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KR20190029702A - 에어로졸 발생 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

에어로졸 발생 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20190029702A
KR20190029702A KR1020197004693A KR20197004693A KR20190029702A KR 20190029702 A KR20190029702 A KR 20190029702A KR 1020197004693 A KR1020197004693 A KR 1020197004693A KR 20197004693 A KR20197004693 A KR 20197004693A KR 20190029702 A KR20190029702 A KR 20190029702A
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KR
South Korea
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aerosol
aerosol generating
luminescent material
article
temperature
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이하르 니콜라예비치 지노빅
제롬 크리스티안 쿠르바트
올레그 미로노프
Original Assignee
필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 에어로졸 발생 시스템(300) 및 그의 제어 방법에 관한 것이다. 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 물품(310), 발광 물질, 히터(340) 및 에어로졸 발생 장치(330)를 포함하고 있다. 발광 물질은 온도-의존적 인광 특성을 나타낸다. 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재(314)를 포함하고 있는 적어도 하나의 적어도 하나의 구성요소를 포함하고 있다. 히터는 발광 물질 및 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 적어도 하나의 구성요소를 가열하기 위해 배열되고 적응되어 있다 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품을 적어도 부분적으로 수용하기 위한 지지부(334), 발광 물질을 조사 및 여기시키기 위한 광원(343), 발광 물질의 온도-의존적 인광 특성을 검출하기 위한 검출기(342), 및 검출된 인광 특성에 기초하여 히터에 의한 가열을 제어하도록 구성되어 있는 전기 하드웨어(338)를 포함하고 있다.

Description

에어로졸 발생 시스템 및 그 제어 방법
본 발명은, 에어로졸 발생 시스템 및 에어로졸 발생 시스템의 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 휴대형 에어로졸 발생 시스템, 예를 들어 전기 작동식 흡연 시스템에 관한 것이다.
공지된 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 장치 및 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품을 포함하고 있다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품을 수용하고, 히터에 의해 에어로졸 형성 기재에 열을 가하도록 적응되어 있다. 에어로졸 형성 기재를 가열하여, 예를 들어 에어로졸 발생 시스템의 사용자에 의해 흡입될 수 있는 에어로졸이 발생된다.
에어로졸 발생 물품의 부품, 특히 에어로졸 발생 물품의 바람직하지 않은 탄화, 태움 및 연소의 결과, 바람직하지 않은 흡입 성분의 생성을 초래할 수 있다. 따라서, 에어로졸 형성 기재의 과열이 회피되어야 한다. 따라서, 가열식 에어로졸 형성 기재의 정확한 온도 검출 및 온도 제어가 요구된다. 에어로졸 형성 기재의 온도를 검출하기 위한 다양한 기술이 공지되어 있다. 접촉-기반 부류의 기술들은 전기 저항기와 같은, 온도 센서와 물리적으로 접촉하고 있는 에어로졸 형성 기재의 현재 온도를 검출하는 것에 기초하고 있다. 비접촉 부류의 기술들은 열 복사를 검출하기 위한 적외선 검출기와 같은, 에어로졸 형성 기재와 물리적으로 접촉하고 있지 않는 온도 센서를 사용한다. 접촉-기반 온도 검출의 정확도는 온도 센서와 에어로졸 형성 기재 사이의 가변적이고 예측불가능한 접촉 조건에 의존한다. 따라서, 비접촉 온도 검출은 교체 가능한 에어로졸 발생 물품과 사용하기 위한 에어로졸 발생 시스템에 유리하다. 그러나, 비접촉 온도 검출의 정확도는 에어로졸 형성 기재에 대한 열 복사 센서의 정확한 정렬에 의존한다. 정확도는, 열 복사 센서가 오정렬되어 있고, 예를 들어, 측정될 에어로졸 형성 기재의 온도와 상이한 히터의 표면의 온도를 잘못 측정하는 경우에 악화될 수 있다.
가열식 에어로졸 형성 기재의 개선되고 신뢰가능한 온도 검출 및 온도 제어를 제공하는 에어로졸 발생 시스템 및 에어로졸 발생 시스템 제어 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 이 소망들 중 적어도 하나를 해결하기 위해, 에어로졸 발생 물품, 발광 물질(luminescent material), 히터 및 에어로졸 발생 장치를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있다. 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 적어도 하나의 구성요소를 포함하고 있다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품을 적어도 부분적으로 수용하기 위한 지지부를 포함하고 있다. 지지부는 공동으로서 구성되어 있을 수도 있다. 에어로졸 발생 시스템의 히터는 발광 물질을 가열하고 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 적어도 하나의 구성요소를 가열하도록 배열되어 적응되어 있다. 또한, 에어로졸 발생 장치는 발광 물질을 조사(illuminating) 및 여기(exciting)시키기 위한 광원을 포함하고 있다. 에어로졸 발생 장치는 또한 여기된 발광 물질의 온도-의존적 인광 특성을 검출하기 위한 검출기를 포함하고 있다. 또한, 에어로졸 발생 장치는 여기된 발광물질의 검출된 인광 특성에 기초하여 히터에 의한 가열을 제어하도록 구성되어 있는 전기 하드웨어를 포함하고 있다.
발광 물질은 에어로졸 발생 물품의 일부일 수 있으며, 또는 발광 물질은 에어로졸 발생 장치의 일부일 수 있으며, 또는 발광 물질은 에어로졸 발생 시스템의 별도의 구성요소일 수 있다. 히터는 에어로졸 발생 물품의 일부일 수 있으며, 또는 히터는 에어로졸 발생 장치의 일부일 수 있으며, 또는 히터는 에어로졸 발생 시스템의 별도의 구성요소일 수 있다. 바람직하게는, 히터는 에어로졸 발생 장치의 일부이고 발광 물질은 에어로졸 발생 물품의 일부이며, 또는 발광 물질은 에어로졸 발생 장치의 일부이며, 또는 발광 물질은 에어로졸 발생 시스템의 별도의 구성요소이다.
에어로졸 형성 기재 및 발광 물질은, 에어로졸 형성 기재의 현재 온도가 발광 물질의 온도로부터 정확하게 도출될 수 있도록 서로 배열되어 있다. 발광 물질의 온도는 온도-의존적 인광 특성을 검출하여 결정된다. 이를 위해, 발광 물질은 에어로졸 형성 기재 전체에 걸쳐 바람직하게는 균일하게, 분포되어 있을 수 있다. 발광 물질은 추가적으로 또는 대안적으로 에어로졸 형성 기재의 외부 표면 또는 적어도 하나의 구성요소의 외부 표면 상에 분포되어 있을 수 있다. 발광 물질은 이들에만 한정되지 않지만, 종이, 예를 들어 래퍼 종이; 필터; 티핑 종이; 담배; 담배 랩; 코팅층; 바인더; 고정부재; 접착제; 잉크, 발포체, 중공 초산 관; 랩; 및 래커(lacquer)를 포함하는, 에어로졸 발생 물품의 임의의 구성요소 내에 포함될 수도 있다. 발광 물질은 물질의 제조 동안에 그것을 첨가하는 방식, 예를 들면 건조 전에 종이 슬러리 또는 페이스트에 그것을 첨가하거나, 또는 적어도 하나의 구성요소 상에 그것을 페인팅하거나 분무하여 적어도 하나의 구성요소 내에 포함될 수도 있다. 통상적으로, 발광 물질은 미량의 나노그램 양으로 구성요소 내에 포함되어 있다. 예를 들면, 발광 물질이 표면 상에 분무되는 경우, 분무되는 용액이 1ppm과 1000ppm 사이의 농도로 발광 물질을 포함하고 있을 수도 있다. 바람직하게는, 발광 물질은 히터의 작동 중에 에어로졸 형성 기재의 최고 온도가 발생하는 곳에 배치된다. 대안적으로 또는 선택적으로, 상기 언급된 바와 같이 에어로졸 발생 물품에 발광 물질을 혼입시키기 위해, 발광 물질이 에어로졸 발생 장치 내에 배치될 수도 있다.
바람직하게는, 발광 물질은 에어로졸 형성 기재 또는 적어도 하나의 구성요소의 제조 동안에 분해하지 않도록 충분히 화학적으로 안정적이다. 따라서, 발광 물질은, 액체 수(liquid water)에 노출된 때; 수증기에 노출된 때; 기타 통용되는 용매에 노출된 때; 건조시; 구성요소를 형성하도록 물질의 물리적 변형시; 증가된 온도에 노출시; 및 감소된 온도에 노출시 안정적인 것이 바람직하다.
발광 물질을 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품의 적어도 하나의 구성요소의 물질은 이 물질을 제조하는 데에 사용되는 슬러리 내의 성분으로서 발광 물질을 첨가하여 제조될 수도 있다. 그런 다음, 슬러리가, 예를 들면 주조에 의해 형성되고, 건조되어 물질, 예를 들어 종이 또는 래퍼 물질을 생산할 수도 있다.
발광 물질과 관련하여 본원에서 사용되는 용어 발광(luminescence)은 일반적으로 광발광(photoluminescence)을 지칭한다. 광발광은 형광(fluorescence) 및 인광(phosphorescence)를 포함하고 있다. 조사되고 여기되는 발광 물질은 형광으로 인해 광을 방출한다. 여기된 발광 물질이 여기 후 적어도 10 나노초 넘게 광을 방출한다면, 발광 물질은 인광으로 인해 광을 방출한다.
본 발명은 인광 성질을 갖는 발광 물질의 온도를 검출하는 것에 기반한 것이다. 이 발광 물질은 여기 파장을 갖는 광에 의해 조사하여 여기가능하다. 여기에 후속하여, 심지어 발광 물질을 조사하거나 여기시키지 않고, 여기된 발광 물질은 인광 성질로 인해, 하나 이상의 방출 파장을 갖는 광을 방출하는데, 즉 잔광을 나타낸다. 방출된 광의 방출 파장(들)은 여기 파장(들)보다 더 길 것이다. 발광 물질의 인광 성질의 특징, 즉 인광 특징은 발광 물질의 현재 온도에 의존한다. 온도-의존적 인광 특성은 인광 물질에 고유한 임의의 온도-의존적 특성에 기초하여 결정될 수 있다. 발광 물질의 온도-의존적 인광 특성은 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 광의 온도-의존적 세기에 기초하여 검출될 수 있다. 발광 물질의 온도-의존적 인광 특성은 여기된 발광 물질의 적어도 2개의 방출 파장의 온도-의존적 세기 비에 기초하여 검출될 수 있다. 발광 물질의 온도-의존적 인광 특성은 방출된 광의 온도-의존적 스펙트럼 이동, 방출된 광의 온도-의존적 스펙트럼 폭, 또는 이들의 조합에 기초하여 검출될 수 있다. 온도-의존적 인광 특성은 발광 물질에 의한 여기 파장(들)의 온도-의존적 흡수에 기초하여 검출될 수 있다. 온도-의존적 인광 특성은 방출된 광이 여기 후 최대 세기에 도달할 때까지 방출된 광의 상승 시간에 기초하여 검출될 수 있다. 온도-의존적 인광 특성은 방출된 광의 수명 또는 발광 소멸 속도에 기초하여 검출될 수 있다.
발광 소멸 속도는 시간 경과에 따라 감소하는 방출된 광의 밝기 또는 잔광의 지속기간에 기초하여 검출될 수 있다. 발광 물질의 온도를 증가시킬 때, 발광 소멸 속도가 증가할 것이다, 즉, 방출된 광의 밝기는 시간 경과에 따라 빠르게 감소할 것이고, 잔광의 지속기간이 감소할 것이다. 따라서, 검출된 발광 소멸 속도는 발광 물질의 현재 온도에 대응한다. 발광 소멸 속도는 밝기가 그의 원래 값의 1/e (e = 오일러 수)로 감소하는 시간인 소위 수명에 대한 역 등가 측정치이다. 온도-의존적 발광 소멸 속도를 검출하기 위해, 예를 들어, 여기의 종료 이후로 미리 정해진 시간이 경과한 후 밝기 값을 측정하는 것과 같이, 특성의 단일 값을 결정 또는 측정하는 것이 충분할 수도 있다. 대안적으로, 예를 들어, 방출된 광의 밝기가 미리 정해진 밝기 값으로 감소되었을 때까지 시간을 측정하는 것과 같이, 특성에 관련된 단일 값을 결정 또는 측정하는 것이 충분할 수도 있다. 단일 값은 여기에 후속하여 즉시 발생하는 공지된 밝기를 대표적으로 나타낼 수도 있는 성질의 공지되었거나 기대된 값에 관련될 수 있다. 대안적으로, 복수의 밝기 값들이 발광 물질의 현재 온도를 결정하기 위해 측정될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템의 발광 물질은 최대 2000℃의 온도 범위 내에서 검출기에 의해 식별가능할 수 있는 온도-의존적 인광 특성을 갖는다. 발광 물질은 에어로졸 발생 물품의 낮은 권장 저장 온도에서 히터의 의도된 작동 온도 이상으로 확장되는 온도 범위 내에서 적어도 안정적이다.
에어로졸 발생 장치의 광원은 여기 광으로 간헐적으로 발광 물질을 조사하고 여기시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 광원은 다양한 세기의 여기 광으로 연속적으로 발광 물질을 조사하고 여기시키거나 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 광을 동시에 검출하도록 구성될 수 있다. 여기 광은 임의의 펄스 형상, 예를 들면 직사각형, 사인파형, 삼각형 또는 톱니형을 가질 수 있다. 광원이 연속적으로 또는 동시에 발광 물질을 조사하고 여기시키면, 여기 광은 시간이 경과하면서 변하는 진폭을 가져야 한다. 연속적으로라는 용어는 특히 발광 물질을 동시에 조사/여기시키는 것과 방출된 광을 검출하는 것을 지칭한다. 따라서, 연속적으로라는 용어는 예를 들어, 0의 최소 진폭을 갖는 사인파형 파형에 대하여, 일시적으로 영(0)인 조사 광의 세기를 배제하지 않는다. 이러한 동시 조사/여기 및 광 검출을 위해, 발광 물질의 여기 광과 방출된 광 사이의 온도-의존적 위상 지연이 온도-의존적 인광 특성을 검출하기 위해 평가될 수 있다.
광원이 발광 물질을 연속적으로 조사 및 여기시키기 위해 구성되어 있다면, 에어로졸 발생 장치의 검출기는 간섭 및 잡음을 피하기 위해, 여기 광에 민감하지 않아야 한다. 검출기는 광 센서이며, 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 광을 수신하도록 적응되어 있다. 검출기는 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 광에 민감해야 한다. 검출기는 임의의 표준 광다이오드, 예를 들어 BPW34를 채용할 수 있다. 검출기의 민감도는 섭씨 몇 도일 수 있다. 검출기는 발광 물질의 현재 온도를 반영하고, 발광 물질의 온도 변화에 따라 변하는 값을 결정할 수 있다. 검출기는 에어로졸 발생 물품에 관한 비접촉식 온도 측정을 가능하게 한다.
에어로졸 발생 장치는 전기 하드웨어를 더 포함하고 있다. 전기 하드웨어는 히터에 의한 가열을 제어하도록 적응되어 있다. 가열은 검출기에 의해 검출되었으며, 발광 물질의 현재 온도를 나타내고, 에어로졸 형성 기재의 현재 온도를 나타내는, 검출된 인광 특성에 기초하여 제어된다.
발광 물질의 온도-의존적 인광 특성을 평가하여 에어로졸 형성 기재의 온도를 검출하는 것은 에어로졸 발생 시스템의 히터에 의해 가열되고 있는 에어로졸 형성 기재의 정확하고 신뢰성 있는 온도 검출 및 온도 제어를 가능하게 한다.
바람직하게는, 전기 하드웨어는 검출된 인광 특성 및 저장된 기준 인광 특성에 기초하여 가열을 제어하도록 구성되어 있다. 기준 인광 특성은 에어로졸 발생 시스템 내에, 바람직하게는 에어로졸 발생 장치의 메모리 내에 저장되어 있다. 기준 인광 특성은 에어로졸 발생 시스템 내의 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 기준 인광 특성은 에어로졸 형성 기재가 에어로졸을 발생시키기 위한 적절한 온도를 갖는 경우에 발광 물질에 의해 나타나는 기준 인광 성질을 나타낼 수 있다. 전기 하드웨어는 검출된 인광 특성 및 기준 인광 특성을 처리하기 위한 전자 제어 유닛을 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는, 에어로졸 발생 물품의 가열된 구성요소 또는 구성요소들의 온도를 원하는 온도 범위 내에 연속적으로 유지하기 위해 연속적으로 검출된 인광 특성 값에 기초하여 히터에 의한 가열을 연속적으로 제어하도록 적응되는 것이 바람직하다.
에어로졸 발생 시스템은 바람직하게는 에어로졸 발생 시스템의 구성요소들에 전기 에너지를 제공하기 위해, 배터리 또는 축전지와 같은, 전력 공급부를 갖는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템이다. 전력 공급부는 히터에 의한 가열의 제어를 가능하게 하기 위해 전기 하드웨어에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 전력 공급부는 히터에 전력을 공급할 수 있어서, 히터는 공급된 전기 에너지를 열 에너지로 변환시킬 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 바람직하게는 흡연 물품이다.
광원은 바람직하게는 발광 물질을 여기시키기 위해 자외선 광을 조사하도록 적응되어 있다. 선택적으로 또는 대안적으로, 광원은 발광 물질을 여기시키기 위해 가시 광을 조사하도록 적응될 수 있다.
검출기는 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 광을 검출하도록 구성되어 있다. 발광 물질은 바람직하게는 여기된, 비가시 광을 방출하도록 적응되어 있다. 비가시 광은 바람직하게는 적외선 광이다. 바람직하게는, 검출기는 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 적외선 광을 검출하도록 구성되어 있다.
에어로졸 발생 물품은 바람직하게는 여기 후 적외선 광을 방출하는 발광 물질을 포함할 수 있다. 이러한 발광 물질은 바람직하게는 에어로졸 형성 기재, 예를 들어 종이 포장지에 의해 둘러싸여 있는 담배 내에 분포되어 있다. 담배 및 종이가 낮은 세기의 적외선 광에 대해서도 적어도 부분적으로 투명하기 때문에, 검출기는 에어로졸 발생 물품 외부에 유리하게 배열될 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 바람직하게는 여기 후 가시 광을 방출하는 발광 물질을 포함할 수 있다. 이러한 발광 물질은 에어로졸 발생 물품의 전방 표면에서 침착될 수 있다. 에어로졸 발생 시스템을 사용하는 경우, 에어로졸 발생 물품의 전방 표면, 예를 들어 담배 플러그가, 먼저 에어로졸 발생 장치의 공동-유사 지지부 내로 삽입된다. 따라서, 바람직하지 않은 광이 검출기에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 에어로졸 발생 물품의 전방 표면까지 연장되어 있는, 유도 가열을 위한 서셉터를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품의 경우, 서셉터 온도가 매우 정확하게 검출될 수 있다. 바람직하게는, 전방 표면에 있는 서셉터 말단은 발광 물질로 코팅되어 있다. 또한 발광 물질은 에어로졸 발생 물품의 하나 이상의 측면 표면에서 침착될 수 있다. 여러 개의 광원 및 검출기가 에어로졸 발생 물품의 하나 이상의 측면 표면에 인접하여 에어로졸 발생 장치에 제공될 수 있다.
저장된 기준 인광 특성은 에어로졸 형성 기재와 발광 물질 사이의 온도 차이를 고려하는 것이 바람직하다. 따라서, 발광 물질은 에어로졸 형성 기재로부터 떨어져 배열될 수 있다. 통상적으로 발생하는 온도 차이는 실험실 환경에서 미리 결정될 수 있고, 전기 하드웨어의 룩업 테이블에 저장될 수 있다.
저장된 기준 인광 특성은 검출된 인광 특성과 비교하기 위한 적어도 하나의 임계 값을 포함하고 있다. 검출된 인광 특성이 그 온도가 너무 높다고 표시하는 단일 임계 값을 초과하면, 가열이 중지될 것이다. 검출된 인광 특성이 단일 임계 값을 초과하지 않으면, 가열이 계속될 것이다. 바람직하게는, 이러한 종류의 히터의 디지털 제어는 적어도 미리 정해진 시간 동안 히터를 활성화 또는 비활성화시키기 위한 시간 지연 요소를 포함하고 있다. 이는 낮은 구현 복잡성을 달성한다. 하나 보다 많은 임계 값을 이용하면 히터의 가열 전력을 점진적으로 조정할 수 있고, 이에 따라 더욱 정확한 온도 제어를 가능하게 한다.
에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 시스템에 이용가능한 에어로졸 발생 물품들의 세트로부터 각각의 에어로졸 발생 물품에 대한 개별적인 기준 인광 특성을 선택하여 적용하도록 적응되는 것이 바람직하다.
에어로졸 발생 장치의 검출기는, 발광 물질의 검출된 인광 특성에 기초하여 에어로졸 발생 시스템에 이용가능한 에어로졸 발생 물품들의 세트로부터 에어로졸 발생 물품을 식별하도록 적응되는 것이 바람직하다.
발광 물질은 바람직하게는 식별가능한 분광 특징(spectroscopic signature)을 가지고 있다. 분광 특징은 에어로졸 발생 장치의 검출기에 의해 검출될 수 있다.
식별가능한 분광 특징은 흡수 시 식별가능한 분광 특징일 수 있다. 발광 물질이 에어로졸 발생 장치의 광원에 의해 조사되는 경우, 발광 물질은 특정 파장, 또는 파장들의 세트를 흡수할 것이고, 이에 따라 광 센서에 의해 후속적으로 수신되는 광의 파장은 에어로졸 발생 장치가 부재 파장에 의존하여 발광 물질을 결정할 수 있게 할 것이다.
식별가능한 분광 특징은 방출 시에 식별가능한 분광 특징일 수 있다. 발광 물질이 여기 후 인광 성질을 나타낼 때, 방출 시의 분광 특징이 식별될 수 있다. 또한 방출 시의 분광 특징은 여기 동안 발광 물질의 형광에 기초하여 식별될 수 있다.
에어로졸 발생 장치의 검출기는 바람직하게는 발광 물질의 식별가능한 분광 특징에 기초하여 에어로졸 발생 시스템에 이용가능한 에어로졸 발생 물품들의 세트로부터 에어로졸 발생 물품을 식별하도록 적응되어 있다. 분광 특징은 여기 후 발광 물질에 의해 나타나는 분광 특징, 즉 인광, 또는 여기 동안 발광 물질에 의해 나타나는 분광 특징, 즉 형광 중 하나 또는 양자 모두일 수 있다.
발광 물질의 흡수 또는 방출 시의 식별가능한 분광 특징은 에어로졸 발생 물품 유형 또는 에어로졸 형성 기재 유형과 연관될 수 있다. 식별된 분광 특징에 기초하여, 개별적인 기준 인광 특성은 히터에 의한 가열을 제어하기 위한 저장된 기준 인광 특성들의 세트로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는 발광 물질이 분말 형태이다. 분말은 유리하게 성분 물질에 혼입할 수 있게 한다.
바람직하게는, 발광 물질은 희토류, 악티니드(actinide) 산화물, 세라믹 중 적어도 하나로 구성된 것이다. 희토류는 란타니드(lanthanide)인 것이 바람직하다. 또한, Y3Al5O12:Dy (YAG:Dy) 및 La2O2S:Eu 중 어느 것이라도 발광 물질로서 사용될 수 있다. 또한, 어느 하나의 YAlO3:Ce(YAP), ZnS:Ag, (Sr,Mg)2SiO4:Eu, CdWO4, ZnO:Zn, ZnO:Ga, Y2O2S:Sm, Mg4FGeO6:Mn, BaMg2Al10O17:Eu(BAM)을 발광 물질로서 사용될 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 발생 장치는 검출된 인광 특성에 기초하여, 발광 물질을 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품이 현재 지지부에 의해 수용되고 있는지 여부를 검사하도록 구성되어 있다. 발광 물질을 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품이 에어로졸 발생 장치에 존재한다면, 히터를 작동시키기 전에 실온 또는 에어로졸 발생 장치의 주위 온도에서 발광 물질의 인광 특성을 평가할 수 있다. 따라서, 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 물품에서의 에어로졸 발생 물품의 존재를 확인할 수 있다. 에어로졸 발생 물품의 검출된 부재 시에, 가능한 에어로졸 발생 장치의 구성요소들의 태움을 방지하기 위해서, 전기 하드웨어는 히터에 의한 가열을 억제할 것이다.
바람직하게는, 에어로졸 발생 장치는 검출된 인광 특성에 기초하여 현재 지지부에 의해 수용되고 있는 발광 물질을 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품이 에어로졸 발생 장치에 사용하기에 유효한지 여부를 검사하도록 구성되어 있다. 발광 물질의 인광 특성은 실온 또는 에어로졸 발생 장치의 주위 온도에서 평가될 수 있다. 검출된 인광 특성이 요구되거나 예상되는 인광 특성으로부터 벗어나는 경우, 전기 하드웨어는, 수신된 에어로졸 발생 물품이 사용하기에 유효하지 않다고 결정할 것이며, 추가 작동, 특히 에어로졸 발생 시스템의, 히터에 의한 가열을 억제할 것이다. 이는 위조 방지 해법을 가능하게 한다.
에어로졸 발생 시스템의 히터는 에어로졸 발생 장치 또는 에어로졸 발생 물품 내에, 또는 에어로졸 발생 장치 및 에어로졸 발생 물품 모두 내에 배열되어 있는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 길이가 약 30mm와 약 120mm 사이, 예를 들면 길이가 약 45mm일 수도 있다. 에어로졸 발생 물품은 직경이 약 4mm와 약 15mm 사이, 예를 들면 약 7.2mm일 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 길이가 약 3mm와 약 30mm 사이일 수도 있다.
에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 고체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 가열 시에 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물들을 함유하는 담배 함유 물질을 포함한다. 대안적으로, 상기 에어로졸 형성 기재는 EP-A-1 750 788 및 EP-A-1 439 876의 장치들에서 사용되는 것들과 같은 비-담배 물질을 포함하고 있을 수도 있다. 바람직하게, 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성제를 더 포함한다. 적절한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다. 추가적인 잠재적으로 적절한 에어로졸 형성제의 예는 EP-A-0 277 519 및 US-A-5 396 911에 기재되어 있다. 상기 에어로졸 형성 기재는 고체 기재일 수도 있다. 고체 기재는, 예를 들어, 허브 잎, 담배 잎, 담배 리브의 조각, 재생 담배, 균질화 담배, 압출 담배 및 팽화 담배 중 하나 이상을 함유하는, 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 선택적으로, 고체 기재는 기재의 가열시 방출될, 추가의 담배 또는 비담배 휘발성 향미 화합물을 함유할 수 있다.
선택적으로, 고체 기재는 열적으로 안정한 담체 상에 제공되거나 그 안에 매립될 수 있다. 담체는 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트의 형태를 취할 수 있다. 대안으로, 상기 담체는 US-A-5 505 214, US-A-5　591 368 및 US-A-5 388 594에 개시된 것들과 같이, 그 내표면 위에, 또는 그 외표면 위에, 또는 그 내표면 및 외표면 양자 위에 피착된 고체 기재의 박층을 갖는 관형 담체일 수도 있다. 이러한 관형 담체는, 예를 들어, 종이, 종이류 재료, 탄소 섬유 부직포 매트, 저질량 오픈 메쉬 금속 스크린, 또는 천공된 금속 포일 또는 임의의 다른 열적으로 안정한 폴리머 매트릭스로 형성될 수 있다. 고체 기재는, 예를 들어, 시트, 발포체, 겔 또는 슬러리 형태로 담체의 표면 상에 놓일 수도 있다. 상기 고체 기재는 담체의 전체 표면 위에 피착되어 있을 수도 있거나, 대안적으로 사용 동안 불균일한 향미 전달을 제공하기 위해서 패턴으로 피착되어 있을 수도 있다. 대안적으로, 담체는 EP-A-0 857 431에 기재된 것과 같이, 담배 부품들이 통합되어 있는 부직포 직물 또는 섬유 다발일 수 있다. 부직포 직물 또는 섬유 다발은, 예를 들어, 탄소 섬유, 천연 셀룰로오스 섬유, 또는 셀룰로오스 유도체 섬유를 포함할 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 액체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 액체 기재일 수 있고, 에어로졸 발생 물품은 액체 기재를 보유하기 위한 수단을 포함하고 있을 수도 있다. 예를 들면, 에어로졸 발생 물품은 용기, 예를 들어 EP-A-0 893 071에 기재된 것을 포함하고 있을 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 에어로졸 발생 물품은, WO-A-2007/024130, WO-A-2007/066374, EP-A-1 736 062, WO-A-2007/131449 및 WO-A-2007/131450에 기재된 바와 같이, 액체 기재가 흡수될 수 있는 다공성 담체 물질을 포함하고 있을 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 대안적으로 임의의 다른 종류의 기재, 예를 들면, 기체 기재, 또는 다양한 종류의 기재의 임의의 조합일 수도 있다. 발광 물질은 액체 기재를 보유하기 위한 수단 내에, 예를 들면 액체 기재를 보유하기 위한 용기를 형성하는 물질 내부에 포함되어 있을 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 존재하는 경우, 발광 물질은 다공성 담체 물질 내에 포함되어 있을 수도 있다.
에어로졸 발생 물품은 바람직하게는 열 스틱으로서 구성될 수 있다. 열 스틱은 에어로졸 형성 기재로 채워진 중공 포장지를 포함하고 있다. 포장지는 관형(tubular)일 수 있다. 유도 가열에 있어서, 금속 블레이드 또는 시트가 열 스틱에서 서셉터로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 서셉터는 에어로졸 형성 기재, 예를 들어 담배에 의해 둘러싸여 있으며, 열 스틱의 한쪽 말단 표면에서 볼 수 있다. 바람직하게는, 서셉터는 적어도 그의 가시적인 (에어로졸 발생 장치에 의해 수용되고 있지 않은 경우) 말단에서 발광 물질로 코팅되거나, 분사되거나 침착되어 있다.
에어로졸 발생 시스템의 히터는 유도성 히터로서 구성될 수 있다. 유도성 히터는 유도 가열 요소 및 서셉터를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 유도 가열 요소는 서셉터에 대한 물리적 접촉 없이 제공되어 있다. 유도 가열 요소는 시변 전자기장을 방출하도록 적응되어 있다. 바람직하게는, 유도성 가열 요소는 에어로졸 발생 장치의 일부이다. 바람직하게는, 서셉터는 에어로졸 발생 물품의 일부이다. 서셉터는 에어로졸 형성 기재에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있는, 적어도 하나의 금속 블레이드 또는 시트로서 구성될 수 있다. 유도성 가열 요소는 서셉터에 대해, 예를 들어, 무선 주파수 또는 마이크로파 방사선과 같은 변화하는 전자기장을 인가하도록 배열되고 적응되어 있다. 서셉터는 유도성 가열 요소로부터 전자기장의 전자기 에너지의 적어도 일부를 흡수하여 전자기 에너지를 열 에너지로 변환하도록 적응되어 있다. 따라서, 서셉터는 유도성 가열 요소로부터 전자기 에너지를 수신하여 가열되며, 가열된 서셉터는 에어로졸 형성 기재 및 발광 물질을 열 전도에 의해 가열한다.
히터는 적외선 가열 요소를 포함하고 있을 수도 있다.
히터는 저항성 가열 요소를 포함하고 있을 수도 있다. 저항성 가열 요소는 메쉬 가열 요소로서 구성될 수 있다. 메쉬 가열 요소는 단일형 섬유들, 예컨대 저항성 섬유들뿐만 아니라 모세관 섬유들 및 전도성 섬유들을 비롯한 복수형 섬유들로 이루어질 수 있는 복수의 와이어를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 메쉬 가열 요소는 복수의 전기 전도성 필라멘트를 포함하고 있다. 상기 복수의 전기 전도성 필라멘트는 메쉬 가열 요소의 메쉬를 구성한다. 복수의 전기 전도성 필라멘트에 전력을 인가함으로써 메쉬는 가열된다. 전기 전도성 필라멘트들은 임의의 적절한 전기 전도성 물질을 포함하고 있을 수도 있다.
히터는 연료 가스 구동식 가열 요소를 포함할 수 있다. 가열 요소에 대한 연료 가스의 공급은 전기 하드웨어에 의해 조정될 수 있다.
상기 적어도 하나의 가열 요소는 단일 가열 요소를 포함하고 있을 수도 있다. 대안적으로, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 하나보다 많은 가열 요소를 포함하고 있을 수도 있다. 상기 가열 요소 또는 가열 요소들은, 에어로졸 발생 물품 내에서 상기 에어로졸 형성 기재를 가장 효과적으로 가열하도록 적절히 배열되어 있을 수도 있다.
적어도 하나의 전기 가열 요소는 바람직하게는 전기 저항 물질을 포함한다. 적절한 전기 저항성 재료는: 도핑된 세라믹과 같은 반도체, 전기 "전도성" 세라믹(예를 들어, 이규화 몰리브덴과 같은), 탄소, 흑연, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 재료와 금속 재료로 제조된 복합 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 복합 재료는 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적합한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다. 적합한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 백금족의 금속을 포함한다. 적절한 금속 합금의 예는 스테인리스 스틸, 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 스틸, Timetal® 및 철-망간-알루미늄계 합금에 기초한 초합금을 포함한다. 복합 재료에 있어서, 전기 저항성 재료는 에너지 전달의 동역학 및 요구되는 외부 물리화학적 특성에 따라 선택적으로 절연 재료에 매립되거나, 절연 재료로 캡슐화되거나 코팅되거나, 그 반대로 될 수 있다. 적절한 복합체 가열 요소는 US-A-5 498 855, WO-A-03/095688 및 US-A-5 514 630에 개시되어 있다.
적어도 하나의 가열 요소는 적외선 가열 요소, 광자 소스, 예컨대, US-A-5 934 289에 기재된 것들, 또는 유도성 가열 요소, 예컨대, US-A-5 613 505에 기재된 것들을 포함하고 있을 수도 있다.
상기 적어도 하나의 가열 요소는 임의의 적절한 형태를 취할 수도 있다. 예를 들면, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 US-A-5　388 594, US-A-5 591 368 및 US-A-5 505 214에 기재된 것들과 같은, 가열 블레이드(blade) 형태를 취할 수도 있다. 대안적으로, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 EP-A-1 128 741에 설명된 것과 같이 다른 전자 전도부들을 갖는 포장재 또는 기재 형태, 혹은 WO-A-2007/066374에 설명된 것과 같이 전기 저항 금속 관 형태를 취할 수도 있다. 대안적으로, KR-A-100636287 및 JP-A-2006320286에 기재된 바와 같이, 에어로졸 형성 기재의 중심을 통해 이어지는 하나 이상의 가열 바늘 또는 막대도 적절할 수도 있다. 대안적으로, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 디스크 (말단) 히터, 또는 가열 바늘이나 막대를 가진 디스크 히터의 조합일 수도 있다. 다른 대안적인 것들로는 가열 와이어 또는 필라멘트가 있으며, 예를 들어, 니켈 크롬(Ni-Cr), 백금, 텅스텐 또는 합금 와이어, 예컨대 EP-A-1 736 065에 설명된 것들, 또는 가열 판이 있다.
상기 적어도 하나의 가열 요소는 전도에 의해 상기 에어로졸 형성 기재를 가열할 수도 있다. 가열체는 기재 또는 기재가 피착되는 담체와 적어도 부분적으로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 상기 가열체로부터의 열은 열전도 요소에 의해 기재에 전도될 수 있다. 대안적으로, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 사용 동안 전기 가열식 에어로졸 발생 장치를 통해 흡인되는 인입 대기에 열을 전달할 수도 있고, 이에 따라 이 열은 대류에 의해 상기 에어로졸 형성 기재를 가열하게 된다. 상기 대기는 WO-A-2007/066374에 기재된 바와 같이, 에어로졸 형성 기재를 통과하기 전에 가열될 수도 있다.
바람직하게는, 에어로졸 발생 장치는 사용자가 한 손의 손가락들 사이에 잡기에 편안한 손에 드는 에어로졸 발생 장치이다. 에어로졸 발생 장치는 그 형상이 실질적으로 원통형일 수도 있다. 바람직하게는, 전기 가열식 흡연 시스템은 재사용가능하다. 바람직하게는, 각 에어로졸 발생 물품은 일회용이다.
작동 동안, 에어로졸 발생 물품, 및 그의 에어로졸 형성 기재는 공동 내에 완전히 수용될 수도 있고, 이에 따라 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템 내부에 완전히 함유될 수도 있다. 그 경우, 사용자는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템의 마우스피스를 뻐끔뻐끔 피울 수도 있다. 대안적으로, 작동 동안, 에어로졸 발생 물품이 공동 내에 부분적으로 수용되어서 에어로졸 형성 기재가 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템 내부에 완전히 또는 부분적으로 함유될 수도 있다. 그 경우, 사용자는 물품 또는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템의 마우스피스를 직접 뻐끔뻐끔 피울 수도 있다.
바람직하게는, 상기 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템은, 검출기가 공동 내에서 에어로졸 발생 물품을 검출할 때, 개시하도록 배열되어 있다. 상기 시스템은 전기 하드웨어가 전력 공급부 및 적어도 하나의 가열 요소를 연결할 때에 개시될 수도 있다. 대안적으로나 추가적으로, 상기 시스템은 대기 모드로부터 활성 모드로 전환할 때에 개시될 수도 있다. 대안적으로나 추가적으로, 상기 시스템은, 스위치를 더 포함할 수도 있으며, 스위치가 켜질 때에 개시되어서, 에어로졸 발생 물품이 공동 내에서 검출된 때에만 적어도 하나의 가열 요소가 가열될 수도 있다. 상기 시스템의 개시는 추가적으로나 대안적으로 다른 단계들을 포함하고 있을 수도 있다.
바람직하게는, 전기 하드웨어는 히터의 작동을 제어하기 위한, 프로그래밍 가능한 제어기, 예를 들면, 마이크로컨트롤러를 포함하고 있다. 한 구현예에서, 제어기는 소프트웨어에 의해 프로그래밍 가능할 수도 있다. 대안적으로, 제어기는, 특정 용도를 위해 하드웨어 내부에 논리 블록을 맞춤화하여 프로그래밍 가능할 수도 있는, 용도 특정 하드웨어, 예를 들어 주문형 집적 회로(ASIC; Application-Specific Integrated-Circuit)를 포함하고 있을 수도 있다. 바람직하게는, 전기 하드웨어는 프로세서를 포함하고 있다. 또한, 전기 하드웨어는 특정 물품에 대한 가열 선호도, 사용자 선호도, 사용자 흡연 습관 또는 다른 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함하고 있을 수도 있다. 바람직하게는, 저장된 정보는 흡연 시스템과 함께 사용할 수 있는 특정 물품에 따라 업데이트되고 대체될 수 있다. 또한, 상기 정보는 상기 시스템으로부터 다운로드될 수도 있다.
한 구현예에서, 상기 전기 하드웨어는 사용자가 뻐끔뻐끔 피우는 것을 표시하는 기류를 검출하는 센서를 포함하고 있다. 상기 센서는 서미스터(thermistor)를 포함하고 있을 수도 있다. 상기 센서는 전자기계 장치일 수도 있다. 대안적으로, 상기 센서는 기계 장치, 광학 장치, 광학-기계 장치, 미소 전자기계 시스템(MEMS) 기반 센서 중 임의의 것일 수도 있다. 그 경우, 전기 하드웨어는 사용자가 뻐끔뻐끔 피우는 것을 센서가 감지할 때에 적어도 하나의 가열 요소에 전류 펄스를 제공하도록 배열되어 있을 수도 있다. 대안적인 구현예에서, 상기 시스템은 사용자가 뻐끔뻐끔 피우는 것을 개시하기 위해, 수동으로 작동 가능한 스위치를 더 포함하고 있다.
바람직하게는, 상기 전기 하드웨어는 검출기에 의해 식별된 특정 물품에 기초하여 적어도 하나의 가열 요소에 대한 가열 프로토콜을 확립하도록 배열되어 있다.
가열 프로토콜은, 가열 요소에 대한 최대 작동 온도, 퍼프 당 최대 가열 시간, 퍼프들 간의 최소 시간, 물품 당 최대 퍼프 수 및 물품에 대한 최대 총 가열 시간 중 하나 이상을 포함하고 있을 수도 있다. 특정 물품에 맞춰진 가열 프로토콜을 확립하는 것은, 특정 물품 내의 에어로졸 형성 기재가 특정 가열 조건을 요구할 수 있거나, 또는 특정 가열 조건에 따라 개선된 사용자 경험을 제공할 수도 있다. 상기한 바와 같이, 바람직하게는, 전기 하드웨어가 프로그래밍 가능할 수 있고, 이 경우 다양한 가열 프로토콜이 저장되고 업데이트될 수도 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 적어도 하나의 구성요소 및 온도-의존적 인광 특성을 갖는 발광 물질을 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품이 제공되어 있다. 에어로졸 발생 물품은 본 발명의 제1 측면에 따른 에어로졸 발생 시스템에서 사용하기 위해 적응되어 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 에어로졸 발생 시스템을 작동하고 제어하기 위한 방법이 제공되어 있다. 상기 방법은 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 발생 물품을 적어도 부분적으로 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 발생 장치의 지지부 내에 수용하는 단계; 상기 에어로졸 발생 시스템의 히터에 의해 상기 수용된 에어로졸 발생 물품의 상기 발광 물질 및 에어로졸 형성 기재를 가열하는 단계; 상기 에어로졸 발생 장치의 광원에 의해 상기 발광 물질을 조사하고 여기시키는 단계; 상기 에어로졸 발생 장치의 검출기에 의해, 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 광을 검출하여 여기된 발광 물질의 온도-의존적 인광 특성을 검출하는 단계; 및 상기 에어로졸 발생 장치의 전기 하드웨어에 의해, 상기 검출된 인광 특성에 기초하여 가열을 제어하는 단계를 포함하고 있다.
바람직하게는, 상기 검출하는 단계는, 상기 발광 물질의 검출된 인광 특성에 기초하여 에어로졸 발생 시스템에 이용가능한 에어로졸 발생 물품들의 세트로부터 에어로졸 발생 물품을 식별하는 것을 포함하고 있다.
바람직하게는, 상기 검출하는 단계는, 상기 발광 물질의 식별가능한 분광 특징에 기초하여 에어로졸 발생 시스템에 이용가능한 에어로졸 발생 물품들의 세트로부터 에어로졸 발생 물품을 식별하는 것을 포함하고 있다.
바람직하게는, 상기 제어하는 단계는 상기 에어로졸 형성 기재와 상기 발광 물질 사이의 온도 차이를 고려하는 것을 포함하고 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 검출된 인광 특성에 기초하여, 바람직하게는 실온에서, 에어로졸 발생 물품이 현재 상기 지지부에 의해 수용되고 있는지 여부 및 상기 에어로졸 발생 장치에 사용하기에 상기 에어로졸 발생 물품이 유효한지 여부를 검사하는 단계를 더 포함하고 있다.
본 발명의 한 측면에서 임의의 특징은, 임의의 적절한 조합으로 본 발명의 다른 측면에 적용될 수 있다. 특히, 방법 측면들은 장치 측면에 적용될 수 있고, 그 반대일 수 있다. 또한, 하나의 측면에서의 어느 하나, 일부 또는 모든 특징은 임의의 적절한 조합으로, 임의의 다른 측면에서의 어느 하나, 일부 또는 모든 특징에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 임의의 측면들에서 설명되고 정의된 다양한 특징들의 특정 조합이 구현되거나 공급되거나 독립적으로 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.
본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 더 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품을 보여주고 있으며;
도 2는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템을 보여주고 있으며;
도 3은 본 발명에 따른 대안적인 에어로졸 발생 시스템의 개략도를 보여주고 있으며;
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 대안적인 에어로졸 발생 시스템의 개략도를 보여주고 있으며;
도 5는 여기 후 시간 경과에 따른 발광 물질의 온도-의존적 발광 소멸 곡선을 보여주고 있으며, 발광 소멸 속도의 관점에서 인광 특성을 검출하고 기준 발광 소멸 특성의 관점에서 기준 인광 특성에 기초한 가열을 제어하기 위한 구현예들을 예시하고 있으며; 그리고
도 6은 사인파 펄스 모양의 여기 광으로 발광 물질을 조사하고 여기시키는 경우의 온도-의존적 인광 특성의 위상 지연 기반 검출을 예시하고 있다.
도 1은 에어로졸 발생 물품(100)을 보여주고 있다. 상기 물품(100)은 에어로졸 형성 기재(102), 중공 관형 이송 요소(104), 마우스피스(106), 및 외부 래퍼(108)를 포함하고 있다. 외부 래퍼(108)는 여기 후 광을 방출하는 발광 물질(도트로 표현됨)을 포함하고 있다. 발광 물질은 물질의 제조 동안에 래퍼 내에 혼입된다.
이 실시예에서의 래퍼 물질은, 래퍼 종이 물질 슬러리가 종이로 형성되고 건조되기 전, 발광 물질을 분말 형태로 상기 슬러리에 포함시켜서 제조된다. 대안적으로, 발광 물질은 분무, 인쇄, 페인팅 등에 의해 용액 내의 래퍼 물질에 적용될 수도 있다.
후술하는 바와 같이 전기 작동식 에어로졸 발생 장치에서 사용하기 위한 에어로졸 발생 물품은 래퍼 내부에 발광 물질을 포함하고 있다. 발광 물질은 식별가능한 분광 특징을 갖는다.
래퍼의 물질 내에 포함된 발광 물질의 사용은 에어로졸 발생 기재의 온도의 비접촉식 검출을 가능하게 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템(200)의 하나의 예시적인 구현예의 사시도를 보여주고 있다. 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템(200)은 전방 하우징부(204) 및 후방 하우징부(206)를 갖는 하우징(202)을 포함하는 흡연 시스템이다. 전방 하우징부(204)는 에어로졸 발생 물품, 예를 들어 흡연 물품을 수용할 수 있는 공동-유사 지지부(210)를 갖는 전방 말단부(208)를 포함하고 있다. 도 2에서, 흡연 시스템(200)이 궐련(100) 형태의 흡연 물품과 함께 도시되어 있다. 이 구현예에서, 전방 하우징부(204)는 디스플레이(212)를 또한 포함하고 있다. 디스플레이(212)는 상세하게 도시되지 않았지만, 임의의 적절한 형태의 디스플레이, 예를 들면 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이 또는 플라스마 디스플레이 패널을 포함하고 있을 수도 있다. 또한, 디스플레이는, 예를 들면 흡연 물품 또는 세정 물품에 관한 임의의 요구된 정보를 나타내도록 배열되어 있을 수도 있다.
전기 가열식 흡연 시스템(200)은 지지부(210) 내에 또는 그에 인접하게 위치하는 검출 유닛(도 2에는 미도시함)을 또한 포함하고 있다. 광원 및 검출기를 포함하고 있는 검출 유닛은 지지부 내의 에어로졸 발생 물품(100)의 존재를 검출할 수 있으며 에어로졸 발생 물품(100)에 포함된 발광 물질의 발광 소멸 속도로서 온도-의존적 인광 특성을 검출할 수 있다. 검출기는 실온에서 에어로졸 발생 물품(100)에 포함된 발광 물질의 인광 특성을 검출하여 지지부 내의 에어로졸 발생 물품(100)의 존재를 검출하도록 적응되어 있다. 발광 물질을 조사하고 여기시키기 위한 광원이 제공되어 있다. 검출기는 여기 후 발광 물질에 의해 방출되는 광을 수용하고 측정하기 위한 광 센서이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템(300)의 또 다른 예시적인 구현예의 개략도를 보여주고 있다. 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 물품(310) 및 에어로졸 발생 장치(330)를 포함하고 있다. 에어로졸 발생 시스템(300)을 작동시키기 위해, 에어로졸 발생 물품(310)은 에어로졸 발생 장치(330)의 공동에 의해 수용되어야 한다. 에어로졸 발생 물품(310)의 한 말단의 전방 표면(312)이 먼저 공동 내로 삽입된다. 에어로졸 발생 물품(310)의 다른 말단은 마우스피스(320)로서 구성되어 있다.
에어로졸 발생 시스템(300)은 유도성 히터로서 구성된 히터를 포함하고 있다. 유도성 히터는 서로 떨어져 배열된 유도성 가열 요소(340) 및 서셉터(316)를 포함하고 있다. 유도성 가열 요소(340)는 에어로졸 발생 장치(330)의 일부로서 제공되어 있다. 서셉터(316)는 에어로졸 발생 물품(310)의 일부로서 제공되어 있다. 유도성 가열 요소(340)는 시변 전자기장을 서셉터(316)에 인가하도록 적응되어 있다. 서셉터(316)는 유도성 가열 요소(340)에 의해 방출되는 전자기장에 노출됨으로써 가열되도록 적응되어 있다.
에어로졸 발생 물품(310)은, 도 1에 도시된 에어로졸 발생 물품(100)과 유사하게, 에어로졸 형성 기재(314) (예를 들어, 담배), 중공 관형 이송 요소(318), 마우스피스(320), 및 외부 래퍼(322)를 포함하고 있다. 외부 래퍼(322)는 여기 후 광을 방출하는 발광 물질(도트로 표현됨)을 포함하고 있다. 발광 물질은 물질의 제조 동안에 래퍼(322) 내에 혼입되어 있다. 상기 언급한 바와 같이, 에어로졸 발생 물품(310)은 서셉터(316)를 포함하고 있다. 서셉터(316)는 에어로졸 형성 기재(314)에 의해 둘러싸여 있는 금속 블레이드 또는 금속 시트로 구성되어 있다. 서셉터(316)는 적어도 부분적으로 에어로졸 형성 기재(314)에 의해 둘러싸여 있다. 에어로졸 형성 기재(314) 및 외부 래퍼(322)의 발광 물질은 열 전도에 의해 서셉터(316)로부터 열 에너지를 받도록 배열되어 있다.
에어로졸 발생 장치(330)에는 에어로졸 발생 물품(310)을 수용하기 위한 공동으로서 구성되어 있는, 지지부가 제공되어 있다. 에어로졸 발생 장치(330)의 공동은 에어로졸 발생 장치(330)의 하우징(332)의 개구부(334)를 통해 접근가능하며, 에어로졸 발생 물품(310)을 보유하도록 구성되어 있다.
또한, 에어로졸 발생 장치(330)는 전력 공급부(336), 예컨대 배터리, 제어 회로(338)로서 구성되어 있는 전기 하드웨어, 유도성 가열 요소(340), 및 검출 유닛(342)을 포함하고 있다. 전력 공급부(336)는 전력 라인(337)을 통해 제어 회로(338)에 전기 에너지를 제공하도록 적응되어 있다. 제어 회로(338)는 유도성 가열 요소(340)의 가열 동작을 제어하기 위해 라인(339)을 통해 유도성 가열 요소(340)로의 전기 에너지 공급을 제어하도록 적응되어 있다. 유도성 가열 요소(340)는 에어로졸 발생 물품(310)에 인접하여 배열되어서, 물리적인 접촉 없이 유도성 가열 요소(340)로부터 서셉터(316)로 전자기 방사 에너지가 전달될 수 있다. 에어로졸 형성 기재가 원하는 온도 범위 내의 온도로 가열될 때, 마우스피스(320)에서 흡인 또는 흡입하고 있는 사용자에게 에어로졸이 제공된다.
검출 유닛(342)은 광원(343) 및 광 센서(344)를 포함하고 있다. 광원(343)은 래퍼(322) 상으로 광을 조사하여 이에 따라 래퍼(322)에 포함된 발광 물질을 여기시키도록 적응되어 있다. 광 센서(344)는 래퍼(322)에 포함된 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 광을 검출하도록 적응되어 있다. 이 구현예에서, 광원(343)과 광 센서(344)가 교대로 작동될 수 있다. 한 구현예에서, 래퍼(322)에 포함된 발광 물질은 여기 후 적외선 광을 방출하도록 적응되어 있다. 광 센서(344)는 발광 물질에 의해 방출되는 적외선 광을 검출하도록 적응되어 있다. 다른 구현예에서, 래퍼(322)에 포함된 발광 물질은 여기 후 가시 광을 방출하도록 적응되어 있다. 광 센서(344)는 발광 물질에 의해 방출되는 가시 광을 검출하도록 적응되어 있다.
광 센서(344)의 검출 결과는 접속 라인(341)을 통해 제어 회로(338)에 보고된다. 제어 회로(338)는 광원(343) 및 광 센서(344)의 작동 스케줄을 관리할 수 있다. 제어 회로(338)는 기준 인광 특성, 즉 제어 회로(338)에 저장된, 기준 발광 소멸 특성에 기초한 검출 결과로부터 에어로졸 형성 기재(314)의 현재 온도에 대한 정보를 도출하도록 적응되어 있다. 여기된 발광 물질로부터 방출되는 광에 기초하여 에어로졸 형성 기재(314)의 현재 온도를 도출하기 위해, 제어 회로는 에어로졸 형성 기재(314)의 현재 온도와 래퍼(322)에 포함된 발광 물질 사이의 시스템 고유 차이를 고려할 수 있다.
도 4는 또 다른 에어로졸 발생 시스템(400)의 개략도를 보여주고 있다. 도 4에 도시된 시스템은 도 3에 도시된 것과 유사하다. 도 3 및 도 4에서 동일한 참조 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 에어로졸 발생 시스템(400)은 주로 발광 물질 및 검출 유닛의 배열 위치에서 에어로졸 발생 시스템(300)과 상이하다. 에어로졸 발생 시스템(400)에서, 발광 물질이 (도 3의 래퍼(322)와 비교하여) 래퍼(422) 내에 반드시 포함되어 있는 것은 아니다. 에어로졸 발생 시스템(400)에서, 발광 물질이 서셉터(316) 상으로 코팅, 분사, 또는 침착되어 있다. 서셉터(316)는 에어로졸 발생 물품(410)의 전방 표면(312)까지 연장되어 있다. 에어로졸 발생 장치(430)에 의해 에어로졸 발생 물품(410)이 수용되어 있지 않을 때, 전방 표면(312)에서의 서셉터(316)의 말단(417)은 가시적이다. 에어로졸 발생 시스템(400)의 검출 유닛(342)은 에어로졸 발생 시스템(300)의 검출 유닛과 동일하다. 하지만, 에어로졸 발생 시스템(400)의 검출 유닛(342)은 에어로졸 발생 물품(410)의 전방 표면(312)에 대면하여 배열되어 있다. 이러한 장착 위치에서, 검출 유닛(342)의 광원(343)은 서셉터(316)의 말단(417)을 조사하고, 이에 따라 서셉터(316)의 말단(417)에서 침착된 발광 물질을 여기시키도록 적응되어 있다. 검출 유닛(342)의 검출기(344)는 상기 말단(417)에서 여기된 발광 물질로부터 방출되는 광을 검출한다. 발광 물질은 여기 후 가시 광을 방출하는 것이 바람직하다.
도 5는 여기 후 시간 경과에 따른 발광 물질의 온도-의존적 발광 소멸 곡선을 보여주고 있으며, 발광 소멸 속도와 관련하여 인광 특성을 검출하고 기준 발광 소멸 특성과 관련하여 기준 인광 특성에 기초하여 가열을 제어하기 위한 구현예들을 예시하고 있다. 곡선(C1, Cd 및 C2)는 시간 t=0에서 여기가 중단된 후, 시간 경과에 따라 동일한 발광 물질의 온도-의존적 (각 곡선은 개별적인 일정 온도 동안 소멸을 나타냄) 발광 소멸의 곡선이다. 모든 곡선은 지수적 발광 감쇠를 나타내며 이때 t=0에서 여기가 중단된 후 발광 물질에 의해 방출되는 광의 현재 세기(I(t))가 표현 I(t)=I0·exp(-t/tau)을 따르고 있으며, 여기서 tau는 방출된 광의 밝기가 그의 원래 값 I0의 1/e로 감소하는 데 필요한 시간의 온도-의존적 양이다. 곡선(C1)은 가장 느린 발광 소멸을 나타내고 저온에서 발광 소멸을 의미한다. 곡선(C2)은 가장 빠른 발광 소멸을 나타내고 고온에서 발광 소멸을 의미한다. 곡선(Cd)은 중간 발광 소멸을 나타내고, 중간 온도에서 발광 소멸을 의미한다.
제시된 에어로졸 발생 시스템이 적합한 온도 범위 내에서 에어로졸 형성 기재의 온도를 유지시켜야 한다면, (C1) 및 (C2)는 기준 발광 소멸 특성, 즉 히터에 의한 가열을 제어하기 위한 기초로서, 기준 인광 특성을 설정할 수 있다. 이 경우에, 곡선(C1)은 가장 낮은 원하는 온도와 연관되고, 곡선(C2)은 가장 높은 원하는 온도와 연관된다. 이러한 기준 발광 소멸 특성은 간단한 임계 값 기반 구현을 가능하게 한다. 임계 값들은 최소 온도 곡선(C1)과 최대 온도 곡선(C2)으로부터 유도된다. 곡선(C1 및 C2)은 보정 환경에 앞서 결정되었으며, 에어로졸 형성 기재와 발광 물질의 온도 사이의 시스템 고유 차이를 고려할 수 있다.
하나의 대안에 따르면, 검출기는 여기의 종료 (t = 0) 이후에 미리 정해진 시간(ts)이 경과한 후에 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 광의 세기(Id)를 측정할 수 있다. 현재 온도는, 측정된 세기(Id)가 I1=C1(ts) (즉, C1에 따른 시간(ts)의 양에 대응하는 세기) 보다 낮고, I2=C2(ts) (즉, C2에 따른 시간(ts)의 양에 대응하는 세기) 보다 높다면, 적합한 온도 범위에 있다. 임계 값(I1 및 I2)은 전기 하드웨어에 미리 저장되어 있다.
또 다른 대안에 따르면, 검출기는 I0에서 미리 정해진 세기(Is)까지의 세기 소멸에 대응하는 시간의 양(td)을 측정할 수 있다. 현재 온도는, 측정된 시간의 양(td)이 t1=C1(Is) (즉, C1에 따른 세기(Is)에 대응하는 시간의 양) 보다 낮고, t2=C2(Is) (즉, C2에 따른 세기(Is)에 대응하는 시간의 양) 보다 높다면, 적합한 온도 범위에 있다. 임계 값(t1 및 t2)은 전기 하드웨어에 미리 저장되어 있다.
측정된 세기(Id) 또는 측정된 시간의 양(td)이 대응하는 값(I2 및 t2) 각각 보다 낮으면, 전기 하드웨어가 히터에 의한 가열을 방해한다. 측정된 세기(Id) 또는 측정된 시간의 양(td)이 대응하는 값(I1 및 t1) 각각을 초과하면, 전기 하드웨어는 히터에 의해 가열을 (재)활성화한다.
상기 언급된 세기(Id) 또는 시간의 양(td)을 측정하는 것은 발광 소멸 속도의 면에서 온도-의존적 인광 특성을 검출하는 것에 대응한다.
미리 정해진 시간(td) 또는 미리 정해진 세기(Id)에 도달하기 위한 시간의 양은 10 나노초에서 10 밀리초까지의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 도 5의 숫자들과 비율들은 단지 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 6은 사인파 형상의 연속적인 여기 광으로 발광 물질을 조사 및 여기시키는 경우에 온도-의존적 인광 특성의 검출을 예시하고 있다. 다양한 세기의 여기 광으로 연속적으로 발광 물질을 조사 및 여기시키기 위한 광원을 갖는, 도 3 및 도 4에 각각 도시된, 에어로졸 발생 시스템(300, 400)의 구현예들에 온도-의존적 인광 특성을 검출하는 이러한 유형이 사용될 수도 있다. 곡선(600)은 시간 경과에 따라 상기 구현예들 중 하나에 따른 에어로졸 발생 장치의 광원으로부터 연속적으로 변하는 여기 광의 세기를 예시하고 있다. 곡선(601, 602)은 발광 물질의 상이한 온도에 대한 곡선(600)에 따라 광에 의해 여기되는 발광 물질로부터 방출되는 광의 각각의 세기를 보여주고 있다. 곡선(601, 602) 중 어느 하나에 의해 예시된 바와 같이, 발광 물질에 의해 방출되는 광의 세기는, 곡선(600)에 따라 사인파형으로 발광물질을 조사하여 동시에 검출될 수 있다. 곡선(601)은 곡선(602)에 비해 더 높은 온도를 갖는 발광 물질의 인광 특성을 나타낸다. 발광 물질의 온도는 사인파형 여기 광의 곡선(600)과 여기된 발광 물질에 의해 방출되는 광의 곡선들(601, 602) 중 어느 하나 사이의 위상 지연을 결정하는 것에 기초하여 검출될 수 있다. 위상 지연은 인광의 수명에 대응한다. 동일한 발광 물질의 경우에, 작은 위상 지연은 발광 물질의 높은 온도에 대응하며, 큰 위상 지연은 낮은 온도 발광 물질에 대응한다.
전술한 예시적인 구현예는 예시적이지만 제한적인 것은 아니다. 상기에서 논의된 예시적인 구현예들을 고려할 때, 상기 예시적인 구현예들과 부합하는 다른 구현예들이 이제 본 기술분야의 숙련자에게 자명할 것이다.

Claims (15)

  1. 에어로졸 발생 시스템으로서, 상기 시스템은
    에어로졸 형성 기재를 포함하는 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 에어로졸 발생 물품;
    온도-의존적 인광 특성을 갖는 발광 물질;
    상기 발광 물질 및 상기 에어로졸 형성 기재를 포함하는 적어도 하나의 구성요소를 가열하기 위한 히터; 및　
    상기 에어로졸 발생 물품을 적어도 부분적으로 수용하기 위한 지지부;
    상기 발광 물질을 조사 및 여기시키기 위한 광원;
    상기 여기된 발광 물질의 온도-의존적 인광 특성을 검출하기 위한 검출기;
    상기 검출된 인광 특성에 기초하여 상기 히터에 의한 가열을 제어하도록 구성되어 있는 전기 하드웨어를 포함하는 에어로졸 발생 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 하드웨어는 상기 검출된 인광 특성 및 저장된 기준 인광 특성에 기초하여 가열을 제어하도록 구성되어 있는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 저장된 기준 인광 특성은 상기 에어로졸 형성 기재와 상기 발광 물질 사이의 온도 차이를 고려하는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 저장된 기준 인광 특성은 상기 검출된 인광 특성과 비교하기 위한 적어도 하나의 임계 값을 포함하는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 장치는 상기 에어로졸 발생 시스템에 이용가능한 에어로졸 발생 물품들의 세트로부터 각각의 에어로졸 발생 물품에 대한 개별적인 기준 인광 특성을 선택하여 적용하도록 적응되어 있는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기는, 상기 발광 물질의 검출된 인광 특성에 기초하여 상기 에어로졸 발생 시스템에 이용가능한 에어로졸 발생 물품들의 세트로부터 상기 에어로졸 발생 물품을 식별하도록 적응되어 있는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 물질은 식별가능한 분광 특징을 가지고 있는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기는 상기 발광 물질의 식별가능한 분광 특징에 기초하여 상기 에어로졸 발생 시스템에 이용가능한 에어로졸 발생 물품들의 세트로부터 상기 에어로졸 발생 물품을 식별하도록 적응되어 있는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 장치는 상기 검출된 인광 특성에 기초하여, 바람직하게는 실온에서, 에어로졸 발생 물품이 현재 상기 지지부에 의해 수용되고 있는지 여부 및 수용되고 있는 에어로졸 발생 물품이 상기 에어로졸 발생 장치에 사용하기에 유효한지 여부를 검사하도록 구성되어 있는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 물질은 상기 에어로졸 발생 물품 내 또는 상기 에어로졸 발생 장치 내에 포함되어 있는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원은 자외선 광으로 상기 발광 물질을 조사하고 여기시키도록 적응되어 있으며 또는 상기 여기된, 발광 물질은 적외선 광을 방출하도록 적응되어 있는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  12. 에어로졸 형성 기재를 포함하는 적어도 하나의 구성요소 및 온도-의존적 인광 특성을 갖는 인광 물질을 포함하는 에어로졸 발생 물품으로, 여기서 상기 에어로졸 발생 물품은 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 에어로졸 발생 시스템에서 사용하기 위해 적응되어 있는 것인 에어로졸 발생 물품.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 에어로졸 발생 시스템을 제어하기 위한 방법으로, 상기 방법은,
    상기 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 발생 물품을 적어도 부분적으로 상기 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 발생 장치의 지지부 내에 수용하는 단계;
    상기 에어로졸 발생 시스템의 히터에 의해 상기 수용된 에어로졸 발생 물품의 상기 발광 물질 및 에어로졸 형성 기재를 가열하는 단계;
    상기 에어로졸 발생 장치의 광원에 의해 상기 발광 물질을 조사하고 여기시키는 단계;
    상기 에어로졸 발생 장치의 검출기에 의해, 상기 여기된 발광 물질의 온도-의존적 인광 특성을 검출하는 단계; 및
    상기 에어로졸 발생 장치의 전기 하드웨어에 의해, 상기 검출된 인광 특성에 기초하여 상기 가열을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 검출하는 단계는 상기 발광 물질의 검출된 인광 특성에 기초하여 또는 식별가능한 분광 특징에 기초하여 상기 에어로졸 발생 시스템에 이용가능한 에어로졸 발생 물품들의 세트로부터 상기 에어로졸 발생 물품을 식별하는 것을 포함하는 것인 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제어하는 단계는 상기 에어로졸 형성 기재와 상기 발광 물질 사이의 온도 차이를 고려하는 것을 포함하는 것인 방법.
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