JP2023176030A - 誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置及び誘導加熱方式を用いてエアロゾルを生成させる方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】誘導加熱方式を通じてエアロゾル生成基質を含んでいるシガレットを均一に加熱することができるエアロゾル生成装置及びそのエアロゾル生成装置が駆動される方法を提供する。【解決手段】交流電流が印加されれば、交流磁場を発生させる、互いに異なる巻線数を有する複数のコイル830、850と、コイル850、830から発生した交流磁場内で熱を発生させる方式によって、隣接したエアロゾル生成基質を加熱してエアロゾルを生成させるサセプタ810と、コイル830,850に既設定の交流電流がそれぞれ供給されるように制御する制御部12と、を含み、制御部12は、サセプタ810を構成する第1部分830及び第2部分850が複数のコイルに供給される交流電流によって差等的に加熱されるように制御することを特徴とする誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置1を開示する。【選択図】図8
Description
本発明は、誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置及び誘導加熱方式を用いてエアロゾルを生成させる方法に係り、さらに具体的には、インダクターのようなコイル(coil)に交流電流を流して発生する交流磁場によってサセプタを構成する物質が加熱される現象を用いてエアロゾルを生成させるエアロゾル生成装置及びその方法に関する。
最近、一般的なシガレットの短所を克服する代替方法に関する需要が増加している。例えば、シガレットを燃焼させてエアロゾルを生成させる方法ではない、シガレット内のエアロゾル生成物質が加熱されることにより、エアロゾルが生成する方法に関する需要が増加している。これにより、加熱式シガレットまたは加熱式エアロゾル生成装置に係わる研究が活発に進められている。
本発明が解決しようとする技術的課題は、誘導加熱方式を通じてエアロゾル生成基質を含んでいるシガレットを均一に加熱することができるエアロゾル生成装置及びそのエアロゾル生成装置が駆動される方法を提供することである。
前記技術的課題を解決するための本発明の一実施例による装置は、交流電流が印加されれば、交流磁場を発生させる、互いに異なる巻線数を有する複数のコイルと、前記コイルから発生した交流磁場内で熱を発生させる方式で、隣接したエアロゾル生成基質を加熱してエアロゾルを生成させるサセプタと、前記コイルに既設定の交流電流がそれぞれ供給されるように制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記サセプタを構成する第1部分及び第2部分が前記複数のコイルに供給される交流電流によって差等的に加熱されるように制御する。
前記技術的課題を解決するための本発明の他の一実施例による方法は、制御部が互いに異なる巻線数を有する複数のコイルに交流電流を供給し、交流磁場を発生させる磁場発生段階と、サセプタが前記交流磁場によって誘導加熱され、隣接したエアロゾル生成基質を加熱させる基質加熱段階を含み、前記基質加熱段階は、前記サセプタを構成する第1部分及び第2部分が前記複数のコイルに供給される交流電流によって差等的に加熱される。
本発明によれば、ユーザが誘導加熱方式によって動作するエアロゾル生成装置を用いて喫煙する場合、ユーザに一貫した喫煙感を提供することができる。
前記技術的課題を解決するための本発明の一実施例による装置は、交流電流が印加されれば、交流磁場を発生させる、互いに異なる巻線数を有する複数のコイルと、前記コイルから発生した交流磁場内で熱を発生させる方式で、隣接したエアロゾル生成基質を加熱してエアロゾルを生成させるサセプタと、前記コイルに既設定の交流電流がそれぞれ供給されるように制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記サセプタを構成する第1部分及び第2部分が前記複数のコイルに供給される交流電流によって差等的に加熱されるように制御する。
前記装置において、前記サセプタは、前記第1部分、前記第2部分以外に第3部分をさらに含み、前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分が連続して連結され、前記複数のコイルは、前記第1部分及び前記第3部分が前記第2部分と差等的に加熱されるように配置されたことを特徴とする。
前記装置において、前記第1部分と前記第3部分は、巻線数が0である既設定の間隔を有する第1コイルから発生する交流磁場によって加熱され、前記第2部分は、前記間隔に配置された第2コイルから発生する交流磁場によって加熱されることを特徴とする。
前記装置において、前記制御部は、前記第1コイル及び前記第2コイルに交流電流が供給されるように制御した後、既設定の時間が経過すれば、前記第1コイルに対する交流電流の供給を中止することを特徴とする。
前記装置において、前記コイルのうち、少なくとも2つのコイルは、前記第1部分が前記2つのコイルによって発生する交流磁場によって加熱されるように前記第1部分から特定方向に重畳して配置されたことを特徴とする。
前記装置において、前記コイルは、第1コイル及び第2コイルを含み、前記第1コイル長に対する前記第2コイル長の比率が既定値以下であることを特徴とする。
前記装置において、前記制御部は、電界効果トランジスタ(FET)を通じて前記複数のコイルに互いに異なる時点に交流電流が供給されるように制御することを特徴とする。
前記技術的課題を解決するための本発明の他の一実施例による方法は、制御部が互いに異なる巻線数を有する複数のコイルに交流電流を供給し、交流磁場を発生させる磁場発生段階と、サセプタが前記交流磁場によって誘導加熱され、隣接したエアロゾル生成基質を加熱させる基質加熱段階と、を含み、前記基質加熱段階は、前記サセプタを構成する第1部分及び第2部分が前記複数のコイルに供給される交流電流によって差等的に加熱される。
前記方法において、前記サセプタは、前記第1部分、前記第2部分以外に第3部分をさらに含み、前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分が連続して連結されて、前記基質加熱段階は、前記複数のコイルによって前記第1部分及び前記第3部分が前記第2部分と差等的に加熱されることを特徴とする。
前記方法において、前記基質加熱段階は、巻線数が0である既設定の間隔を有する第1コイルによって供給される交流電流によって前記第1部分と前記第3部分とが加熱される第1コイル加熱段階と、前記間隔に配置された第2コイルに供給される交流電流によって前記第2部分が加熱される第2コイル加熱段階と、を含むことを特徴とする。
前記方法は、前記第1コイル及び前記第2コイルに交流電流が供給された後、既設定の時間が経過すれば、前記第1コイルに対する交流電流の供給を中止する電流供給中止段階をさらに含むことを特徴とする。
前記方法において、前記基質加熱段階は、前記第1部分から特定方向に重畳して配置された複数のコイルによって発生する交流磁場によって前記第1部分が加熱されることを特徴とする。
前記方法において、前記コイルは、第1コイル及び第2コイルを含み、前記第1コイル長に対する前記第2コイル長の比率が既定値以下であることを特徴とする。
前記方法において、前記磁場発生段階は、電界効果トランジスタ(FET)を通じて前記複数のコイルに互いに異なる時点に交流電流が供給されることを特徴とする。
実施例で使用される用語は、本発明での機能を考慮しながら、できるだけ現在広く使用される一般的な用語を選択したが、これは、当業者の意図または判例、新たな技術の出現などによっても変わる。また、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、当該発明の説明部分で詳細にその意味を記載する。したがって、本発明で使用される用語は、単なる用語の名称ではない、その用語が有する意味と本発明の全般にわたる内容に基づいて定義されねばならない。
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。また、明細書に記載された「…部」、「…モジュール」というような用語は、少なくとも1つの機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、あるいはハードウェアとソフトウェアとの結合によっても具現される。
以下、添付図面に基づいて本発明の実施例について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施可能なように詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な互いに異なる形態に具現されもし、ここで説明する実施例に限定されない。
以下では、図面に基づいて、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1ないし図3は、エアロゾル生成装置にシガレットが挿入された例を示す図面である。
図1を参照すれば、エアロゾル生成装置1は、バッテリ11、制御部12及びヒータ13を含む。図2及び図3を参照すれば、エアロゾル生成装置1は、蒸気化器18をさらに含む。また、エアロゾル生成装置1の内部空間には、シガレット2が挿入される。
図1ないし図3に示されたエアロゾル生成装置1には、本実施例と係わる構成要素が示されている。したがって、図1ないし図3に示された構成要素以外に他の汎用的な構成要素がエアロゾル生成装置1にさらに含まれることを、本実施例に係わる技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解することができるであろう。
また、図2及び図3には、エアロゾル生成装置1にヒータ13が含まれていると示されているが、必要に応じて、ヒータ13は、省略されてもよい。
図1には、バッテリ11、制御部12及びヒータ13が一列に配置されていると示されている。また、図2には、バッテリ11、制御部12、蒸気化器18及びヒータ13が一列に配置されていると示されている。また、図3には、蒸気化器18及びヒータ13が並列に配置されていると示されている。しかし、エアロゾル生成装置1の内部構造は、図1ないし図3に示されていることに限定されない。すなわち、エアロゾル生成装置1の設計によって、バッテリ11、制御部12、ヒータ13及び蒸気化器18の配置は、変更される。
シガレット2がエアロゾル生成装置1に挿入されれば、エアロゾル生成装置1は、ヒータ13及び/または蒸気化器18を作動させ、エアロゾルを発生させることができる。ヒータ13及び/または蒸気化器18によって発生したエアロゾルは、シガレット2を通過してユーザに伝達される。
必要に応じて、シガレット2がエアロゾル生成装置1に挿入されない場合にもエアロゾル生成装置1は、ヒータ13を加熱することができる。
バッテリ11は、エアロゾル生成装置1の動作に用いられる電力を供給する。例えば、バッテリ11は、ヒータ13または、蒸気化器18が加熱されるように電力を供給し、制御部12の動作に必要な電力を供給することができる。また、バッテリ11は、エアロゾル生成装置1に設けられたディスプレイ、センサ、モータなどの動作に必要な電力を供給することができる。
制御部12は、エアロゾル生成装置1の動作を全般的に制御する。具体的に、制御部12は、バッテリ11、ヒータ13及び蒸気化器18だけでなくエアロゾル生成装置1に含まれた他の構成の動作を制御する。また、制御部12は、エアロゾル生成装置1の構成それぞれの状態を確認し、エアロゾル生成装置1が動作可能な状態であるか否かを判断することもできる。
制御部12は、少なくとも1つのプロセッサを含む。プロセッサは、多数の論理ゲートのアレイとして具現されもし、汎用的なマイクロプロセッサと、該マイクロプロセッサで実行されるプログラムが保存されたメモリの組み合わせによっても具現される。また、他の形態のハードウェアとして具現されることを、本実施例が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解できるであろう。
ヒータ13は、バッテリ11から供給された電力によって加熱される。例えば、シガレットがエアロゾル生成装置1に挿入されれば、ヒータ13は、シガレットの外部に位置することができる。したがって、加熱されたヒータ13は、シガレット内のエアロゾル生成物質の温度を上昇させることができる。
ヒータ13は、電気抵抗性ヒータでもある。例えば、ヒータ13には、電気伝導性トラック(track)を含み、電気伝導性トラックに電流が流れることにより、ヒータ13が加熱される。しかし、ヒータ13は、前記例に限定されず、希望温度まで加熱されるものであれば、制限なしに該当する。ここで、希望温度は、エアロゾル生成装置1に既に設定されてもおり、ユーザによって願う温度に設定されてもよい。
一方、他の例で、ヒータ13は、誘導加熱式ヒータでもある。具体的に、ヒータ13には、シガレットを誘導加熱方式で加熱するための電気伝導性コイルを含み、シガレットは、誘導加熱式ヒータによって加熱されるサセプタを含んでもよい。
例えば、ヒータ13は管状加熱要素、板状加熱要素、針状加熱要素または棒状加熱要素を含み、加熱要素の形状によってシガレット2の内部または、外部を加熱することができる。
また、エアロゾル生成装置1には、ヒータ13が複数個配置されてもよい。この際、複数個のヒータ13は、シガレット2の内部に挿入されるように配置され、シガレット2の外部に配置されてもよい。また、複数個のヒータ13のうち、一部は、シガレット2の内部に挿入されるように配置され、残りは、シガレット2の外部に配置される。また、ヒータ13の形状は、図1ないし図3に示された形状に限定されず、多様な形状に作製される。
蒸気化器18は、液状組成物を加熱してエアロゾルを生成し、生成されたエアロゾルは、シガレット2を通過してユーザに伝達される。すなわち、蒸気化器18によって生成されたエアロゾルは、エアロゾル生成装置1の気流通路に沿って移動し、気流通路は、蒸気化器18によって生成されたエアロゾルがシガレットを通過してユーザに伝達されるように構成される。
例えば、蒸気化器18は、液体保存部、液体伝達手段及び加熱要素を含んでもよいが、それらに限定されない。例えば、液体保存部、液体伝達手段及び加熱要素は、独立したモジュールとしてエアロゾル生成装置1に含まれてもよい。
液体保存部は、液状組成物を保存することができる。例えば、液状組成物は、揮発性タバコ香成分を含むタバコ含有物質を含む液体でもあり、非タバコ物質を含む液体でもある。液体保存部は、蒸気化器18から脱/付着されるように作製され、蒸気化器18と一体として作製されてもよい。
例えば、液状組成物は、水、ソルベント、エタノール、植物抽出物、香料、香味剤、またはビタミン混合物を含んでもよい。香料は、メントール、ペパーミント、スペアミントオイル、各種果物の香り成分などを含むが、それらに制限されるものではない。香味剤は、ユーザに多様な香味または風味を提供する成分を含んでもよい。ビタミン混合物は、ビタミンA、ビタミンB、ビタミンC及びビタミンEのうち、少なくとも1つが混合されたものでもあるが、それらに制限されるものではない。また、液状組成物は、グリセリン及びプロピレングリコールのようなエアロゾル形成剤を含んでもよい。
液体伝達手段は、液体保存部の液状組成物を加熱要素に伝達することができる。例えば、液体伝達手段は、綿繊維、セラミック繊維、ガラスファイバ、多孔性セラミックのような芯(wick)にもなるが、それらに限定されない。
加熱要素は、液体伝達手段によって伝達される液状組成物を加熱するための要素である。例えば、加熱要素は、金属熱線、金属熱板、セラミックヒータなどにもなるが、それらに限定されるものではない。また、加熱要素は、ニクロム線のような伝導性フィラメントで構成され、液体伝達手段に巻かれる構造によっても配置される。加熱要素は、電流供給によって加熱され、加熱要素と接触された液体組成物に熱を伝達して、液体組成物を加熱することができる。その結果、エアロゾルが生成される。
例えば、蒸気化器18は、カトマイザ(cartomizer)または霧化器(atomizer)とも称されるが、それらに限定されない。
一方、エアロゾル生成装置1は、バッテリ11、制御部12、ヒータ13及び蒸気化器18外に汎用的な構成をさらに含んでもよい。例えば、エアロゾル生成装置1は、視覚情報の出力が可能なディスプレイ及び/または触覚情報の出力のためのモータを含んでもよい。また、エアロゾル生成装置1は、少なくとも1つのセンサを含んでもよい。また、エアロゾル生成装置1は、シガレット2が挿入された状態でも外部空気が流入されるか、内部気体が類推可能な構造によっても作製される。
図1ないし図3には、示されていないが、エアロゾル生成装置1は、別途のクレードルと共にシステムを構成してもよい。例えば、クレードルは、エアロゾル生成装置1のバッテリ11の充電に用いられる。または、クレードルとエアロゾル生成装置1が結合された状態でヒータ13が加熱されてもよい。
シガレット2は、一般的な燃焼型シガレットと類似してもいる。例えば、シガレット2は、エアロゾル生成物質を含む第1部分とフィルタなどを含む第2部分に区分される。または、シガレット2の第2部分にも、エアロゾル生成物質が含まれてもよい。例えば、顆粒またはカプセルの形態に作られたエアロゾル生成物質が第2部分に挿入されてもよい。
エアロゾル生成装置1の内部には、第1部分の全体が挿入され、第2部分は、外部に露出される。または、エアロゾル生成装置1の内部に第1部分の一部だけ挿入され、第1部分の全体及び第2部分の一部が挿入されてもよい。ユーザは、第2部分を口にした状態でエアロゾルを吸い込む。この際、エアロゾルは、外部空気が第1部分を通過することで生成され、生成されたエアロゾルは、第2部分を通過してユーザの口に伝達される。
一例として、外部空気は、エアロゾル生成装置1に形成された少なくとも1つの空気通路を通じて流入される。例えば、エアロゾル生成装置1に形成された空気通路の開閉及び/または空気通路の大きさは、ユーザによって調節される。これにより、霧化量、喫煙感などがユーザによっても調節される。他の例として、外部空気は、シガレット2の表面に形成された少なくとも1つの孔(hole)を通じてシガレット2の内部に流入されてもよい。
以下、図4及び図5を参照して、シガレット2の例を説明する。
図4及び図5は、シガレットの例を示す図面である。
図4を参照すれば、シガレット2は、タバコロッド21及びフィルタロッド22を含む。図1ないし図3を参照して上述した第1部分21は、タバコロッド21を含み、第2部分22は、フィルタロッド22を含む。
図4には、フィルタロッド22が単一セグメントとして示されているが、それに限定されない。すなわち、フィルタロッド22は、複数のセグメントで構成されてもよい。例えば、フィルタロッド22は、エアロゾルを冷却するセグメント及びエアロゾル内に含まれた所定の成分をフィルタリングするセグメントを含んでもよい。また、必要に応じて、フィルタロッド22には、他の機能を行う少なくとも1つのセグメントをさらに含んでもよい。
シガレット2は、少なくとも1枚のラッパ24によって包装される。ラッパ24には、外部空気が流入されるか、内部気体が流出される少なくとも1つの孔(hole)が形成される。一例として、シガレット2は、1枚のラッパ24によって包装される。他の例として、シガレット2は、2以上のラッパ24によって重畳的に包装されてもよい。例えば、第1ラッパ241によってタバコロッド21が包装され、ラッパ242、243、244によってフィルタロッド22が包装される。そして、単一ラッパ245によってシガレット2全体が再包装される。もし、フィルタロッド22が複数のセグメントで構成されているならば、それぞれのセグメントがラッパ242、243、244によって包装される。
タバコロッド21は、エアロゾル生成物質を含む。例えば、エアロゾル生成物質は、グリセリン、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール及びオレイルアルコールのうち、少なくとも1つを含むが、それらに限定されない。また、タバコロッド21は、風味剤、湿潤剤及び/または有機酸(organic acid)のような他の添加物質を含んでもよい。また、タバコロッド21には、メントールまたは保湿剤などの加香液が、タバコロッド21に噴射されることによって添加される。
タバコロッド21は、多様に作製される。例えば、タバコロッド21は、シート(sheet)によっても作製され、ストランド(strand)によっても作製される。また、タバコロッド21は、タバコシートが細かく切られた刻みタバコによっても作製される。また、タバコロッド21は、熱伝導物質によっても覆い包まれる。例えば、熱伝導物質は、アルミニウムホイルのような金属ホイルでもあるが、それに限定されない。一例として、タバコロッド21を覆い包む熱伝導物質は、タバコロッド21に伝達される熱を押し並べて分散させ、タバコロッドに加えられる熱伝導率を向上させ、これにより、タバコ味を向上させうる。また、タバコロッド21を覆い包む熱伝導物質は、誘導加熱式ヒータによって加熱されるサセプタとしての機能が行える。この際、図面に示されていないが、タバコロッド21は、外部を覆い包む熱伝導物質以外にも追加のサセプタをさらに含んでもよい。
フィルタロッド22は、酢酸セルロースフィルタでもある。一方、フィルタロッド22の形状には、制限がない。例えば、フィルタロッド22は、円柱状ロッドでもあり、内部に中空を含むチューブ状ロッドでもある。また、フィルタロッド22は、リセス状ロッドでもある。もし、フィルタロッド22が複数のセグメントで構成された場合、複数のセグメントのうち、少なくとも1つが異なる形状にも作製される。
また、フィルタロッド22には、少なくとも1つのカプセル23が含まれる。ここで、カプセル23は、香味を発生させる機能を行い、エアロゾルを発生させる機能を行うこともできる。例えば、カプセル23は、香料を含む液体を被膜で覆い包む構造でもある。カプセル23は、球状または円筒状を有するが、それに制限されない。
図5を参照すれば、シガレット3は、前端プラグ33をさらに含んでもよい。前端プラグ33は、タバコロッド31において、フィルタロッド32に対向する一側に位置することができる。前端プラグ33は、タバコロッド31の外部への離脱を防止し、喫煙中にタバコロッド31から液状化されたエアロゾルがエアロゾル発生装置(図1ないし図3の1)に流れて行くことを防止することができる。
フィルタロッド32は、第1セグメント321及び第2セグメント322を含んでもよい。ここで、第1セグメント321は、図4のフィルタロッド22の第1セグメントに対応し、第2セグメント322は、図4のフィルタロッド22の第3セグメントに対応する。
シガレット3の直径及び全長は、図4のシガレット2の直径及び全長に対応する。
シガレット3は、少なくとも1枚のラッパ35によって包装される。ラッパ35には、外部空気が流入されるか、内部気体が流出される少なくとも1つの孔(hole)が形成される。例えば、第1ラッパ351によって前端プラグ33が包装され、第2ラッパ352によってタバコロッド31が包装され、第3ラッパ353によって第1セグメント321が包装され、第4ラッパ354によって第2セグメント322が包装される。そして、第5ラッパ355によってシガレット3全体が再包装される。
また、第5ラッパ355には、少なくとも1つの穿孔36が形成される。例えば、穿孔36は、タバコロッド31を取り囲む領域に形成されるが、それに制限されない。穿孔36は、図2及び図3に示されたヒータ13によって形成された熱をタバコロッド31の内部に伝達する役割を行うことができる。
また、第2セグメント322には、少なくとも1つのカプセル34が含まれる。ここで、カプセル34は、香味を発生させる機能を行い、エアロゾルを発生させる機能を行うこともできる。例えば、カプセル34は、香料を含む液体を被膜で覆い包む構造でもある。カプセル34は、球状または円筒状を有するが、それに制限されない。
図6は、本発明によるエアロゾル生成装置の一例を図式的に示すブロック図である。
図6を参照すれば、本発明によるエアロゾル生成装置1は、バッテリ11、制御部12、第1コイル13a、第2コイル13b、パルス幅変調処理部14a、AMP 14b、ディスプレイ部15、モータ16、記憶装置17及び蒸気化器18を含むことが分かる。以下で、説明の便宜上、エアロゾル生成装置1に含まれている各構成の一般的な機能を1次的に説明し、2次的に実施例による制御部12の動作を詳細に説明する。
バッテリ11は、第1コイル13a及び第2コイル13bに電力を供給し、第1コイル13a及び第2コイル13bに供給される電力の大きさは、制御部12が生成した制御信号によって調節される。実施例によって、バッテリ11と制御部12との間には、バッテリの電圧を一定に保持させるレギュレータ(regulator)が含まれてもよい。
制御部12は、制御信号を生成して送信する方法によって、エアロゾル生成装置1に含まれているバッテリ11、第1コイル13a、第2コイル13b、パルス幅変調処理部14a、ディスプレイ部15、モータ16、記憶装置17及び蒸気化器18を総括的に制御する。図6に示されていないが、実施例によって、制御部12は、ユーザのボタン入力やタッチ入力を受信する入力受信部(図示せず)及びユーザ端末のような外部通信装置と通信可能な通信部(図示せず)をさらに含んでもよい。また、図6に示されていないが、制御部12は、第1コイル13a及び第2コイル13bに対して比例積分微分制御(PID)を行うためのモジュールをさらに含んでもよい。
第1コイル13a及び第2コイル13bは、交流電流が供給されれば、交流磁場を発生させる。第1コイル13a及び第2コイル13bによって発生する交流磁場の方向及び強度は、第1コイル13a及び第2コイル13bに供給される交流電流の方向及び第1コイル13a及び第2コイル13bの固有の巻線数などによって異なる。第1コイル13a及び第2コイル13bに交流電流が供給されて交流磁場が発生されれば、第1コイル13a及び第2コイル13bの周辺に位置しているサセプタ(susceptor)物質に影響を与えて、サセプタが加熱される。そのような誘導加熱現象は、ファラデーの誘導法則(Faraday’s Law of induction)及びオームの法則(Ohm’s Law)によって説明される公知の現象であって、伝導体内の磁気誘導が変化する場合、変化される電場が伝導体内に生成される現象を意味する。
上記のように、本発明では、電場が伝導体内に生成されることで、渦電流(eddy current)がオームの法則によって伝導体内に流れることになり、渦電流は、電流密度及び伝導体抵抗に比例する熱を発生させる。交流磁場によって熱を発生させるサセプタは、エアロゾル生成基質を含むシガレットがサセプタに接触したとき、エアロゾル生成基質を加熱させてエアロゾルを生成させる。
パルス幅変調処理部14aは、第1コイル13a及び第2コイル13bにPWM(pulse width modulation)信号を伝達する方式を通じて、制御部12が第1コイル13a及び第2コイル13bに供給される電力を制御する。実施例によって、パルス幅変調処理部14aは、制御部12に含まれる方式によっても具現され、パルス幅変調処理部14aから出力されるPWM信号は、デジタルパルス幅変調信号(Digital PWM Signal)でもある。また、パルス幅変調処理部14aから送信されるPWM制御信号は、AMP 14bによって予め設定された増幅率によって増幅されてもよい。
ディスプレイ部15は、エアロゾル生成装置1で発生する各種アラームメッセージ(alarm message)を視覚的に出力して、エアロゾル生成装置1を使用するユーザをして確認可能にする。ユーザは、ディスプレイ部15に出力されるバッテリ電力不足メッセージやサセプタの過熱警告メッセージなどを確認し、エアロゾル生成装置1の動作を中止するか、エアロゾル生成装置1が破損される前に適切な措置を取ることができる。
モータ16は、制御部12によって駆動されてエアロゾル生成装置1の使用準備が完了されているという事実をユーザが触覚を通じて認知可能にする。
記憶装置17は、制御部12が第1コイル13a及び第2コイル13bに供給される電力を適切に制御し、エアロゾル生成装置1を使用するユーザに一貫した風味を提供するための各種情報を保存している。記憶装置17は、フラッシュメモリ(flash memory)のように不揮発性メモリで構成されるだけではなく、さらに速いデータ入出力(I/O)速度を確保するために、通電時にのみ制限的にデータを保存する揮発性メモリで構成されてもよい。
蒸気化器18は、液状組成物を加熱してエアロゾルを生成し、生成されたエアロゾルは、シガレット200を通過してユーザに伝達される。図2及び図3で説明したように、蒸気化器18は、液体保存部、液体伝達手段及び加熱要素を含んでもよい。特に、蒸気化器18は、液体保存部に保存されている液体組成物を加熱するための加熱要素を含み、液体保存部は、蒸気化器18から脱着または付着されるように作製され、蒸気化器18と一体として作製されてもよい。
スイッチ19は、AMP 14bから出力される増幅制御信号を第1コイル13a及び第2コイル13bに順次に伝達する機能を行う。制御部12は、第1コイル13a及び第2コイル13bのうち、いずれか1つに択一的にPWM信号を伝達し、実施例によって、特定期間のうち、第1コイル13a及び第2コイル13bにいずれもPWM信号が伝達されるように開閉される(切り替える)。スイッチ19は、PWM信号によって開閉されるか、タイマー(Timer)を内蔵して周期的に開閉される。スイッチ19は、実施例によって、電界効果トランジスタ(FET)に代替されうる。
図7は、本発明によるエアロゾル生成装置の他の一例のブロック図を示す図面である。
図7において、図6と重複する構成については、説明を省略する。
パルス幅変調処理部14aから出力されたPWM制御信号は、AMP 14bを経て第1コイル13a及び第2コイル13bに伝達される。図7では、図6とは異なって、第1コイル13a及び第2コイル13bにPWM信号を択一的に伝達するためのスイッチ19が別途に備えられず、制御部12は、第1コイル13aまたは第2コイル13bに伝達されねばならない制御信号をそれぞれ生成し、パルス幅変調処理部14aを経て第1コイル13aまたは第2コイル13bにPWM信号が伝達されるようにする。図6及び図7には、図示せずであるが、第1コイル13a及び第2コイル13bの受信端には、電力供給を最大化するために、インピーダンスマッチング(Impedance matching)を行うための構成が付加される。
図6及び図7での制御部12、パルス幅変調処理部14a、ディスプレイ部15、記憶装置17及び蒸気化器18は、少なくとも1つ以上のプロセッサ(processor)に該当するか、少なくとも1つ以上のプロセッサを含んでもよい。これにより、制御部12、パルス幅変調処理部14a、ディスプレイ部15、記憶装置17及び蒸気化器18は、マイクロプロセッサや汎用コンピュータシステムのような他のハードウェア装置に含まれた形態によっても駆動される。
また、図6及び図7に示された第1コイル13aまたは第2コイル13bは、複数のコイルを最も簡潔に表現したものであり、実施例によって、エアロゾル生成装置1に含まれるコイルの個数は、2個よりもさらに多く、複数のコイルは、互いに異なるインダクタンスまたは単一長当たり巻線数を有する。
図8は、本発明の一実施例によるエアロゾル生成装置の構成を概略的に示す図面である。
図8を参照すれば、本発明の一実施例によるエアロゾル生成装置1は、バッテリ11、制御部12、サセプタ810、第1コイル830、第2コイル850及びボビン870を含むということが分かる。前述した構成以外の構成は、説明の便宜上、省略されていると仮定し、バッテリ11及び制御部12は、図1ないし図7で説明した機能と同じ機能を行う。
サセプタ810は、交流電流が印加された第1コイル830及び第2コイル850が交流磁場を発生させれば、その交流磁場の影響を受けて加熱される物質で構成されている。サセプタ810は、電磁気エネルギーを熱に変換することができる物質を指称し、交流磁場によってサセプタ810に誘導された渦電流(eddy current)がサセプタ810を加熱させる。この際、サセプタ810内部の磁気履歴損失は、サセプタ810をさらに加熱させ、サセプタ810にエアロゾル生成基質を含むシガレットが挿入されている場合、シガレットのエアロゾル生成基質が加熱されたサセプタ810に直接または間接に接触することにより、エアロゾル生成基質が加熱されながらエアロゾルが生成される。
図8のサセプタ810は、サセプタ加熱部810aとサセプタ加熱部810aを除いた部分とによって構成される。サセプタ加熱部810aは、第1コイル830及び第2コイル850の磁場に影響を受けて加熱される部分を意味し、鉄やアルミニウムのようなサセプタ物質を含む部分である。サセプタ810からサセプタ加熱部810aを除いた部分は、サセプタ810に挿入されるシガレットのフィルタやエアロゾル生成基質を含んでいない部分が接触される部分であって、サセプタ加熱部810aを除いた部分が加熱される場合、サセプタ810に挿入されるシガレットのフィルタが溶けるか、熱いエアロゾルが生成されることで誘発される不快な喫煙感を、ユーザに提供する恐れがあって、サセプタ物質を含んでいない。
第1コイル830及び第2コイル850は、制御部12から交流電流供給されて交流磁場を発生させ、第1コイル830及び第2コイル850周辺に発生した磁場は、サセプタ810のサセプタ加熱部810aを加熱させる。サセプタ加熱部810aが加熱される原理については、前述したようなので、説明を省略する。第1コイル830及び第2コイル850の物性が異なるだけではなく、制御部12から第1コイル830及び第2コイル850に互いに異なる大きさの交流電流が供給されることで、本発明によれば、サセプタ加熱部810aの加熱状態を効果的に制御することができ、ユーザに提供されるシガレットの味が最適化される。本発明によれば、実験的または経験的に累積されたデータによって決定された時変交流電流(time-varying alternative current)を第1コイル830及び第2コイル850に供給して誘導加熱方式でサセプタによるエアロゾルを生成することができる。
ボビン870は、第1コイル830及び第2コイル850の巻線を円滑に巻き取るためのボビン(bobbin)として機能する。
従来技術によれば、キュリー温度(Qurie temperature)が互いに異なる物質で構成された複数のサセプタを用いるか、単一サセプタを用いても単一コイルによってエアロゾル生成基質に対する均一加熱が困難であり、エアロゾル生成基質が燃えたり、サセプタの温度制御が容易ではない問題点があったが、図8で説明したように、本発明によれば、単一物質で構成されたサセプタに基づいて複数のコイルが誘導加熱方式を通じてサセプタを加熱させることで、エアロゾル生成基質を均一に加熱することが可能となり、ユーザに高いレベルの喫煙感を提供することができる。
図9は、図8で説明した誘導加熱式エアロゾル生成装置に含まれる複数のコイルとサセプタの一例を図式的に示す図面である。
説明の便宜上、図9は、図8において、交流磁場を発生させる複数のコイルと、その複数のコイルによって加熱されるサセプタ加熱部810aのみを限定的に示し、それ以外に省略された構成は、図8に示された構成と同一であると仮定する。また、以下では、図8を参照して説明し、第1コイル950及び第2コイル970は、制御部12から交流電流を受けて交流磁場を形成する。
まず、サセプタ加熱部810aは、第1コイル950によって加熱される第1加熱部910及び第2コイル970によって加熱される第2加熱部930を含む。第1加熱部910は、第1コイル950に交流電流が供給されて交流磁場が形成されれば、その交流磁場の影響を受けて加熱される。第1加熱部910は、主に第1コイル950によって形成された交流磁場の影響を受けて加熱されるが、第2コイル970によって形成された交流磁場の拡張によっても、一部影響を受けて加熱される。
第2加熱部930は、第2コイル970に交流電流が供給されて交流磁場が形成されれば、その交流磁場の影響を受けて加熱される。第2加熱部930は、主に第2コイル970によって形成された交流磁場の影響を受けて加熱されるが、第1コイル950によって形成された交流磁場の拡張によっても一部影響を受けて加熱される。第2加熱部930は、第1加熱部910を基準に両側または上下方向に配置され、サセプタ加熱部810aは、第2加熱部930、第1加熱部910、第2加熱部930が連続して連結されることによってなる。ここで、第1加熱部910を基準に両側や上と下とを決定する方向は、サセプタ810を含むエアロゾル生成装置1が如何なる方向に置かれているかによって異なる。
第1加熱部910及び第2加熱部930がそれぞれ第1コイル950及び第2コイル970によって形成される交流磁場によって影響を受けて温度が上昇することにより、第1加熱部910及び第2加熱部930は、差等的に加熱される。本発明によれば、第1コイル950及び第2コイル970の物性や第1コイル950及び第2コイル970に流れる交流電流量などを調節することで、第1加熱部910及び第2加熱部930を差等的に加熱させ、上記のような特性を用いてエアロゾル生成基質を加熱することにより、第1加熱部910及び第2加熱部930に接触されるエアロゾル生成基質を均一に加熱して、一貫した性質のエアロゾルを生成させることができる。
第1コイル950及び第2コイル970は、制御部12から交流電流供給されて交流磁場を形成する。前述したように、第1コイル950は、第1加熱部910、第2コイル970は、第2加熱部930の温度をそれぞれ上昇させることに効率的な影響を与える。
第2コイル970は、特定の巻線数を有するコイルであって、コイルの全長にわたって同じ巻線数を有するものではなく、巻線数が0である既設定の間隔(長さ)を有する特徴がある。さらに具体的に、第2コイル970において巻線数が0である既設定の間隔は、第1加熱部910の幅または厚さに基づいて決定される。ここで、コイルの巻線数は、コイルの単位長当たりの巻線数によって定義される。
また、第1コイル950は、第2コイル970の巻線数が0である既設定の間隔によって配置される。サセプタ810を加熱させる予熱段階において制御部12は、第1コイル950及び第2コイル970にいずれも交流電流を供給し、サセプタ加熱部810aを構成する第1加熱部910及び第2加熱部930がいずれも予熱温度まで加熱されるように制御した後、第1加熱部910及び第2加熱部930が予熱温度に到逹した後、既設定の時間が経過すれば、サセプタ810が温度保持区間に突入したと把握し、第2コイル970に対する交流電流供給を中止する。
本発明において、制御部12が温度保持区間から第1コイル950に対する交流電流のみを供給することにより、サセプタの第2加熱部930が過度に高くなれば、発生する、シガレットフィルタの溶融現象または過熱されたエアロゾルが生成される場合を防止する。また、説明の便宜上、図9でコイルの数を2本に限定したが、本発明では、コイルの数を特定の数に限定しないので、実施例によって、コイルの数は、2個よりもさらに多くなりうる。
図10は、図8で説明した誘導加熱式エアロゾル生成装置に含まれる複数のコイルとサセプタの他の一例を図式的に示す図面である。
説明の便宜上、図10は、図8において、交流磁場を発生させる複数のコイルと、その複数のコイルによって加熱されるサセプタ加熱部810aのみを限定的に示し、それ以外に省略された構成は、図8に示された構成と同一であると仮定する。また、以下では、図8を参照して説明し、第1コイル1050及び第2コイル1070は、交流電流が印加されれば、交流磁場を形成することができる。
まず、サセプタ加熱部810aは、第1コイル1050によって加熱される第1加熱部1010及び第2コイル1070によって加熱される第2加熱部1030を含む。第1コイル1050に交流電流が供給されて交流磁場が形成されれば、第1加熱部1010は、その交流磁場の影響を受けて加熱される。第1加熱部1010は、第1コイル1050によって形成された交流磁場の影響を受けて加熱されるが、第2コイル1070によって形成された交流磁場の拡張によっても影響を受けて加熱される。
また、第2コイル1070に交流電流が供給されて交流磁場が形成されれば、第1加熱部1010及び第2加熱部1030をいずれも含むサセプタ加熱部810aは、その交流磁場の影響を受けて加熱される。制御部12は、第1コイル1050及び第2コイル1070に同時に交流電流を流し、サセプタ加熱部810aを迅速に予熱温度に到逹させた後、第2コイル1070に供給される交流電流のみを遮断することで、第1加熱部1010のみ持続的に加熱されるように誘導する。その過程で、第1加熱部1010は、第1コイル1050及び第2コイル1070によって形成される交流磁場いずれにも影響を受ける。この選択的実施例において、第1加熱部1010を加熱させるコイルは、第1コイル1050と第2コイル1070の巻線数が重畳または合算された等価コイル(equivalent coil)と理解される。また、図10は、複数のコイルの数を2本に限定したが、実施例によって、コイルの数は、2本より多くてもよい。
図11は、図8で説明した誘導加熱式エアロゾル生成装置に含まれる複数のコイルとサセプタのさらに他の一例を図式的に示す図面である。
説明の便宜上、図11は、図8において、交流磁場を発生させる複数のコイルと、その複数のコイルによって加熱されるサセプタ加熱部810aのみを限定的に示し、それ以外に省略された構成は、図8に示された構成と同一であると仮定する。また、以下では、図8を参照して説明し、第1コイル1150及び第2コイル1170は、交流電流が印加されれば、交流磁場を形成することができる。
まず、サセプタ加熱部810aは、第1コイル1150によって加熱される第1加熱部1110及び第2コイル1170によって加熱される第2加熱部1130を含む。第1コイル1150に交流電流が供給されて交流磁場が形成されれば、第1加熱部1110は、その交流磁場の影響を受けて加熱される。第1加熱部1110は、第1コイル1150によって形成された交流磁場の影響を受けて加熱されるが、第2コイル1170によって形成された交流磁場の拡張によっても影響を受けて加熱される。
また、第2コイル1170に交流電流が供給されて交流磁場が形成されれば、第2加熱部1130は、その交流磁場の影響を受けて加熱される。第1コイル1150及び第2コイル1170の長さ比率は、n:1であり、ここで、nは、数学的または実験的に決定された任意の実数でもある。ここで、コイル長は、巻取状態のコイル自体の長さを意味し、巻取状態を解除して、それ以上コイルとは称することができない金属線状態での長さを意味するものではない。
ソレノイドコイル(solenoid coil)の磁場の強度を算出する公知の数式によって、単位長さ当たり巻線数が変われば、各コイルに交流電流が流れるときに発生する磁場の強度も変わり、nを適切に変更することで、変化する第1コイル1150及び第2コイル1170の固有の物性によって第1加熱部1110及び第2加熱部1130が加熱される速度も変わる。制御部12は、図9及び図10で説明したように、第1加熱部1110及び第2加熱部1130を同時に加熱させた後、第2コイル1170に対する交流電流の供給を中止してもよい。第2コイル1170に対する交流電流の供給が中止されれば、第2加熱部1130は、第1コイル1150によって形成される交流磁場の拡張によって加熱されるか、第1加熱部1110の伝導熱によって第1加熱部1110が加熱される速度に比べて、さらに遅い速度で加熱される。
この選択的一実施例によれば、n値を調整して第1加熱部1110及び第2加熱部1130が加熱される速度を互いに異なって調整することで、サセプタ加熱部810aに接触されるエアロゾル生成基質を所望の特性に合わせて加熱することができる。この選択的一実施例において、第1コイル1150の長さに対する第2コイル1170の長さの比率は、既定値以下でもあり、ここで、第1コイル1150の長さに対する第2コイル1170の長さの比率を、図11を参照して示せば、1/nである。
図12は、本発明による誘導加熱方式を用いてエアロゾル生成させる方法の一例のフローチャートを示す図面である。
図12は、図1、図2、図3、図6及び図7によるエアロゾル生成装置によって具現されるので、以下では、図1、図2、図3、図6及び図7を参照して説明し、前記説明と重複する説明は、省略する。
制御部12は、少なくとも2つ以上のコイルに伝達されるPWM信号が生成されるように制御する(S1210)。制御部12は、制御信号を生成後に内蔵または制御部12の外部に位置しているパルス幅変調処理部14に制御信号を伝達してPWM制御信号を生成することができる。
段階S1210で生成されたPWM信号が複数のコイルにそれぞれ伝達される(S1230)。
PWM信号を受信した複数のコイルが同時または順次に交流磁場を形成する(S1250)。
エアロゾル生成装置1に備えられたサセプタ810が複数のコイルの配置方向またはコイル長比率によって異なって形成される磁場によって差等的に加熱される(S1270)。エアロゾル生成基質を含むシガレットが、段階S1270で差等的に加熱されたサセプタに接触されれば、エアロゾル生成基質が差等的に加熱されることで、生成されるエアロゾルの特性が多様に調節される。本発明によれば、ユーザは、最適化された喫煙感を提供するエアロゾルを吸い込むことができる。
本実施例に係わる技術分野で通常の知識を有する者は、前記記載の本質的な特性から外れない範囲内で変形された形態に具現可能であるということを理解できるであろう。したがって、開示された方法は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は、前記説明ではなく、特許請求の範囲に開示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、本発明に含まれるものと解釈されねばならない。
本発明は、ユーザの便宜性を提供し、一貫した喫煙経験を提供することができる次世代電子タバコを製造するのに活用されうる。
Claims (10)
- 交流電流が印加されれば、交流磁場を発生させる、互いに異なる巻線数を有する複数のコイルと、
前記複数のコイルから発生した交流磁場内で熱を発生させる方式で、内部に挿入されたエアロゾル生成物品を加熱するサセプタと、
前記複数のコイルに既設定の交流電流がそれぞれ供給されるように制御する制御部と、を含み、
前記サセプタは、
前記サセプタの長手方向に前記複数のコイルと平行に配置された第1部分及び第2部分を含み、
前記制御部は、
前記第1部分及び前記第2部分が前記複数のコイルに供給される交流電流によって差等的に加熱されるように制御し、
前記サセプタの温度を予熱温度まで上昇させる予熱区間及び前記サセプタの温度を保持する温度保持区間によって前記複数のコイルに選択的に交流電流が供給されるように制御する、誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。 - 前記複数のコイルは、
前記第1部分に対応する第1コイル及び前記第2部分に対応する第2コイルを含み、
前記第1コイル及び前記第2コイルは、互いに異なるインダクタンスを有する、請求項1に記載の誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。 - 前記制御部は、
前記温度保持区間において、前記第1コイルまたは前記第2コイルのうちいずれか1つのコイルに交流電流が供給されるように制御する、請求項2に記載の誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。 - 前記予熱区間において、前記第1コイル及び前記第2コイルのうち少なくとも1つのコイルに交流電流が供給されるように制御する、請求項2に記載の誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。
- 前記制御部は、
前記予熱温度に到達した後、既設定の時間が経過すれば、前記第1コイルまたは前記第2コイルのうちいずれか1つのコイルに対する交流電流の供給が中断されるように制御する、請求項2に記載の誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。 - 前記サセプタは、
単一物質からなる、請求項1に記載の誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。 - 前記制御部は、
前記第1コイル及び前記第2コイルのそれぞれに交流電流を供給するための第1PWM制御信号及び第2PWM制御信号を生成するように構成された、請求項2に記載の誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。 - 前記第1コイル及び前記第2コイルそれぞれの受信側は、インピーダンスマッチング回路部をさらに含むように構成された、請求項7に記載の誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。
- 前記制御部は、
前記第1コイル及び前記第2コイルに互いに異なる大きさの交流電流が供給されるように制御する、請求項2に記載の誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。 - 前記サセプタは、
前記サセプタの長手方向に前記複数のコイルと平行に配置された第1部分及び第2部分を除外した残りの部分を含み、
前記制御部は、
前記第1部分、第2部分及び前記残りの部分が前記複数のコイルに供給される交流電流によって差等的に加熱されるように制御する、請求項1に記載の誘導加熱方式を用いるエアロゾル生成装置。
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