소일 수 있거나, 가열 요소의 전기 저항에 기초하여 온도를 결정하도록 구성된 회로일 수 있다.
전기 회로는 장치 내의 에어로졸 형성 기재의 특성을 식별하는 수단, 및 전력 제어 명령 및 대응하는 에어로졸 형성 기재 특성들의 룩업 테이블을 유지하는 메모리를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 측면들 모두에서, 가열 요소는 전기 저항성 물질을 포함할 수 있다. 적절한 전기 저항성 물질은: 도핑된 세라믹과 같은 반도체, "도전성" 세라믹(예컨대, 이규화 몰리브덴 등), 탄소, 흑연, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 물질과 금속 물질로 만들어진 복합 물질을 포함하되 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 복합 물질은 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적절한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다. 적절한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 백금, 금 및 은을 포함한다. 적절한 금속 합금의 예는 스테인리스 강, 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 타타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 금- 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 강, Timetal® 및 철-망간-알루미늄계 합금에 기초한 초합금을 포함한다. 복합 물질에 있어서, 전기 저항성 물질은 에너지 전달의 동역학 및 요구되는 외부 물리화학적 특성에 따라 선택적으로 절연 물질에 매립되거나, 절연 물질로 캡슐화되거나 코팅되거나, 그 반대로 될 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 측면 모두에서, 상기 에어로졸 발생 장치는 내부 가열 요소 또는 외부 가열 요소, 또는 내부 및 외부 가열 요소 양자를 포함할 수 있고, "내부" 및 "외부"는 에어로졸 형성 기재를 지칭한다. 내부 가열 요소는 임의의 적절할 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 내부 가열 요소는 가열 블레이드(blade)의 형태를 취할 수 있다. 내부 히터는 상이한 전기 전도부를 갖는 케이싱이나 기판, 또는 전기 저항성 금속 관의 형태를 취할 수 있다. 내부 가열 요소는 에어로졸 형성 기재의 중앙을 통과하는 하나 이상의 가열 니들(needle)들 또는 로드(rod)일 수 있다. 내부 가열 요소는 가열 와이어 또는 필라멘트, 예를 들어, Ni-Cr(니켈-크롬), 백금, 텅스텐 또는 합금 와이어 또는 가열판을 포함할 수 있다. 선택적으로, 내부 가열 요소는 경질 캐리어 물질 내에 또는 위에 증착될 수 있다. 하나의 이러한 구현예에서, 전기 저항성 가열 요소는 온도와 저항성 간의 규정된 관계를 갖는 금속을 이용해 형성될 수 있다. 이러한 예시적인 장치에서, 금속은 세라믹 물질과 같은 적절한 절연 물질 상에 트랙으로서 형성된 다음 유리와 같은 다른 절연 물질 내에 개재될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 히터는 작동 중에 가열 요소를 가열하는 것 및 가열 요소의 온도를 모니터링하는 것 둘 모두를 행하도록 사용될 수 있다.
외부 가열 요소는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 외부 가열 요소는 폴리이미드 같은 유전체 기판 상의 하나 이상의 가요성 가열 호일(foil)의 형태를 취할 수 있다. 가요성 가열 포일은 기재 수용 공동의 둘레와 일치하도록 성형될 수 있다. 외부 가열 요소는 금속 그리드 또는 그리드들, 가요성 인쇄 회로 기재, 몰딩형 상호접속 장치(MID: molded interconnect device), 세라믹 히터, 가요성 탄소 섬유 히터의 형태를 취할 수 있거나, 적절한 형상의 기재 상에 플라스마 기상 증착과 같은 코팅 기술을 이용해 형성될 수 있다. 외부 가열 요소는 온도와 저항성 간의 정의된 관계를 갖는 금속을 이용해 형성될 수도 있다. 이러한 예시적인 장치에서, 금속은 적절한 절연 물질로 이루어진 2개 층 사이에 트랙으로서 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 외부 가열 요소는 외부 가열 요소를 가열하고, 작동 중에 외부 가열 요소의 온도를 모니터링하는 모두에 사용될 수 있다.
상기 내부 또는 외부 가열 요소는, 열을 흡수 및 저장하고 차후에 에어로졸 형성 기재에 대하여 어떠한 시간을 걸쳐서 열을 방출할 수 있는 물질을 포함하고 있는 히트 싱크, 또는 열 저장기를 포함하고 있을 수도 있다. 히트 싱크는 적절한 금속 또는 세라믹 물질과 같은 임의의 적절한 물질로 형성된 것일 수 있다. 한 구현예에서, 상기 물질은 높은 열 용량(감지 가능한 열 저장 물질)을 갖거나, 고온 위상 변화 같은 가역(reversible) 프로세스를 통하여 열을 흡수하고 차후에 방출할 수 있는 물질이다. 적절한 현열 저장 물질은 실리카 겔, 알루미나, 탄소, 유리 매트(glass mat), 유리 섬유, 광물, 알루미늄, 은 또는 납과 같은 금속 또는 합금, 및 종이와 같은 셀룰로오스 물질을 포함한다. 가역 위상 변화를 통하여 열을 방출하는 다른 적절한 물질들은 파라핀, 초산나트륨, 나프탈렌, 왁스, 폴리에틸렌 옥사이드, 금속, 금속염, 공융염(eutectic salt)들의 혼합물 또는 합금을 포함한다. 일부 구현예에서, 열 싱크 또는 열 저장소는 에어로졸 형성 기재와 직접 접촉하고 저장된 열을 기재에 직접 전달할 수 있도록 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 열 싱크 또는 열 저장소에 저장된 열은 금속 관과 같은 열 전도체에 의해 에어로졸 형성 기재에 전달될 수 있다.
상기 가열 요소는 전도에 의해 상기 에어로졸 형성 기재를 가열할 수도 있다. 가열 요소는 기재 또는 기재가 증착되는 캐리어와 적어도 부분적으로 접촉할 수 있다. 일부 구현예에서, 내부 또는 외부 가열 요소 중 어느 하나로부터의 열은 열 전도성 요소에 의해 기재에 전도될 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 측면 모두에서, 동작 중, 상기 에어로졸 형성 기재는 상기 에어로졸 발생 장치 내에 완전히 함유될 수 있다. 이 경우, 사용자는 에어로졸 발생 장치의 마우스피스 상에서 퍼프할 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 형성 기재를 함유하는 에어로졸 형성 물품은 작동 동안에 에어로졸 발생 장치 내에 부분적으로 함유될 수 있다. 그 경우, 사용자는 에어로졸 발생 물품 에어로졸 발생 물품 상에 직접 퍼핑할 수 있다. 가열 요소는 장치의 공동 내에 위치될 수 있으며, 여기서 상기 공동은 사용 시에 가열 요소가 에어로졸 형성 기재 내에 있도록 에어로졸 형성 기재를 수용하도록 구성되어 있다.
에어로졸 발생 물품은 형상이 실질적으로 원통형일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 실질적으로 세장형일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 길이 및 이 길이에 실질적으로 수직인 둘레를 가질 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실질적으로 원통형 형상일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실질적으로 세장형일 수 있다. 에어로졸 형성 기재 또한 길이 및 길이에 실질적으로 수직인 원주를 가질 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 약 30mm 내지 약 100mm의 총 길이를 가질 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 약 5mm 내지 약 12mm의 외경을 가질 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 필터 플러그를 포함할 수 있다. 필터 플러그는 에어로졸 발생 물품의 하류 말단에 위치될 수 있다. 필터 플러그는 셀룰로오스 아세테이트 필터 플러그일 수 있다. 필터 플러그는 한 구현예에서 길이가 대략 7mm이지만, 대략 5mm 내지 대략 10mm의 길이를 가질 수 있다.
한 구현예에서, 에어로졸 발생 물품은 대략 45mm의 총 길이를 갖는다. 에어로졸 발생 물품은 대략 7.2mm의 외부 직경을 가질 수 있다. 또한, 에어로졸 형성 기재는 대략 10mm의 길이를 가질 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 대략 12mm의 길이를 가질 수 있다. 또한, 에어로졸 형성 기재의 직경은 대략 5mm 내지 대략 12mm일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 외부 종이 래퍼를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재와 필터 플러그 사이의 분리부를 포함할 수 있다. 분리부는 대략 18mm일 수 있으나, 대략 5mm 내지 대략 25mm 범위 내일 수 있다. 분리부는 기재로부터 필터 플러그로 에어로졸 발생 물품을 통과할 때 에어로졸을 냉각시키는 열 교환기에 의해 에어로졸 발생 물품에 바람직하게 충전된다. 열 교환기는 예를 들어 중합체 기반의 필터, 예를 들어 권축된 PLA 재료일 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 측면 모두에서, 에어로졸 발생 장치는 가열 요소에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부를 더 포함할 수 있다. 전력 공급부는 임의의 적절한 전력 공급부, 예를 들어 DC 전압원일 수 있다. 한 구현예에서, 전력 공급부는 리튬-이온 배터리이다. 전력 공급부는 니켈-수소합금 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 또는 리튬계 배터리, 예를 들어 리튬-코발트, 리튬-철-인산염, 리튬티탄산염 또는 리튬-폴리머 배터리일 수 있다. 일부 구현예에서, 전력 공급부는 하나 이상의 커패시터들, 슈퍼 커패시터 또는 하이브리드 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에서, 본 발명의 제1 측면의 방법을 수행하도록 배치된, 전기 작동식 에어로졸 발생 장치용 전기 회로가 제공되어 있다.
본 발명의 제4 측면에서, 전기 작동식 에어로졸 발생 장치용 프로그램 가능한 전기 회로 상에서 실행될 때, 상기 프로그램 가능한 전기 회로가 본 발명의 제1 측면의 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램이 제공되어 있다.
본 발명의 제5 측면에서, 본 발명의 제4 측면에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공되어 있다.
본 발명의 제6 측면에서, 본 발명의 제2 측면에 따른 장치, 및 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 카트리지를 포함하고 있는 시스템이 제공되어 있다. 카트리지는 액체 니코틴 공급원 및 액체 산 공급원을 포함할 수 있다. 카트리지는 본 발명의 제1 측면과 관련하여 전술한 바와 같을 수 있다.
본 발명의 제7 측면에서, 에어로졸 발생 장치 내의 전기 가열 요소를 제어하는 방법이 제공되어 있으며, 상기 장치는 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성되어 있는 적어도 하나의 가열 요소를 포함하고 있는 히터(heater) 및 가열 요소에 전력을 제공하기 위한 전력 공급원을 포함하고, 상기 방법은 예열 모드에서 가열 요소에 제공되는 전력을 제어하는 단계를 포함하고, 예열 모드는 전력을 가열 요소에 제공해서 초기 온도로부터 예열 목표 온도로 가열 요소의 온도를 증가시키는 단계를 포함하고, 여기서 예열 모드에서 히터에 제공되는 전력은 소정의 전력 프로파일에 따라 증가된다.
상기 방법은 예열 모드에 후속하여, 작동 모드로 가열 요소에 전력을 제공하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 작동 모드는 가열 요소에 전력을 제공해서 가열 요소의 온도를 실질적으로 작동 온도에서 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
예열 목표 온도는 작동 온도보다 클 수 있다.
소정의 전력 프로파일은 가열 요소에 제공된 전력을 소정의 속도로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 소정의 속도는 실질적으로 일정할 수 있다. 즉, 전력은 예열 모드에서 시간이 지남에 따라 실질적으로 선형으로 증가할 수 있다.
소정의 전력 프로파일은 하나 이상의 단계들에서 가열 요소에 제공되는 전력을 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
소정의 전력 프로파일은:
제1 단계에서, 가열 요소의 온도를 초기 온도로부터 제1 목표 온도로 증가시키기 위해 전력을 가열 요소에 제공하는 단계; 및
제2 단계에서, 가열 요소의 온도를 제1 목표 온도로부터 예열 목표 온도로 증가시키기 위해 가열 요소에 전력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
예열 모드에서 히터에 제공되는 전력은 히터에 제공되는 평균 전력을 증가시켜서 증가될 수 있다. 히터에 제공되는 평균 전력의 증가는 적절한 방식으로 히터로 공급되는 전력의 듀티 사이클을 변경하여 달성될 수 있다. 평균 전력은 히터에 공급된 전압 또는 전류의 크기를 변경하여 증가될 수 있다.
소정의 전력 프로파일은 본 발명의 제1 측면과 관련하여 설명된 바와 같이 증가될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 카트리지에 제공될 수 있다. 카트리지는 가열 요소에 근접하여 위치될 수 있다. 가열 요소는 예열 모드 및 작동 모드 모두에서 카트리지 내의 에어로졸 형성 기재를 가열할 수 있다.
상세히 전술한 바와 같이 본 발명의 제1 측면의 특징들은 본 발명의 제5 측면의 특징부들과 조합될 수 있고 그 반대일 수 있다. 더 일반적으로, 본 개시가 상이한 측면들을 참조하여 설명되었지만, 본 개시의 하나의 측면과 관련하여 설명된 특징들이 본 개시의 다른 측면들에 적용될 수 있음은 명백해야 한다.
이제 본 발명의 구현예는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템을 보여주고 있으며;
도 2는 도 1의 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지를 보여주고 있으며;
도 3은 에어로졸 발생 장치에 수용된 도 2의 카트리지를 갖는, 도 1의 에어로졸 발생 시스템의 길이방향 단면을 보여주고 있으며;
도 4는 본 발명의 한 구현예에 따라 설명된 전력 제어를 제공하는데 사용되는 제어 회로를 보여주고 있으며; 그리고
도 5는 본 발명에 따른 작동의 예열 모드를 도시한 흐름도이다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템을 보여주고 있으며;
도 2는 도 1의 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지를 보여주고 있으며;
도 3은 에어로졸 발생 장치에 수용된 도 2의 카트리지를 갖는, 도 1의 에어로졸 발생 시스템의 길이방향 단면을 보여주고 있으며;
도 4는 본 발명의 한 구현예에 따라 설명된 전력 제어를 제공하는데 사용되는 제어 회로를 보여주고 있으며; 그리고
도 5는 본 발명에 따른 작동의 예열 모드를 도시한 흐름도이다.
도 1은 니코틴 락트산 염 입자를 포함하고 있는 에어로졸을 발생시키기 위한 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템(10)의 개략도를 보여주고 있다. 에어로졸 발생 시스템(10)은 에어로졸 발생 장치(100), 카트리지 조립체(200) 및 마우스피스(300)를 포함하고 있다.
도 2는 도 1의 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지 조립체(200)의 개략도를 보여주고 있다. 카트리지(200)는, 세장형 바디(202), 원위 말단 캡(204), 및 근위 말단 캡(206)을 포함하고 있다.
카트리지(200)는, 바디(202)의 근위 말단으로부터 바디(202)의 원위 말단까지 연장되어 있는 세장형 제1 구획부(208)를 포함하고 있다. 제1 구획부(208)는 니코틴 및 멘톨로 함침된 제1 캐리어 물질(210)을 포함하고 있는 니코틴 공급원을 함유하고 있다.
카트리지(200)는, 또한 바디(202)의 근위 말단으로부터 바디(202)의 원위 말단까지 연장되어 있는 세장형 제2 구획부(212)를 포함하고 있다. 제2 구획부(212)는 락트산으로 함침된 제2 캐리어 물질(214)을 포함하고 있는 락트산 공급원을 함유하고 있다.
제1 구획부(208)와 제2 구획부(212)는 병렬로 배열되어 있다.
카트리지(200)는, 제1 구획부(208)와 제2 구획부(212)를 가열하도록 구성되어 있는, 에어로졸 발생 장치의 전기 히터를 수용하기 위한 히터 공동(216)을 더 포함하고 있다. 공동(216)은, 제1 구획부(208)와 제2 구획부(212) 사이에 위치하고 있으며, 바디(202)의 근위 말단으로부터 바디(202)의 원위 말단까지 연장되어 있다. 공동(216)은 실질적으로 스타디움(stadium) 형상의 횡단면을 갖는다.
원위 말단 캡(204)은, 3개의 이격된 천공의 열을 포함하고 있는 제1 공기 유입부(218) 및 5개의 이격된 천공의 열을 포함하고 있는 제2 공기 유입부(220)를 포함하고 있다. 제1 공기 유입부(218)와 제2 공기 유입부(220)를 형성하고 있는 각각의 천공은, 실질적으로 원형의 횡단면을 갖는다. 원위 말단 캡(204)은, 제1 공기 유입부(218)와 제2 공기 유입부(220) 사이에 위치되는 제3 유입부(222)를 더 포함하고 있다. 제3 유입부(222)는 또한 실질적으로 스타디움 형상의 횡단면을 갖는다.
근위 말단 캡(206)은, 3개의 이격된 천공의 열을 포함하고 있는 제1 공기 유출부(224) 및 5개의 이격된 천공의 열을 포함하고 있는 제2 공기 유출부(226)를 포함하고 있다. 제1 공기 유출부(224)와 제2 공기 유출부(226)를 형성하고 있는 각각의 천공은, 실질적으로 원형의 횡단면을 갖는다.
카트리지(200)를 형성하기 위해, 제1 공기 유출부(224)가 제1 구획부(208)와 정렬되고 제2 공기 유출부(226)가 제2 구획부(212)와 정렬되도록 근위 말단 캡(206)이 바디(202)의 근위 말단 내에 삽입된다. 니코틴 및 멘톨로 함침된 제1 캐리어 물질(210)은 제1 구획부(208) 내로 삽입되고, 락트산으로 함침된 제2 캐리어 물질(214)은 제2 구획부(212) 내로 삽입된다. 이어서, 제1 공기 유입부(218)가 제1 구획부(208)와 정렬되고, 제2 공기 유입부(220)가 제2 구획부(212)와 정렬되며 제3 유입부(222)가 히터 공동(216)과 정렬되도록 원위 말단 캡(204)이 바디(202)의 원위 말단 내에 삽입된다.
제1 구획부(208)와 제2 구획부(212)는 실질적으로 동일한 형상 및 크기를 갖는다. 제1 구획부(208)와 제2 구획부(212)는, 실질적으로 직사각형의 가로방향 단면을 가지고, 약 11mm의 길이, 약 4.3mm의 폭, 및 약 1mm의 높이를 갖는다. 제1 캐리어 물질(210)과 제2 캐리어 물질(214)은 PET/PBT의 부직포 시트를 포함하고 있으며, 실질적으로 동일한 형상 및 크기를 갖는다. 제1 캐리어 물질(210)과 제2 캐리어 물질(214)의 형상 및 크기는 카트리지(2)의 제1 구획부(208)와 제2 구획부(212)의 형상 및 크기와 각각 유사하다.
제1 공기 스트림이 제1 공기 유입부(218)를 통해 카트리지(200) 내로 통과하여, 제1 구획부(208)를 통해 그리고 제1 공기 유출부(224)를 통해 카트리지(200)의 외부로 통과할 수 있도록 제1 공기 유입부(218)가 제1 공기 유출부(224)와 유체 연통하고 있다. 제2 공기 스트림이 제2 공기 유입부(220)를 통해 카트리지(200) 내로 통과하여, 제2 구획부(212)를 통과하여, 그리고 제2 공기 유출부(226)를 통해 카트리지(2)의 외부로 통과할 수 있도록 제2 공기 유입부(220)가 제2 공기 유출부(226)와 유체 연통하고 있다.
카트리지(200)를 처음 사용하기 전에, 제1 공기 유입부(218)와 제2 공기 유입부(220)는, 원위 말단 캡(204)의 외면에 적용되는 제거 가능 박리 포일 밀봉부 또는 관통 가능 포일 밀봉부(미도시함)에 의해 밀봉될 수 있다. 유사하게, 카트리지(200)를 처음 사용하기 전에, 제1 공기 유출부(224)와 제2 공기 유출부(226)는, 근위 말단 캡(206)의 외면에 적용되는 제거 가능 박리 포일 밀봉부 또는 관통 가능 포일 밀봉부(미도시함)에 의해 밀봉될 수 있다.
도 3은 에어로졸 발생 장치(100)에 수용된 카트리지(200)를 갖는, 도 1의 에어로졸 발생 시스템(10)의 길이방향 단면을 예시적으로 보여주고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(100)는 카트리지(200)를 수용하기 위한 장치 공동(104) 및 카트리지(200)와 체결되는 마우스피스(300)의 상류 부분을 정의하고 있는 장치 하우징(102)을 포함하고 있다. 에어로졸 발생 장치(100)는 베이스 부분(107)으로부터 연장되어 있는 세장형 전기 히터(106), 전력 공급부(108), 및 베이스 부분(107) 상의 전기 접촉부(미도시)를 통해 전력 공급부(108)로부터 전기 히터(106)로의 전력 공급을 제어하기 위한 제어부(110)를 더 포함하고 있다. 전기 히터(106)는 장치 공동(104)의 중심에 위치되어 있고 장치 공동(104)의 주축을 따라 베이스 부분(107)으로부터 연장되어 있다. 전기 히터(106)는 전기 절연 기판 및 전기 절연 기판 상에 위치된 저항 가열 요소를 포함하고 있다. 전기 히터(106) 위로 위치하고 있는 것은, 전기 히터(106)를 위한 보호용 덮개를 형성하고 사용하는 동안에 전기 히터(106)와 카트리지(200) 사이의 열적 가교로서 작용하는 열 전도성 외피(112)이다. 다른 구현예(미도시함)에서, 마우스피스(300)의 원위 말단은, 카트리지(200) 보다는 에어로졸 발생 장치(100)의 하우징(102)의 근위 말단과 체결되도록 구성되어 있을 수 있다.
사용시, 제어부(110)는 전력 공급부(108)로부터 전기 히터(106)로의 전력의 공급을 제어하여 가열 요소에서 열을 발생시키고, 열은 이어서 외피(112)를 통해 카트리지(200)로 전달되어 제1 구획부(208) 및 제2 구획부(212)를 85℃ 내지 115℃의 작동 온도까지 가열한다. 열 전도성 외피는 그 외부면에 걸쳐 전기 히터로부터의 열을 확산시켜 외피가 존재하지 않는 배열에 비해 카트리지의 더욱 균질한 가열을 보장한다. 장치가 활성화되면 예열 프로파일이 적용되어 가열 요소를 가열하여 카트리지를 가능한 한 빨리 작동 온도까지 올린다.
사용자가 마우스피스(300)의 근위 말단에서 흡인할 때, 공기는 에어로졸 발생 장치(100)의 하우징(102)을 통해 연장되어 있는 시스템 기류 유입부를 통해 에어로졸 발생 시스템(10) 내로 흡인된다. 공기는 제1 공기 스트림이 카트리지(200)의 제1 구획부(208)를 통해 흡인되고 제2 공기 스트림이 카트리지(200)의 제2 구획부(212)를 통해 흡인되는 장치 공동(104)의 상류 말단으로 향하게 된다. 제1 공기 스트림이 제1 구획부(208)를 통해 흡인될 때, 니코틴 증기가 제1 캐리어 물질(210)로부터 제1 공기 스트림으로 방출된다. 제2 공기 스트림이 제2 구획부(212)를 통해 흡인될 때, 락트산 증기가 제2 캐리어 물질(214)로부터 제2 공기 스트림으로 방출된다. 제1 공기 스트림의 니코틴 증기와 제2 공기 스트림의 락트산 증기는 마우스피스(300)에서 기체상으로 서로 반응하여 니코틴 염 입자의 에어로졸을 형성하며, 이러한 에어로졸은 마우스피스(300)의 근위 말단을 통해 사용자에게 전달된다.
외피(112)는 전기 히터(106)보다 넓고 굽힘선(113)을 따라 U-자 형상으로 구부러져서 외피(112)가 두 개의 대향하는 외피 벽면(114)을 포함하도록 하는 편평한 금속 시트로 형성된 것이다. 외피(112)는 외피 장착부(미도시함)를 그의 원위 말단에 구비하고 있으며, 이에 의해 외피(112)가 전기 히터(106) 위로 제 위치에 유지될 수 있다.
예시적인 가열 공정이 도 5에 도시되어 있다. 장치가 켜진 후(단계 S1), 제1 단계(예열 단계)가 시작된다(단계 S2). 제1 단계 전체에 걸쳐, 제어부는 전력 공급부로부터 히터로의 전력의 공급을 제어하여 히터의 온도를 목표 온도의 세트로 올리거나 낮추도록 구성되어 있다. 처음에, 히터는 T1 = 160°C의 제1 목표 온도로 설정되고(단계 S3), 적절한 전력(P1)이 5초 동안 히터에 제공된다. 5초 후, 히터가 목표 온도(T1)에 도달되었는지 여부와 관계없이, 히터는 T2 = 240°C의 제2 목표 온도로 설정되고(단계 S4), 적절한 전력(P2)가 5초 동안 히터에 제공된다. 5초 후, 히터가 T2의 제2 목표 온도에 도달되었는지 여부와 관계없이, 히터는 T3 = 290°C의 제3 목표 온도로 설정되고(단계 S5), 적절한 전력(P3)가 20초 동안 히터에 제공된다. 20초 후, 히터가 제3 목표 온도에 도달했는지 여부와 관계없이, 제1 (예열) 단계가 종료된다 (단계 S6). 이와 같이, 제1(예열) 단계는 30초의 소정의 시간 동안 지속된다. 제1 (예열) 단계가 종료된 후에, 제2 단계 (에어로졸 발생 단계)가 시작된다(단계 S7). 히터는 T4 = 177°C의 목표 온도로 설정되고(단계 S8), 적절한 전력(P4)가 60초 동안 히터에 제공된다. 60초 후, 히터는 T5 = 165°C의 목표 온도로 설정되고, 적절한 전력(P5)가 300초 동안 히터에 제공된다(단계 S9, S10). 300초 후, 제2 단계가 종료된다(단계 S11). 이와 같이, 제2 (에어로졸 발생) 단계는 360초의 최대 소정의 시간 동안 지속된다.
도 4는 본 발명의 한 구현예에 따라 설명된 전력 제어를 제공하기 위해 사용된 제어 회로를 도시하고 있다.
가열 요소(106)는 접속부(42)를 통해 배터리에 연결된다. 배터리(도 4에 미도시함)는 전압(V2)를 제공한다. 가열 요소(106)와 직렬로, 공지된 저항(r)을 갖는 추가 저항기(44)가 접지 및 전압(V2) 사이의 중간인 전압(V1)에 삽입되어 연결된다. 전류의 주파수 변조는 마이크로컨트롤러(110)에 의해 제어되고 그의 아날로그 출력부(47)를 통해 단순한 스위치로서 작용하는 트랜지스터(46)에 전달된다.
예열 모드 동안, 마이크로컨트롤러는 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이 소정의 일정에 따라 듀티 사이클을 제어한다. 작동 모드 동안 규정은 마이크로컨트롤러(110)에 통합된 소프트웨어의 일부인 PID 레귤레이터에 기초한다. 가열 요소의 온도(또는 온도의 표시)는 가열 요소의 전기 저항을 측정함으로써 결정된다. 결정된 온도는 가열 요소를 목표 온도로 유지하기 위해서 가열 요소에 공급된 전류의 펄스들의 듀티 사이클, 이 경우에는 주파수 변조를 조정하는데 또는 목표 온도를 향해서 가열 요소의 온도를 조정하는데 사용된다. 온도는 듀티 사이클의 제어와 매칭하도록 선택된 주파수로 결정되며, 100ms마다 한번씩과 같이 자주 결정될 수 있다. 전술한 특정 구현예 및 실시예는 본 발명을 예시하지만 제한하지 않는다. 본 발명의 다른 구현예는 이루어질 수 있고, 본 명세서에서 설명된 소정의 구현예 및 실시예가 전부가 아님을 이해해야 한다.
Claims (15)
- 에어로졸 발생 장치 내의 히터를 제어하는 방법으로서, 상기 장치는
에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성된 적어도 하나의 가열 요소를 포함하는 히터; 및
상기 가열 요소에 전력을 공급하기 위한 전력 공급원;을 포함하고,
상기 방법은,
상기 가열 요소에 제공되는 전력을 제어해서
- 제1 단계에서 상기 가열 요소의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 증가시키도록 전력이 제공되고, 및
- 제2 단계에서 가열 요소의 온도를 상기 제1 온도 아래로 제2 온도까지 감소시키도록 전력이 제공되는
단계를 포함하고,
- 상기 제1 단계 동안 상기 가열 요소에 제공되는 전력은 상기 제1 단계의 지속 기간 동안 적어도 한 번 증가되고; 및
- 상기 제2 단계 동안 에어로졸이 생성되는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1 단계는 소정의 지속 기간을 갖는, 에어로졸 생성을 제어하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 단계에서:
- 제1 시간 기간 동안, 상기 가열 요소의 온도를 증가시키기 위해 전력 P1이 제공되고;
- 제2 시간 기간 동안, 상기 가열 요소의 온도를 증가시키기 위해 전력 P2가 제공되고, P2 > P1 이고;
- 제3 시간 기간 동안, 상기 가열 요소의 온도를 증가시키기 위해 전력 P3가 제공되고, P3 > P2 인, 에어로졸 생성을 제어하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 단계에서, 상기 가열 요소에 제공되는 전력은 점진적으로 증가하고, 상기 제1 단계는 소정의 시간 기간 후 종료되는, 에어로졸 생성을 제어하는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 단계 동안, 상기 가열 요소의 제2 온도가 달성될 때, 전력이 상기 가열 요소에 제공되어 상기 가열 요소의 온도가 상기 제2 온도에서 실질적으로 유지되는, 에어로졸 생성을 제어하는 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 단계에서, 상기 제2 온도는 상기 제2 단계의 지속 기간보다 짧은 소정의 시간 기간 동안 유지될 수도 있고, 상기 소정의 시간 기간 후에, 상기 가열 요소의 온도가 상기 제2 온도 아래에서 제3 온도로 강하하도록 상기 가열 요소에 전력이 제공되는, 에어로졸 생성을 제어하는 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 온도는 280℃ 내지 300℃이고, 상기 제2 온도는 140℃ 내지 200℃인, 에어로졸 생성을 제어하는 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 장치는 액체 형태의 에어로졸 형성 기재를 함유하는 카트리지를 포함하는, 에어로졸 생성을 제어하는 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 요소에 제공되는 전력을 제어하는 단계는 펄스로 상기 가열 요소에 전력을 제공하는 단계를 포함하는, 에어로졸 생성을 제어하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 단계 동안 상기 가열 요소에 제공되는 전력은 상기 가열 요소에 공급되는 펄스의 듀티 사이클을 변경함으로써 증가되는, 에어로졸 생성을 제어하는 방법.
- 전기 작동식 에어로졸 발생 장치로서, 상기 장치는: 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 가열 요소; 상기 가열 요소에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부; 및 상기 전력 공급부로부터 상기 적어도 하나의 가열 요소로의 전력의 공급을 제어하기 위한 전기 회로;를 포함하고,
상기 전기 회로는,
상기 가열 요소에 제공되는 전력을 제어해서
- 제1 단계에서 상기 가열 요소의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 증가시키도록 전력이 제공되고, 및
- 제2 단계에서 가열 요소의 온도를 상기 제1 온도 아래로 제2 온도까지 강하하도록 전력이 제공되도록
배열되고,
상기 제1 단계 동안 상기 가열 요소에 제공되는 전력은 상기 제1 단계의 지속 기간 동안 적어도 한 번 증가되고; 및 상기 제2 단계 동안 에어로졸이 생성되는, 전기 작동식 에어로졸 발생 장치. - 제11항에 따른 장치 및 에어로졸 형성 기재를 함유하는 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템으로서, 상기 카트리지는 상기 장치와 체결하도록 구성되어서 상기 장치의 적어도 하나의 가열 요소가 상기 카트리지의 상기 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배열되는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 카트리지는 제1 구획부 및 제2 구획부를 포함하고, 상기 에어로졸 형성 기재는 상기 제1 구획부 내에 함유된 액체 니코틴 공급원 및 상기 제2 구획부 내에 함유된 액체 산 공급원을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
- 에어로졸 발생 장치 내의 전기 가열 요소를 제어하는 방법으로서, 상기 장치는, 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성되는 적어도 하나의 가열 요소를 포함하는 히터, 및 상기 가열 요소에 전력을 제공하기 위한 전력 공급원을 포함하되, 상기 방법은 예열 모드에서 상기 가열 요소에 제공되는 전력을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 예열 모드는 전력을 상기 가열 요소에 제공해서 상기 가열 요소의 온도를 초기 온도로부터 예열 목표 온도로 증가시키는 단계를 포함하고, 상기 예열 모드에서 상기 히터에 제공되는 전력은 소정의 전력 프로파일에 따라 증가되는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 소정의 전력 프로파일은,
각각의 단계가 소정의 지속 기간을 갖는 복수의 단계들로 상기 가열 요소에 제공되는 전력을 증가시키는 것; 또는
상기 가열 요소에 제공되는 전력을 소정의 속도로 증가시키는 것을 포함하는, 방법.
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