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KR20140063506A - 가변전력제어 전자담배 - Google Patents

가변전력제어 전자담배 Download PDF

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KR20140063506A
KR20140063506A KR1020137023466A KR20137023466A KR20140063506A KR 20140063506 A KR20140063506 A KR 20140063506A KR 1020137023466 A KR1020137023466 A KR 1020137023466A KR 20137023466 A KR20137023466 A KR 20137023466A KR 20140063506 A KR20140063506 A KR 20140063506A
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새미 카푸아노
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Abstract

전자담배와, 조절 모드 및 비조절 모드를 모두 포함하는 다양한 작동 모드를 제공하는 전자담배에 대한 전력을 제어하기 위한 방법이 개시된다. 이러한 방법은, 배터리, 무화기, 가열요소, 연기용 액체 또는 연기용 주스, 및 이들과 연관된 회로를 포함하는 전자담배의 구성부품들을 제어하는 전자식 전력제어 프로그램의 형태로 구현된다.

Description

가변전력제어 전자담배{VARIABLE POWER CONTROL ELECTRONIC CIGARETTE}
본 발명은, 통상적으로 전자담배, 더욱 상세하게는 전자담배 시스템용 가변전력제어 프로그램에 관한 것이다.
전자담배들은, 이들 전자담배가 제공하는 많은 이점들 때문에 담배 흡연에 대한 인기 있는 대안이 되고 있다. 전자담배들의 이점들은, 종래의 담배 흡연과 비교 시에 타르, 냄새, 재, 오염, 및 연소 부산물이 없다는 것을 포함할 수 있다.
그러나, 사용자들이 이처럼 전도 유망한 장치를 받아들이는 것을 망설이게 하는 여러 가지 요소들이 여전히 있다. 흡연 중독은 단순히 니코틴 중독이 아니며, 이는 생리학적, 심리적, 사회적, 촉각적인 면 등을 포함하는 많은 양상들을 가지는 습관이다. 그러므로, 대부분의 이상적인 전자담배의 제조는 담배 흡연과 더욱 더 유사한 긍정적인 사용자 체험을 제공하는 것이다. 이는, 전자담배가 최소한의 예열(priming)을 필요로 하고, 일정한 "연기"의 양을 생성하며, 신뢰할 수 있고 연장된 배터리 수명으로 항상 이용가능 해야 함을 의미한다.
전자담배는 통상적으로 배터리, 무화기, 연기용 주스(smoke juice)를 가지는 용기, 및 전력제어회로를 포함한다. 배터리는 회로와 무화기에 전력을 공급하는데 이용되는데, 여기에서 무화기는 연기용 주스를 가열하여 연기나 증기를 생성하고, 이 연기나 증기가 사용자에 의해 흡입된다. "연기"의 양은 전압의 제곱을 저항으로 나눈 것의 함수인 장치의 전력 출력에 따라 좌우된다. 따라서, 보통의 장치에 있어서, 배터리의 출력전압은 "연기"의 양에 정비례한다.
이때까지의 전자담배들은 종종 긍정적인 사용자 체험을 제공하지 못했다. 대부분의 전자담배는 약 4.2 볼트의 높은 전압에서 시작하여 배터리 셀의 전하가 고갈됨에 따라 점진적으로 약 3.0 볼트까지 강하하는 비조절식(unregulated) 리튬 폴리머 배터리 셀을 구비한다. 이러한 장치는 배터리의 자연적인 전력 저하에 의지하여 연기의 생성을 조절한다. 따라서, 배터리 셀이 고갈됨에 따라, 배터리 내의 전압이 자연적으로 감소하여 "연기"의 양이 현저하게 줄어들어서, 일정하지 않은 흡연 체험을 하게 된다.
이들 비조절식 전자담배에 있어서의 다른 단점은, 기동(power-up) 또는 "예열" 중에 공급되는 전력이 매우 높아서, 과도한 열을 생성하는 경향이 있다는 것이다. 예열 후에 배터리는 배터리의 최대 출력(예열 단계로 인한 임의의 전력손실을 뺀 것)에서 계속 작동하므로, 생성된 과도한 열이 소산될 충분한 시간을 가지지 못하여서, 결국 카트리지의 하우징의 내부 및 외부 온도가 높아진다. 종종, 열 두 번 정도 피우기(puff) 후에, 가열요소 주위의 연기용 주스와 물질이 과열되어 불쾌한 연소 냄새를 내기 시작한다. 더욱 우려되게는, 이러한 무화기 하우징이 너무 뜨거워져서 사용자의 손가락들 및/또는 입술들을 데게 할 수 있다.
보다 신형의 전자담배들은 작동 중 항상 배터리의 출력전압을 조절함으로써 작동 중의 특정 시점들에서 출력전력을 감소시키는 회로를 종종 포함한다. 조절의 목적은 흡연 사이클의 전체에 걸쳐서 배터리의 출력전압을 배터리가 배터리의 고갈된 상태에서 가지게 될 전압수준(즉, 약 3볼트)과 동일한 전압수준까지 제한함으로써, 균일한 저출력 전압을 유지하는 것이다. 이는, 배터리가 방전될 때 "연기" 양의 저감 없이, 첫번째 피우기로부터 마지막 피우기까지 사용자가 일관된 경험을 하도록 하는 한편, 에너지를 보존하고 배터리의 수명을 연장하도록 할 것이다.
유감스럽게도, 이러한 접근법에 대해서는 결점이 있다. 무화기가 충분한 "연기"의 양을 생성하기 위해서는, 충분히 워밍업될 필요가 있는데, 이는 배터리 출력전압이 조절회로에 의해 초기에 제한되는 경우에는 단시간에 달성되기 어렵다. 따라서, 조절전압장치는 무화기를 워밍업시키기 위하여 예열 단계 중에 더 많은 시간을 필요로 하며, 무화기가 완전히 예열되기 전에 사용자가 피우는 경우, 초기에 연기/증기가 덜 생성되게 됨으로써, 초기 피우기가 만족스럽지 않아 사용자의 체험을 해치게 된다. 더욱이, 사용자의 초기의 피우기들은 기본적으로 장치에 대한 "예열" 로서 작용한다. 전자담배를 처음으로 사용하는 자의 경우, "연기"의 양이 거의 없는 몇 번의 약한 첫번째 피우기는 실망스러운 체험일 수 있으며, 이는 사용자로 하여금 그 제품을 거부하도록 한다. 단지 사용자가 장치를 예열시키는데 대해 책임지는 것은 귀찮은 일일 수 있으므로 바람직하지는 않은 것이다. 그러므로 비조절식 시스템이나 조절식 시스템 모두 최적의 흡연체험 및 장기간의 배터리수명을 보장하기에 충분한 해결책은 아니다.
따라서, 본 기술분야에서는 사용자에게 더 나은 흡연 체험을 제공할 수 있는 더 동적이거나 가변적인 전력제어 프로그램에 대한 필요성이 있다.
본 발명은, 전자담배, 및 조절 모드 및 비조절 모드를 모두 포함한, 다양한 작동 모드를 제공하는 전자담배들에 대한 전력을 제어하기 위한 방법을 포함한다. 이러한 방법은, 배터리, 무화기, 가열요소, 연기용 액체(smoke liquid) 또는 연기용 주스(smoke juice), 및 이들과 관련되는 회로를 포함하여, 전자담배의 구성부품들을 제어하는 전자식 전력제어 프로그램의 형태로 구현된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 반응을 나타내는 예시적인 전압 대 시간의 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 다양한 작동 모드들의 특성을 나타내는 표이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 대한 다양한 작동 모드들의 특성을 나타내는 표이다.
도 4는, 온도 피드백에 의거하여 본 발명의 다른 실시예에 대한 다양한 작동 모드들의 특성을 나타내는 표이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 반응을 나타내는 예시적인 전압 대 온도의 도면이다.
도 6은, 전력 모드들이 "중지" 기간에 의해 미리 설정되고 정해지는 전력제어 프로그램의 일 실시예를 포함하는 전자담배 내부의 회로의 개략도이다.
도 7은, 전력 모드들이 온도 피드백 루프에 의해 미리 설정되고 정해지는 전력제어 프로그램의 일 실시예를 포함하는 전자담배 내부의 회로의 개략도이다.
본 발명은, 본 발명의 여러 실시예들에 있어서, 전자담배, 및 조절 모드 및 비조절 모드를 모두 포함한, 다양한 작동 모드를 제공하는 전자담배에 대한 전력을 제어하기 위한 방법을 개시한다. 이러한 방법은 배터리, 무화기, 가열요소, 연기용 액체 또는 연기용 주스, 및 이들과 관련되는 회로를 포함하여, 전자담배의 구성부품들을 제어하는 전자식 전력제어 프로그램의 형태로 구현된다.
전자담배가 처음으로 작동상태로 되는 경우, 무화기가 연기 또는 증기를 생성하기 전에 워밍업될 필요가 있다. 그러므로, 본 발명의 전력제어 프로그램의 일부 실시예들은 가열요소를 초기에 배터리의 최대출력전압까지 워밍업되게 할 수 있는 "자가-예열 모드"로서 알려진 제1 작동 모드를 갖는다. 이러한 자동적인 "예열" 모드는 사용자가 장치를 수동으로 예열할 필요성을 감소시키거나 완전히 없앤다. "자가-예열 모드"는, 가열요소가 소정 량의 시간 동안 가동되어 적절한 예열을 보장하도록 구성된다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡연자가 첫번째 피우기를 시작하는 경우, 사용자가 소정 량의 시간(이 경우에는, 5초)보다 더 적은 시간 동안 센서를 작동시킨다고 하더라도, "자가-예열 모드"가 시작되어 배터리가 소정 량의 시간 동안 배터리의 최대전압(이 경우에는, 4.2 V)까지를 생성한다.
연속적인 피우기가 이 전의 피우기 후 단시간 내에 이어지는 경우에는, 가열요소를 다시 "예열"시킬 필요성이 없어, 전력제어 프로그램은 "조절 모드"로 전환될 수 있다. 예로서, 도 1은 3 V에서의, 5초 후의 "조절 모드"의 활성을 도시한다. 이러한 "조절 모드"는 "연기"의 양을 일정한 수준으로 정상화하면서 배터리의 전력을 보존하여, 일관된 흡연 체험을 제공한다. 그러나, 일부의 경우에 있어서는, 사람이 정상적인 간격으로 흡연하고 있는 경우 "조절" 모드에 머물러 있는 것이 단지 바람직할 수 있다고 이해해야 한다. 따라서, 사용자가 피우기들 사이에 긴 중지를 갖는 경우에는, "자가-예열 모드"로 다시 전환하는 것이 바람직할 수 있는데 그 이유는 "조절 모드"로 공급되는 전압이 적절한 량의 연기 및/또는 증기를 생성해내기에는 불충분한 정도까지 가열요소가 식었기 때문이다. 따라서, 일부 실시예들에 있어서, 모드의 선택은 피우기들 사이의 시간의 길이에 의해 좌우될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, "안전 모드"라 불리우는 제3의 모드가 어떤 특정 상황들에서 활성화될 수 있다. 예를 들어, 연속적인 피우기들이 시간 면에서 서로 너무 근접한 경우에는, 무화기가 열을 너무 많이 축적할 수 있어 무화기를 과열되게 한다. 그러므로, 전력제어 프로그램은, "조절 모드" 중에 전압이 정격전압 아래로 떨어지는 "안전 모드"를 시작하도록 구성되어 있다. 그러므로, "안전 모드"는 단지 추가의 연기용 주스를 증발시키기에는 충분하지만, 과도한 열 축적 및/또는 전자담배의 구성부품들의 온도 증가를 유발하기에는 충분하지 않은 전력을 제공할 것이다
시간 기반의 본 발명의 실시예들에 따르면, 피우기들 사이의 경과시간 또는 "중지"가, 현재 피우기에 전력을 부여하는데 어느 모드가 이용되어야 하는지를 결정한다. 각 모드는 "중지"값 또는 이 값과 연관된 다양한 중지 값들을 가져서, 피우기들 사이의 각 중지의 경우에, 제어 프로그램이 특정한 피우기(들)에 대해 어느 전력 모드가 시작되어야 하는지를 식별할 수 있다. 도 2는, 3개의 작동모드인, "자가-예열 모드", "조절 모드", 및 "안전 모드"를 이용하는, 본 발명의 이러한 일 실시예로부터의 데이터를 제시한다.
본 발명의 다른 양태는, 피우기가 언제 시작되고 언제 종료되는지에 대한 피드백을 전력제어 프로그램이 수신하는 것을 제공한다. 일부 실시예에 있어서, 이러한 정보는 사용자의 흡입에 의거하여 활성화되는 전자회로 내의 기류센서로부터 제어 프로그램으로 피드백된다. 따라서, 타이밍 기구가 매 피우기의 종료 후에 활성화되고 피우기들 사이의 시간, 즉 "중지"를 측정하도록(매 피우기 후 타이밍 기구가 다시 시작됨) 타이밍 기구는 기류 센서와 교신 될 수 있다. 따라서, 전력제어 프로그램은, 각 모드의 사전설정된 중지 범위에 대하여 측정된 중지를 비교하여, 현재의 피우기에 대해 어느 모드가 시작되어야 하는지를 결정하는 능력을 포함한다. 또한, 고려되는 것은, 특정한 한 모드에 대해 미리 할당된 설정 값들에 따라 출력전압을 순간적으로 조절할 수 있는 기구이다.
이러한 모드들의 중지 값들과 각 모드 도중의 출력전압 수준을 결정하는 많은 공통요소들이 있다. 중지 값들과 출력전압은 모두, 주위의 온도, 압력 및 기타의 이러한 요소들뿐만 아니라 전자담배의 구조, 전자담배의 요소들의 구성, 전자담배의 부품들의 재료의 조성, 전자담배의 열 손실 계수를 포함하는 전자담배의 열 특성에 따라 좌우된다. 예를 들어, 빈번한 피우기는 전자담배가 식기에 충분한 시간을 허용하지 않아, 장치의 누적 온도에 영향을 미친다. 출력전압이 전기저항에 반비례하기 때문에, 가열요소의 전기저항은 또한 출력전압에 크게 영향을 미친다. 전자담배의 구조는 또한, 통과하는 공기가 이러한 담배의 몸체 내의 가열요소를 어떻게 냉각시키는지에 대해 영향을 미친다. 또한, 부품들의 재료의 조성은 열 소산 특성에 영향을 미친다. 이들 요소 전부는 주어진 전자담배의 구성에 대한 특정한 모드들의 중지 값들을 결정하는 것과 함께 고려되어야 한다.
일 예에 있어서, 중지 값의 범위들과 작동 모드들의 출력전압은, 전자담배 내의 전력제어 프로그램을 포함하는 마이크로 프로세서 또는 마이크로 칩 내에 미리 프로그램되어 있다. 이들 설정 값을 결정하기 위하여, 피우기들 사이의 중지와 출력전압을 변경함으로써 특정한 전자담배에 대한 실제 테스트들이 수행된다. 실험 데이터가 수집되고 최적의 설정 값들이 이 데이터에 의거하여 선택된다. 현재 이용 가능한 데이터는, 내부 저항이 2.2 오옴 내지 3.6 오옴의 범위인 본 기술분야에서 공지된 대부분의 무화기의 경우, (사용자의 피우기들이 5초보다 더 짧은 경우에도) "자가-예열 모드"는 5초 동안 가동되기 위해 가장 잘 설정되어, 출력전압은 조절되지 않아야 함, 즉 배터리의 최대 출력전압이 되어야 함을 보여준다. 일부 실시예들에 있어서, "자가-예열 모드"에 대한 중지 범위는 이상적으로는 30초 내지 무한대여야 하는데, 이는 초기의 피우기의 30초 내에 다음 피우기가 발생되지 않는다면 장치가 "자가-예열 모드"의 상태에 남아 있음을 의미하는 것이다. 따라서, 타이밍 기구를 30초 넘게 시간을 측정하도록 유지하는 것은 불필요한 데, 그 이유는 30초의 중지 값은 이미, 무화기가 식어서, 타이머를 가동시키기 위해 배터리 전력을 낭비할 필요가 없다는 것을 의미하기 때문이다. 대신에, 전력제어 프로그램은 30초에 시계를 멈추도록 구성된다. 새로운 피우기가 검출되는 경우, 이러한 프로그램은, 타이머가 카운팅하는 것을 멈췄는지 혹은 타이머가 30초에 있는지를 점검하여, 만약 그렇다면, "자가-예열 모드"를 다시 시작한다.
초기의 피우기로부터 새로운 피우기가 30초 미만에 발생되는 경우, 작동의 다른 모드, 즉 "조절 모드" 또는 "안전 모드"가 시작되어야 한다. 따라서, 일부의 실시예들에 있어서 그리고 예시적인 목적들을 위해, "조절 모드"에 대한 이상적인 중지 값 범위는 4 내지 29초이고, 전압은 3.0 볼트로 조절되어야 한다. 일부 실시예들에 있어서, "안전 모드"에 대한 이상적인 중지 값 범위는 0 내지 3초이고, 전압은 2.8 볼트로 조절되어야 한다. 도 2 및 6은 이러한 구성을 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 전력제어 프로그램으로 미리 프로그램되는 추가 모드들이 있다. 예를 들면, "안전" 모드는, 각각의 모드가 스스로의 중지범위와 전력출력을 가지는 여러 모드들로 더 분해될 수 있다. 또한, 중지 시간 및 무화기의 냉각에 따라 좌우되는 여러 가지 "자가-예열" 모드들이 있을 수 있다. 도 3 및 6은 이러한 구성을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 전력제어 프로그램이 어떤 개수의 전력 모드들로 제한될 필요는 없으며, 오히려 어떠한 개수의 모드들이라도 원하는 바와 같이 구현될 수 있다고 이해해야 한다.
본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 전력제어회로의 작동의 모드들이 미리 프로그램 되기보다는 오히려 동적이고/이거나 잘 반응한다. 이들 실시예에 있어서, 이러한 모드의 전력출력은 미리 프로그램 되지만, 중지범위 값들은 온도 피드백 시스템에 의해 대체된다. 피우기들 사이의 시간을 측정하는 것 대신에, 전력제어 프로그램은 전자담배 내의 온도 센서/센서들로부터 온도 판독 값들을 수신하여, 현재의 피우기가 어느 모드를 시작하게 해야 하는 지를 계산한다. 이러한 일 실시예에 있어서, 전력제어 프로그램은 작동의 특정한 모드에 할당된 각 온도 범위를 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 무화기의 실시간 온도에 따라 매 피우기 마다 출력전압이 조정된다. 도 4, 5 및 7은 예시적인 이러한 구성을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 예로서 개시되었으며 본원에서 본 개시물의 범주를 벗어나지 않는다면 본 기술분야의 당업자들에게는 다른 변형예들과 대안예들이 가능할 수 있다고 이해되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 기류센서;
    배터리;
    무화기;
    가열요소;
    연기용 액체; 및
    내장된(embedded) 전력제어 프로그램을 포함하는 전자회로를 포함하되,
    상기 전력제어 프로그램이 상기 기류센서, 배터리, 무화기 및 가열요소를 제어하며;
    상기 전력제어 프로그램이 자가-예열 모드, 조절 모드, 및 안전 모드를 포함하는 복수의 작동 모드를 포함하는, 전자담배.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작동 모드가 상기 전자담배의 사용자에 의해 이루어지는 피우기(puff)들 사이의 시간의 간격에 의해 결정되는, 전자담배.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자담배의 초기의 전압 인가 시에 상기 자가-예열 모드가 활성화되어 소정 량의 시간 동안 상기 가열요소에 대해 최대의 전압을, 사용자가 더 적은 량의 시간 동안 상기 기류센서를 작동시키는지의 여부에 관계없이, 제공하도록 상기 배터리를 유도하는, 전자담배.
  4. 제2항에 있어서, 상기 기류센서가 소정의 시간 간격 내에 두 번 활성화되고 상기 가열요소에 대해 소정의 정격전압을 변함없이 제공하도록 상기 배터리를 유도하는 경우에 상기 조절 모드가 활성화되는, 전자담배.
  5. 제2항에 있어서, 상기 기류센서가 소정 량의 최소 시간보다 더 짧은 시간에 두 번 활성화되고, 상기 가열요소에 대해, 상기 연기용 액체를 증발시키기에는 충분하지만 상기 전자담배 내의 열의 축적을 허용하기에는 불충분한 정격전압보다 더 낮은 전압을 제공하도록 상기 배터리를 유도하는 경우에는 상기 안전 모드가 활성화되는, 전자담배.
  6. 제1항에 있어서, 상기 작동 모드가 상기 무화기의 온도에 의해 결정되는, 전자담배.
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