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JP2023546654A - エアロゾル生成装置の電力システム - Google Patents

エアロゾル生成装置の電力システム Download PDF

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Abstract

電力システム（６００）及びコントローラ（１０２）を含むエアロゾル生成装置（１００）を提供する。当該電力システムは、第１の超コンデンサモジュール（６０４）及び第２の超コンデンサモジュール（６０６）を含んでいる。コントローラは、エアロゾル生成装置に関連付けられた加熱器に電力供給するように第１の超コンデンサモジュールの電力流を制御し、第１の超コンデンサモジュールを充電するように第２の超コンデンサモジュールの電力流を制御すべく構成されている。【選択図】図６

Description

本発明はエアロゾル生成装置に関し、より具体的にはエアロゾル生成装置の電力システムに関する。
電子タバコ等のエアロゾル生成装置及び他のエアロゾル吸入器及び気化装置等がますます人気のある消費財となりつつある。
気化又はエアロゾル化を行うための加熱装置が当該技術分野で知られている。このような装置は典型的に加熱チャンバ及び加熱器を含んでいる。操作に際して、操作者はエアロゾル化又は気化させたい製品を加熱チャンバに挿入する。製品は次いで電子加熱器により加熱されて操作者が吸入できるよう製品の成分を気化させる。いくつかの例において、製品は従来のタバコに似たタバコ製品である。このような装置は、エアロゾル化する時点まで製品を燃焼させずに加熱するため「非燃焼加熱式」装置と呼ばれる場合もある。
エアロゾル生成装置が直面する課題としてエネルギーの有効利用しながら加熱を充分速く行うことが含まれる。
第１の態様によれば、第１のエネルギー貯蔵モジュール及び第２のエネルギー貯蔵モジュールを含む電力システムと、コントローラとを含み、当該コントローラが、
エアロゾル生成デバイスに関連付けられた加熱器への電力システムのパルス幅変調された電力フローであって各々オン期間及びオフ期間を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含むパルス幅変調された電力フローを制御し、且つ
パルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて第１のエネルギー貯蔵モジュールを充電するように第２のエネルギー貯蔵モジュールを制御すべく構成されているエアロゾル生成装置を提供する。
このように、第１のエネルギー貯蔵モジュールが加熱器に電力供給している間、第１のエネルギー貯蔵モジュールもまた第２のエネルギー貯蔵モジュールにより連続的に再充電される。これにより第１のエネルギー貯蔵モジュールは自身の充電レベルが減衰する前に、より長時間にわたり加熱器に電力供給することができる。第１のエネルギー貯蔵モジュールが加熱器に電力供給しながら再充電されるため、加熱器に電力供給しながら再充電されない従来の電力システムのエネルギー貯蔵モジュールと同程度の電荷を貯蔵できなくてもよい。従って第１のエネルギー貯蔵モジュールを物理的に小型化することができ、これに伴い安全性も向上する。
第１の態様の好適な第１の実装において、第１のエネルギー貯蔵モジュールは超コンデンサモジュールであり、第２のエネルギー貯蔵モジュールは電池モジュールである。
超コンデンサモジュールは高電力貯蔵モジュールとみなすことができ、電池は高エネルギー貯蔵モジュールとみなすことができる。当該構成において、電力システムは電池のみに依存しないため、エネルギーと電力の一方を犠牲にする必要がない。高出力超コンデンサと組み合わせて高エネルギー電池を用いることにより電力システムの設計においてエネルギー要件と電力要件を別々に考慮できるため、エネルギー要件と電力要件をより柔軟に満たすことができる。
エアロゾル化動作中に超コンデンサモジュールを連続的に再充電することにより、パルス幅変調サイクルのオフ期間において、エネルギー容量が小さい超コンデンサ（すなわち、より小型の超コンデンサ）を用いることができる。これによりサイズ及びコストを削減することができる。
好適には、超コンデンサモジュールは少なくとも１個の超コンデンサを含んでいる。好適には、超コンデンサモジュールは直列に接続された複数の超コンデンサを含んでいる。好適には、超コンデンサモジュールは、直列に接続された２個の超コンデンサを含んでいる。好適には、電池モジュールは少なくとも１個の電池を含んでいる。好適には、電池モジュールは高エネルギー電池を含んでいる。好適には、電池モジュールはリチウムイオン電池を含んでいる。
好適には、コントローラは更に、パルス幅変調サイクルのオン期間を通じて超コンデンサモジュールだけから加熱器にパルス幅変調された電力流を提供するように電力システムを制御すべく構成されている。
超コンデンサモジュールだけが加熱器に電力供給することにより動作時の損失を減らすことができる。例えば、超コンデンサモジュールと加熱器の間に昇圧型コンバータ（ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ等）を設ける必要がない。このように、エアロゾル生成装置は、従来のシステムと同量のエネルギーを使用可能にするが、損失が減少するため電力システムに貯蔵する総エネルギー量が少なくて済む。
電池モジュールが超コンデンサモジュールの充電にのみ使用され、加熱器への電力供給には使用されないため、電池の損失が減少する。これにより、電力の浪費が少ないため操作者は１回電池の充電でエアロゾル化動作を複数回行うことができる。
好適には、コントローラは、パルス幅変調サイクルのオン期間を通じて超コンデンサモジュールを充電しないように電池モジュールを制御すべく構成されている。
好適には、電力システムは電池モジュールと並列に接続された超コンデンサモジュールを含み、超コンデンサモジュールと電池モジュールの間に電圧変換器が接続されている。
好適には、電力システムは電池モジュールと並列に接続された超コンデンサモジュールを含み、超コンデンサモジュールと電池モジュールの間に電圧変換器が接続されている。
好適には、電力システムは更に、
電池モジュールと超コンデンサモジュールの間に接続された第１の切替手段であって、パルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて超コンデンサモジュールを充電すべく電池モジュールを制御すべくコントローラにより制御される第１の切替手段と、
超コンデンサモジュールと加熱器の間に配置されるように構成された第２の切替手段であって、超コンデンサモジュールから加熱器へのパルス幅変調された電力流を制御すべくコントローラにより制御される第２の切替手段を含んでいる。
上述の電力システムの構成により、電力管理を通じて電池モジュールを超コンデンサモジュールから切り離すことができる。電池の安全性リスクが高く且つ寿命が短い可能性があるのに対し、超コンデンサの安全性リスクを下げて堅牢性及び信頼性を高めることができる。好適には、超コンデンサモジュールだけが加熱器に電力供給し、電池モジュールは超コンデンサモジュールの充電にのみ使用されて電池モジュールが加熱器に直接エネルギーを伝送しないため、電力システムの全体的な安全性及び信頼性が向上する。加熱器に直接電力供給しないことにより電池に求める最大電流が少なくなるため電池に掛かる負荷を軽減して電池の寿命及び信頼性を向上させることができる。
好適には、切替手段はコントローラにより制御されるトランジスタである。このように、切替手段を有効に利用して電力システムにおける電力流の制御を行うことができる。
第１の態様の好適な第２の実装において、第１のエネルギー貯蔵モジュールは第１の超コンデンサモジュールであり、第２のエネルギー貯蔵モジュールは第２の超コンデンサモジュールである。
このように、超コンデンサに基づく技術だけでエアロゾル生成装置に電力供給することにより、エアロゾル生成装置で電池は不要である。これはエアロゾル生成装置の使用に際して操作者の口元付近に電池が配置されないことを意味する。これによりエアロゾル生成装置の安全性が向上する。
好適には、加熱器へのパルス幅変調された電力流は、第１の超コンデンサモジュールからの電力流だけを含み、第２の超コンデンサモジュールからの電力流は含んでいない。
好適には、電力システムは更に、第１の超コンデンサモジュールと第２の超コンデンサモジュールの間に接続された第１の切替手段であって、パルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて第１の超コンデンサモジュールを充電するように第２の超コンデンサモジュールを制御すべくコントローラにより制御される第１の切替手段、及び／又は第１の超コンデンサモジュールと加熱器の間に配置された第２の切替手段であって、第１の超コンデンサモジュールから加熱器までのパルス幅変調された電力流を制御すべくコントローラにより制御される第２の切替手段を含んでいる。
好適には、第１の超コンデンサモジュールは、少なくとも１個の超コンデンサ、又は直列に接続された２個以上の超コンデンサを含んでいる。好適には、第１の超コンデンサモジュールの超コンデンサは従来の超コンデンサである。好適には、第１の超コンデンサモジュールは、直列に接続された２個の２．５Ｖの超コンデンサを含み、第１の超コンデンサモジュールに合計５Ｖを与える。
好適には、第２の超コンデンサモジュールは、少なくとも１個のハイブリッドコンデンサ（ハイブリッド超コンデンサとしても知られる）を含んでいる。ハイブリッドコンデンサは従来の超コンデンサよりも高い動作電圧、高い静電容量及び高いエネルギー密度を有していてよい。ハイブリッドコンデンサは従来の超コンデンサよりも低い電力能力を有していてよい。好適には、第２の超コンデンサモジュールは３．７Ｖのハイブリッドコンデンサを含み、第２の超コンデンサモジュールに合計３．７Ｖを与える。
第１の態様の好適な第３の実装において、第１のエネルギー貯蔵モジュールは超コンデンサモジュールであり、第２のエネルギー貯蔵モジュールは電池モジュールであり、
オン期間を通じて、コントローラは加熱器に電力供給すべく電池モジュール及び超コンデンサモジュールを制御し、
オフ期間を通じて、コントローラは超コンデンサモジュールを充電すべく電池モジュールを制御する。
超コンデンサモジュールは高電力エネルギー貯蔵モジュールとみなすことができ、電池は高エネルギー貯蔵モジュールとみなすことができる。当該構成において、電力システムは電池のみに依存しないため、エネルギーと電力の一方を犠牲にする必要がない。高出力超コンデンサと組み合わせて高エネルギー電池を用いることにより電力システムの設計においてエネルギー要件と電力要件を別々に考慮できるため、エネルギー要件と電力要件をより柔軟に満たすことができる。
別の利点として、標準的な電池ベースの電力システムと比較して電力システムを流れる最大電流が減少するためシステム全体の安全性が向上する。
エアロゾル化動作中に超コンデンサモジュールを連続的に再充電することにより、パルス幅変調サイクルのオフ期間において、エネルギー容量が小さい超コンデンサ（すなわち、より小型の超コンデンサ）を用いることができる。これによりサイズ及びコストを削減することができる。超コンデンサモジュールの容量が電池モジュールの容量よりもはるかに小さいため、超コンデンサモジュールを極めて高速に充電することができ、これは電池モジュールの放電電流が高いのは短時間に過ぎないことを意味する。
好適には、超コンデンサモジュールは少なくとも１個の超コンデンサを含んでいる。好適には、超コンデンサモジュールは直列に接続された複数の超コンデンサを含んでいる。好適には、超コンデンサモジュールは、直列に接続された２個の超コンデンサを含んでいる。好適には、電池モジュールは少なくとも１個の電池を含んでいる。好適には、電池モジュールは高エネルギー電池を含んでいる。好適には、電池モジュールはリチウムイオン電池を含んでいる。
好適には、電力システムは更に、電力システムをオン期間中の第２の構成とオフ期間中の第１の構成の間で切り替えるべく構成された切替手段を含み、第２の構成において超コンデンサモジュールと電池モジュールが直列に接続され、第１の構成において超コンデンサモジュールと電池モジュールが並列に接続されている。
有利な特徴として、超コンデンサモジュール及び電池モジュールが第１の構成にある場合、超コンデンサモジュールの再充電を制御する必要がない。超コンデンサモジュールの充電容量が高いため充電は電圧コンバータを必要とせずに自然に生起し得る。これにより電力システムの損失が低減される。
当該構成より、昇圧型電圧変換器を必要とせずに、加熱器（特に１Ωを超える高抵抗加熱器、又は誘導加熱器等の代替的加熱技術）に高電力を供給することができる。このように、当該構成でなければそのようなコンバータを通じて電力システムに生じるであろう損失が回避される。
好適には、切替手段はコントローラにより制御されるトランジスタである。このように、切替手段を有効に利用して電力システムにおける電力流の制御を行うことができる。
好適には、電力システムは、オン期間中に電池モジュールと超コンデンサモジュールの合算された電位を加熱器に印加すべく構成されている。
電池モジュールと超コンデンサモジュールの電位を合算することにより、標準的な単一セル電力システムと比較してより高い電圧が得られる。これにより、同じ電力をより低い電流で供給することができる。このように、システムの損失がＰＬＯＳＳ＝Ｉ２ＲＳＹＳＴＥＭとして大幅に削減される。また、エアロゾル生成装置用の標準的な電力システムと比較して必要とされる最大電流が少なくて済むため、使用する電池の種類の自由度が高まる。
好適には、先行する各実装の電力システムは、エアロゾル化セッションの複数の選択可能な動作モードで動作可能であり、複数の動作モードはフロートモードを含み、コントローラは、パルス幅変調された電力流を第１のデューティサイクル範囲で加熱器に印加して加熱器を実質的にエアロゾル生成温度に維持するように電力システムを制御すべく構成されている。
このように、パルス幅変調を用いて制御可能な電力を加熱器に印加してエアロゾル生成消耗品からエアロゾルを生成すると共に、パルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて第１のエネルギー貯蔵モジュールを再充電することにより、第１のエネルギー貯蔵モジュールが加熱器に電力供給できる時間を延長することができる。
好適には、複数の動作モードは更に予熱モードを含み、コントローラは、加熱器をエアロゾル生成温度まで加熱するフロートモードの前に予熱モード期間を通じて、パルス幅変調された電力流を、第１のデューティサイクル範囲とは異なる第２のデューティサイクル範囲で加熱器に印加するように電力システムを制御すべく構成されている。
好適には、第１のデューティサイクル範囲は第１のデューティサイクル比Ｄ１を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含み、第２のデューティサイクル範囲は第２のデューティサイクル比Ｄ２を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含み、Ｄ２＝Ｄ１×Ｋであり、Ｋは＞＞１である係数である。
このように、予熱モード期間を通じて、加熱器をエアロゾル生成温度まで高速加熱し、次いでフロートモードでより少ない消費電力でエアロゾル生成温度に維持することができる。
一例において、Ｄ１は１よりはるかに小さく、Ｄ２は１に近いが１よりも小さい。別の例ではＤ１＜＜０．５、Ｄ２≧０．５である。別の例において、第１のデューティサイクルはフロートモードで＜３Ｗが印加されるべく構成され、第２のデューティサイクルは予熱モードで約１６Ｗが印加されるべく構成されている。
好適には、複数の動作モードはポストフロートモードを含み、コントローラは、
フロートモード後のエアロゾル化動作の残り期間にわたり、加熱器へのパルス幅変調された電力流を停止し、
第１のエネルギー貯蔵モジュールを充電するように第２のエネルギー貯蔵モジュールを制御すべく構成されている。
このように、パルス幅変調された電力流が停止された後、加熱器に保持された残留熱は、加熱器に直接電力を印加することなくエアロゾル生成消耗品をエアロゾル化し続けることができる。同時に、第２のエネルギー貯蔵モジュールは、後続のエアロゾル化動作に備えて現在のエアロゾル化動作の残り期間を通じて、第１のエネルギー貯蔵モジュールを少なくとも部分的に再充電することができる。すなわち、第１のエネルギー貯蔵モジュールは後続の予熱モードを実行すべく充電される。
好適には、第２のエネルギー貯蔵モジュールは、第１のエネルギー貯蔵モジュールが後続のエアロゾル化動作に備えて充分に充電されるまで、エアロゾル化動作が終了しても第１のエネルギー貯蔵モジュールを再充電し続けるべく制御可能である。
第２の態様において、エアロゾル生成装置の電力システムを制御する方法を提供し、電力システムは第１のエネルギー貯蔵モジュール及び第２のエネルギーモジュールを含み、本方法は、
エアロゾル生成装置に関連付けられた加熱器への電力システムのパルス幅変調された電力流であって各々がオン期間及びオフ期間を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含むパルス幅変調された電力流を制御することと、
パルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて第１のエネルギー貯蔵モジュールを充電するように第２のエネルギー貯蔵モジュールを制御することを含んでいる。
任意選択的に、第２の態様は第１の態様の好適な特徴を含んでいてよい。
第３の態様において、第１のエネルギー貯蔵モジュール及び第２のエネルギー貯蔵モジュールを含むエアロゾル生成装置電力システムと共に動作すべく構成されたコントローラの１個以上のプロセッサにより実行されたならば、当該１個以上のプロセッサに、
エアロゾル生成装置に関連付けられた加熱器への電力システムのパルス幅変調された電力流であって各々がオン期間及びオフ期間を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含むパルス幅変調された電力流を制御し、且つ
パルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて第１のエネルギー貯蔵モジュールを充電するように第２のエネルギー貯蔵モジュールを制御することにより、電力システムを制御させる命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。
任意選択的に、第３の態様は第１の態様の好適な特徴を含んでいてよい。
第４の態様において、第１の超コンデンサモジュール及び第２の超コンデンサモジュールを含む電力システムと、コントローラとを含み、当該コントローラが、エアロゾル生成装置に関連付けられた加熱器に電力供給するように第１の超コンデンサモジュールの電力流を制御し、且つ第１の超コンデンサモジュールを充電するように第２の超コンデンサモジュールの電力流を制御すべく構成されているエアロゾル生成装置を提供する。
このように、超コンデンサに基づく技術だけでエアロゾル生成装置に電力供給することにより、エアロゾル生成装置で電池は不要である。これはエアロゾル生成装置の使用に際して操作者の口元付近に電池が配置されないことを意味する。これによりエアロゾル生成装置の安全性が向上する。
好適には、エアロゾル生成装置は、電池モジュールを含む充電要素の電気的接続部を含み、電力システムは電池を含んでいない。
このように、第２の超コンデンサモジュールは、更なるエアロゾル化動作に備えて再充電可能である。好適には、充電要素は外部充電モジュールである。好適には、これはパワーバンク又は外部充電器であってよい。
好適には、第１の超コンデンサモジュールは、少なくとも１個の超コンデンサを含み、及び／又は、第２の超コンデンサモジュールは、少なくとも１個のハイブリッドコンデンサを含んでいる。
好適には、第１の超コンデンサモジュールは直列接続された２個以上の超コンデンサを含んでいる。好適には、第１の超コンデンサモジュールの超コンデンサは従来の超コンデンサである。好適には、第１の超コンデンサモジュールは、直列に接続された２個の２．５Ｖの超コンデンサを含み、第１の超コンデンサモジュールに合計５Ｖを与える。
ハイブリッドコンデンサ（ハイブリッド超コンデンサとしても知られる）は従来の超コンデンサよりも高い動作電圧、高い静電容量及び高いエネルギー密度を有していてよい。ハイブリッドコンデンサは従来の超コンデンサよりも低い電力能力を有していてよい。好適には、第２の超コンデンサモジュールは３．７Ｖのハイブリッドコンデンサを含み、第２の超コンデンサモジュールに合計３．７Ｖを与える。
このように、ハイブリッドコンデンサに基づく第２超コンデンサモジュールのより高い静電容量及びより高いエネルギー密度を用いて第１の超コンデンサモジュールを充電することができ、従来の超コンデンサに基づく第１の超コンデンサモジュールの高い電力能力を用いて加熱器に電力供給することができる。
好適には、第１の超コンデンサモジュールと第２の超コンデンサモジュールは並列に接続されていて、電力システムは更に、
第１の超コンデンサモジュールと第２の超コンデンサモジュールの間に接続された第１の切替手段であって、第１の超コンデンサモジュールを充電するように第２の超コンデンサモジュールを制御すべくコントローラにより制御される第１の切替手段、及び／又は、
第１の超コンデンサモジュールと加熱器の間に配置されるべく構成された第２の切替手段であって、第１の超コンデンサモジュールから加熱器への電力流を制御すべくコントローラにより制御される第２の切替手段を含んでいる。
好適には、切替手段はコントローラにより制御されるトランジスタである。このように、切替手段を有効に利用して電力システムにおける電力流の制御を行うことができる。
好適には、第１の超コンデンサモジュールの電力流は、各々がオン期間及びオフ期間を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含むパルス幅変調電力流であり、
コントローラが更に、パルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて第１の超コンデンサモジュールを充電するように第２の超コンデンサモジュールの電力流を制御すべく構成されている。
このように、第１の超コンデンサモジュールが加熱器に電力供給している間、第１の超コンデンサモジュールもまた第２の超コンデンサモジュールにより連続的に再充電される。これにより第１の超コンデンサモジュールは、充電レベルが減衰する前により長い時間加熱器に電力供給することができる。第１の超コンデンサモジュールが加熱器に電力供給しながら再充電されるため、加熱器に電力供給しながら再充電されない従来の電力システムのエネルギー貯蔵モジュールほど大量の電荷を貯蔵できなくてもよい。これにより超コンデンサモジュールを物理的に小型化することができ、これに伴い安全性も向上する。
好適には、電力システムはフロートモードで動作可能であり、フロートモードにおいてコントローラは、パルス幅変調された電力流を第１のデューティサイクル範囲で加熱器に印加して加熱器を実質的にエアロゾル生成温度に維持するように第１の超コンデンサモジュールを制御すべく構成されている。
このように、エアロゾル生成消耗品からエアロゾルを発生させるために、パルス幅変調を用いて制御可能な電力を加熱器に印加しながら、同時にパルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて第１の超コンデンサモジュールを再充電することにより第１の超コンデンサモジュールが加熱器に電力供給できる時間を延長することができる。
好適には、電力システムは予熱モードで動作可能であり、予熱モードにおいてコントローラは、
フロートモードの前に予熱モード期間を通じて、パルス幅変調された電力流を、第１のデューティサイクル範囲とは異なる第２のデューティサイクル範囲で加熱器に印加して加熱器をエアロゾル生成温度まで加熱するように第１の超コンデンサモジュールを制御すべく構成されている。
好適には、第１のデューティサイクル範囲は第１のデューティサイクル比Ｄ１を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含み、第２のデューティサイクル範囲は第２のデューティサイクル比Ｄ２を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含み、Ｄ２＝Ｄ１×Ｋであり、Ｋは＞＞１である係数である。
このように、予熱モード期間を通じて、加熱器をエアロゾル生成温度まで高速加熱し、次いでフロートモードでより少ない消費電力でエアロゾル生成温度に維持することができる。
一例において、Ｄ１は１よりはるかに小さく、Ｄ２は１に近いが１よりも小さい。別の例ではＤ１＜＜０．５、Ｄ２≧０．５である。別の例において、第１のデューティサイクルはフロートモードで＜３Ｗが印加されるべく構成され、第２のデューティサイクルは予熱モードで約１６Ｗが印加されるべく構成されている。
好適には、電力システムは、ポストフロートモードで動作可能であり、ポストフロートモードにおいて、コントローラは、
フロートモード後のエアロゾル化動作の残り期間にわたり、加熱器への電力流を停止し、
第１のエネルギー貯蔵モジュールを充電するように第２のエネルギー貯蔵モジュールを制御すべく構成されている。
このように、パルス幅変調された電力流が停止された後、加熱器に保持された残留熱は、加熱器に直接電力を印加することなくエアロゾル生成消耗品をエアロゾル化し続けることができる。同時に、第２の超コンデンサモジュールは、現在のエアロゾル化動作の残り期間を通じて、後続のエアロゾル化動作に備えて第１の超コンデンサモジュールを少なくとも部分的に再充電することができる。すなわち、第１の超コンデンサモジュールは後続の予熱モードを実行すべく充電される。
好適には、第２の超コンデンサモジュールは、第１の超コンデンサモジュールが後続のエアロゾル化動作に備えて充分に充電されるまで、エアロゾル化動作が終了しても第１の超コンデンサモジュールを再充電し続けるべく制御可能である。
好適には、エアロゾル生成装置は、エアロゾル生成装置充電要素に接続可能である。好適には、エアロゾル生成装置充電要素は、第２の超コンデンサモジュールを再充電すべく構成されている。好適には、エアロゾル生成装置充電要素は、接続された際にエアロゾル生成装置を収納し、第２の超コンデンサモジュールを再充電すべく構成された充電ケースである。
第５の態様において、第４の態様のエアロゾル生成装置に接続可能なエアロゾル生成装置充電要素を提供し、エアロゾル生成装置充電要素は、エアロゾル生成装置に接続された際に第２の超コンデンサモジュールを充電すべく構成されている。
このように、エアロゾル生成装置の操作者は、エアロゾル生成装置を外部充電要素（パワーバンク又はドッキングステーション或いは主電源等）に接続する前に複数のエアロゾル化動作を実行できる。これにより、小型化された、すなわちエアロゾル生成装置自体には電池が存在しないことで安全性が向上し、取り扱いがより快適なエアロゾル生成装置を実現できる。
好適には、エアロゾル生成装置充電要素は、エアロゾル生成装置の電力システムを充電すべく構成された電池モジュールを含んでいる。
このように、充電要素は、第２の超コンデンサモジュールの充電に主電源等の外部電源を必要としない携帯用充電要素であってよい。
好適には、エアロゾル生成装置充電要素はエアロゾル生成装置を収納すべく構成された充電ケースである。代替的に、エアロゾル生成装置充電要素はドッキングステーション及び／又はパワーバンクである。
第６の態様において、第４の態様のエアロゾル生成装置、及び第５の態様のエアロゾル生成装置充電部材を含むシステムを提供する。
第７の態様において、エアロゾル生成装置の電力システムであって第１の超コンデンサモジュール及び第２の超コンデンサモジュールを含む電力システムを制御する方法を提供し、本方法は、
エアロゾル生成装置に関連付けられた加熱器に電力供給するように第１の超コンデンサモジュールの電力流を制御することと、
第１の超コンデンサモジュールを充電するために、第２の超コンデンサモジュールの電力流を制御することを含んでいる。
任意選択的に、第７の態様は第４の態様の好適な特徴を含んでいてよい。
第８の態様において、第１の超コンデンサモジュール及び第２の超コンデンサモジュールを含むエアロゾル生成装置の電力システムと動作すべく構成されたコントローラの１個以上のプロセッサにより実行されたならば、当該１個以上のプロセッサに、
エアロゾル生成装置に関連付けられた加熱器に電力供給するように第１の超コンデンサモジュールの電力流を制御することと、
第１の超コンデンサモジュールを充電するように第２の超コンデンサモジュールの電力流を制御することにより、電力システムを制御させる命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。
任意選択的に、第８の態様は第４の態様の好適な特徴を含んでいてよい。
添付図面を参照しながら本発明の複数の実施形態について例を挙げて説明する。
エアロゾル生成装置のブロック図である。 エアロゾル生成装置の動作モードのフロー図である。 エアロゾル化動作の時間に対する加熱器温度のプロット図である。 パルス幅変調された電力流のプロット図である。 超コンデンサモジュール及び電池モジュールを含む電力システムの回路図である。 図５Ａの電力システムの超コンデンサモジュールに流入／流出するパルス幅変調された電力流の時間に対する電流のプロット図である。 図５Ａの電力システムを用いるエアロゾル化動作における、時間に対する加熱器温度、及び時間に対する超コンデンサモジュールの充電状態の二重プロット図である。 第１の超コンデンサモジュール及び第２の超コンデンサモジュールを含む電力システムの回路図である。 超コンデンサモジュール及び電池モジュールを含む電力システムの回路図である。 図７Ａの電力システムの第１の構成の回路図である。 図７Ａの電力システムの第２の構成の回路図である。
図１に、電子タバコとしても知られるエアロゾル生成装置１００又は蒸気生成装置の構成要素のブロック図を示す。本明細書の目的のために、用語「蒸気」及び「エアロゾル」は交換可能であることが理解されよう。
エアロゾル生成装置１００は、コントローラ１０２を含む本体部分１１２と、第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４及び第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６を含む電力システムを含んでいる。電力システムは、複数の選択可能な動作モードで動作可能である。ここでは１個の第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４及び１個の第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６のみ記述するが、当業者には本電力システムが適宜１個以上の第１のエネルギー貯蔵モジュール及び１個以上の第２のエネルギー貯蔵モジュールを含んでいてよいことが理解されよう。コントローラ１０２は後述のように、選択された動作モードに基づいて第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４及び第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６の電力流を制御すべく構成されている。コントローラ１０２は、選択可能な動作モードを実行すると共に電力流を制御する複数の命令を含むエアロゾル生成装置１００を動作させる命令を記憶したメモリ、及び当該複数の命令を実行すべく構成された１個以上のプロセッサを含む少なくとも１個のマイクロコントローラユニットであってよい。
いくつかの例において、第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４は超コンデンサモジュール１０４であり、第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６は電池モジュール１０６である。他の複数の例において、第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６もまた超コンデンサモジュール（すなわち第２の超コンデンサモジュール）１０６でもある。
一実施形態において、加熱器１０８が本体部分１１２に含まれている。このような例において、図１に示すように、加熱器１０８は本体部分１１２のキャビティ１１０又はチャンバ内に配置されている。キャビティ１１０は本体部分１１２の開口部１１０Ａと連通している。キャビティ１１０は関連付けられたエアロゾル生成消耗品１１４を受容すべく構成されている。エアロゾル生成消耗品は、タバコを含むタバコ棒等のエアロゾル生成材料を含んでいてよい。タバコ棒は従来のタバコと同様であってよい。キャビティ１１０は、エアロゾル生成消耗品１１４の断面とほぼ等しい断面、及び関連付けられたエアロゾル生成消耗品１１４がキャビティ１１０に挿入された場合にエアロゾル生成消耗品１１４の第１の終端部１１４Ａがキャビティ１１０の底部１１０Ｂ（すなわちキャビティ開口１１０Ａから遠位側のキャビティ１１０の終端部１１０Ｂ）に到達し、第１の終端部１１４Ａの遠位側のエアロゾル生成消耗品１１４の第２の終端部１１４Ｂはキャビティ１１０から外側に伸長するような深さを有している。このように、消費者は、エアロゾル生成消耗品１１４がエアロゾル生成装置１００に挿入された場合にエアロゾル生成消耗品１１４を吸入することができる。図１の例において、加熱器１０８は、エアロゾル生成消耗品１１４がキャビティ１１０に挿入された場合に加熱器１０８と係合すべくキャビティ１１０内で配置されている。図１の例において、加熱器１０８は、エアロゾル生成消耗品の第１の終端部１１４Ａがキャビティに挿入された場合に加熱器１０８がキャビティ１１０内のエアロゾル生成消耗品１１４の部分を実質的又は完全に囲むようにキャビティ内の管として配置されている。加熱器１０８は、コイル状ワイヤ加熱器等のワイヤ、又はセラミック加熱器、或いは他の任意の適当な種類の加熱器とすることができる。加熱器１０８は、キャビティの軸の長さ方向に沿って順次配置された複数の発熱体を含んでいてよく、順次独立に起動（すなわち電源投入）することができる。
代替的な実施形態（図示せず）において、加熱器は、キャビティ内に細長い貫通部材（針、棒又はブレード状等）として配置することができ、このような実施形態において、加熱器は、エアロゾル生成消耗品がキャビティに挿入された場合にエアロゾル生成消耗品を貫通してエアロゾル生成材料に係合すべく構成されていてよい。
別の代替実施形態（図示せず）では、加熱器は誘導加熱器の形態であってよい。このような実施形態において、消耗品に発熱体（すなわちサセプタ）を設けることができ、消耗品がキャビティに挿入された場合に発熱体がキャビティ内の誘導素子（すなわち誘導コイル）に誘導結合される。誘導加熱器は誘導により発熱体を加熱する。
加熱器１０８は、エアロゾル生成消耗品１１４を所定の温度まで加熱してエアロゾル化動作でエアロゾルを生成すべく構成されている。エアロゾル化動作とは、エアロゾル生成消耗品１１４からエアロゾルを生成すべく装置を操作する場合とみなすことができる。エアロゾル生成消耗品１１４がタバコ棒である例において、エアロゾル生成消耗品１１４はタバコを含んでいる。加熱器１０８は、タバコを燃焼させずにタバコを加熱してエアロゾルを生成すべく構成されている。すなわち、加熱器１０８は、タバコを主成分とするエアロゾルが生成されるようにタバコの燃焼点未満の所定の温度でタバコを加熱する。当業者には、エアロゾル生成消耗品１１４が必ずしもタバコを含んでいなくてよく、特に物質を燃焼させずに加熱することによるエアロゾル化（又は気化）に適した他の任意の物質をタバコの代わりに用いてよいことが容易に理解されよう。
代替的に、エアロゾル生成消耗品は気化可能な液体であってよい。気化可能な液体は、エアロゾル生成装置に受容可能なカートリッジに含まれていても、又はエアロゾル生成装置に直接堆積されていてもよい。
コントローラ１０２は、エアロゾル化動作の選択された動作モードに基づいて第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４及び第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６の電力流を制御すべく構成されている。動作モードは予熱モード、フロートモード、及びポストフロートモードを含んでいる。
予熱モードからフロートモード、ポストフロートモードへの進行は図２から理解できるだろう。
予熱モード２０２において、エアロゾル生成装置１００に関連付けられた加熱器１０８は、エアロゾル生成消耗品１１４からエアロゾルを生成すべく所定の温度まで加熱される。予熱段階は、予熱モードが実行されている時間、例えば加熱器１０８が所定の温度に到達するのに要する時間とみなすことができる。予熱モードはエアロゾル化動作の第１の期間を通じて生起する。一例において、第１の期間は、固定された所定の期間とすることができる。他の複数の例において、第１の期間は加熱器１０８を所定の温度まで加熱するのに要する時間の長さに対応して変化し得る。
加熱器が所定の温度に到達したならば、コントローラ１０２は予熱モード２０２を終了し、フロートモード２０４を実行すべく電力システムを制御する。フロートモード２０４において、コントローラ１０２は消費者が吸入するエアロゾルが生成されるように加熱器１０８を実質的に所定の温度に維持すべく電力システムからの電力流を制御する。フロート段階はフロートモードが実行されている時間、例えば加熱器１０８が予熱段階の後で１個（又は少なくとも１個の一部）のエアロゾル生成消耗品１１４をエアロゾル化している時間とみなすことができる。コントローラ１０２は、エアロゾル化動作の第２の期間にわたりフロートモードを動作させるべく電力システムを制御することができる。第２の期間は予め決定されてコントローラ１０２に記憶されてよい。
第２の期間の満了に続いて、コントローラ１０２は、動作モードをポストフロートモード２０６に切り替える。ポストフロートモードにおいて、コントローラ１０２は電力システムから加熱器への電力流を停止して加熱器にこれ以上電力供給されないようにする。加熱器は、電力流が停止されたにもかかわらず残留熱エネルギーを保持する。この残留熱を用いてポストフロートモードで消耗品を加熱し続ける。ポストフロート段階は、ポストフロートモードが実行されている時間とみなすことができる。ポストフロート段階はエアロゾル化動作の第３の期間に対応する。
図３に、期間３０２に対する加熱器温度３０４の例示的なプロットを示す。予熱段階において、コントローラ１０２は、加熱器温度が所定温度３０６に到達するまで、第１の期間３０８にわたり加熱器に電力を印加すべく電力システムを制御する。一例において、所定温度は２３０℃である。一例において、第１の期間は２０秒である。いくつかの例において、コントローラ１０２は、固定された所定の第１の期間内に加熱器を所定の温度まで加熱すべく構成されている。他の複数の例において、第１の期間は、加熱器が所定の温度に到達するのに要する時間に応じて変化する。
加熱器が所定温度３０６に到達したならば、コントローラ１０２は、動作モードを第２の期間３１０に実行するフロートモードに切り替え、当該第２の期間３１０にわたり加熱器温度を実質的に所定の温度３０６に維持する。一例において、第２の期間は２５０秒であってよい。
第２の期間３１０の満了に続いて、コントローラ１０２は、動作モードを第３の期間３１２に実行するポストフロートモードに切り替える。第３の期間３１２が進行するに従い、電力が印加されていないため加熱器温度が低下する。第３の期間３１２は、自身の満了が加熱器温度が閾値を下回ることに合致すべく構成されていてよい。当該閾値は、周囲温度よりも高いが、消耗品がもはや使用可能には加熱できない温度未満に対応していてよい。一例において、第３の期間は２０秒であってよい。
第３の期間３１２の満了に続いて、エアロゾル生成装置の使用者に、消耗品がもはやエアロゾル化されていないことに気付くよう視覚的又は聴覚的インジケータによりエアロゾル化動作が終了した旨を知らせることができる。
予熱モード及びフロートモードにおいて、コントローラ１０２は、電力流が１個以上のパルス幅変調サイクルを有するパルス幅変調された電力流であるように電力システムから加熱器への電力流を制御する。例示的なパルス幅変調された電力流を図４に示す。パルス幅変調された電力流は、１個以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）サイクル４０２（パルス幅変調切替期間としても知られる）を含んでいる。単一のＰＷＭサイクル、又は切替期間４０２は１個のＰＷＭサイクル「オン期間」Ｄ及び１個のＰＷＭサイクル「オフ期間」１－Ｄを含んでいる。ＰＷＭサイクルのオン期間ＤとＰＷＭサイクルのオフ期間１－Ｄの組み合わせが全体的なＰＷＭサイクル又は切替期間４０２を形成する。
ＰＷＭサイクルのＰＷＭオン期間を通じて、加熱器に電力が印加される、すなわち加熱器への電力線がＰＷＭ制御を実行するスイッチにより閉じられる。ＰＷＭオフ期間を通じて、電力は加熱器に印加されない、すなわち加熱器への電力線がＰＷＭ制御を実行するスイッチにより開かれる。従って、１個のパルス幅変調サイクル４０２は、電源がオン状態とオフ状態の間で１回切り替えられることを含み、従ってパルス幅変調された電源フローは、ＰＷＭオン期間とオフ期間の間がデューティサイクルで高速に切り替えられる電源フローにより加熱器に連続的に電力供給することを含んでいる。
パルス幅変調デューティサイクルは、サイクル４０２の全期間（Ｄ＋（１－Ｄ））に対する割合としてのオン期間（Ｄ）（すなわち、切替期間４０２の「オン期間」と「オフ期間」の合計）に対応する。
複数のＰＷＭサイクルを含むパルス幅変調された電力流は、デューティサイクルに基づいてＰＷＭオン期間とＰＷＭオフ期間の平均電力で加熱器に連続的に電力供給する。デューティサイクルを制御することにより加熱器に供給される電力量を制御する。パルス幅変調された電源のデューティサイクルが高いほど供給される平均電力が高くなり、パルス幅変調された電源のデューティサイクルが低いほど供給される平均電力が低くなる。すなわち、デューティサイクルが高い場合、低いデューティサイクルよりも大きな割合のサイクル４０２が「オン期間」Ｄである。このように、パルス幅変調された電力流のデューティサイクルを制御することにより、加熱器に印加される電力のレベルの緻密な制御を実現することができる。
フロートモードにおいて、コントローラ１０２は、パルス幅変調された電力流を第１のデューティサイクル範囲で加熱器に印加して加熱器を実質的に所定のエアロゾル生成温度に維持するように電力システムを制御すべく構成されている。予熱モードにおいて、コントローラ１０２は、パルス幅変調された電力流を、第１のデューティサイクル範囲とは異なる第２のデューティサイクル範囲で加熱器に印加して加熱器をエアロゾル生成温度まで加熱するように電力システムを制御すべく構成されている。第２のデューティサイクル範囲は、第１のデューティサイクル範囲よりも高いデューティサイクルを有していてよいため、加熱器を所定の温度に高速に加熱すべくより大量の電力が加熱器に印加されるのに対し、より小さな量の電力を用いて加熱器を所定の温度に維持する。第１のデューティサイクル範囲は、第１のデューティサイクル比Ｄ１を有する１個以上のＰＷＭサイクルを含み、第２のデューティサイクル範囲は第２のデューティサイクル比Ｄ２を有する１個以上のＰＷＭサイクルを含んでいる。Ｄ１とＤ２の関係はＤ２＝Ｄ１＊Ｋとみなすことができ、Ｋは＞＞１である係数であって実装時に選択できる。理論最大デューティサイクルはオフ期間なしで１、又は極めて短いオフ期間では１に近いが１よりも小さい。複数の例において、第１のデューティサイクル範囲はデューティサイクル比が１よりはるかに小さい１個以上のデューティサイクルを含み、第２のデューティサイクル範囲はデューティサイクル比が１に近いが１よりも小さいである１個以上のデューティサイクルを含んでいる。他の複数の例において、第１のデューティサイクル範囲はデューティサイクル比が＜＜０．５である１個以上のデューティサイクルを含み、第２のデューティサイクル範囲はデューティサイクル比が≧０．５である１個以上のデューティサイクルを含んでいる。更なる複数の例において、第１のデューティサイクルは＜３Ｗがフロートモードで印加されるべく構成されていて、第２のデューティサイクルは予熱モードで約１６Ｗが印加されるべく構成されている。
いくつかの例において、フロートモードにおけるＰＷＭ電力流は第１のＰＷＭ電力流とみなすことができ、予熱モードにおけるＰＷＭ電力流は第２のＰＷＭ電力流とみなすことができる。
フロートモードにおいて、コントローラ１０２は、パルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて第１のエネルギー貯蔵モジュールを充電するように第２のエネルギー貯蔵モジュールを制御すべく構成されている。この概念のより具体的な実装について、図５Ａ～Ｃ、図６、７を参照しながら説明する。このように、第１のエネルギー貯蔵モジュールは、フロートモード期間を通じて漸進的に充電できるため、加熱器に電力供給可能な時間を延長することができる。これにより、第１のエネルギー貯蔵モジュールをより小型化することができる。
ポストフロートモードにおいて、コントローラ１０２は、第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４が完全に充電されるまで第１のエネルギー貯蔵モジュール１０６を定常的に充電するように第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６を制御すべく構成されている。このように、第１のエネルギー貯蔵モジュールは、後続のエアロゾル化動作における予熱モードに備えて充分に充電される。
図５Ａに、図１～図４を参照しながら説明した電力システム５００の第１の特定の実装を示す。
図５Ａの電力システム５００において、第１のエネルギー貯蔵モジュール５０４は超コンデンサモジュール５０４であり、第２のエネルギー貯蔵モジュール５０６は電池モジュール５０６である。超コンデンサモジュール５０４は、１個以上の超コンデンサを含み、電池モジュール５０６は１個以上の電池を含んでいる。
特定の例において、超コンデンサモジュール５０４は直列に接続された２個の超コンデンサとして実装されていてよい。これらの超コンデンサは従来の種類の超コンデンサであってよく、且つ各々が２．５Ｖの電圧を有し得るため超コンデンサモジュール５０４に合計５Ｖの電圧を提供する。従って、超コンデンサモジュール５０４の電圧（Ｕ２）は５Ｖであってよい。他の複数の例において、加熱器への電力供給に必要な電圧要件を満たすべく複数の超コンデンサを直列に接続することができる。単一の大きな超コンデンサを用いるのではなく、複数の小さな超コンデンサを直列に接続する方が設計の柔軟性を高めることできる点で有利である。
電池モジュール５０６は、単一の電池として実装されていてよい。これは、リチウムイオン技術、アルミニウムイオン技術、又は亜鉛イオン技術を利用した電池等の高エネルギー電池、又は他の任意の適当な種類の電池であってよい。代替的に、電池モジュールは、複数の電池を含んでいてよい。特定の例において、電池は、電圧が３．７Ｖのリチウムイオン電池である。従って、電池モジュール５０６の電圧（Ｕ１）は３．７Ｖであってよい。電池モジュール５０６はエアロゾル生成装置１００と一体化されていてよい。他の複数の例において、電池モジュール５０６は、特に装置１００と一体化された電池ではなく、エアロゾル生成装置１００から着脱可能なパワーバンクであってよい。電池モジュール５０６は、一体化型電池又は別体のパワーバンクに限る必要はなく、むしろ電池モジュールは両者の組み合わせを利用することができ、一体型電池が完全に放電された場合にパワーバンクを接続することにより、最初に一体型電池を充電する必要なしにエアロゾル化動作を実行することができる。
超コンデンサモジュール５０４と電池モジュール５０６は並列に接続されていて、両者の間にＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ５３０が配置されている。ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ５３０は、電池モジュール５０６から超コンデンサモジュール５０４を充電するために、電池モジュール電圧を昇圧すべく配置されている。第１の切替手段５２２が電池モジュール５０６とコンバータ５３０の間に配置されている。超コンデンサモジュール５０４は、負荷５０８として表される加熱器５０８に並列に接続可能であって、両者の間に第２の切替手段５２４が配置されている。加熱器５０８自体は電力システム５００の要素ではなく、電力システム５００から電力供給される。第１の切替手段５２２及び第２の切替手段５２４は、コントローラ１０２に接続されたトランジスタ（図５Ａには示さず）であってよい。
予熱モード及びフロートモード期間を通じて電力システム５００のパルス幅変調された電力流を制御することは、加熱器５０８及び電池モジュール５０６に電力供給して超コンデンサモジュール５０４を再充電すべく超コンデンサモジュール５０４を制御することを含んでいる。予熱モード及びフロートモードにおいて超コンデンサモジュール５０４だけが加熱器５０８に電力供給し、電池モジュール５０６が超コンデンサモジュール５０４を再充電する。パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間を通じて、超コンデンサモジュール５０４は加熱器に電力供給し、ＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて、電池モジュール５０６は超コンデンサモジュール５０４を再充電する。すなわち、予熱モード及びフロートモード期間を通じて、超コンデンサモジュール５０４は、デューティサイクルのオン期間中は加熱器５０８への電力供給と、デューティサイクルのオフ期間中は電池モジュール５０６による再充電とを切り替えながら行う。電池モジュール５０６は、デューティサイクルのオン部分では超コンデンサモジュール５０４を充電しない。
フロートモードでパルス幅変調された電力流は、第１のデューティサイクル比Ｄ１を有する１個以上のＰＷＭサイクルを含む第１のデューティサイクル範囲で動作する。予熱モードにおいて、超コンデンサモジュール５０４は、第２のデューティサイクル比Ｄ２を有する１個以上のＰＷＭサイクルを含む第２のデューティサイクル範囲でパルス幅変調された電力流により加熱器５０８に電力供給する。Ｄ１とＤ２の関係はＤ２＝Ｄ１＊Ｋとみなすことができ、Ｋは＞＞１である係数であって実装時に選択できる。一例において、第１のデューティサイクル比は１よりはるかに小さく、第２のデューティサイクル比は１に近いが１よりも小さくてよい。他の複数の例において、第１のデューティサイクル比は＜＜０．５であってよく、第２のデューティサイクル比は≧０．５であってよい。更なる例において、第１のデューティサイクルはフロートモードで＜３Ｗが印加されるべく構成され、第２のデューティサイクルは予熱モードで約１６Ｗが印加されるべく構成されている。
コントローラ１０２、第１の切替手段５２２、及び第２の切替手段５２４により、加熱及び充電に対して上述の制御を行う。パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間を通じて、コントローラ１０２は、第２の切替手段５２４が閉じ、第１の切替手段５２２が開くように制御する。このように、ＰＷＭオン期間を通じて電力が超コンデンサモジュール５０４から加熱器５０８に流れる一方、電池モジュール５０６は超コンデンサモジュール５０４及び加熱器５０８から絶縁されている。パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて、コントローラ１０２は、第２の切替手段５２４が開き、第１の切替手段５２２が閉じるように制御する。このように、超コンデンサモジュール５０４が加熱器５０８から絶縁されている間に電力が電池モジュール５０６から超コンデンサモジュール５０４に流れて超コンデンサモジュール５０４を再充電する。従って、パルス幅変調された電力が流れる間、ＰＷＭサイクルのオン期間中の加熱器５０８への電力供給と、ＰＷＭサイクルのオフ期間中の超コンデンサモジュール５０４の再充電との間で高速切替が生じる。
いくつかの例において、第１の切替手段５２２が開くことと、第２の切替手段５２４が閉じることの間に僅かな遅延が生じ得る。これによりパルス幅変調された電力流のデューティサイクルのオン期間を通じて電池モジュール５０６からの電力流が加熱器５０８に意図せずに到達するのを防止できる。
図５Ｂに、予熱モード又はフロートモードの例示的な期間を通じて超コンデンサモジュールに流入及び流出するパルス幅変調された電力流における時間５４４に対する電流５４６のプロットを示す。切替期間４０２のＰＷＭサイクルのオン期間（Ｄ）を通じて、第１の振幅５５４で超コンデンサモジュール５０４から電力が流出する。実線５５０は超コンデンサモジュール５０４から流出する電力を示し、破線５５２は超コンデンサモジュール５０４への電力流入を示す。ＰＷＭサイクルのオフ期間（１－Ｄ）を通じて、第２の振幅５５６で電力が超コンデンサモジュール５０４に流入する。このように、ＰＷＭサイクルのオフ期間（１－Ｄ）中の超コンデンサモジュール５０４への電力流５５２は、ＰＷＭサイクルのオン期間中の超コンデンサモジュール５０４からの電力流５５０を少なくとも部分的に補償している。一例において、第１の振幅５５４は１０Ａであり、第２の振幅５５６は２Ａである。
ポストフロートモード期間を通じて、コントローラ１０２は、第１の切替手段５２２が閉じ、第２の切替手段５２４が開くように制御する。従って、加熱器５０８への電力流は停止され、超コンデンサモジュール５０４は加熱器５０８に電力供給しなくなる。第１の切替手段５２２が閉じているため、電池モジュール５０６は超コンデンサモジュール５０４が完全に充電されるまで超コンデンサモジュール５０４を定常的に充電する。このように、超コンデンサモジュール５０４は、後続のエアロゾル化動作の予熱モードに備えて充分な充電レベルを有することになる。
図５Ｃに、予熱モード３０８、フロートモード３１０及びポストフロートモード３１２を含むエアロゾル化動作における、時間５７４に対する加熱器５０８の温度５７０、及び時間５７４に対する超コンデンサモジュール５０４の対応する充電状態５７２の二重プロットを示す。
予熱モード３０８期間を通じて、加熱器５０８は、例えば高デューティサイクルで超コンデンサモジュール５０４により電力供給され、加熱器５０８の温度が所定の温度まで上昇し、この予熱３０８期間を通じて、超コンデンサモジュール５０４の充電レベルは加熱器５０８に電力供給するに従い低下する。
フロートモード３１０では加熱器５０８は超コンデンサモジュール５０４から電力供給されて所定の温度に維持される。上述のように、パルス幅変調された電力流は、ＰＷＭサイクルのオン期間を通じて超コンデンサモジュール５０４が加熱器５０８に電力を印加し、ＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて電池モジュール５０６が超コンデンサモジュールを再充電すべく構成されている。従って、超コンデンサモジュール５０４の充電レベルはパルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間を通じて低下し、ＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて上昇する。この様子を、フロートモード３１０における超コンデンサモジュール５０４の充電レベル５７２の上昇及び下降により図５Ｃに時間５７４の関数として視覚的に示す。ＰＷＭサイクルのオフ期間中の電池モジュール５０６から超コンデンサモジュール５０４への電荷の流入が、ＰＷＭサイクルのオン期間中の加熱器５０８への電荷の流出と完全に均衡しないため、超コンデンサモジュール５０４の充電レベルは、フロートモード３１０が経過するに従い全体的な減少傾向を有している。超コンデンサモジュール５０４の充電レベルのこの全体的な減少は、ＰＷＭサイクルのオフ期間中の漸進的充電が印加されなかった場合よりも緩やかである。従って、超コンデンサモジュール５０４は、ＰＷＭサイクルのオフ期間中の漸進的再充電に起因してより長い時間加熱器５０８に電力供給することができる。
ポストフロートモード３１２において、超コンデンサモジュール５０４は加熱器５０８に電力供給していないため加熱器温度は低下する。ポストフロートモード期間を通じて、及び必要ならばそれ以降も、電池モジュール５０６は定常的に超コンデンサモジュール５０４を充電しているため、超コンデンサモジュール５０４が完全に充電されるまでその充電レベルを増加させている。電池モジュール５０６は超コンデンサモジュール５０４を徐々に充電できるため、低い最大電流しか必要せず、電池への負荷を軽減して寿命を向上させる。
電池モジュール５０６は、複数のエアロゾル化動作において超コンデンサモジュール５０４を再充電するのに充分な電荷を貯蔵することが可能である。電池モジュール５０６の充電レベルが減衰したならば、電池モジュール５０６を再充電すべく装置１００を主電源充電器、ＵＳＢ充電器又はパワーバンク等、別体の外部電力源に接続することができる。
パワーバンクをエアロゾル生成装置１００に接続可能な複数の例において、パワーバンクは、電池モジュール５０６として機能してパルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて超コンデンサモジュール５０４を充電することができる。このように、内部電池モジュールの電荷が減衰したならば、パワーバンクが無ければ内部電池モジュールが実行する動作をパワーバンクが実行することにより、依然としてエアロゾル化動作を実行することができる。これにより、操作者は、最初に内部電池モジュールを充電する必要なしにエアロゾル化動作を実行することができる。
パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間を通じて超コンデンサモジュール５０４で加熱器５０８に電力供給し、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて電池モジュール５０６で超コンデンサモジュール５０４を再充電するパルス幅変調された電力範囲は、オフ期間中の漸進的な再充電により、超コンデンサモジュール５０４がフロートモード全体を通じて加熱器への電力供給に必要な充電量を持続できる点で有利である。更に、超コンデンサモジュール５０４のこの漸進的再充電は、超コンデンサモジュールが低エネルギー／容量要件（例えばエアロゾル化動作毎に＜０．０５Ｗｈ必要）を有していることでより小型の超コンデンサを用いることができるため、コストが削減されて安全性が向上することを意味する。
ＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて再充電されなければ、超コンデンサの充電レベルはより早く低下し、電池から加熱器５０８への電力流の追加的支援無しではフロートモード全体にわたり超コンデンサモジュール５０４が加熱器５０８に電力供給できなくなる。
電池により加熱器に直接電力供給する、又は電池から加熱器への電力流により超コンデンサから加熱器への電力流を支援することは、電池の電圧レベルが典型的に加熱器への電力供給に必要なレベルより低いため、昇圧型コンバータが必要な場合は不利になり得る。このような昇圧型コンバータはシステムに損失をもたらす恐れがある。超コンデンサモジュール５０４は電池よりも高い電圧レベルを有しているため、超コンデンサモジュール５０４だけで加熱器に電力供給する場合には昇圧型コンバータは必要ない。これにより、そのような損失を誘発する昇圧に伴う損失を無くせる。
別の利点において、超コンデンサモジュール５０４は典型的な電池よりも低い内部抵抗を有しているため、電池により加熱器に電力供給するシステムと比較してシステムにおける損失が低減される。
図６に、図１～図４を参照しながら説明した電力システム６００の第２の特定の実装を示す。
図６の電力システム６００において、第１のエネルギー貯蔵モジュール６０４は第１の超コンデンサモジュール６０４であり、第２のエネルギー貯蔵モジュール６０６は第２の超コンデンサモジュール６０６である。第１の超コンデンサモジュール６０４は少なくとも１個の超コンデンサを含んでいる。特定の例において、第１の超コンデンサモジュール６０４は直列に接続された２個の超コンデンサとして実装されていてよい。これらの超コンデンサは伝統的な種類の超コンデンサであり、且つ各々が２．５Ｖの電圧を有していることにより第１の超コンデンサモジュール６０４に合計５Ｖの電圧を提供することができる。従って、第１の超コンデンサモジュール６０４の電圧（Ｕ２）は５Ｖであってよい。第２の超コンデンサモジュール６０６は、少なくとも１個のハイブリッドキャパシタ（ハイブリッド超コンデンサとしても知られる）を含んでいる。ハイブリッドキャパシタは、第１の超コンデンサモジュール６０４の（従来の）超コンデンサよりも高い動作電圧、高い静電容量及び高いエネルギー密度を有している。しかし、ハイブリッドキャパシタは、第１の超コンデンサモジュール６０４の（従来の）超コンデンサよりも低い電力能力を有している。特定の例において、第２の超コンデンサモジュール６０４は３．７Ｖの電圧を有するハイブリッドキャパシタとして実装されていてよい。従って、第２の超コンデンサモジュール６０６の電圧（Ｕ１）は３．７Ｖであってよい。
電力システム６００は、電池を含んでいないが、電池モジュールを含んでいてよい外部充電要素６３４を接続すべく構成された電気コネクタ６３４’を更に含んでいる。
外部充電要素６３４は、電力システム６００を含むエアロゾル生成装置１００とは別体であるが接続可能である。すなわち、エアロゾル生成装置は電力システム６００を含むハンドピースであり、当該ハンドピースは別体の外部充電要素６３４に接続可能である。エアロゾル生成装置１００には電池が存在しない（すなわち、ハンドピースには電池が存在しない）ため、消費者がエアロゾル化動作中に電池を口元に近づけることはない。これにより安全対策が向上する。
特定の例において、外部充電要素６３４は携帯用充電ケースである。充電ケースは、エアロゾル生成装置をチャンバ内に受容及び収納すべく寸法決めされている。充電ケースは、エアロゾル生成装置が充電ケース内に受容された場合にコネクタ６３４’に接続する電池を含んでいる。このように、操作者がエアロゾル生成装置を充電ケースに挿入したならば、電力システム６００が充電ケースに含まれる電池と接続状態になり、電池が第２の超コンデンサモジュール６０６を迅速に充電する。電池は第２の超コンデンサモジュール６０６を複数回完全に充電するのに充分なエネルギーを貯蔵することができる。充電ケースの電池自体が、パワーバンク又は主電源等の外部電源からＵＳＢケーブル等の接続により、又はドッキングステーションへの接続により充電可能である。使用過程の一例において、操作者は、エアロゾル生成装置を、充電を行っていた充電ケースから取り外してエアロゾル化動作（又は複数のエアロゾル化動作）を実行し、次いでエアロゾル生成装置を充電ケースに再挿入することにより第２の超コンデンサモジュール６０６が将来のエアロゾル化動作に備えて充電される。第２の超コンデンサモジュール６０６は、第１の所定の数のエアロゾル化動作又は吸入に備えて充分な電荷を貯蔵すべく構成されていてよい。携帯用充電ケースは、吸入のエアロゾル化動作の第１の所定の回数よりも多い第２の所定の回数のエアロゾル化動作又は吸入に備えて第２の超コンデンサモジュール６０６を再充電するのに充分な電荷を貯蔵すべく構成されていてよい。
他の複数の例において、外部充電要素６３４は、自身が再充電可能であってよい電池を有するパワーバンクである。別の例において、外部充電要素６３４は、自身が再充電可能であり得るか又は例えば主電源から外部給電可能な電池を有するドッキングステーションである。パワーバンク又はドッキングステーションは携帯可能であってよい。
ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ６３２が電気コネクタ６３４’と第２の超コンデンサモジュール６０６の間に配置されている。これは外部充電要素６３４からの電圧を電力システム６００に適切に変換すべく構成されている。
第１の超コンデンサモジュール６０４と第２の超コンデンサモジュール６０６は並列に接続されていて、両者の間にＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ６３０が配置されている。ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ６３０は、第２の超コンデンサモジュール６０６から第１の超コンデンサモジュール６０４を充電するように第２の超コンデンサモジュール電圧を昇圧すべく配置されている。第１の切替手段６２２は、第１の超コンデンサモジュール６０４と第２の超コンデンサモジュール６０６の間に接続されている。第１の切替手段６２２は、第１の超コンデンサモジュール６０４を充電するように第２の超コンデンサモジュール６０６を制御すべくコントローラ１０２（図６に示さず）により制御される。第２の切替手段６２４は、第１の超コンデンサモジュール６０４と加熱器６０８の間に配置されるべく構成されている。第２の切替手段６２４は、第１の超コンデンサモジュール６０４から加熱器６０８への電力流を制御すべくコントローラ１０２により制御される。一例において、第１の切替手段６２２及び第２の切替手段６２４はコントローラ１０２により制御されるトランジスタである。加熱器６０８自体は電力システム６００の要素ではなく、電力システム６００により電力供給される。
予熱モード及びフロートモード期間を通じて、電力システム６００のパルス幅変調された電力流を制御することは、加熱器６０８に電力供給するように第１の超コンデンサモジュール６０４を制御して、第１の超コンデンサモジュール６０４に再充電するように第２の超コンデンサモジュール６０６を制御することを含んでいる。予熱モード及びフロートモードにおいて第１の超コンデンサモジュール６０４だけが加熱器６０８に電力供給し、第２の超コンデンサモジュール６０６が第１の超コンデンサモジュール６０４を再充電する。パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間にわたり第１の超コンデンサモジュール６０４が加熱器６０８に電力供給し、ＰＷＭサイクルのオフ期間にわたり第２の超コンデンサモジュール６０６が第１の超コンデンサモジュール６０４を再充電する。すなわち、予熱モード及びフロートモード期間を通じて、第１の超コンデンサモジュール６０４は、デューティサイクルのオン期間中は加熱器６０８への電力供給と、デューティサイクルのオフ期間中は第２の超コンデンサモジュール６０６による再充電とを切り替えながら行う。第２の超コンデンサモジュール６０６は、デューティサイクルのオン期間を通じて第１の超コンデンサモジュール６０４を充電しない。
フロートモードでパルス幅変調された電力流は、第１のデューティサイクル比Ｄ１を有する１個以上のＰＷＭサイクルを含む第１のデューティサイクル範囲で動作する。予熱モードにおいて、第１の超コンデンサモジュール６０４は、第２のデューティサイクル比Ｄ２を有する１個以上のＰＷＭサイクルを含む第２のデューティサイクル範囲でパルス幅変調された電力流により加熱器６０８に電力供給することができる。Ｄ１とＤ２の関係はＤ２＝Ｄ１＊Ｋとみなすことができ、Ｋは＞＞１である係数であって実装時に選択できる。一例において、第１のデューティサイクル比は１よりはるかに小さく、第２のデューティサイクル比は１に近いが１よりも小さくてよい。他の複数の例において、第１のデューティサイクル比は＜＜０．５、第２のデューティサイクル比は≧０．５であってよい。更なる例において、第１のデューティサイクルはフロートモードで＜３Ｗが印加されるべく構成され、第２のデューティサイクルは予熱モードで約１６Ｗが印加されるべく構成されている。
コントローラ１０２、第１の切替手段６２２、及び第２の切替手段６２４により、加熱及び充電に対して上述の制御を行う。パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間を通じて、コントローラ１０２は、第２の切替手段６２４が閉じ、第１の切替手段６２２が開くように制御する。このように、電力は、ＰＷＭサイクルのオン期間を通じて第１の超コンデンサモジュール６０４から加熱器６０８に流れる一方、第２の超コンデンサモジュール６０６は第１の超コンデンサモジュール６０４及び加熱器６０８から絶縁されている。パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて、コントローラ１０２は、第２の切替手段６２４が開き、第１の切替手段６２２が閉じるように制御する。このように、第２の超コンデンサモジュール６０６から第１の超コンデンサモジュール６０４に電力が流れて第１の超コンデンサモジュール６０４を再充電する間、第１の超コンデンサモジュール６０４は加熱器６０８から絶縁されている。従って、パルス幅変調された電力が流れる間、ＰＷＭサイクルのオン期間中の加熱器６０８への電力供給と、ＰＷＭサイクルのオフ期間中の第１の超コンデンサモジュール６０４の再充電との間で高速切替が生じる。
いくつかの例において、第１のスイッチ手段６２２を開くことと、第２のスイッチ手段６２４を閉じることの間に僅かな遅延が存在し得る。これにより、パルス幅変調された電力流のデューティサイクルのオン期間を通じて第２の超コンデンサモジュール６０６からの電力流が加熱器６０８に意図せずに到達するのを防止できる。
図６を参照しながら説明した構成の一変形例において、第１の超コンデンサモジュール６０４及び第２の超コンデンサモジュール６０６の両方がＰＷＭサイクルのオン期間を通じて加熱器に電力供給することができ、第２の超コンデンサモジュール６０６がＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて第１の超コンデンサモジュール６０４を充電できる。これは、第１の切替手段６２２及び第２の切替手段６２４が共にＰＷＭサイクルのオン期間を通じて閉じられ、ＰＷＭオフ期間を通じて第２の切替手段６２４が開いていて第１の切替手段６２２が閉じていることにより実現できる。このように、第２の超コンデンサモジュール６０６を用いてＰＷＭオン期間を通じて加熱器への電力流を強化することができる。これにより、小型化された第１の超コンデンサモジュール６０４を用いることができる。
パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間中の第１の超コンデンサモジュール６０４による加熱器６０８の電力供給、及びパルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間中の第２の超コンデンサモジュール６０６による第１の超コンデンサモジュール６０４の少なくとも部分的再充電は、図５Ｂのプロットと同様の仕方で視覚的に理解することができる。しかし、当業者には、この場合実線５５０がパルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間（Ｄ）を通じて第１の超コンデンサモジュール６０４から流出する電力流を表し、破線５５２がパルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間（１－Ｄ）を通じて第２の超コンデンサモジュール６０６から第１の超コンデンサモジュール６０４に流入する電力流を表すことが理解されよう。
ポストフロートモード期間を通じて、コントローラ１０２は、第１の切替手段６２２が閉じ、第２の切替手段６２４が開くように制御する。従って、加熱器６０８への電力流は停止されて第１の超コンデンサモジュール６０４は加熱器６０８に電力供給しなくなる。第１の切替手段６２２が閉じているため、第２の超コンデンサモジュール６０６は第１の超コンデンサモジュール６０４が完全に充電されるまで第１の超コンデンサモジュール６０４を定常的に充電する。このように、第１の超コンデンサモジュール６０４は後続のエアロゾル化動作の予熱モードに備えて充分な充電レベルを有するであろう。
当業者には、図５Ｃの二重プロットはまた、予熱モード３０８及びフロートモード３１０において第１の超コンデンサモジュール６０４が加熱器６０８に電力供給し、第２の超コンデンサモジュール６０６により充電され、ポストフロートモード３１２において第２の超コンデンサモジュール６０６により再充電される際の第１の超コンデンサモジュール６０４の充電状態５７２（すなわち充電レベル）、及び加熱器６０８の温度を表現可能であることが理解されよう。
第２の超コンデンサモジュール６０６（例えばハイブリッドキャパシタを含む）は、複数のエアロゾル化動作に備えて第１の超コンデンサモジュール６０４を再充電するのに充分な電荷を貯蔵することができる。第２の超コンデンサモジュール６０６の電荷レベルが減衰したならば、電気コネクタ６３４’によりエアロゾル生成装置１００を外部充電要素６３４に接続することができる。次いで外部充電要素６３４が第２の超コンデンサモジュール６０６を再充電する。このように、エアロゾル生成装置１００の操作者は、エアロゾル生成装置１００を外部充電要素６３４（パワーバンク又はドック等）に接続する前に複数のエアロゾル化動作を実行できる。これにより、エアロゾル生成装置自体に電池が存在しないため、取り扱いがより快適で安全性が向上した小型のエアロゾル生成装置１００を実現することができる。いくつかの例において、エアロゾル生成装置は、適当な電力コネクタ及び電子機器により外部充電要素に接続することができ、第２の超コンデンサモジュールの代わりに外部充電要素を用いてエアロゾル化動作を実行することができる。
充電要素６３４と第２の超コンデンサモジュール６０６の間にＤＣ／ＤＣコンバータ６３２が配置されている。当該ＤＣ／ＤＣコンバータ６３２は、第２の超コンデンサモジュール６０６を充電すべく外部充電要素６３４の電圧を昇圧すべく構成されている。
図７Ａに、図１～図４を参照しながら説明した電力システムの第３の特定の実装を示す。
図７の電力システム７００において、第１のエネルギー貯蔵モジュール７０４は超コンデンサモジュール７０４であり、第２のエネルギー貯蔵モジュール７０６は電池モジュール７０６である。超コンデンサモジュール７０４は少なくとも１個の超コンデンサを含んでいる。特定の例において、超コンデンサモジュール７０４は３．７Ｖの超コンデンサとして実装されていてよい。従って、超コンデンサモジュール７０４の電圧（Ｕ２）は３．７Ｖであってよい。代替的に、超コンデンサモジュール７０４は直列に接続された２個以上の超コンデンサを含んでいてよい。電池モジュール７０６は単一の電池として実装されていてよい。これはリチウムイオン技術、アルミニウムイオン技術、又は亜鉛イオン技術を用いる電池等の高エネルギー電池、又は他の任意の適当な種類の電池であってよい。代替的に、電池モジュールは複数の電池を含んでいてよい。特定の例において、電池は、電圧が３．７Ｖのリチウムイオン電池である。従って、電池モジュール７０６の電圧（Ｕ１）は、３．７Ｖであってよい。
超コンデンサモジュール７０４と電池モジュール７０６は、両者が（図７Ｂに示すような）第１の構成で並列に接続され、（図７Ｃに示すような）第２の構成で直列に接続されるように切替可能な構成で接続されている。この切り替え可能な構成は、第１の切替手段７２２、第２の切替手段７２４、第３の切替手段７２６及び第４の切替手段７２８により実現される。これらの切替手段は、トランジスタであってよく、コントローラ１０２（図７Ａ～Ｃには示さず）により制御することができる。
第１の構成において、第１の切替手段７２２と第４の切替手段７２８は閉じていて、第２の切替手段７２４と第３の切替手段７２６は開いている。このように、電池モジュール７０６及び超コンデンサモジュール７０４は並列に接続されていて加熱器から絶縁されている。従って、電池モジュール７０６から超コンデンサモジュール７０４内へ電力が流れて超コンデンサモジュール７０４が充電される。第２の切替手段７２４が開いているため加熱器７０８には電力が流れず、従って負荷が印加されない。加熱器７０８は自体は電力システム７００の要素ではなく、電力システム７００により電力供給される。
第２の構成において、第１の切替手段７２２及び第４の切替手段７２８は開いているのに対し、第２の切替手段７２４及び第３の切替手段７２６は閉じている。このように、電池モジュール７０６と超コンデンサモジュール７０４は直列に接続され、更に加熱器７０８に接続されている。従って、電池モジュール７０６及び超コンデンサモジュール７０４の両方を合わせた直列電力流が加熱器７０８に流れて加熱器７０８に電力供給する。加熱器に印加される負荷（ＵＬＯＡＤ）は従って、電池モジュール（Ｕ１）の電圧に超コンデンサモジュール（Ｕ２）の電圧を加算した値に等しい。
電力システム７００のパルス幅変調された電力流を制御することは、コントローラ１０２が、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間中の第２の構成（図７Ｃ）と、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間中の第１の構成（図７Ｂ）の間で電力システム７００を切り替えることを含んでいる。このように、ＰＷＭサイクルのオン期間を通じて、電池モジュール７０６及び超コンデンサモジュール７０４の両方が加熱器７０８に電力供給し、ＰＷＭサイクルのオフ期間では電池モジュール７０６が超コンデンサモジュール７０４を再充電する。
すなわち、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間を通じて、第２の切替手段７２４及び第３の切替手段７２６は閉じているのに対し、第１の切替手段７２２及び第４の切替手段７２８は開いている。パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間を通じて、第２の切替手段７２４及び第３の切替手段７２６は開いているのに対し、第１の切替手段７２２及び第４の切替手段７２８は閉じている。
ＰＷＭサイクルのオン期間からＰＷＭサイクルのオフ期間に切り替わる場合、第２の切替手段７２４及び第３の切替手段７２６は開き、第１の切替手段７２２及び第４の切替手段７２８は閉じる。安全上の理由から、第２の切替手段７２４及び第３の切替手段７２６が開いて第１の切替手段７２２及び第４の切替手段７２８が閉じた後で僅かな遅延が生じ得る。これにより不要な電流が流れるのを防止できる。
同様に、ＰＷＭサイクルのオフ期間からＰＷＭサイクルのオン期間に切り替わる場合、第１の切替手段７２２及び第４の切替手段７２８は開き、第２の切替手段７２４及び第３の切替手段７２６は閉じる。再び、第１の切替手段７２２及び第４の切替手段７２８が開いて第２の切替手段７２４及び第３の切替手段７２６が閉じた後で僅かな遅延が生じ得る。これにより不要な電流が流れるのを防止できる。
コントローラ１０２は、第１の切替手段７２２、第２の切替手段７２４、第３の切替手段７２６及び第４の切替手段７２８に接続されていて、これらの切替手段の各々を、加熱器７０８へのパルス幅変調された電力流に備えて第１の構成及び第の２構成の間で切り替えるべく構成されている。すなわち、コントローラ１０２は、これらの切替手段７２２、７２４、７２６、７２８を、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間中の第１の構成と、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間中の第２の構成の間で切り替えて、必要なデューティサイクルを有するパルス幅変調された電力流を加熱器７０８に供給すべく電力システム７００を制御すべく構成されている。
いくつかの例において、コントローラ１０２は、第１の切替手段７２２、第２の切替手段７２４、第３の切替手段７２６及び第４の切替手段７２８の各々を制御すべく構成された単一のコントローラである。他の複数の例において、コントローラ１０２は、一体的に動作すべく構成された第１の切替手段７２２、第２の切替手段７２４、第３の切替手段７２６及び第４の切替手段７２８の各々に接続された別々のコントローラを含んでいてよい。更なる例において、コントローラ１０２は、第１の切替手段７２２及び第４の切替手段７２８を制御すべく構成された第１のコントローラと、第２の切替手段７２４及び第３の切替手段７２６を制御すべく構成された第２のコントローラを含んでいてよく、第１のコントローラと第２のコントローラは一体となって動作すべく構成されている。
同一（又は類似）の電圧を有する超コンデンサモジュール７０４及び電池モジュール７０６を用いることにより、両者の間にＤＣ／ＤＣ昇圧型コンバータを設ける必要がなくなるため、システムの損失が減少する。別の利点として、電池モジュール７０６と超コンデンサモジュール７０４の直列接続により、両者の電力流を組み合わせて加熱器７０８に電力供給できるため、より低い電圧の超コンデンサ及び電池を用いることができる。これにより安全性を考慮して装置を小型化することができる。
予熱モード期間を通じて、加熱器７０８への電力システム７００のパルス幅変調された電力流を制御することは、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間中の第２の構成（図７Ｃ）と、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間中の第１の構成（図７Ｂ）との間で切り替わるように電力システム７００を制御することを含んでいる。予熱モードにおいて、コントローラ１０２は、第２のデューティサイクル比Ｄ２を有する１個以上のＰＷＭサイクルを含む第２のデューティサイクル範囲でパルス幅変調された電力流により加熱器７０８に電力供給すべく電力システム７００を第１の構成と第２の構成との間で切り替えるべく構成されている。
フロートモード期間を通じて、電力システム７００のパルス幅変調された電力流を制御することは、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間中の第２の構成（図７Ｃ）と、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間中の第１の構成（図７Ｂ）との間で切り替わるように電力システム７００を制御することを含んでいる。フロートモードにおいて、コントローラ１０２は、第１のデューティサイクル比Ｄ１を有する１個以上のＰＷＭサイクルを含む第１のデューティサイクル範囲でパルス幅変調された電力流により加熱器７０８に電力供給すべく電力システム７００を第１の構成と第２の構成の間で切り替えるべく構成されている。このように、フロートモード期間を通じて、電力システムは、パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間にわたり電池モジュール７０６及び超コンデンサモジュール７０４の両方が加熱器に電力供給し、パルス幅変調された電力流のオフ期間にわたり電池モジュール７０６が超コンデンサモジュールを再充電すべく制御される。
Ｄ１とＤ２の関係はＤ２＝Ｄ１＊Ｋとみなすことができ、Ｋは＞＞１である係数であって実装時に選択できる。一例において、第１のデューティサイクル比は１よりはるかに小さく、第２のデューティサイクル比は１に近いが１よりも小さくてよい。他の複数の例において、第１のデューティサイクル比は＜＜０．５であってよく、第２のデューティサイクル比は≧０．５であってよい。更なる例において、第１のデューティサイクルはフロートモードで＜３Ｗが印加されるべく構成され、第２のデューティサイクルは予熱モードで約１６Ｗが印加されるべく構成されている。
パルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間中の超コンデンサモジュール７０４と電池モジュール７０６による加熱器７０８の電力供給、及びパルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオフ期間中の電池モジュール７０６による超コンデンサモジュール７０４の少なくとも部分的再充電は、図５Ｂのプロットと同様の仕方で視覚的に理解することができる。しかし、当業者には、この場合、実線５５０がパルス幅変調された電力流のデューティサイクルのオン期間（Ｄ）を通じて超コンデンサモジュール７０４から出る電力流を表し、破線５５２がパルス幅変調された電力流のデューティサイクルのオフ期間（１－Ｄ）を通じて電池モジュール７０６から超コンデンサモジュール７０４に流入する電力流を表すことが理解されよう。
ポストフロートモード期間を通じて、コントローラ１０２は、電力システムが定常的に第１の構成（図７Ｂ）にあるように第１の切替手段７２２、第２の切替手段７２４、第３の切替手段７２６及び第４の切替手段７２８を制御する。従って、加熱器７０８への電力流は停止され、電池モジュール７０６は超コンデンサモジュール７０４が完全に充電されるまで定常的に超コンデンサモジュール７０４を充電する。このように、超コンデンサモジュール７０４は、後続のエアロゾル化動作に備えて充分な充電レベルを有する。
当業者には、図５Ｃの二重プロットが、電力システム７００の予熱モード３０８、フロートモード３１０、及びポストフロートモード３１２期間中の超コンデンサモジュール７０４の充電状態５７２（すなわち充電レベル）、及び加熱器７０８の温度５７０をも表していてよいことが理解されよう。予熱モード３０８期間を通じて、加熱器７０８の温度は所定温度まで上昇する。当該予熱３０８期間を通じて、超コンデンサモジュール７０４の充電レベルは高速加熱すべく加熱器７０８に電力供給するため低下する。フロートモード３１０期間を通じて、加熱器７０８の温度は所定の温度に維持され、超コンデンサモジュール７０４の電荷レベルはパルス幅変調された電力流のＰＷＭサイクルのオン期間中は低下し、ＰＷＭサイクルのオフ期間中は上昇する。ポストフロートモード３１２期間を通じて、電池モジュール７０６は定常的に超コンデンサモジュール７０４を充電しているため、超コンデンサモジュール７０４の充電レベルは完全に充電されるまで上昇する。
電池モジュール７０６は、複数のエアロゾル化動作で超コンデンサモジュール７０４を再充電するのに充分な電荷を貯蔵することができる。電池モジュール７０６の電荷レベルが減衰した場合、電池モジュール７０６を再充電すべくエアロゾル生成装置１００を外部充電要素又は電源に接続することができる。このように、エアロゾル生成装置１００の操作者は、エアロゾル生成装置１００を外部充電要素又は電源に接続する前に複数のエアロゾル化動作を実行することができる。
上述の説明において、コントローラ１０２は１個以上の動作モードを実行する命令を記憶し、必要に応じて実行することができる。当業者には、コントローラ１０２は、上述の任意の動作モードを適宜互いに組み合わせて実行すべく構成されていてよいことが容易に理解されよう。コントローラ１０２により実行される本明細書に記載する処理ステップは、コントローラ１０２に関連付けられた非一時的コンピュータ可読媒体、又はストレージに記憶されていてよい。コンピュータ可読媒体は、不揮発性媒体及び揮発性媒体を含んでいてよい。揮発性媒体は特に、半導体メモリ及びダイナミックメモリを含んでいてよい。不揮発性媒体は特に、光ディスク及び磁気ディスクを含んでいてよい。
当業者には、上の説明で記述した複数の実施形態は限定的でなく、各実施形態の特徴が適宜他の実施形態に組み込まれていてよいことが容易に理解されよう。

Claims (14)

  1. エアロゾル生成装置であって、
    第１の超コンデンサモジュール及び第２の超コンデンサモジュールを含む電力システムと、
    コントローラとを含み、前記コントローラが、
    前記エアロゾル生成装置に関連付けられた加熱器に電力供給するように前記第１の超コンデンサモジュールの電力流を制御し、且つ
    前記第１の超コンデンサモジュールを充電するように前記第２の超コンデンサモジュールの電力流を制御すべく構成されている、エアロゾル生成装置。
  2. 請求項１に記載のエアロゾル生成装置において、前記エアロゾル生成装置が、電池モジュールを含む充電要素の電気接続部を含み、前記電力システムが電池を含んでいない、エアロゾル生成装置。
  3. 請求項１～２のいずれか１項に記載のエアロゾル生成装置において、
    前記第１の超コンデンサモジュールが少なくとも１個の超コンデンサを含み、及び／又は
    前記第２の超コンデンサモジュールが少なくとも１個のハイブリッドキャパシタを含んでいる、エアロゾル生成装置。
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のエアロゾル生成装置において、
    前記第１の超コンデンサモジュールと前記第２の超コンデンサモジュールが並列に接続されていて、前記電力システムが、更に
    前記第１の超コンデンサモジュールと前記第２の超コンデンサモジュールの間に接続された第１の切替手段であって、前記第１の超コンデンサモジュールを充電するように前記第２の超コンデンサモジュールを制御すべく前記コントローラにより制御される第１の切替手段、及び／又は、
    前記第１の超コンデンサモジュールと前記加熱器の間に配置されるべく構成された第２の切替手段であって、前記第１の超コンデンサモジュールから前記加熱器への電力流を制御すべく前記コントローラにより制御される第２の切替手段
    を含む、エアロゾル生成装置。
  5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のエアロゾル生成装置において、前記第１の超コンデンサモジュールの前記電力流が、各々がオン期間とオフ期間を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含むパルス幅変調電力流であり、前記コントローラが更に、
    前記パルス幅変調サイクルのオフ期間を通じて前記第１の超コンデンサモジュールを充電するように前記第２の超コンデンサモジュールの電力流を制御すべく構成されているエアロゾル生成装置。
  6. 請求項５に記載のエアロゾル生成装置において、前記電力システムがフロートモードで動作可能であり、前記フロートモードにおいて前記コントローラが、
    前記パルス幅変調された電力流を第１のデューティサイクル範囲で前記加熱器に印加して前記加熱器を実質的にエアロゾル生成温度に維持するように前記第１の超コンデンサモジュールを制御すべく構成されている、エアロゾル生成装置。
  7. 請求項６に記載のエアロゾル生成装置において、前記電力システムが予熱モードで動作可能であり、前記予熱モードにおいて前記コントローラが、
    前記フロートモードの前に前記予熱モードを通じて、前記パルス幅変調された電力流を、前記第１のデューティサイクル範囲とは異なる第２のデューティサイクル範囲で前記加熱器に印加して前記加熱器を前記エアロゾル生成温度まで加熱するように前記第１の超コンデンサモジュールを制御すべく構成されている、エアロゾル生成装置。
  8. 請求項７に記載のエアロゾル生成装置において、前記第１のデューティサイクル範囲が第１のデューティサイクル比Ｄ１を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含み、
    前記第２のデューティサイクル範囲が第２のデューティサイクル比Ｄ２を有する１個以上のパルス幅変調サイクルを含み、
    Ｄ２＝Ｄ１×Ｋであり、Ｋは＞＞１である係数であるエアロゾル生成装置。
  9. 請求項６～８のいずれか１項に記載のエアロゾル生成装置において、前記電力システムがポストフロートモードで動作可能であり、前記ポストフロートモードにおいて前記コントローラが、
    前記フロートモード後の前記エアロゾル化動作の残り期間にわたり、前記加熱器への電力流を停止し、
    前記第１のエネルギー貯蔵モジュールを充電するように前記第２のエネルギー貯蔵モジュールを制御すべく構成されているエアロゾル生成装置。
  10. 請求項１～９のいずれか１項に記載のエアロゾル生成装置に接続可能なエアロゾル生成装置充電要素であって、前記エアロゾル生成装置充電要素が、前記エアロゾル生成装置を収納し、前記エアロゾル生成装置に接続された際に前記第２の超コンデンサモジュールを充電すべく構成された充電ケースであるエアロゾル生成装置充電要素。
  11. 請求項１０に記載のエアロゾル生成装置充電要素において、前記エアロゾル生成装置充電要素が前記エアロゾル生成装置の電力システムを充電すべく構成された電池モジュールを含んでいるエアロゾル生成装置充電要素。
  12. 請求項１～９のいずれか１項に記載のエアロゾル生成装置と、請求項１０～１１のいずれか１項に記載のエアロゾル生成装置充電要素とを含む、システム。
  13. エアロゾル生成装置の電力システムを制御する方法であって、前記電力システムが第１の超コンデンサモジュール及び第２の超コンデンサモジュールを含み、当該方法が、
    前記エアロゾル生成装置に関連付けられた加熱器に電力供給すべく前記第１の超コンデンサモジュールの電力流を制御するステップと、
    前記第１の超コンデンサモジュールを充電するように前記第２の超コンデンサモジュールの電力流を制御するステップと、
    を含む、方法。
  14. 第１の超コンデンサモジュール及び第２の超コンデンサモジュールを含むエアロゾル生成装置の電力システムと動作すべく構成されたコントローラの１つ以上のプロセッサにより実行されると、前記１つ以上のプロセッサに、
    前記エアロゾル生成装置に関連付けられた加熱器に電力供給すべく前記第１の超コンデンサモジュールの電力流を制御させることと、
    前記第１の超コンデンサモジュールを充電するように前記第２の超コンデンサモジュールの電力流を制御させることと
    により、電力システムを制御させる命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体。
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