JP7257527B2 - エアロゾル生成装置 - Google Patents

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Description

本開示は、エアロゾル生成装置に係り、さらに詳細には、ヒータの熱を用いてバッテリを充電することができるエアロゾル生成装置に関する。
最近、伝統的なシガレットの短所を克服する代替方法に係わ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、シガレットまたは液体保存部内のエアロゾル生成物質が加熱されることで、エアロゾルを生成する方法に係わる需要が増加している。
このようなエアロゾル生成装置は、ヒータの加熱時に多くの電力を消費するので、エネルギー効率を極大化することができる技術が要求される。
本開示が解決しようとする課題は、ヒータの熱を用いて、エネルギー効率を極大化することができるエアロゾル生成装置を提供するところにある。
本開示の技術的課題は、前述したところに限定されず、以下の例からさらに他の技術的課題が類推されうる。
一側面によるエアロゾル生成装置は、エアロゾル生成基質を加熱するヒータ、前記ヒータに電力を供給するバッテリ、前記ヒータに隣接して配置され、前記ヒータから熱を吸収し、前記吸収された熱を電力に変換する熱電素子及び前記ヒータの加熱時間に基づいて、前記変換された電力を用いて前記バッテリを充電する制御部を含む。
本開示のエアロゾル生成装置は、ヒータの加熱時に発生する熱を用いてバッテリを充電することで、エネルギー効率が極大化されるという利点がある。
また、熱電素子に含まれる冷却部材は、エアロゾル生成装置の内部で発生した熱を遮蔽または放熱させるので、エアロゾル生成装置の使用時に熱傷からユーザを保護することができる。
発明の効果は、以上で例示された内容によって制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。
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。 本開示によるエアロゾル生成装置の内部ブロック図である。 図２の熱電素子を説明するための図面である。 図２の充電部の回路図を例示する図面である。 ヒータの加熱時間に基づいた電力供給方法を説明するための図面である。 ヒータの加熱温度に基づいた電力供給方法を説明するための図面である。 予熱時間に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。 ヒータの加熱終了時点に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。 ヒータの予熱温度に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。 ヒータ温度の単位時間当り温度変化量に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。 ヒータの到達温度に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。 バッテリの充電レベルに基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。
一側面によるエアロゾル生成装置は、エアロゾル生成基質を加熱するヒータ；前記ヒータに電力を供給するバッテリ；前記ヒータに隣接して配置され、前記ヒータから熱を吸収し、前記吸収された熱を電力に変換する熱電素子；及び前記ヒータの加熱時間に基づいて、前記変換された電力を用いて前記バッテリを充電する制御部；を含む。
また、前記制御部は、既設定の予熱時間が経過した時点から前記変換された電力を前記バッテリに供給する。
また、前記制御部は、前記ヒータの加熱が終了する前に既設定の時間が残っているときから、前記変換された電力を前記バッテリに供給する。
また、エアロゾル生成装置は、前記ヒータの加熱時間をカウントするタイマーをさらに含む。
他の側面によるエアロゾル生成装置は、エアロゾル生成基質を加熱するヒータ；前記ヒータに電力を供給するバッテリ；前記ヒータに隣接して配置され、前記ヒータから熱を吸収し、前記吸収された熱を電力に変換する熱電素子；及び前記ヒータの加熱温度に基づいて、前記変換された電力を用いて前記バッテリを充電する制御部；を含む。
また、前記制御部は、前記ヒータの温度が既設定の予熱温度に到逹した場合、前記変換された電力を前記バッテリに供給する。
また、前記制御部は、前記ヒータの単位時間当り温度変化量の絶対値が既設定の臨界値未満である場合、前記変換された電力を前記バッテリに供給する。
また、前記制御部は、前記ヒータの温度が第１温度に到逹した後に前記第１温度よりも低い第２温度に到逹した場合、前記変換された電力を前記バッテリに供給する。
また、エアロゾル生成装置は、前記ヒータの温度を検知する温度検知部をさらに含む。
さらに他の側面によるエアロゾル生成装置は、エアロゾル生成基質を加熱するヒータ；前記ヒータに電力を供給するバッテリ；前記ヒータに隣接して配置される第１電極と、前記第１電極と離隔して配置される第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置される熱電材料と、を含み、ヒータからの熱によって励起される電子または正孔が前記第１電極から前記第２電極に移動することで発生する、前記第１電極及び前記第２電極のフェルミ準位差を用いて電力を生成する熱電素子；及び前記熱電素子で生成された前記電力を用いて前記バッテリを充電する制御部；を含む。
また、熱電素子は、前記第２電極に連結され、前記第２電極を冷却するように構成される冷却部をさらに含む。
また、熱電素子は、前記第１電極に連結され、前記ヒータで発生した熱を吸熱して前記第１電極に伝達する吸熱部をさらに含む。
また、エアロゾル生成装置は、前記熱電素子に接続し、前記熱電素子によって生成された電力を保存するキャパシタ素子、及び前記キャパシタ素子に直列接続し、前記制御部の制御によってオン／オフされるスイッチング素子をさらに含む。
また、前記制御部は、前記ヒータの加熱時間、前記ヒータの加熱温度及び前記バッテリの充電レベルのうち、少なくともいずれか１つに基づいて前記スイッチング素子をターンオン／ターンオフする。
また、エアロゾル生成装置は、前記熱電素子と前記キャパシタ素子との間に接続し、前記熱電素子が出力した電流を安定化させるレギュレータ回路部をさらに含む。
実施例で使用される用語は、本開示での機能を考慮しながら、可能な限り、現在広く使用される一般的な用語を選択したが、それは、当分野に係わる技術者の意図、判例、または新たな技術の出現などによっても異なる。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、該当する開示の説明部分で詳細にその意味を記載する。したがって、本開示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、本開示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」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、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、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。
ここで使用された「少なくとも１つの」のような表現は、全体構成リストを修飾し、リストの個別構成を修飾しない。例えば、「ａ、ｂ、及びｃの少なくとも１つ」は、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ａとｂ」、「ａとｃ」、「ｂとｃ」、または「ａ、ｂ及びｃ」をいずれも含むと理解されねばならない。
あるエレメントまたはあるレイヤが他のエレメントまたは他のレイヤの「上方に」、「上に」、「連結される」または「結合される」と指称されるとき、それは、他のエレメントまたは他のレイヤに直接連結されたり、直接結合されたり、または別途の結合されるエレメントまたはレイヤが存在してもよい。対照的に、あるエレメントが他のエレメントまたはレイヤの「直ぐ上に」、「直上に」、「直接連結される」または「直接結合される」と言及されたとき、中間に別途のエレメントが存在しないと理解されねばならない。同じ参照番号は、全体として同じ要素を指称する。
以下、添付図面に基づいて、本開示の実施例について本開示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、本開示のエアロゾル生成装置及びエアロゾル生成システムは、多様な互いに異なる形態によって具現され、ここで説明する実施例に限定されない。
以下では、図面を参照して、本開示の実施例を詳細に説明する。
図１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。
図面を参照すれば、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。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が挿入されうる。
図１に図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図示されている。したがって、図１に図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にさらに含まれるということは、本開示に係わる技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解できるであろう。
図１には、バッテリ１１、制御部１２、ヒータ１３が一列に配置されているように図示されている。しかし、エアロゾル生成装置１の内部構造は、図１に図示されたところに限定されない。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及びヒータ１３の配置は、変更されうる。
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を作動させ、エアロゾルを発生させうる。ヒータ１３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に挿入されていない場合にも、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及びヒータ１３だけではなく、エアロゾル生成装置１に含まれる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、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可能なプログラムが保存されるメモリの組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も具現可能であるということを、本開示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も加熱される。例えば、シガレット２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。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うる。
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、導電性トラック(track)を含み、導電性トラックに電流が流れることにより、ヒータ１３が加熱されうる。しかし、ヒータ１３は、前述した例に限定されず、希望温度まで加熱されるものであれば、制限なしに該当しうる。ここで、希望温度は、エアロゾル生成装置１に予め設定されていてもよく、ユーザによって所望の温度に設定されていてもよい。
一方、他の例において、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導電性コイルを含み、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が複数個配置される。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てもよく、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の外部に配置されうる。また、ヒータ１３の形状は、図１に図示される形状に限定されず、多様な形状にも作製される。
図１には、図示されていないが、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の充電に用いられうる。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が加熱される。
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部分とに区分されうる。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る。例えば、顆粒状またはカプセル状に作られたエアロゾル生成物質が第２部分に挿入される。
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、外部に露出されうる。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うる。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とができる。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に形成される少なくとも１つの空気通路を通じて流入されうる。例えば、エアロゾル生成装置１に形成される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うる。これにより、霧化量、喫煙感などが、ユーザによって調節されうる。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の内部に流入される。
図２は、本開示によるエアロゾル生成装置の内部ブロック図である。
図面を参照すれば、エアロゾル生成装置１は、エアロゾル生成基質を加熱するヒータ１３、ヒータ１３に電力を供給するバッテリ１１、ヒータ１３で発生した熱を電力に変換する熱電素子１４、変換された電力を用いてバッテリ１１を充電する充電部１５、ヒータ１３の温度を検知する温度検知部１６、ヒータ１３の加熱時間をカウントするタイマー１７、バッテリ１１の充電レベルを検知する充電レベル検知部１８及び制御部１２を含んでもよい。
一方、エアロゾル生成装置１は、図２の構成以外に追加の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、触覚情報の出力のためのモータ及びエアロゾル生成装置１の動作のための情報を保存するメモリをさらに含んでもよい。
ヒータ１３は、エアロゾル基質を加熱することができる。ヒータ１３に電源が印加されれば、固有抵抗によって発熱することができる。エアロゾル生成基質がヒータ１３によって加熱されるとき、エアロゾルが生成されうる。ヒータ１３は、図１のヒータ１３に対応する構成でもある。また、エアロゾル生成基質は、図１のシガレット２でもある。
バッテリ１１は、ヒータ１３に電力を供給することができる。ヒータ１３に供給される電力の大きさは、制御部１２によっても調節される。
制御部１２は、パルス幅変調(Pulse Width Modulation: PWM)信号を出力してヒータ１３に供給される電力を制御することができる。このために、制御部１２は、パルス幅変調器(Pulse Width Modulator)を含んでもよい。制御部１２は、出力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号のデューティー比(Duty ratio)を調節してヒータ１３に供給される電力を調節することができる。例えば、制御部１２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号のデューティー比を増加させ、ヒータ１３に供給される電力を増加させうる。他の例において、制御部１２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号のデューティー比を減少させ、ヒータ１３に供給される電力を減少させうる。
バッテリ１１は、充電が可能な二次電池(secondary cell)でもある。例えば、バッテリ１１は、リチウムリン酸鉄（ＬｉＦｅＰＯ４）バッテリ、酸化リチウムコバルト（ＬｉＣｏＯ２）バッテリ、チタン酸リチウム塩バッテリでもあるが、それらに制限されない。
熱電素子１４は、ヒータ１３に隣接して配置され、ヒータ１３で発生した熱を吸収し、吸収された熱を電力に変換することができる。熱電素子１４は、第１電極（図３の３１０）及び第２電極３２０を含み、第１電極３１０及び第２電極３２０の温度差に基づいて起電力(electromotive force, electromotance)を発生させうる。熱電素子１４の電力生成方法については、図３でさらに詳細に説明する。
充電部１５は、熱電素子１４が生成した電力に基づいてバッテリ１１を充電させうる。充電部１５は、バッテリ１１の高速充電が可能なように設計されうる。
充電部１５は、バッテリ１１の安定した充電のためのレギュレータ回路部（図４の４１０）を含んでもよい。また、充電部１５は、熱電素子１４が生成した電力を保存するキャパシタ素子（図４のＣ１）を含んでもよい。また、充電部１５は、熱電素子１４が生成した電力を変換するコンバータ４２０を含んでもよい。実施例によって、充電部１５は、逆電圧を防止するための逆電圧保護回路をさらに含んでもよい。
充電部１５は、熱電素子１４が生成した電力を保存した後、制御部１２の制御によってバッテリ１１に電力を供給することができる。
制御部１２は、熱電素子１４が生成した電力を用いてバッテリ１１を充電させうる。制御部１２は、ヒータ１３の加熱時間、ヒータ１３の加熱温度、及びバッテリ１１の充電レベルに基づいてバッテリ１１を充電させうる。そのために、エアロゾル生成装置１は、ヒータ１３の加熱時間をカウントするタイマー１７、ヒータ１３の加熱温度を検知する温度検知部１６及びバッテリ１１の充電レベルを検知する充電レベル検知部１８を含んでもよい。
具体的に、制御部１２は、ヒータ１３の加熱時間に基づいて、変換された電力を用いてバッテリ１１を充電することができる。
例えば、制御部１２は、既設定の予熱時間が徒過した時点から変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。予熱時間は、エアロゾルが生成される温度を考慮して適切に設定されうる。
他の例において、制御部１２は、ヒータ１３の加熱が終了する前に既設定の時間が残っているときから変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。充電時点は、エアロゾル生成に障害を与えずにも、ヒータ１３で発生した残熱(residual heat)を最大に利用可能な時点を考慮して設定されうる。
制御部１２は、ヒータ１３の加熱温度に基づいて、変換された電力を用いてバッテリ１１を充電することができる。
例えば、制御部１２は、ヒータ１３の温度が既設定の予熱温度に到逹した場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。予熱温度は、３００℃でもあるが、それに制限されない。
他の例において、制御部１２は、ヒータ１３の単位時間当り温度変化量の絶対値が既設定の臨界値未満である場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。臨界値は、ヒータ１３の安定した加熱を考慮して適切に設定されうる。
さらに他の例において、制御部１２は、ヒータ１３の温度が第１温度に到逹してから、第１温度よりも低い第２温度に到逹した場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。第１温度は、予熱温度であり、第２温度は、ヒータ１３の加熱終了時点のヒータ１３の温度でもあるが、それに制限されない。
制御部１２は、バッテリ１１の充電レベルが既設定の基準レベル以下である場合、電力をバッテリ１１に供給することができる。例えば、基準レベルは、バッテリ１１の全容量の３０％でもあるが、それに制限されない。
図３は、図２の熱電素子を説明するための図面である。
図面を参照すれば、熱電素子１４は、ヒータ１３に隣接して配置される第１電極３１０、第１電極３１０と離隔して配置される第２電極３２０及び第１電極３１０及び第２電極３２０の間に配置される熱電材料３３０ａ、３３０ｂ（以下、区分の必要がない場合、３３０と称する）を含んでもよい。
実施例によって、熱電素子１４は、第２電極３２０に連結され、第２電極３２０で発生した熱を冷却する冷却部３５０をさらに含んでもよい。
実施例によって、熱電素子１４は、第１電極３１０に連結されてヒータ１３で発生した熱を吸熱して第１電極３１０に伝達する吸熱部３４０をさらに含んでもよい。
第１電極３１０及び第２電極３２０は、導電性金属でもある。第１電極３１０は、ヒータ１３に隣接して配置されうる。第２電極３２０は、第１電極３１０に離隔され、配置されうる。第２電極３２０は、ヒータ１３の反対方向に配置され、エアロゾル生成装置１のケースに隣接して配置されうる。
熱電材料３３０は、第１電極３１０及び第２電極３２０の間に配置されうる。熱電材料３３０の一側は、第１電極３１０と連結され、熱電材料３３０の他側は、第２電極に連結されうる。
熱電材料３３０は、ｎ型半導体３３０ａ及びｐ型半導体３３０ｂを含んでもよい。例えば、ｎ型半導体３３０ａは、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などがドーピングされた半導体でもある。また、ｐ型半導体３３０ｂは、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）などがドーピングされた半導体でもある。
熱電材料３３０の種類によって第１電極３１０の極性が決定されうる。
例えば、Ｎ型半導体３３０ａの場合、第１電極３１０とｎ型半導体３３０ａとが接する領域に電子が励起(excited)されうる。また、励起された電子は、伝導帯(conduction band)を通じて第２電極３２０に伝達され、電子の移動によって電場が発生しうる。電場は、ｎ型半導体３３０ａ内のフェルミ準位の傾斜を引き起こし、これにより、第１電極３１０とｎ型半導体３３０ａとが互いに接触する領域の極性は、正電位にもなる。
他の例において、ｐ型半導体３３０ｂの場合、第１電極３１０とｐ型半導体３３０ｂとが接する領域に正孔が励起されうる。また、励起された正孔は、伝導帯を通じて第２電極３２０に伝達され、正孔の移動によって電場が発生しうる。電場は、熱電材料３３０内のフェルミ準位の傾斜を引き起こし、これにより、第１電極３１０とｐ型半導体３３０ｂとが互いに接触する領域の極性は、負電位にもなる。
熱電材料３３０内のフェルミ準位差によって発生した第１電極３１０と第２電極３２０との起電力は、バッテリ１１の充電に使用されうる。
一方、熱電素子１４の生成した起電力は、第１電極３１０と第２電極３２０との温度差に比例して大きくもなる。したがって、本開示のエアロゾル生成装置１は、第１電極３１０及び第２電極３２０の温度差を増加させるために、第１電極３１０に連結される吸熱部３４０及び第２電極３２０に連結される冷却部３５０をさらに含んでもよい。
吸熱部３４０は、ヒータ１３で発生した熱を吸熱して、第１電極３１０に伝達することができる。吸熱部３４０の一側は、ヒータ１３に隣接し、吸熱部３４０の他側は、第１電極３１０に隣接してもいる。
冷却部３５０は、第２電極３２０で発生した熱を冷却させうる。冷却部３５０の一側は、第２電極３２０に隣接してもいる。冷却部３５０の他側は、冷却空気との接触面積を増加させるために、多数の突起が形成されうる。
第１電極３１０及び第２電極３２０の温度差を極大化するために、吸熱部３４０の厚さｄ１は、冷却部３５０の厚さｄ２よりも薄い。
吸熱部３４０及び冷却部３５０は、熱伝導性素材によって作製されうる。例えば、冷却部３５０は、アルミニウム、炭素鋼、ステンレス鋼のうち、いずれか１つまたは前記金属群から選択された合金によっても作製されるが、これに限定されない。
図４は、図２の充電部の回路図を例示する図面である。
図面を参照すれば、充電部１５は、熱電素子１４が生成した電力を安定化させるレギュレータ回路部４１０、熱電素子１４が生成した電力を保存するキャパシタ素子Ｃ１、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電力の供給を制御するスイッチング素子Ｓｗ及びバッテリ１１に供給される電圧を可変するコンバータ４２０を含んでもよい。
レギュレータ回路部４１０は、熱電素子１４の出力端に接続することができる。レギュレータ回路部４１０は、熱電素子１４が出力した電流を安定化させうる。そのために、レギュレータ回路部４１０は、定電流回路を含んでもよい。
キャパシタ素子Ｃ１は、レギュレータ回路部４１０に接続することができる。キャパシタ素子Ｃ１は、レギュレータ回路部４１０が出力した電流に対応して電力を保存することができる。キャパシタ素子Ｃ１のキャパシタンス(capacitance)大きさは、熱電素子１４の熱電効率に基づいて設定されうる。
スイッチング素子Ｓｗは、キャパシタ素子Ｃ１に直列接続し、制御部１２の制御によってオン（ｏｎ）、オフ（ｏｆｆ）になる。
具体的に、制御部１２は、第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２及び第３制御信号のうち、少なくとも１つの制御信号を出力することができる。
第１制御信号Ｓ１は、ヒータ１３の加熱時間に基づいた制御信号でもある。例えば、制御部１２は、既設定の予熱時間が徒過した場合、第１制御信号Ｓ１を出力することができる。他の例において、制御部１２は、ヒータ１３の加熱終了前の既設定の充電時点に第１制御信号Ｓ１を出力することができる。
第２制御信号Ｓ２は、ヒータ１３の加熱温度に基づいた制御信号でもある。例えば、制御部１２は、ヒータ１３の温度が既設定の予熱温度に到逹した場合、第２制御信号Ｓ２を出力することができる。他の例において、制御部１２は、ヒータ１３の単位時間当り温度変化量の絶対値が既設定の臨界値未満である場合、第２制御信号Ｓ２を出力することができる。さらに他の例において、制御部１２は、ヒータ１３の温度が第１温度に到逹してから、第１温度よりも低い第２温度に到逹した場合、第２制御信号Ｓ２を出力することができる。
第３制御信号Ｓ３は、バッテリ１１の充電レベルに基づいた制御信号でもある。例えば、制御部１２は、バッテリ１１の充電レベルが既設定の基準レベル以下である場合、第３制御信号Ｓ３を出力することができる。
スイッチング素子Ｓｗは、第１制御信号Ｓ１、第２制御信号Ｓ２、及び第３制御信号Ｓ３のうち、少なくともいずれか１つの制御信号を受信した場合、ターンオンされるのである。スイッチング素子Ｓｗがターンオンされる場合、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電力がバッテリ１１に提供されうる。
コンバータ４２０は、バッテリ１１に供給される電圧を可変することができる。コンバータ４２０は、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電圧を昇圧または降圧することができる。例えば、コンバータ４２０は、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電圧を、３．５Ｖに昇圧または降圧することができるが、その限りではない。コンバータ４２０は、可変された電圧をバッテリ１１に供給することができる。
バッテリ１１は、コンバータ４２０が出力した電圧を用いて充電されうる。
図５は、ヒータの加熱時間に基づいた電力供給方法を説明するための図面である。
図面を参照すれば、図５には、ヒータ１３の加熱時間によるヒータ１３の温度変化グラフ５１０が図示されている。図５に示されたように、制御部１２は、既設定の予熱時間ｔ１の間、ヒータ１３に電力を急速に供給し、予熱時間ｔ１以後、既設定の喫煙時間ｔ２の間、ヒータ１３の温度がエアロゾル生成に適切な温度が保持されるように電力を供給する。例えば、予熱時間ｔ１は、４０秒であり、喫煙時間ｔ２は、４分でもあるが、それに制限されない。予熱時間ｔ１及び喫煙時間ｔ２は、エアロゾル生成基質の気化温度、バッテリ１１の電力、ヒータ１３性能などを考慮して設定されうる。
制御部１２は、ヒータ１３の加熱時間に基づいて、変換された電力をヒータ１３に供給することができる。
例えば、制御部１２は、既設定の予熱時間ｔ１が経過した時点ｐ１から変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。これは、熱電素子１４が電力を生成するためには、ヒータ１３の温度が熱電材料３３０の電子及び正孔を励起させるに十分な温度以上ではなければならないからである。これは、予熱時間ｔ１の間には、短時間に多くの電力が要求されるので、熱電素子１４が提供した電力によってバッテリ１１の出力電圧が不安定になることを防止するためである。
他の例として、制御部１２は、ヒータ１３の加熱が終了する前の既設定の充電時点ｐ２から変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。充電時点ｐ２は、加熱終了時点ｐ３から既設定の時間ｔａより先立つ時点でもあり、加熱終了時点ｐ３に隣接して設定されうる。既設定の時間ｔａは、２秒でもあるが、それに制限されない。これは、ユーザに一定の喫味感を提供するためには、喫煙時間ｔ２の間、ヒータ１３の温度が精密に保持されねばならないので、喫煙時間ｔ２の間、バッテリ１１の充電によるヒータ１３の温度プロファイルが変更されることを最大限防止し、一方、ヒータ１３の加熱終了時に発生する残熱を用いてバッテリ１１を充電させることで、エネルギー効率を極大化するためである。
図６は、ヒータの加熱温度に基づいた電力供給方法を説明するための図面である。
図面を参照すれば、図６には、ヒータ１３の温度プロファイル６１０が図示されている。図６に示されるように、制御部１２は、ヒータ１３に供給される電力を制御してヒータ１３の温度を既設定の予熱温度ｔｍ１まで急上昇させうる。次いで、制御部１２は、ヒータ１３の温度をエアロゾル生成に適切な温度である喫煙温度ｔｍ２まで降温させうる。また、制御部１２は、ヒータ１３の温度が喫煙温度ｔｍ２に到逹した場合、加熱終了時まで喫煙温度ｔｍ２を保持することができる。例えば、予熱温度ｔｍ１は、３００℃でもあり、喫煙温度ｔｍ２は、２５０℃でもあるが、それに制限されない。予熱温度ｔｍ１及び喫煙温度ｔｍ２は、エアロゾル生成基質の気化温度、バッテリ１１の電力、ヒータ１３性能などを考慮して設定されうる。
制御部１２は、ヒータ１３の加熱温度に基づいて、変換された電力をヒータ１３に供給することができる。
例えば、制御部１２は、ヒータ１３の温度が既設定の予熱温度ｔｍ１に到逹した場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。バッテリ１１の充電時点を予熱時間ｔ１ではない予熱温度ｔｍ１に基づいて制御する場合、バッテリ１１の充電時に発生する出力電圧の不安定によるヒータ１３の不十分な予熱を防止することができる。
他の例において、制御部１２は、ヒータ１３の単位時間当り温度変化量の絶対値が既設定の臨界値未満である場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。単位時間当り温度変化量が大きいという意味は、バッテリ１１からヒータ１３に供給される出力電圧の変化が大きいという意味なので、ヒータ１３の単位時間当り温度変化量が大きい状態で、バッテリ１１が充電される場合、出力電圧の不安定性がさらに増加してしまう。例えば、臨界値は、予熱区間でヒータ１３の単位時間当り温度変化量の絶対値（△｜ａ｜）と同一でもる。
さらに他の例において、制御部１２は、ヒータ１３の温度が第１温度に到逹した後、第１温度よりも低い第２温度に到逹した場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。第１温度は、予熱温度ｔｍ１であり、第２温度は、喫煙温度ｔｍ２でもある。第１温度を予熱温度に設定することにより、ヒータ１３の十分な予熱が保証されるだけではなく、バッテリ１１の充電が出力電圧の変化が少ない区間で行われるので、さらに安定してヒータ１３の制御が可能である。
図７は、予熱時間に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。
図面を参照すれば、Ｓ７１０段階において、熱電素子１４は、ヒータ１３から熱を吸収し、吸収された熱を電力に変換することができる。
熱電素子１４は、ヒータ１３に隣接して配置される第１電極３１０と、第１電極３１０と離隔して配置される第２電極３２０と、第１電極３１０と第２電極３２０との間に配置される熱電材料３３０を含んでもよい。また、熱電素子１４は、ヒータ１３が加熱される場合、第１電極３１０に励起された電子が第２電極３２０に移動することにより発生する電場、及び第１電極３１０に励起された正孔が第２電極３２０に移動することにより発生する電場による、第１電極３１０及び第２電極３２０のフェルミ準位差を用いて電力を生成することができる。
Ｓ７２０段階において、制御部１２は、ヒータ１３の加熱時間が既設定の予熱時間を経過したか否かを判断する。制御部１２は、タイマー１７が提供したヒータ１３の加熱時間情報に基づいてヒータ１３の加熱時間が既設定の予熱時間を経過したか否かを判断する。例えば、予熱時間は、４０秒でもあるが、それに制限されない。予熱時間は、エアロゾル生成基質の気化温度、バッテリ１１の電力、ヒータ１３性能などを考慮して設定されうる。
Ｓ７３０段階において、制御部１２は、ヒータ１３の加熱時間が予熱時間を経過した場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。制御部１２は、スイッチング素子Ｓｗをターンオンさせ、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電力をバッテリ１１に供給することができる。
図８は、ヒータの加熱終了時点に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。
図面を参照すれば、Ｓ８１０段階において、熱電素子１４は、ヒータ１３から熱を吸収し、吸収された熱を電力に変換することができる。図８のＳ８１０段階は、図７のＳ７１０段階に対応しうる。
Ｓ８２０段階において、制御部１２は、ヒータの加熱時間が、ヒータ１３の加熱終了前の既設定の充電時点であるか否かを判断することができる。すなわち、充電時点は、ヒータ１３の加熱終了前まで既設定の時間が残っているか否かによって決定されうる。制御部１２は、タイマー１７が提供したヒータ１３の加熱時間情報に基づいてヒータ１３の加熱時間が既設定の充電時点に到逹したか否かを判断する。充電時点は、加熱終了時点に隣接するように設定されうる。例えば、充電時点は、加熱終了時点から２秒前の時点でもあるが、それに制限されない。
Ｓ８３０段階において、制御部１２は、ヒータ１３の加熱時間が加熱終了前の既設定の充電時点に到逹した場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。制御部１２は、スイッチング素子Ｓｗをターンオンさせ、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電力をバッテリ１１に供給することができる。
図９は、ヒータの予熱温度に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。
図面を参照すれば、Ｓ９１０段階において、熱電素子１４は、ヒータ１３から熱を吸収し、吸収された熱を電力に変換することができる。図９のＳ９１０段階は、図７のＳ７１０及び図８のＳ８１０段階に対応しうる。
Ｓ９２０段階において、制御部１２は、ヒータ１３の加熱温度が既設定の予熱温度に到逹したか否かを判断する。制御部１２は、温度検知部１６が提供したヒータ１３の温度情報に基づいてヒータ１３の加熱温度が既設定の予熱温度に到逹したか否かを判断する。例えば、予熱温度は、３００℃でもあるが、それに制限されない。予熱温度は、エアロゾル生成基質の気化温度、バッテリ１１の電力、ヒータ１３性能などを考慮して設定されうる。
Ｓ９３０段階において、制御部１２は、ヒータ１３の加熱温度が既設定の予熱温度に到逹した場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。制御部１２は、スイッチング素子Ｓｗをターンオンさせ、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電力をバッテリ１１に供給することができる。
図１０は、ヒータ温度の単位時間当り温度変化量に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。
図面を参照すれば、Ｓ１０１０段階において、熱電素子１４は、ヒータ１３から熱を吸収し、吸収された熱を電力に変換することができる。図１０のＳ１０１０段階は、図７のＳ７１０、図８のＳ８１０及び図９のＳ９１０段階に対応しうる。
Ｓ１０２０段階において、制御部１２は、ヒータ１３の単位時間当り温度変化量の絶対値が既設定の臨界値未満であるか否かを判断する。制御部１２は、温度検知部１６が提供したヒータ１３の温度情報に基づいてヒータ１３の単位時間当り温度変化量を計算することができる。臨界値は、予熱区間においてヒータ１３の単位時間当り温度変化量の絶対値と同一でもる。例えば、単位時間当り温度変化量は、７．５℃／ｓでもあるが、それに制限されない。
Ｓ１０３０段階において、制御部１２は、ヒータ１３の単位時間当り温度変化量の絶対値が既設定の臨界値未満である場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。制御部１２は、スイッチング素子Ｓｗをターンオンさせ、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電力をバッテリ１１に供給することができる。
図１１は、ヒータの到達温度に基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。
図面を参照すれば、Ｓ１１１０段階において、熱電素子１４は、ヒータ１３から熱を吸収し、吸収された熱を電力に変換することができる。図１１のＳ１１１０段階は、図７のＳ７１０、図８のＳ８１０、図９のＳ９１０及び図１０のＳ１０１０段階に対応しうる。
Ｓ１１２０段階において、制御部１２は、ヒータ１３の温度が第１温度に到逹したか否かを判断する。第１温度は、予熱温度でもある。例えば、第１温度は、３００℃でもあるが、それに制限されない。
Ｓ１１３０段階において、制御部１２は、ヒータの温度が第１温度に到逹した場合、続けて、ヒータ１３の温度が第１温度よりも低い第２温度に到逹したか否かを判断する。第２温度は、吸熱温度でもある。例えば、第２温度は、２５０℃でもあるが、それに制限されない。
Ｓ１１２０段階及びＳ１１３０段階において、制御部１２は、温度検知部１６が提供したヒータ１３の温度情報に基づいてヒータ１３の温度が第１温度及び第２温度に到逹したか否かを判断することができる。
Ｓ１１４０段階において、制御部１２は、ヒータ１３の温度が第２温度に到逹した場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。制御部１２は、スイッチング素子Ｓｗをターンオンさせ、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電力をバッテリ１１に供給することができる。
図１２は、バッテリの充電レベルに基づいた電力供給方法を説明するためのフローチャートである。
図面を参照すれば、Ｓ１２１０段階において、熱電素子１４は、ヒータ１３から熱を吸収し、吸収された熱を電力に変換することができる。図１２のＳ１２１０段階は、図７のＳ７１０、図８のＳ８１０、図９のＳ９１０、図１０のＳ１０１０及び図１１のＳ１１１０段階に対応しうる。
Ｓ１２２０段階において、制御部１２は、バッテリ１１の充電レベルが既設定の基準レベル以下であるか否かを判断する。基準レベルは、バッテリ１１の総容量の３０％でもあるが、それに制限されない。
Ｓ１２３０段階において、制御部１２は、バッテリ１１の充電レベルが既設定の基準レベル以下である場合、変換された電力をバッテリ１１に供給することができる。制御部１２は、スイッチング素子Ｓｗをターンオンさせ、キャパシタ素子Ｃ１に保存された電力をバッテリ１１に供給することができる。
前述した方法は、コンピュータで実行可能なプログラムで作成可能であり、コンピュータで読取り可能な記録媒体を用いて前記プログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータで具現されうる。また、前述した方法で使用されたデータの構造は、コンピュータで読取り可能な記録媒体に多くの手段を通じて記録されうる。前記コンピュータで読取り可能な記録媒体は、マグネチック記録媒体（例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM、ＵＳＢ、フロッピーディスク、ハードディスクなど）、光学的記録媒体（例えば、CD-ROM、DVDなど）のような記録媒体を含む。
制御部１２のように図面においてブロックで表現される構成要素、要素、モジュールまたはユニット（この段落では、「構成要素」と総称する）のうち、少なくとも１つは、前述した一実施例によって、それぞれの機能を実行する多様な数のハードウェア、ソフトウェア及び／またはファームウェア構造によって具現されうる。例えば、このような構成要素のうち、少なくとも１つは、メモリ、プロセッサ、論理回路、ルックアップテーブルのような直接回路構造を用いてもよい。また、かような構成要素のうち、少なくとも１つは、モジュール、プログラム、またはコードの一部によって具体的に具現され、これは、特定の論理機能を行うための１つ以上の実行可能な命令を含み、１つ以上のマイクロプロセッサまたは他の制御装置によっても実行される。また、このような構成要素のうち、少なくとも１つは、それぞれの機能を処理する中央処理ユニット（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサのようなプロセッサを含むか、これによっても具現される。それらのコンポーネントのうち、２つ以上は、１つ以上の単一コンポーネントによって結合され、単一コンポーネントは、結合された２以上のコンポーネントの全ての動作または機能を行うことができる。また、それらコンポーネントの少なくとも１つの機能のうち、一部は、他のコンポーネントによっても行われる。また、バス(BUS)は、前記ブロック図に図示されていないが、コンポーネントを通じた通信は、バスを通じても行われる。前記例示的な実施例の機能的側面は、１つ以上のプロセッサで実行されるアルゴリズムによっても具現される。また、ブロックまたは処理段階によって表現される構成要素は、電子構成、信号処理及び/または制御、データ処理のための任意の数の関連技術を採用しうる。
本開示に係わる技術分野で通常の知識を有する者であれば、前記記載の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態として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。本開示の範囲は、前述した説明ではなく、請求範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、本開示に含まれていると解釈されねばならない。

Claims (15)

  1. エアロゾル生成基質を加熱するヒータと、
    前記ヒータに電力を供給するバッテリと、
    前記ヒータに隣接して配置され、前記ヒータから熱を吸収し、前記吸収された熱を電力に変換する熱電素子と、
    前記ヒータの加熱時間に基づいて、前記変換された電力を用いて前記バッテリを充電する制御部と、を含む、エアロゾル生成装置。
  2. 前記制御部は、
    既設定の予熱時間が経過した時点から前記変換された電力を前記バッテリに供給する、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
  3. 前記制御部は、
    前記ヒータの加熱が終了する前に既設定の時間が残っているときから前記変換された電力を前記バッテリに供給する、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
  4. 前記ヒータの加熱時間をカウントするタイマーをさらに含む、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
  5. エアロゾル生成基質を加熱するヒータと、
    前記ヒータに電力を供給するバッテリと、
    前記ヒータに隣接して配置され、前記ヒータから熱を吸収し、前記吸収された熱を電力に変換する熱電素子と、
    前記ヒータの加熱温度に基づいて、前記変換された電力を用いて前記バッテリを充電する制御部と、を含む、エアロゾル生成装置。
  6. 前記制御部は、
    前記ヒータの温度が既設定の予熱温度に到逹した場合、前記変換された電力を前記バッテリに供給する、請求項５に記載のエアロゾル生成装置。
  7. 前記制御部は、
    前記ヒータの単位時間当り温度変化量の絶対値が既設定の臨界値未満である場合、前記変換された電力を前記バッテリに供給する、請求項５に記載のエアロゾル生成装置。
  8. 前記制御部は、
    前記ヒータの温度が第１温度に到逹した後に前記第１温度よりも低い第２温度に到逹した場合、前記変換された電力を前記バッテリに供給する、請求項５に記載のエアロゾル生成装置。
  9. 前記ヒータの温度を検知する温度検知部をさらに含む、請求項５に記載のエアロゾル生成装置。
  10. エアロゾル生成基質を加熱するヒータと、
    前記ヒータに電力を供給するバッテリと、
    前記ヒータに隣接して配置される第１電極と、前記第１電極と離隔して配置される第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置される熱電材料と、を含み、ヒータからの熱によって励起される電子または正孔が前記第１電極から前記第２電極に移動することで発生する、前記第１電極及び前記第２電極のフェルミ準位差を用いて電力を生成する熱電素子と、
    前記ヒータの加熱時間、前記ヒータの加熱温度、及び前記バッテリの充電レベルのうち、少なくともいずれか１つに基づいて前記熱電素子で生成された前記電力を用いて前記バッテリを充電する制御部と、を含む、エアロゾル生成装置。
  11. 前記熱電素子は、
    前記第２電極に連結され、前記第２電極を冷却するように構成される冷却部をさらに含む、請求項１０に記載のエアロゾル生成装置。
  12. 前記熱電素子は、
    前記第１電極に連結され、前記ヒータで発生した熱を吸熱して前記第１電極に伝達する吸熱部をさらに含む、請求項１０に記載のエアロゾル生成装置。
  13. 前記熱電素子に接続し、前記熱電素子によって生成された電力を保存するキャパシタ素子と、
    前記キャパシタ素子に直列接続し、前記制御部の制御によってオン／オフされるスイッチング素子と、をさらに含む、請求項１０に記載のエアロゾル生成装置。
  14. 前記制御部は、
    前記ヒータの加熱時間、前記ヒータの加熱温度、及び前記バッテリの充電レベルのうち、少なくともいずれか１つに基づいて前記スイッチング素子をターンオン／ターンオフする、請求項１３に記載のエアロゾル生成装置。
  15. 前記熱電素子と前記キャパシタ素子との間に接続し、前記熱電素子が出力した電流を安定化させるレギュレータ回路部をさらに含む、請求項１３に記載のエアロゾル生成装置。
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