JP7465953B2 - エアロゾル生成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エアロゾル生成装置に係り、さらに詳細には、エアロゾル生成装置の霧化量及び喫味感(flavor)増大のためのエアロゾル生成装置に関する。
最近、一般的なシガレットの短所を克服する代替方法に係わる需要が増加している。例えば、シガレットまたは、液体保存部内のエアロゾル生成物質を非燃焼式で加熱することで、エアロゾルを生成する装置に係わる需要が増加している。
そのようなエアロゾル生成装置は、喫煙区間以前に予熱区間を設定することで、エアロゾル生成基質を予め加熱することができる。しかし、1つの目標温度にのみ加熱部を予熱する場合、ユーザが期待する初期霧化量を提供することができないか、加熱部が炭化されうる。そのような初期霧化量不足及び加熱部の炭化は、ユーザの喫味感に影響を与えるという問題がある。
本発明が解決しようとする技術的課題は、初期霧化量増大及び加熱部の炭化を防止することで、ユーザ喫味感を増大させう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、上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。
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エアロゾル生成装置は、バッテリ、前記バッテリから供給された電力に基づいてエアロゾル生成基質を加熱する加熱部、及び予熱区間及び喫煙区間を含む温度プロファイルに基づいて前記加熱部に供給される電力を制御する制御部を含み、前記制御部は、前記予熱区間において第1目標温度及び前記第1目標温度と互いに異なる第2目標温度に基づいて前記加熱部に供給される電力を制御する。
本開示のエアロゾル生成装置は、予熱区間で複数の目標温度に基づいて加熱部を加熱することで、加熱部の温度を安定して(stable)増加させうる。
また、エアロゾル生成装置は、複数の目標温度に基づいて加熱部の温度を安定して予熱させることで、喫煙区間におけるエアロゾル生成基質の炭化を防止することができる。
また、エアロゾル生成装置は、複数の目標温度に基づいて加熱部の温度を安定して予熱させることで、喫煙区間で豊かな霧化量をユーザに提供することができる。
本開示の効果は、上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は、本明細書及び添付図面から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
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。 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。 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。 誘導加熱方式のエアロゾル生成装置を示す図面である。 誘導加熱方式のエアロゾル生成装置を示す図面である。 誘導加熱方式のエアロゾル生成装置に使用されるシガレットの例を示す図面である。 誘導加熱方式のエアロゾル生成装置に使用されるシガレットの例を示す図面である。 誘導加熱方式のエアロゾル生成装置に挿入されるシガレットの例を示す図面である。 誘導加熱方式のエアロゾル生成装置に挿入されるシガレットの例を示す図面である。 一実施例によるエアロゾル生成装置の内部ブロック図である。 一実施例による温度プロファイルによる電力制御方法を説明するための図面である。 一実施例によるエアロゾル生成装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
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エアロゾル生成装置は、バッテリ、前記バッテリから供給された電力に基づいてエアロゾル生成基質を加熱する加熱部、及び予熱区間及び喫煙区間を含む温度プロファイルに基づいて前記加熱部に供給される電力を制御する制御部を含み、前記制御部は、前記予熱区間において第1目標温度及び前記第1目標温度と互いに異なる第2目標温度に基づいて前記加熱部に供給される電力を制御する。
また、前記予熱区間は、第1予熱区間、及び前記第1予熱区間以後の第2予熱区間を含み、前記制御部は、前記第1予熱区間において前記加熱部の温度が前記第1目標温度に到逹するように前記加熱部に供給される電力を制御し、前記第2予熱区間において前記加熱部の温度が前記第2目標温度に到逹するように前記加熱部に供給される電力を制御する。
また、前記第1目標温度は、前記第2目標温度よりも低く設定される。
また、前記第1目標温度は、250℃~335℃範囲内で設定され、前記第2目標温度は、340℃~360℃範囲内で設定される。
また、前記第1予熱区間は、前記第2予熱区間よりも大きく設定される。
また、前記制御部は、前記予熱区間の一部区間において前記加熱部に供給される電流の上限を制限する。
また、前記制御部は、前記喫煙区間において前記加熱部の温度が第3目標温度を保持するように前記加熱部に供給される電力を制御する。
また、前記第3目標温度は、前記第2目標温度よりも低く設定される。
また、前記エアロゾル生成装置は、前記バッテリから供給される直流電源を交流電源に変換する電力変換部をさらに含み、前記加熱部は、前記交流電源に基づいて交番磁場を生成するコイルを含む。
また、前記加熱部は、前記交番磁場によって加熱されるサセプタをさらに含み、前記制御部は、前記コイルに印加される交流電源を制御して前記サセプタを加熱する。
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、これは、当分野に係わる技術者の意図または判例、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、当該発明の説明部分において、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と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、これは、特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、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、明細書に記載の「-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」のような表現は、全体構成リスト(list)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のうち、少なくとも1つ」という表現は、「a」、「b」、「c」、「aとb」、「aとc」、「bとc」または「a、b及びc」をいずれも含んでいる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」、「連結された」または「結合された」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、別途の結合された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」、「直接に連結された」または「直接に結合された」と言及されるとき、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、添付図面を参照して、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よっても具現され、ここで説明する実施例に限定されない。
以下、図面を参照して、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14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が挿入されうる。
図1ないし図3に図示されたエアロゾル生成装置1には、本実施例に係わる構成要素が図示されている。したがって、図1ないし図3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が含まれていると図示されているが、必要によって、ヒータ13は、省略されうる。
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図示されている。また、図2には、バッテリ11、制御部12、蒸気化器14及びヒータ13が一列に配置されていると図示されている。また、図3には、蒸気化器14及びヒータ13が並列に配置されていると図示されている。しかし、エアロゾル生成装置1の内部構造は、図1ないし図3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、ヒータ13、及び蒸気化器14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及び/または蒸気化器14を作動させ、エアロゾルを発生させうる。ヒータ13及び/または蒸気化器14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。
必要によって、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または蒸気化器14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14だけではなく、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によっても具現され、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されるプログラムが保存された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によっても具現されるということを、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うる。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しうる。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、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が加熱されうる。しかし、ヒータ13は、上述した例に限定されず、希望温度まで加熱されうるものであれば、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温度に設定されていてもよい。
一方、他の例として、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。誘導加熱式ヒータに係わる説明は、図4及び図5を参照してさらに詳細に説明する。
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も配置され、シガレット2の外部にも配置される。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ないし図3に図示された形状に限定されず、多様な形状にも作製される。
蒸気化器14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うる。すなわち、蒸気化器14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14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うる。
例えば、蒸気化器14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に含まれうる。
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14から脱/付着されるように作製され、蒸気化器14と一体として作製されうる。
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、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うる。
例えば、蒸気化器14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14以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(例えば、パフ感知センサ、温度感知センサ、シガレット挿入感知センサなど)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、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と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、また第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に形成された少なくとも1つの空気通路を介して流入されうる。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)を介してシガレット2の内部に流入されてもよい。
図4及び図5は、誘導加熱方式のエアロゾル生成装置を示す図面である。
図面において、エアロゾル生成装置1は、サセプタ16、コイル15、バッテリ11及び制御部12を含んでもよい。実施例によってサセプタ16は、シガレット(図6及び図7の200)に含まれる構成でもある。その場合、エアロゾル生成装置1は、図5のように、サセプタ16を含まない。
図4及び図5に図示されたエアロゾル生成装置1には、本実施例に係わる構成要素が図示されている。したがって、図4及び図5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、理解できるであろう。
エアロゾル生成装置1は、誘導加熱(induction heating)方式で収容空間17に収容されるシガレット2を加熱することで、エアロゾルを生成することができる。誘導加熱方式は、周期的に方向が変わる交番磁場(alternating magnetic field)によって伝導性物質を加熱する方式を意味する。
磁性体に交番磁場が印加される場合、磁性体には、渦流損(eddy current loss)及びヒステリシス損(hysteresis loss)によるエネルギー損失が発生し、損失されるエネルギーが熱エネルギーとして磁性体から放出されうる。磁性体に印加される交番磁場の振幅または周波数が大きくなるほど磁性体から多くの熱エネルギーが放出されうる。熱エネルギーは、シガレット2に伝達されうる。
外部磁場によって発熱する磁性体は、サセプタ(susceptor)16でもある。サセプタ16は、切片、薄片またはストリップなどの形状にも形成される。
サセプタ16は、金属または炭素を含んでもよい。サセプタ16は、フェライト(ferrite)、強磁性合金(ferromagnetic alloy)、ステンレス鋼(stainles ssteel)及びアルミニウム(Al)のうち、少なくとも1つを含んでもよい。また、サセプタ16は、黒鉛(graphite)、モリブデン(molybdenum)、シリコンカーバイド(silicon carbide)、ニオブ(niobium)、ニッケル合金(nickel alloy)、金属フィルム(metal film)、ジルコニア(zirconia)のようなセラミック、ニッケル(Ni)やコバルト(Co)のような遷移金属、ホウ素(B)やリン(P)のような半金属のうち、少なくとも1つを含んでもよい。
エアロゾル生成装置1は、シガレット2を収容するための収容空間17を含んでもよい。収容空間17は、シガレット2を収容するための開口を含んでもよい。シガレット2は、収容空間17の開口を介してエアロゾル生成装置1に収容されうる。
図4に図示されたように、収容空間17には、サセプタ16が配置されうる。サセプタ16は、収容空間17の底面に付着されうる。シガレット2は、サセプタ16が挿入されるように収容空間17の底面に押圧されうる。
または、図5に示されたように、エアロゾル生成装置1は、サセプタ16を含まない。その場合、サセプタ16は、シガレット2に含まれうる。
エアロゾル生成装置1は、サセプタ16に交番磁場を印加し、サセプタ16の誘導加熱によるサセプタ16の温度変化によって共振周波数が可変されるコイル15を含んでもよい。
コイル15は、ソレノイド(solenoid)によっても具現される。コイル15は、収容空間17に沿って巻線されるソレノイドでもあり、ソレノイドの内部空間にシガレット2が収容されうる。ソレノイドを構成する導線の材質は、銅(Cu)でもある。但し、それに限定されるものではなく、低い比抵抗値を有し、高い電流を流す材質であって、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、またはそれらのうち、少なくとも1つを含む合金がソレノイドを構成する導線の材質にもなる。
コイル15は、収容空間17に沿って巻線され、サセプタ16に対応する位置に配置されうる。
バッテリ11は、コイル15に電力を供給することができる。バッテリ11は、リチウムリン酸鉄(LiFePO)バッテリでもあるが、それに制限されるものではない。例えば、バッテリは、酸化リチウムコバルト(LiCoO)バッテリ、リチウムチタン酸塩バッテリなどでもある。
制御部12は、コイル15に供給される電力を制御することができる。制御部12は、コイル15の駆動周波数を可変することができる。制御部12は、駆動周波数を制御することで、サセプタ16を誘導加熱することができる。
図6及び図7は、誘導加熱方式のエアロゾル生成装置に使用されるシガレットの例を示す図面である。
図6及び図7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を含んでもよい。フィルタロッド22は、1つ以上のセグメントで構成されうる。例えば、フィルタロッド22は、エアロゾルを冷却させる第1セグメント及びエアロゾルに含まれる特定成分を濾過する第2セグメントを含んでもよい。また、フィルタロッド22には、他の機能を遂行する少なくとも1つのセグメントがさらに含まれうる。
シガレット2は、少なくとも1枚のラッパ24によっても包装される。ラッパ24には、外部空気が流入されるか、内部空気が流出される少なくとも1つの孔(hole)が形成されうる。一例として、シガレット2は、1枚のラッパ24によっても包装される。他の例として、シガレット2は、2枚以上のラッパ24によって重畳して包装されうる。具体的に、第1ラッパによってタバコロッド21が包装され、第2ラッパによってフィルタロッド22が包装されうる。ラッパそれぞれによって包装されるタバコロッド21及びフィルタロッド22が結合され、第3ラッパによってシガレット2がいずれも再包装されうる。
タバコロッド21は、エアロゾル生成物質を含んでもよい。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つを含んでもよいが、それらに限定されない。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。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に噴射されて添加されうる。
タバコロッド21は、多様な方式によっても作製される。例えば、タバコロッド21は、シート(sheet)状にも作製され、ストランド(strand)状にも作製される。または、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。
実施例によって、シガレット2は、サセプタ16をさらに含んでもよい。その場合、サセプタ16は、図7に示されたように、タバコロッド21に配置されうる。サセプタ16は、タバコロッド21の末端からフィルタロッド22方向に延びうる。
タバコロッド21は、熱伝導物質によって取り囲まれる。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、それに限定されるものではない。タバコロッド21を取り囲む熱伝導物質は、タバコロッド21に伝達される熱を均一に分散させ、タバコロッド21に加えられる熱伝導率を向上させ、それにより、タバコロッド21から生成されるエアロゾルの風味が向上しうる。
フィルタロッド22は、酢酸セルロースフィルタでもある。フィルタロッド22は、多様な形状にも形成される。例えば、フィルタロッド22は、円筒状ロッドでもあり、内部に中空(hollow)を含むチューブ型ロッドでもある。または、フィルタロッド22は、内部に空洞(cavity)を含むリセス(recess)状ロッドでもある。フィルタロッド22が複数のセグメントで構成される場合、複数のセグメントは、互いに異なる形状にも作製される。
フィルタロッド22は、フィルタロッド22から香味が発生するようにも作製される。例えば、フィルタロッド22に加香液が噴射され、加香液が塗布される別途の繊維がフィルタロッド22の内部に挿入されうる。
フィルタロッド22には、少なくとも1つのカプセル23が含まれうる。カプセル23は、香味を発生させ、エアロゾルを発生させうる。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によっても形成される。カプセル23は、球状または円筒状を有してもよいが、それに限定されるものではない。
フィルタロッド22にエアロゾルを冷却させる冷却セグメントが含まれる場合、冷却セグメントは、高分子物質または生分解性高分子物質によっても製造される。例えば、冷却セグメントは、純粋なポリ乳酸(polylactic acid)だけで作製される。または、冷却セグメントは、複数の穿孔を含む酢酸セルロースフィルタによって作製されうる。但し、それに限定されるものではなく、冷却セグメントは、エアロゾルを冷却する構造及び物質で構成されうる。
図8及び図9は、誘導加熱方式のエアロゾル生成装置に挿入されるシガレットの例を示す図面である。
具体的に、図8は、サセプタ16がエアロゾル生成装置1に配置される例を示し、図9は、サセプタ16がシガレット2に配置される例を示す。
図8を参照すれば、シガレット2は、シガレット2の長手方向に沿って収容空間17に収容されうる。サセプタ16は、エアロゾル生成装置1に収容されるシガレット2に挿入されうる。シガレット2がサセプタ16に挿入されることにより、タバコロッド21がサセプタ16に接触することができる。サセプタ16は、シガレット2に挿入されるように、エアロゾル生成装置1の長手方向に延びる構造を有することができる。
サセプタ16は、シガレット2の中心部に挿入されるように収容空間17の中心部に位置しうる。図8において、サセプタ16は、単一個数であると例示されているが、それに制限されない。すなわち、本発明のエアロゾル生成装置1は、シガレット2に挿入されるように、エアロゾル生成装置1の長手方向に延びる複数個のサセプタ16を含んでもよい。
コイル15は、収容空間17の長手方向に沿って巻線されうる。コイル15は、サセプタ16に対応する長さに長手方向に沿って延び、サセプタ16に対応する位置に配置されうる。
図9を参照すれば、シガレット2は、シガレット2の長手方向に沿って収容空間17に収容されうる。シガレット2が収容空間17に挿入されることにより、サセプタ16は、コイル15によって取り囲まれる。
サセプタ16は、均一な熱伝達のために、タバコロッド21の中心部に位置しうる。図9において、サセプタ16は、単一個数であると例示されているが、それに制限されない。すなわち、本開示のエアロゾル生成装置1は、シガレット2に含まれた複数個のサセプタ16を含んでもよい。
コイル15は、収容空間17の長手方向に沿って収容空間17に巻線されうる。コイル15は、サセプタ16に対応する長さに長手方向に沿って延び、サセプタ16に対応する位置に配置されうる。
図10は、一実施例によるエアロゾル生成装置の内部ブロック図である。
図10を参照すれば、エアロゾル生成装置1は、入力部1010、出力部1020、感知部1030、インターフェース部1040、加熱部1052、バッテリ1060、メモリ1070、及び制御部1080を含んでもよい。エアロゾル生成装置1が誘導加熱方式によって動作する場合、エアロゾル生成装置1は、電力変換部1051をさらに含んでもよい。
図10のバッテリ1060及び制御部1080は、図1ないし図5のバッテリ11及び制御部12にそれぞれ対応しうる。図10の加熱部1052は、図1ないし図3のヒータ13に対応しうる。エアロゾル生成装置1が誘導加熱方式によって動作する場合、図10の加熱部1052は、図4及び図5のコイル15に対応しうる。実施例によって、図10の加熱部1052は、図4及び図5のサセプタ16を含む構成でもある。
入力部1010は、ユーザ入力を受信することができる。例えば、入力部1010は、加圧式プッシュ(push)ボタン状に設けられるが、それに制限されない。入力部1010は、ユーザ入力を受信した場合、ユーザ入力に対応する制御信号を制御部1080に伝送することができる。制御部1080は、制御信号に基づいてエアロゾル生成装置1の内部構成を制御することができる。例えば、制御部1080は、制御信号に基づいて加熱部1052に電力を供給することができる。
出力部1020は、エアロゾル生成装置1に係わる視覚情報及び/または触覚情報を出力することができる。そのために、出力部1020は、ディスプレイ(図示せず)、振動モータ(図示せず)などを含んでもよい。
感知部1030は、エアロゾル生成装置1の動作に係わる情報を感知することができる。感知部1030は、加熱部1052の温度を感知する温度感知部1031及び加熱部1052に供給される電流を感知する電流感知部1032を含んでもよい。実施例によって、感知部1030は、ユーザのパフを感知するためのパフセンサをさらに含んでもよい。
温度感知部1031は、少なくともいずれか1つの温度センサを含み、温度センサは、加熱部1052と隣接して配置されうる。電流感知部1032は、少なくとも1つのシュント(shunt)抵抗を含んでもよい。エアロゾル生成装置1が誘導加熱方式によって動作する場合、電流感知部1032は、コイル15が直列連結され、コイル15に印加される電流を感知することができる。
インターフェース部1040は、エアロゾル生成装置1に連結される多様な種類の外部デバイスとの通路の役割を行うことができる。例えば、インターフェース部1040は、外部デバイスと連結可能なポート(port)を備え、エアロゾル生成装置1は、ポートを介して外部デバイスと連結されうる。エアロゾル生成装置1は、外部デバイスと連結された状態で、外部デバイスとデータを送受信することができる。インターフェース部1040は、外部電源を供給される通路の役割も行える。例えば、インターフェース部1040は、外部電源と連結可能なポートを備え、エアロゾル生成装置1は、外部電源と連結された状態で、外部電源から外部電源を供給されうる。
加熱部1052は、エアロゾル生成基質を加熱することができる。エアロゾル生成基質が加熱されることにより、エアロゾルが発生しうる。エアロゾル生成基質は、図1ないし図3及び図7ないし図8のシガレット2でもある。
加熱部1052は、コイル15を含んでもよい。また、加熱部1052は、サセプタ16に誘導結合するためのキャパシタ(図示せず)をさらに含んでもよい。実施例によって、加熱部1052は、サセプタ16をさらに含んでもよい。
コイル15に電流が印加される場合、コイル15から発生する交番磁場によってサセプタ16が加熱されうる。加熱されたサセプタ16は、エアロゾル生成基質を加熱し、これにより、エアロゾルが生成されうる。
一実施例によれば、加熱部1052は、サセプタ16を含まず、サセプタ16は、エアロゾル生成基質に含まれうる。この際、加熱部1052は、磁場発生部とも名付ける。
バッテリ1060は、制御部1080の制御によって加熱部1052に電力を供給することができる。
この際、電力変換部1051は、バッテリ1060から供給された電源を変換して加熱部1052に伝達することができる。
電力変換部1051は、バッテリ1060から供給された直流電源を交流電源に変換して加熱部1052に伝達することができる。電力変換部1051は、直流電源を交流電源に変換するために複数のスイッチング素子を含んでもよい。
メモリ1070は、エアロゾル生成装置1の動作のための情報を保存することができる。一実施例において、メモリ1070は、温度プロファイルに係わる情報を保存することができる。
温度プロファイルは、加熱区間に対応する目標温度に係わる情報を含んでもよい。加熱区間は、加熱部1052の温度を既設定の予熱温度まで増加させる予熱区間、及び加熱部1052の温度を一定範囲内に保持させる喫煙区間を含んでもよい。
予熱区間は、加熱部1052の温度をエアロゾルが十分に生成される温度まで増加させる区間を意味することができる。喫煙区間は、加熱部1052の温度をエアロゾルが十分に生成される温度に保持させる区間を意味する。ユーザは、喫煙区間でパフを介してエアロゾル生成基質を吸い込むことができる。エアロゾル生成装置1が誘導加熱方式によって動作する場合、加熱部1052の温度は、サセプタ16の温度を意味する。
制御部1080は、バッテリ1060が加熱部1052に供給する電流パルスの周波数及びデューティー(duty)のうち、少なくともいずれか1つを調整することで、加熱部1052に供給される電力を制御することができる。デューティーは、1つのスイッチング周期(switching period)でスイッチング素子のターンオンされる時間の比率を百分率で示した数値を意味する。したがって、本明細書において、デューティーは、デューティー比(duty ratio)と同じ意味である。エアロゾル生成装置1が誘導加熱方式によって動作する場合、加熱部1052に供給される電力は、コイル15に供給される電力を意味する。コイル15に電力が供給される場合、コイル15から発生する交番磁場によってサセプタ16が非接触方式で加熱されうる。誘導加熱方式の場合、熱伝導が関与しないので、熱損失が顕著に減少しうる。その結果、エアロゾル生成基質の急速加熱が可能である。
制御部1080は、電力変換部1051を制御することで、加熱部1052に供給される電力を制御することができる。一実施例において、制御部1080は、パルス幅変調(Pulse Width Modulation: PWM)方式を利用し、電力変換部1051を制御することができる。制御部1080は、パルス幅変調(PWM)方式を用いて電力変換部1051に含まれた複数のスイッチング素子を制御することができる。そのために、制御部1080は、複数のスイッチング素子を制御する駆動制御部1081を含んでもよい。実施例によって、駆動制御部1081は、制御部1080とは、区分される別途構成として形成されうる。
制御部1080は、温度プロファイルに基づいて加熱部1052に供給される電力を制御することができる。温度プロファイルは、予熱区間及び喫煙区間を含んでもよい。温度プロファイルには、加熱部1052が到逹せねばならない目標温度に係わる情報が含まれ、制御部1080は、加熱部1052が目標温度に追従するように加熱部1052に供給される電力を制御することができる。
一方、ユーザのパフ(puff)は、喫煙区間で行われるので、予熱区間は、短いほど有利である。しかし、加熱部1052の温度を急上昇させる場合、加熱部1052の温度がエアロゾルが生成される温度以上に急上昇し、エアロゾル生成基質の炭化を誘発する。逆に、予熱区間の初期から加熱部1052の温度を緩慢に(gradually)上昇させる場合、予熱時間が過度に増加してユーザ不満足が増加する。これにより、本開示のエアロゾル生成装置1は、予熱区間においてn段(n-step)の温度制御を行うことができる。以下、n段(n-step)温度制御の一例として、2段の温度制御方法についてのみ説明するが、実施例によって、n段(n-step)温度制御は、3段以上を含んでもよい。
制御部1080は、予熱区間において第1目標温度及び第1目標温度と互いに異なる第2目標温度に基づいて、加熱部1052に供給される電力を制御することができる。
具体的に、予熱区間は、第1予熱区間及び第1予熱区間以後の第2予熱区間を含んでもよい。第1予熱区間は、第2予熱区間よりも大きく設定されうる。制御部1080は、第1予熱区間において、第1目標温度に基づいて加熱部1052を加熱し、第2予熱区間において第2目標温度に基づいて加熱部1052に供給される電力を制御することができる。加熱開始時点に目標温度を高く設定する場合、加熱部1052の急激な温度増加によってエアロゾル生成基質が炭化され、バッテリ1060の過負荷が発生してしまう。そのような観点で、加熱部1052の温度を安定して(stable)上昇させうるように、第1目標温度は、第2目標温度よりも低く設定される。
制御部1080は、予熱区間以後の喫煙区間において、第3目標温度に基づいて加熱部1052に供給される電力を制御することができる。第3目標温度は、第2目標温度よりも低く設定されうる。第3目標温度を第2目標温度よりも低く設定することは、後述する電流の上限制限によって予熱時間が増加することを補償するためである。一実施例において、第3目標温度は、第1目標温度と同一に設定されうる。
制御部1080は、予熱区間及び喫煙区間で加熱部1052の温度が目標温度に追従するように、加熱部1052に供給される電力をフィードバック制御することができる。一実施例において、制御部1080は、PID(Proportional-Integral-Derivative)制御方式で加熱部1052の温度を制御することができる。すなわち、制御部1080は、加熱部1052の温度及び目標温度の差値、差値を経時的に積分した値、及び差値を経時的に微分した値を通じるフィードバック制御方式によって加熱部1052に供給される電力を制御することができる。PID制御の係数は、加熱部1052の温度が最適に制御されるように実験的に予め設定されうる。制御部1080は、設定されたPID制御の係数によって加熱部1052の温度が目標温度に到逹するように、加熱部1052に供給される電力を制御することができる。
一方、加熱開始からフィードバック制御方式で加熱部1052を加熱する場合、電流のリップル(ripple)成分によってバッテリ1060の過負荷が発生しうる。また、電流のリップル(ripple)成分は、EMF(ElectroMotive Force)ノイズとして作用し、バッテリ1060の深刻な損傷をもたらす。
そのような問題点を解決するために、エアロゾル生成装置1は、加熱開始時点が含まれた第1予熱区間の一部において、加熱部1052を加熱するための電流を制限することができる。
制御部1080は、第1予熱区間の一部において、加熱部1052に供給される電流の上限(upper limit)を制限することができる。電流の制限方式によって、予熱時間が増加することを防止するために、電流は、第1予熱区間の一部でのみ制限されうる。
図11は、一実施例による温度プロファイルによる電力制御方法を説明するための図面である。
図11を参照すれば、図11には、加熱部1052の温度1110に係わる情報が図示されている。また、x軸は、時間であり、y軸は、温度を示す。エアロゾル生成装置1が誘導加熱方式によって動作する場合、加熱部1052の温度1110は、サセプタ16の温度1110を意味する。以下、エアロゾル生成装置1が誘導加熱方式によって動作する場合のみを説明しているが、以下の方法は、抵抗加熱方式にも適用されうる。
制御部1080は、温度プロファイルによってサセプタ16を加熱することができる。温度プロファイルには、目標温度及び加熱時間に係わる情報が含まれうる。温度プロファイルは、目標温度及び/または加熱時間に基づいて予熱区間及び喫煙区間に区分される。予熱区間は、サセプタ16の温度1110を既設定の目標温度まで増加させる区間を意味することができる。喫煙区間は、実際パフ(puff)が遂行される区間であって、サセプタ16の温度1110が既設定の目標温度範囲内で保持される区間を意味する。
一方、制御部1080が1つの目標温度に基づいて加熱部1052を加熱するが、予熱時間が短ければ、加熱部1052の温度が短時間に急上昇し、そのような加熱部1052の急激な温度上昇は、エアロゾル生成基質の炭化を発生させる。また、制御部1080が1つの目標温度に基づいて加熱部1052を加熱するが、予熱時間が長ければ、予熱時間が過度に増加し、ユーザ不満足が増加しうる。本開示のエアロゾル生成装置1は、そのような問題点を解決するために、予熱区間において、2段の温度制御を遂行することができる。
予熱区間は、第1予熱区間及び第1予熱区間以後の第2予熱区間に区分される。
予熱開始から、制御部1080は、温度プロファイルによって、第1時点t1まで第1目標温度Tt1に基づいてコイル15に供給される電力を制御することができる。第1時点t1と第1予熱区間の終了時点は、互いに対応する。
制御部1080は、第1予熱区間の間、サセプタ16の温度1110が第1目標温度Tt1に到逹するように電力変換部1051を制御することができる。第1予熱区間において、サセプタ16の温度1110は、第1目標温度Tt1及び/または第1目標温度Tt1以上に増加しうる。一実施例において、第1目標温度Tt1は、250℃~335℃範囲内で設定されうる。
制御部1080は、第2予熱区間(すなわち、第1時点t1と第2時点t2との間)の間、第2目標温度Tt2に基づいて、コイル15に供給される電力を制御することができる。第2時点t2は、喫煙区間の開始時点でもある。
第2予熱区間は、第1予熱区間よりも小さく設定されうる。例えば、第2予熱区間が3秒である場合、第1予熱区間は、15秒に設定されうる。これは、サセプタ16の急激な温度上昇を防止するためである。
制御部1080は、第2予熱区間の間、サセプタ16の温度1110が第2目標温度Tt2に到逹するように電力変換部1051を制御することができる。第2予熱区間において、サセプタ16の温度1110は、第2目標温度Tt2及び/または第2目標温度Tt2以上に増加しうる。第2目標温度Tt2は、第1目標温度Tt1よりも高く設定されうる。これは、加熱開始時点に急激な電力供給によるバッテリ1060の過負荷及びサセプタ16の急激な温度増加によるエアロゾル生成基質の炭化を防止するためである。一実施例において、第2目標温度Tt2は、340℃~360℃範囲内で設定されうる。第2目標温度Tt2の上限しきい値を360℃に設定することは、エアロゾル生成基質の炭化を防止するためである。
エアロゾル生成装置1が予熱区間で2段の温度制御を行うことにより、エアロゾル生成基 質を炭化することなく、サセプタ16が安定して目標とする温度まで予熱されうる。これにより、本開示のエアロゾル生成装置1は、喫煙区間で豊かな霧化量及び喫味感をユーザに提供することができる。
一方、制御部1080は、第1予熱区間の初期には、フィードバック制御方式によってサセプタ16を加熱しない。これは、フィードバック制御時に発生する電流のリップルを低減させるためである。
具体的に、制御部1080は、加熱開始時点から既設定の基準時間taの間、コイル15に供給される電流の上限(upper limit)を制限することができる。
基準時間taは、サセプタ16の温度1110が基準温度Ttaに到逹するまでの時間に基づいて設定されうる。基準温度Ttaは、コイル15のオーバーシュート(over shoot)制御が可能であるか否かに基づいて設定されるが、第1目標温度Tt1よりも低く設定されうる。例えば、基準温度Ttaは、第1目標温度Tt1の-200℃~-30℃範囲内(Tt1-200~Tt1-30)で設定されうる。一実施例において、基準温度Ttaは、第1目標温度Tt1の-35℃(Tt1-35)に設定されうる。基準温度Ttaが第1目標温度Tt1よりも低く設定されるので、基準時間taは第1予熱区間の終了時点よりも先に設定されうる。すなわち、制御部1080は、第1予熱区間の開始時点から第1予熱区間の一部区間でのみコイル15に供給される電流の上限を制限することができる。
電流の上限は、1A~4A範囲内で設定されうる、電流の上限の下限しきい値を1Aに設定することは、サセプタ16を加熱するために要求されるコイル15の最小供給電流が1A以上であるからである。また、電流の上限の上限しきい値を4Aに設定することは、バッテリ1060の定格電流が6Aであり、コイル15を除いた残り構成の要求電流の和が2Aであるからである。制御部1080は、第2加熱時点t2以後の既設定の喫煙時間の間、第3目標温度Tt3に基づいて、コイル15に供給される電力を制御することができる。喫煙時間と喫煙区間は、互いに対応する。例えば、喫煙時間は、240秒に設定されうる。
制御部1080は、喫煙区間の間、サセプタ16の温度1110が第3目標温度Tt3に到逹するように、電力変換部1051を制御することができる。喫煙区間においてサセプタ16の温度1110は、第3目標温度Tt3を基準に既設定の範囲内で保持されうる。第3目標温度Tt3は、第2目標温度Tt2よりも低く設定されうる。これは、第1予熱区間の初期においてコイル15に供給される電流の上限を制限することで発生する予熱時間の増加を補償するためである。一実施例において、第3目標温度Tt3は、第1目標温度Tt1と同一に設定されうる。
図12は、一実施例によるエアロゾル生成装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
図12を参照すれば、S1210段階において、制御部1080は、第1予熱区間において第1目標温度に基づいて加熱部1052に供給される電力を制御することができる。
制御部1080は、第1予熱区間の間、サセプタ16の温度が第1目標温度に到逹するように、電力変換部1051を制御することができる。第1予熱区間においてサセプタ16の温度は、第1目標温度及び/または第1目標温度以上に増加しうる。
制御部1080は、第1予熱区間の初期には、フィードバック制御方式によってサセプタ16を加熱しない。すなわち、制御部1080は、第1予熱区間の一部区間では、フィードバック制御方式によってサセプタ16を加熱しない。
具体的に、制御部1080は、加熱開始時点から既設定の基準時点(すなわち、図11の第1予熱区間)までの時間の間、コイル15に供給される電流の上限(upper limit)を制限することができる。
基準時間は、サセプタ16の温度が基準温度に到逹するまでの時間に基づいて設定されうる。基準温度は、コイル15のオーバーシュート(over shoot)制御が可能であるか否かに基づいて設定されうる。基準温度は、第1目標温度よりも低く設定されうる。例えば、基準温度は、第1目標温度の-200℃~-30℃範囲内で設定されうる。
S1220段階において、制御部1080は、第2予熱区間において第2目標温度に基づいて、加熱部1052に供給される電力を制御することができる。
制御部1080は、第2予熱区間の間、サセプタ16の温度が第2目標温度に到逹するように、電力変換部1051を制御することができる。第2予熱区間において、サセプタ16の温度は、第2目標温度及び/または第2目標温度以上に増加しうる。第2目標温度は、第1目標温度よりも高く設定されうる。第1目標温度を第2目標温度よりも低く設定することは、加熱開始時点に急激な電力供給によって発生するエアロゾル生成基質の炭化を防止し、これによって発生するバッテリ1060の過負荷を防止するためである。
エアロゾル生成装置1が予熱区間から2段の温度制御を行うことにより、エアロゾル生成基質を炭化することなく、サセプタ16が安定して目標する温度まで予熱されうる。これにより、本開示のエアロゾル生成装置1は、喫煙区間で豊かな霧化量及び喫味感をユーザに提供することができる。
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で変形された形態にも具現可能であるということが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、前述した説明ではなく、請求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、本発明に含まれていると解釈されねばならない。

Claims (7)

  1. バッテリと、
    前記バッテリから供給された電力に基づいてエアロゾル生成基質を加熱する加熱部と、
    予熱区間及び喫煙区間を含む温度プロファイルに基づいて前記加熱部に供給される電力を制御する制御部と、を含み、
    予熱区間は、第1予熱区間及び前記第1予熱区間以後の第2予熱区間を含み、
    前記第1予熱区間の時間長は、前記第2予熱区間の時間長よりも大きく設定され、
    前記制御部は、
    前記第1予熱区間において、前記加熱部の温度が第1目標温度に到逹するように、前記加熱部に供給される電力を制御し、
    前記第2予熱区間において、前記加熱部の温度が前記第1目標温度と互いに異なる第2目標温度に到逹するように、前記加熱部に供給される電力を制御し、
    前記第1目標温度は、前記第2目標温度よりも低く設定され、
    前記第1予熱区間における前記加熱部の温度上昇変化率は、前記加熱部の温度が前記第1目標温度に近づくほど減少する、エアロゾル生成装置。
  2. 前記第1目標温度は、250℃~335℃範囲内で設定され、
    前記第2目標温度は、340℃~360℃範囲内で設定される、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  3. 前記制御部は、
    前記予熱区間の一部区間において前記加熱部に供給される電流の上限を制限する、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  4. 前記制御部は、
    前記喫煙区間において前記加熱部の温度が第3目標温度を保持するように前記加熱部に供給される電力を制御する、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  5. 前記第3目標温度は、前記第2目標温度よりも低く設定される、請求項4に記載のエアロゾル生成装置。
  6. 前記バッテリから供給される直流電源を交流電源に変換する電力変換部をさらに含み、
    前記加熱部は、前記交流電源に基づいて交番磁場を生成するコイルを含む、請求項1に記載のエアロゾル生成装置。
  7. 前記加熱部は、前記交番磁場によって加熱されるサセプタをさらに含み、
    前記制御部は、
    前記コイルに印加される交流電源を制御して前記サセプタを加熱する、請求項6に記載のエアロゾル生成装置。
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