KR102190982B1 - 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

Abstract

에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로에 있어서, 히터의 일단 및 배터리로부터 전달되는 전력을 공급하는 전원단 사이에 연결되고, 전원단으로부터 공급되는 전류의 세기에 기초하여 조정되는 저항값을 갖는 가변 저항 소자, 가변 저항 소자의 양단 중 전원단에 연결되는 일단에 연결되는 잡음 제거 소자, 및 가변 저항 소자의 양단 중 히터의 일단에 연결되는 타단에 연결되는 정전기 방전 소자를 포함하는 회로가 개시된다.

Description

히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치{CIRCUIT FOR PREVENTING OVERCURRENT OF HEATER AND AEROSOL GENERATING DEVICE INCLUDING THEREOF}

본 개시는 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 전류의 세기를 조정하기 위한 가변 저항 소자를 포함하여 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하는 회로 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다.

근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하기 위한 대체 방법에 대한 수요가 증가하고 있다. 예를 들면, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성하는 방식이 아닌, 에어로졸 생성 물질을 가열함으로써 에어로졸을 생성하는 방식에 대한 수요가 증가하고 있다.

에어로졸 생성 장치는 배터리 및 히터를 구비할 수 있고, 히터에 전류를 공급하여 히터를 발열시킴으로써 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성할 수 있다. 다만, 히터에 의도치 않게 특정 세기 이상의 전류가 인가되는 경우 히터 또는 주변 회로가 손상될 수 있고, 에어로졸 생성 물질이 과도하게 높은 온도로 가열되어 바람직하지 않은 물질이 생성될 수 있다.

에어로졸 생성 장치의 히터 및 주변 회로의 손상을 방지하고, 에어로졸 생성 물질의 비정상적인 가열을 방지하기 위해서는, 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하는 기술이 요구될 수 있다.

다양한 실시예들은 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 개시가 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 개시의 일 측면에 따른 에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로는, 상기 히터의 일단 및 배터리로부터 전달되는 전력을 공급하는 전원단 사이에 연결되고, 상기 전원단으로부터 공급되는 전류의 세기에 기초하여 조정되는 저항값을 갖는 가변 저항 소자; 상기 가변 저항 소자의 양단 중 상기 전원단에 연결되는 일단에 연결되는 잡음 제거 소자; 및 상기 가변 저항 소자의 양단 중 상기 히터의 일단에 연결되는 타단에 연결되는 정전기 방전 소자를 포함할 수 있다.

본 개시의 다른 측면에 따른 에어로졸 생성 장치는, 에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터; 상기 히터에 전력을 공급하는 배터리; 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부; 및 상기 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로를 포함하고, 상기 회로는, 상기 히터의 일단 및 상기 배터리로부터 전달되는 전력을 공급하는 전원단 사이에 연결되고, 상기 전원단으로부터 공급되는 전류의 세기에 기초하여 조정되는 저항값을 갖는 가변 저항 소자, 상기 가변 저항 소자의 양단 중 상기 전원단에 연결되는 일단에 연결되는 잡음 제거 소자, 및 상기 가변 저항 소자의 양단 중 상기 히터의 일단에 연결되는 타단에 연결되는 정전기 방전 소자를 포함할 수 있다.

본 개시에 따른 회로를 통해, 전원단으로부터 공급되는 전류의 세기에 기초하여 히터에 인가되는 전류의 세기를 조정하는 가변 저항 소자가 에어로졸 생성 장치에 구비될 수 있다. 그에 따라, 과전류에 의해 에어로졸 생성 장치의 히터 및 주변 회로가 손상되는 것이 방지될 수 있고, 에어로졸 생성 물질로부터 의도되지 않은 물질이 생성되는 것이 방지될 수 있다.

도 1은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 물질을 보유하는 교체 가능한 카트리지와 이를 구비한 에어로졸 생성 장치의 결합 관계를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 예시적인 일 작동 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 예시적인 다른 작동 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치를 구성하는 요소들을 나타내는 블록도이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로를 구성하는 요소들을 나타내는 블록도이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 가변 저항 소자가 동작하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일부 실시예에 따른 가변 저항 소자의 온도 변화에 따른 저항값의 변화를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 아래의 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수 있고, 또는 추가적인 구성 요소들 또는 단계들이 더 포함될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 등과 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있으나, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않아야 한다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하기 위한 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들로 선택되었으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당하는 발명의 설명 부분에서 그 의미가 상세하게 기재될 것이다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

본 실시예들은 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.

도 1은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 물질을 보유하는 교체 가능한 카트리지와 이를 구비한 에어로졸 생성 장치의 결합 관계를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.

도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치(5)는 에어로졸 생성 물질을 보유하는 카트리지(20)와, 카트리지(20)를 지지하는 본체(10)를 포함한다.

카트리지(20)는 내부에 에어로졸 생성 물질을 수용한 상태에서 본체(10)에 결합할 수 있다. 카트리지(20)의 일부분이 본체(10)의 수용 공간(19)에 삽입됨으로써 카트리지(20)가 본체(10)에 장착될 수 있다.

카트리지(20)는 예를 들어 액체 상태나, 고체 상태나, 기체 상태나, 겔(gel) 상태 등의 어느 하나의 상태를 갖는 에어로졸 생성 물질을 보유할 수 있다. 에어로졸 생성 물질은 액상 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다.

액상 조성물은 예를 들어, 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 및 비타민 혼합물의 어느 하나의 성분이나, 이들 성분의 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미제는 사용자에게 다양한 향미 또는 풍미를 제공할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 비타민 혼합물은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C 및 비타민 E 중 적어도 하나가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한 액상 조성물은 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다.

예를 들어, 액상 조성물은 니코틴 염이 첨가된 임의의 중량비의 글리세린 및 프로필렌 글리콜 용액을 포함할 수 있다. 액상 조성물에는 2종 이상의 니코틴 염이 포함될 수도 있다. 니코틴 염은 니코틴에 유기산 또는 무기산을 포함하는 적절한 산을 첨가함으로써 형성될 수 있다. 니코틴은 자연적으로 발생하는 니코틴 또는 합성 니코틴으로서, 액상 조성물의 총 용액 중량에 대한 임의의 적절한 중량의 농도를 가질 수 있다.

니코틴 염의 형성을 위한 산은 혈중 니코틴 흡수 속도, 에어로졸 생성 장치(5)의 작동 온도, 향미 또는 풍미, 용해도 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 니코틴 염의 형성을 위한 산은 벤조산, 락트산, 살리실산, 라우르산, 소르브산, 레불린산, 피루브산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 카프릴산, 카프르산, 시트르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 페닐아세트산, 타르타르산, 숙신산, 푸마르산, 글루콘산, 사카린산, 말론산 또는 말산으로 구성된 군으로부터 선택되는 단독의 산 또는 상기 군으로부터 선택되는 2 이상의 산들의 혼합이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

카트리지(20)는 본체(10)로부터 전달되는 전기 신호 또는 무선 신호 등에 의해 작동함으로써 카트리지(20)의 내부의 에어로졸 생성 물질의 상(phase)을 기체의 상으로 변환하여 에어로졸(aerosol)을 발생시키는 기능을 수행한다. 에어로졸은 에어로졸 생성 물질로부터 발생한 증기화된 입자와 공기가 혼합된 상태의 기체를 의미할 수 있다.

예를 들어, 카트리지(20)는 본체(10)로부터 전기 신호를 공급받아 에어로졸 생성 물질을 가열하거나, 초음파 진동 방식을 이용하거나, 유도 가열 방식을 이용함으로써 에어로졸 생성 물질의 상을 변환할 수 있다. 다른 예로서, 카트리지(20)가 자체적인 전력원을 포함하는 경우에는 본체(10)로부터 카트리지(20)에 전달되는 전기적인 제어 신호나 무선 신호에 의해 카트리지(20)가 작동함으로써 에어로졸을 발생시킬 수 있다.

카트리지(20)는 내부에 에어로졸 생성 물질을 수용하는 액체 저장부(21)와, 액체 저장부(21)의 에어로졸 생성 물질을 에어로졸로 변환하는 기능을 수행하는 무화기(atomizer)를 포함할 수 있다.

액체 저장부(21)가 내부에 '에어로졸 생성 물질을 수용한다'는 것은 액체 저장부(21)가 그릇(container)의 용도와 같이 에어로졸 생성 물질을 단순히 담는 기능을 수행하는 것과, 액체 저장부(21)의 내부에 예를 들어 스펀지(sponge)나 솜이나 천이나 다공성 세라믹 구조체와 같은 에어로졸 생성 물질을 함침(함유)하는 요소를 포함하는 것을 의미한다.

무화기는 예를 들어, 에어로졸 생성 물질을 흡수하여 에어로졸로 변환하기 위한 최적의 상태로 유지하는 액체 전달 수단(wick; 윅)과, 액체 전달 수단을 가열하여 에어로졸을 발생하는 히터를 포함할 수 있다.

액체 전달 수단은 예를 들어 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹의 적어도 하나를 포함할 수 있다.

히터는 전기 저항에 의해 열을 발생시킴으로써 액체 전달 수단에 전달되는 에어로졸 생성 물질을 가열하기 위하여 구리, 니켈, 텅스텐 등의 금속 소재를 포함할 수 있다. 히터는 예를 들어, 금속 열선(wire), 금속 열판(plate), 세라믹 발열체 등으로 구현될 수 있으며, 니크롬선과 같은 소재를 이용하여 전도성 필라멘트로 구현되거나 액체 전달 수단에 감기거나 액체 전달 수단에 인접하게 배치될 수 있다.

무화기는 또한 별도의 액체 전달 수단을 사용하지 않고 에어로졸 생성 물질을 흡수하여 에어로졸로 변환하기 위한 최적의 상태로 유지하는 기능과 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 발생하는 기능을 모두 수행하는 메시 형상(mesh shape)이나 판 형상(plate shape)의 발열체로 구현될 수 있다.

카트리지(20)의 내부에 수용된 에어로졸 생성 물질을 외부에서 시각적으로 확인할 수 있도록 카트리지(20)의 액체 저장부(21)는 적어도 일부가 투명한 소재를 포함할 수 있다. 액체 저장부(21)는 본체(10)에 결합할 때에 본체(10)의 홈(11)에 삽입될 수 있도록 액체 저장부(21)로부터 돌출하는 돌출창(21a)을 포함한다. 마우스피스(22) 및 액체 저장부(21)의 전체가 투명한 플라스틱이나 유리 등의 소재로 제작될 수 있으며, 액체 저장부(21)의 일부분에 해당하는 돌출창(21a)만이 투명한 소재로 제작될 수 있다.

본체(10)는 수용 공간(19)의 내측에 배치된 접속 단자(10t)를 포함한다. 본체(10)의 수용 공간(19)에 카트리지(20)의 액체 저장부(21)가 삽입되면 본체(10)는 접속 단자(10t)를 통하여 카트리지(20)에 전력을 제공하거나, 카트리지(20)의 작동과 관련한 신호를 카트리지(20)에 공급할 수 있다.

카트리지(20)의 액체 저장부(21)의 일측 단부에는 마우스피스(22)가 결합된다. 마우스피스(22)는 에어로졸 생성 장치(5)의 사용자의 구강으로 삽입되는 부분이다. 마우스피스(22)는 액체 저장부(21) 내부의 에어로졸 생성 물질로부터 발생한 에어로졸을 외부로 배출하는 배출공(22a)을 포함한다.

본체(10)에는 슬라이더(7)가 본체(10)에 대하여 이동 가능하게 결합된다. 슬라이더(7)는 본체(10)에 대해 이동함으로써 본체(10)에 결합된 카트리지(20)의 마우스피스(22)의 적어도 일부를 덮거나 마우스피스(22)의 적어도 일부를 외부로 노출시키는 기능을 수행한다. 슬라이더(7)는 카트리지(20)의 돌출창(21a)의 적어도 일부를 외부로 노출시키는 장공(7a)을 포함한다.

슬라이더(7)는 내부가 비어 있으며 양측 단부가 개방된 통 형상을 갖는다. 슬라이더(7)의 구조는 도면에 도시된 것과 같이 통 형상으로 제한되는 것은 아니며, 본체(10)의 가장자리에 결합된 상태를 유지하면서 본체(10)에 대해 이동 가능한 클립 모양의 단면 형상을 갖는 절곡된 판의 구조나, 만곡된 원호 모양의 단면 형상을 갖는 구부러진 반원통 형상 등의 구조를 가질 수 있다.

슬라이더(7)는 본체(10)와 카트리지(20)에 대한 슬라이더(7)의 위치를 유지하기 위한 자성체를 포함한다. 자성체는 영구자석이나, 철, 니켈, 코발트, 또는 이들의 합금 등과 같은 소재를 포함할 수 있다.

자성체는 슬라이더(7)의 내부 공간을 사이에 두고 서로 마주보는 두 개의 제1 자성체(8a)와, 슬라이더(7)의 내부 공간을 사이에 두고 서로 마주보는 두 개의 제2 자성체(8b)를 포함한다. 제1 자성체(8a)와 제2 자성체(8b)는 슬라이더(7)의 이동 방향, 즉 본체(10)가 연장하는 방향인 본체(10)의 길이 방향을 따라 서로 이격되게 배치된다.

본체(10)는 슬라이더(7)가 본체(10)에 대하여 이동하는 동안 슬라이더(7)의 제1 자성체(8a)와 제2 자성체(8b)가 이동하는 경로 상에 배치된 고정 자성체(9)를 포함한다. 본체(10)의 고정 자성체(9)도 수용 공간(19)을 사이에 두고 서로 마주보도록 두 개가 설치될 수 있다.

슬라이더(7)의 위치에 따라, 고정 자성체(9)와 제1 자성체(8a) 또는 고정 자성체(9)와 제2 자성체(8b) 사이에서 작용하는 자력에 의하여 슬라이더(7)는 마우스피스(22)의 단부를 덮거나 노출시키는 위치에 안정적으로 유지될 수 있다.

본체(10)는 슬라이더(7)가 본체(10)에 대하여 이동하는 동안 슬라이더(7)의 제1 자성체(8a)와 제2 자성체(8b)의 이동하는 경로 상에 배치되는 위치변화 감지 센서(3)를 포함한다. 위치변화 감지 센서(3)는 예를 들어 자기장의 변화를 감지하여 신호를 발생하는 홀 효과(hall effect)를 이용한 홀 센서(hall IC)를 포함할 수 있다.

상술한 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치(5)에서 본체(10)와 카트리지(20)와 슬라이더(7)는 길이 방향을 가로지르는 방향에서의 단면 형상이 대략 직사각형이지만, 실시예는 이러한 에어로졸 생성 장치(5)의 형상에 의해 제한되지 않는다. 에어로졸 생성 장치(5)는 예를 들어 원형이나 타원형이나 정사각형이나 여러 가지 형태의 다각형의 단면 형상을 가질 수 있다. 또한 에어로졸 생성 장치(5)가 길이 방향으로 연장할 때 반드시 직선적으로 연장하는 구조로 제한되는 것은 아니며, 사용자가 손으로 잡기 편하게 예를 들어 유선형으로 만곡되거나 특정 영역에서 미리 정해진 각도로 절곡되며 길게 연장할 수 있다.

도 2는 도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 예시적인 일 작동 상태를 도시한 사시도이다.

도 2에서는 슬라이더(7)가 본체(10)와 결합된 카트리지의 마우스피스(22)의 단부를 덮는 위치로 이동한 작동 상태가 도시되었다. 슬라이더(7)가 마우스피스(22)의 단부를 덮는 위치로 이동한 상태에서는 마우스피스(22)가 외부의 이물질로부터 안전하게 보호되며 청결한 상태로 유지될 수 있다.

사용자는 슬라이더(7)의 장공(7a)을 통하여 카트리지의 돌출창(21a)을 시각적으로 확인함으로써 카트리지가 보유하는 에어로졸 생성 물질의 잔량을 확인할 수 있다. 사용자는 에어로졸 생성 장치(5)를 사용하기 위해서 슬라이더(7)를 본체(10)의 길이 방향으로 이동시킬 수 있다.

도 3은 도 1에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 예시적인 다른 작동 상태를 도시한 사시도이다.

도 3에서는 슬라이더(7)가 본체(10)와 결합된 카트리지의 마우스피스(22)의 단부를 외부로 노출시키는 위치로 이동한 작동 상태가 도시되었다. 슬라이더(7)가 마우스피스(22)의 단부를 외부로 노출시키는 위치로 이동한 상태에서 사용자가 자신의 구강에 마우스피스(22)를 삽입하여 마우스피스(22)의 배출공(22a)을 통해서 배출되는 에어로졸을 흡입할 수 있다.

슬라이더(7)가 마우스피스(22)의 단부를 외부로 노출시키는 위치로 이동한 상태에서도 슬라이더(7)의 장공(7a)을 통하여 카트리지의 돌출창(21a)이 외부로 노출되므로, 사용자가 카트리지가 보유하는 에어로졸 생성 물질의 잔량을 시각적으로 확인할 수 있다.

도 4는 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치를 구성하는 요소들을 나타내는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(5)는 히터(100), 배터리(200), 제어부(300) 및 히터(100)에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로(400)를 포함할 수 있다. 다만, 에어로졸 생성 장치(5)의 내부 구조가 이에 제한되는 것은 아니다. 에어로졸 생성 장치(5)의 설계에 따라, 히터(100), 배터리(200), 제어부(300) 및 회로(400) 중 일부가 생략되거나 새로운 구성이 더 추가될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 예시와 같이, 에어로졸 생성 장치(5)는 센서(500), 사용자 인터페이스(600) 및 메모리(700)를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서 에어로졸 생성 장치(5)는 본체(10)만으로 구성될 수 있고, 이 경우 에어로졸 생성 장치(5)에 포함된 하드웨어 구성들은 본체(10)에 위치한다. 다른 실시예에서 에어로졸 생성 장치(5)는 본체(10) 및 카트리지(20)로 구성될 수 있고, 에어로졸 생성 장치(5)에 포함된 하드웨어 구성들은 본체(10) 및 카트리지(20)에 나뉘어 위치할 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(5)에 포함된 하드웨어 구성들 중 적어도 일부는 본체(10) 및 카트리지(20) 각각에 위치할 수도 있다.

이하에서는 에어로졸 생성 장치(5)에 포함된 각 구성들이 위치하는 공간을 한정하지 않고, 각 구성들의 동작에 대해 설명하기로 한다.

배터리(200)는 에어로졸 생성 장치(5)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 즉, 배터리(200)는 히터(100)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(200)는 에어로졸 생성 장치(5) 내에 구비된 다른 하드웨어 구성들, 즉, 센서(500), 사용자 인터페이스(600), 메모리(700) 및 제어부(300)의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 배터리(200)는 충전이 가능한 배터리이거나 일회용 배터리일 수 있다. 예를 들어, 배터리(200)는 리튬폴리머(LiPoly) 배터리일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

히터(100)는 제어부(300)의 제어에 따라 배터리(200)로부터 전력을 공급 받는다. 히터(100)는 배터리(200)로부터 전력을 공급 받아 에어로졸 생성 장치(5)에 삽입된 궐련을 가열하거나, 에어로졸 생성 장치(5)에 장착된 카트리지(20)를 가열할 수 있다.

히터(100)는 에어로졸 생성 장치(5)의 본체(10)에 위치할 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(5)가 본체(10) 및 카트리지(20)로 구성되는 경우, 히터(100)는 카트리지(20)에 위치할 수 있다. 히터(100)가 카트리지(20)에 위치하는 경우, 히터(100)는 본체(10) 및 카트리지(20) 중 적어도 어느 한 곳에 위치한 배터리(200)로부터 전력을 공급받을 수 있다.

히터(100)는 임의의 적합한 전기 저항성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 적합한 전기 저항성 물질은 타이타늄, 지르코늄, 탄탈럼, 백금, 니켈, 코발트, 크로뮴, 하프늄, 나이오븀, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 갈륨, 망간, 철, 구리, 스테인리스강, 니크롬 등을 포함하는 금속 또는 금속 합금일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 히터(100)는 금속 열선(wire), 전기 전도성 트랙(track)이 배치된 금속 열판(plate), 세라믹 발열체 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

일 실시예에서 히터(100)는 카트리지(20)에 포함된 구성일 수 있다. 카트리지(20)는 히터(100), 액체 전달 수단 및 액체 저장부를 포함할 수 있다. 액체 저장부에 수용된 에어로졸 생성 물질은 액체 전달 수단으로 이동하고, 히터(100)는 액체 전달 수단에 흡수된 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 히터(100)는 니켈크롬과 같은 소재를 포함하고 액체 전달 수단에 감기거나 액체 전달 수단에 인접하게 배치될 수 있다.

다른 실시예에서 히터(100)는 에어로졸 생성 장치(5)의 수용 공간에 삽입된 궐련을 가열할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(5)의 수용 공간에 궐련이 수용됨에 따라 히터(100)는 궐련의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 이로써, 히터(100)는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다.

한편, 히터(100)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 히터(100)는 궐련 또는 카트리지(20)를 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 궐련 또는 카트리지(20)에는 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터가 포함될 수 있다.

히터(100)에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로(400)는 배터리(200)로부터 히터(100)에 특정 수치 이상의 세기를 갖는 전류가 공급되는 것을 방지하기 위해 동작할 수 있다. 회로(400)에 대한 보다 구체적인 내용은 도 5 내지 도 8을 통해 후술될 수 있다.

에어로졸 생성 장치(5)는 적어도 하나의 센서(500)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서(500)에서 센싱된 결과는 제어부(300)로 전달되고, 센싱 결과에 따라 제어부(300)는 히터의 동작 제어, 흡연의 제한, 궐련(또는 카트리지(20)) 삽입 유/무 판단, 알림 표시 등과 같은 다양한 기능들이 수행되도록 에어로졸 생성 장치(5)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 적어도 하나의 센서(500)는 퍼프 감지 센서를 포함할 수 있다. 퍼프 감지 센서는 온도 변화, 유량(flow) 변화, 전압 변화 및 압력 변화 중 어느 하나에 기초하여 사용자의 퍼프를 감지할 수 있다.

또한, 적어도 하나의 센서(500)는 온도 감지 센서를 포함할 수 있다. 온도 감지 센서는 히터(100)(또는, 에어로졸 생성 물질)가 가열되는 온도를 감지할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(5)는 히터(100)의 온도를 감지하는 별도의 온도 감지 센서를 포함하거나, 별도의 온도 감지 센서를 포함하는 대신 히터(100) 자체가 온도 감지 센서의 역할을 수행할 수 있다. 또는, 히터(100)가 온도 감지 센서의 역할을 수행함과 동시에 에어로졸 생성 장치(5)에 별도의 온도 감지 센서가 더 포함될 수 있다.

또한, 적어도 하나의 센서(500)는 위치변화 감지 센서를 포함할 수 있다. 위치변화 감지 센서는 본체(10)에 대하여 이동 가능하게 결합된 슬라이더의 위치 변화를 감지할 수 있다.

사용자 인터페이스(600)는 사용자에게 에어로졸 생성 장치(5)의 상태에 대한 정보를 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스(600)는 시각 정보를 출력하는 디스플레이 또는 램프, 촉각 정보를 출력하는 모터, 소리 정보를 출력하는 스피커, 사용자로부터 입력된 정보를 수신하거나 사용자에게 정보를 출력하는 입/출력(I/O) 인터페이싱 수단들(예를 들어, 버튼 또는 터치스크린)과 데이터 통신을 하거나 충전 전력을 공급받기 위한 단자들, 외부 디바이스와 무선 통신(예를 들어, WI-FI, WI-FI Direct, Bluetooth, NFC(Near-Field Communication) 등)을 수행하기 위한 통신 인터페이싱 모듈 등의 다양한 인터페이싱 수단들을 포함할 수 있다.

다만, 에어로졸 생성 장치(5)에는 위의 예시된 다양한 사용자 인터페이스(600) 예시들 중 일부만이 취사 선택되어 구현될 수도 있다.

메모리(700)는 에어로졸 생성 장치(5) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 메모리(700)는 제어부(300)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(700)는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory) 등의 다양한 종류들로 구현될 수 있다.

메모리(700)에는 에어로졸 생성 장치(5)의 동작 시간, 최대 퍼프 횟수, 현재 퍼프 횟수, 적어도 하나의 온도 프로파일 및 사용자의 흡연 패턴에 대한 데이터 등이 저장될 수 있다.

제어부(300)는 에어로졸 생성 장치(5)의 전반적인 동작을 제어하는 하드웨어이다. 제어부(300)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

제어부(300)는 적어도 하나의 센서(500)에 의해 센싱된 결과를 분석하고 뒤이어 수행될 처리들을 제어한다.

제어부(300)는 적어도 하나의 센서(500)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 히터(100)의 동작이 개시 또는 종료되도록 히터(100)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 적어도 하나의 센서(500)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 히터(100)가 소정의 온도까지 가열되거나 적절한 온도를 유지할 수 있도록 히터(100)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다.

일 실시예에서 제어부(300)는 에어로졸 생성 장치(5)에 대한 사용자 입력을 수신한 후 히터(100)의 동작을 개시하기 위해 히터(100)의 모드를 예열모드로 설정할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 퍼프 감지 센서를 이용하여 사용자의 퍼프를 감지한 후 히터(100)의 모드를 예열모드에서 동작모드로 전환할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 퍼프 감지 센서를 이용하여 퍼프 횟수를 카운트한 후 퍼프 횟수가 기설정된 횟수에 도달하면 히터(100)에 전력 공급을 중단할 수 있다.

제어부(300)는 적어도 하나의 센서(500)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 사용자 인터페이스(600)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 퍼프 감지 센서를 이용하여 퍼프 횟수를 카운트한 후 퍼프 횟수가 기설정된 횟수에 도달하면, 제어부(300)는 램프, 모터 및 스피커 중 적어도 어느 하나를 이용하여 사용자에게 에어로졸 생성 장치(5)가 곧 종료될 것임을 예고할 수 있다.

한편, 도 4에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(5)는 별도의 크래들과 함께 에어로졸 생성 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(5)의 배터리(200)를 충전하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(5)는 크래들 내부의 수용 공간에 수용된 상태에서, 크래들의 배터리로부터 전력을 공급받아 에어로졸 생성 장치(5)의 배터리(200)를 충전할 수 있다.

도 5는 일부 실시예에 따른 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로를 구성하는 요소들을 나타내는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 회로(400)는 가변 저항 소자(410), 잡음 제거 소자(420) 및 정전기 방전 소자(430)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 5에 도시되는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 회로(400)에 더 포함될 수 있다.

회로(400)는 에어로졸 생성 장치(5)에 구비될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(5)가 본체(10) 및 카트리지(20)로 구성되는 경우, 회로(400)는 본체(10) 또는 카트리지(20)에 위치할 수 있다. 다만, 후술할 바와 같이, 회로(400)는 반영구적으로 재사용될 수 있으므로, 에어로졸 생성 장치(5)의 사용이 지속됨에 따라 카트리지(20)가 교체되는 경우에도, 회로(400)는 본체(10)에 구비되어 새로 교체되는 카트리지(20)에 대해서도 기능을 수행할 수 있다.

가변 저항 소자(410)는 히터(100)의 일단(101) 및 배터리(200)로부터 전달되는 전력을 공급하는 전원단(201) 사이에 연결될 수 있다. 가변 저항 소자(410)는 히터(100) 및 배터리(200) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 직렬 연결에 의해, 배터리(200)로부터 가변 저항 소자(410)로 흐르는 전류는 가변 저항 소자(410)로부터 히터(100)로 흐르는 전류와 같을 수 있다.

가변 저항 소자(410)는 두 개의 단자들을 구비하여 서로 다른 두 단자들 사이에 연결되는 이단자 소자(two-terminal element)일 수 있다. 예를 들면, 전원단(201)에 연결되는 일단(411) 및 히터(100)의 일단(101)에 연결되는 타단(412)이 가변 저항 소자(410)에 구비될 수 있다. 가변 저항 소자(410)는 방향성을 갖지 않으므로, 가변 저항 소자(410)는 일단(411)이 히터(100)의 일단(101)에 연결되고 타단(412)이 전원단(201)에 연결되는 방식으로 배치될 수도 있다.

가변 저항 소자(410)는 전원단(201)으로부터 공급되는 전류의 세기에 기초하여 조정되는 저항값을 가질 수 있다. 가변 저항 소자(410)에 공급되는 전류의 세기가 변경되는 경우, 가변 저항 소자(410)의 저항값이 조정될 수 있고, 그에 따라 가변 저항 소자(410)를 거쳐 히터(100)에 공급되는 전류의 세기가 조정될 수 있다. 예를 들면, 전류 세기가 변경됨에 따라 가변 저항 소자(410)의 온도가 변경될 수 있고, 온도 변경시 가변 저항 소자(410)를 구성하는 물질의 배열 상태가 변경될 수 있다. 배열 상태가 변경되면 전자의 흐름을 방해하는 정도가 달라질 수 있으므로, 전류 세기 변경에 따른 배열 상태 변경에 의해 가변 저항 소자(410)의 저항값이 조정될 수 있다.

가변 저항 소자(410)는 히터(100)에 과도하게 높은 세기의 전류가 인가되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 배터리(200), 제어부(300) 또는 주변 회로의 훼손이나 오동작 등에 의하여, 정상 범위를 초과하는 과전류가 가변 저항 소자(410)를 통해 히터(100)에 인가되는 경우에도, 가변 저항 소자(410)의 저항값이 증가하여 히터(100)에 공급되는 전류의 세기가 감소할 수 있으므로, 히터(100)에 인가되는 과전류의 세기가 단시간 내에 정상 범위 이내로 감소할 수 있다. 따라서, 히터(100)에 직렬로 연결되는 가변 저항 소자(410)에 의해 히터(100)에 과전류가 장시간 공급되는 것이 방지될 수 있다.

잡음 제거 소자(420)는 가변 저항 소자(410)의 양단 중 전원단(201)에 연결되는 일단(411)에 연결될 수 있다. 잡음 제거 소자(420)는 가변 저항 소자(410)의 일단(411) 및 접지단 사이에 연결될 수 있다. 잡음 제거 소자(420)는 전원단(201)으로부터 공급되는 전압 또는 전류에 포함되는 잡음을 제거할 수 있다. 예를 들면, 잡음 제거 소자(420)는 전원단(201)으로부터 공급되는 전압 또는 전류의 교류 성분을 제거할 수 있다.

잡음 제거 소자(420)는 배터리(200)로부터 히터(100)에 공급되는 전력을 필터링하여 입력 전압 또는 입력 전류의 노이즈(noise) 및 리플(ripple)을 제거할 수 있다. 잡음 제거 소자(420)에 의해 회로(400), 히터(100) 및 주변 회로에 보다 정제된 신호가 제공될 수 있으므로, 에어로졸 생성 장치(5)의 전반적인 동작 안정성 및 전력 효율이 향상될 수 있다.

정전기 방전 소자(430)는 가변 저항 소자(410)의 타단(412)에 연결될 수 있다. 정전기 방전 소자(430)는 가변 저항 소자(410)의 타단(412) 및 접지단 사이에 연결될 수 있다. 정전기 방전 소자(430)는 가변 저항 소자(410)의 타단(412)에 형성되는 정전기를 방전할 수 있다. 다양한 원인에 의해 히터(100)의 일단(101)에 연결되는 타단(412)에는 정전기가 형성될 수 있고, 타단(412)의 정전기는 정전기 펄스(static electrical pulse)를 유발할 수 있다. 정전기 펄스가 발생하는 경우 짧은 시간 동안 큰 세기의 전압 또는 전류가 히터(100) 측이나 배터리(200) 측에 인가될 수 있어, 히터(100), 배터리(200) 또는 제어부(300) 등의 주변 회로가 손상될 수 있다.

회로(400) 내부에 정전기 방전 소자(430)가 구비됨에 따라, 타단(412)에 형성되는 정전기에 의해 정전기 펄스가 발생하는 경우에도, 히터(100) 또는 배터리(200) 측으로 전달되는 전압 또는 전류의 세기가 제한될 수 있다. 예를 들면, 정전기 펄스에 의해 타단(412)에 특정 세기 이상의 전압이 인가되는 경우 정전기 방전 소자(430)가 단락되어 정전기 펄스에 의한 전류가 접지단으로 흐를 수 있고, 타단(412)의 전압이 해당 특정 세기의 전압으로 클램프(clamp)될 수 있으므로, 에어로졸 생성 장치(5)의 각종 전자 구성품들이 보호될 수 있다.

도 6은 일부 실시예에 따른 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 6을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(5) 내부에서 히터(100) 및 배터리(200) 사이에 회로(400)가 배치되는 구조가 회로도의 형식으로 도시되어 있다. 도 6의 회로도에 도시되지는 않았으나, 히터(100)에 공급되는 전력을 제어하기 위한 스위칭 소자가 전원단(201) 및 일단(411) 사이, 또는 타단(412) 및 일단(101) 사이에 배치될 수 있다. 한편, 배터리(200), 잡음 제거 소자(420) 및 정전기 방전 소자(430)에 연결되는 접지단들은 기준 전압을 제공하기 위한 단일 노드일 수 있으나, 동일한 기준 전압을 제공하는 서로 다른 노드들로 구현될 수도 있다.

가변 저항 소자(410)는 히터(100)에 직렬로 연결될 수 있다. 가변 저항 소자(410)의 일단(411)에는 잡음 제거 소자(420)가 연결될 수 있고, 가변 저항 소자(410)의 타단(412)에는 정전기 방전 소자(430)가 연결될 수 있으나, 후술할 바와 같이 정상 범위의 세기를 갖는 직류 전류는 잡음 제거 소자(420) 또는 정전기 방전 소자(430)로 흐르지 않을 수 있어, 가변 저항 소자(410) 및 히터(100)에는 동일한 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 전원단(201)으로부터 공급되는 전류는 가변 저항 소자(410)를 거쳐 히터(100)에 공급될 수 있다.

가변 저항 소자(410)는 전원단(201)으로부터 공급되는 전류에 의해 가변 저항 소자(410)의 온도가 변경되는 경우, 정 온도 계수(positive temperature coefficient) 특성에 따라 조정되는 저항값을 갖는 리세터블 퓨즈(resettable fuse)를 포함할 수 있다. 리세터블 퓨즈는 정 온도 계수 특성을 갖는 고분자 물질로 구성되는 PPTC(polymeric positive temperature coefficient) 소자일 수 있다.

리세터블 퓨즈가 PPTC 소자인 경우, 리세터블 퓨즈의 온도 변화에 대응하여 리세터블 퓨즈를 구성하는 고분자 물질의 배열 상태가 변경될 수 있다. 예를 들면, 리세터블 퓨즈에 인가되는 전류의 세기가 증가하는 경우, 리세터블 퓨즈의 온도가 증가하여 고분자 물질의 배열 상태가 결정질(crystalline)에서 비정질(amorphous)로 변경될 수 있다. 고분자 물질의 배열이 비정질로 변경되는 경우 전자를 흐르게 하는 전도 경로가 파괴되어 리세터블 퓨즈의 저항값이 큰 폭으로 상승할 수 있다. 리세터블 퓨즈에 대한 보다 구체적인 내용은 도 7 내지 도 8을 통해 후술될 수 있다.

가변 저항 소자(410)는 가변 저항 소자(410)에 인가되는 전류의 세기에 따라 저항값을 달리함으로써 서로 다른 기능들을 수행할 수 있다. 가변 저항 소자(410)는 전류 임계치를 기준으로 하여, 전류 임계치 전후에서 서로 상이한 특성들을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 가변 저항 소자(410)에 인가되는 전류의 세기가 전류 임계치 이상인 경우 가변 저항 소자(410)는 저항값이 급격하게 증가하여 히터(100)에 인가되는 전류의 세기가 감소하도록 동작할 수 있고, 가변 저항 소자(410)에 인가되는 전류의 세기가 전류 임계치 미만인 경우 가변 저항 소자(410)는 매우 낮은 저항값 범위를 유지하여 가변 저항 소자(410)가 에어로졸 생성 장치(5) 내부의 회로에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

가변 저항 소자(410)는 전원단(201)으로부터 공급되는 전류의 세기가 전류 임계치 이상인 경우 저항값이 급격하게 증가함에 따라 히터(100)의 저항값의 0.1배 이상의 저항값을 가질 수 있다. 전류 임계치 이상의 전류 세기에서, 가변 저항 소자(410)의 온도가 온도 임계치 이상으로 상승할 수 있고, 그에 따라 가변 저항 소자(410)를 구성하는 물질의 배열 상태가 변경되어, 가변 저항 소자(410)의 저항값이 급격하게 증가할 수 있다.

전류 임계치 이상의 전류 세기에서, 가변 저항 소자(410)의 저항값은 히터(100)의 저항값의 0.1배 이상이 되어, 직렬로 연결되는 가변 저항 소자(410) 및 히터(100)의 전체 저항값이 의미 있는 수준으로 증가할 수 있으므로, 회로(400)가 존재하지 않는 경우에 비하여, 히터(100)에 인가되는 전류의 세기가 유의미하게 감소할 수 있다.

히터(100)의 저항값의 0.1배라는 수치는 히터(100)에 인가되는 전류의 세기를 감소시킬 수 있는 하나의 예시일 뿐이고, 가변 저항 소자(410)에 높은 세기의 전류가 지속적으로 인가되어 가변 저항 소자(410)의 온도 상승이 계속되는 경우, 가변 저항 소자(410)의 저항값이 히터(100)의 저항값이 상대적으로 무시될 수 있을 정도의 수치까지 증가할 수 있다. 예시적인 수치로서, 가변 저항 소자(410)의 저항값이 히터(100)의 저항값의 100배 이상으로 증가할 수 있어, 가변 저항 소자(410)가 개방되는 경우와 같이 히터(100)에 전류가 인가되는 것이 실질적으로 차단될 수 있다. 온도 변화에 따른 가변 저항 소자(410)의 저항값에 대한 구체적인 예시는 도 8을 통해 후술될 수 있다.

전류 임계치 이상의 전류 세기에서, 가변 저항 소자(410)의 저항값이 히터(100)에 인가되는 전류의 세기를 감소시킬 수 있는 수준으로 증가할 수 있으므로, 히터(100)가 제어 범위 이상으로 과열되는 것이 방지될 수 있고, 그에 따라 히터(100) 및 주변 구성품이 과열로 손상되거나, 에어로졸 생성 물질로부터 의도치 않은 물질이 생성되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 내부 도선의 단락 또는 침수 등의 원인으로 허용 범위를 초과하는 높은 세기의 과전류가 발생하는 경우에도 가변 저항 소자(410)가 실질적으로 개방될 수 있으므로, 히터(100)와 연결되어 동작하는 제어부(300) 또는 센서(500) 등의 전자 구성품들이 손상되는 것이 방지될 수 있다.

가변 저항 소자(410)는 전원단(201)으로부터 공급되는 전류의 세기가 전류 임계치 미만인 경우 히터(100)의 저항값의 0.01배 미만의 저항값을 가질 수 있다. 가변 저항 소자(410)는 전류 임계치 이상의 전류 세기에서 히터(100)에 인가되는 전류의 세기를 감소시킬 수 있으나, 전류 임계치 미만의 전류 세기에서는 전원단(201)으로부터 공급되는 전력을 히터(100)에 손실 없이 그대로 전달해야 하므로, 가변 저항 소자(410)의 저항값은 히터(100)의 저항값 대비 무시될 수 있을 정도의 낮은 값을 가질 것이 요구될 수 있다.

히터(100)의 저항값 대비 무시될 수 있을 정도의 낮은 저항값의 예시로서, 가변 저항 소자(410)는 히터(100)의 저항값의 0.01배 미만의 저항값을 가질 수 있다. 구체적으로, 히터(100)의 저항값은 수 옴(Ω)의 범위, 예컨대 1.7 Ω 이상 2.3 Ω일 수 있고, 전류 임계치 미만의 전류 세기에서 가변 저항 소자(410)의 저항값은 수 밀리옴(Ω)의 범위, 예컨대 15 mΩ 이하, 또는 5 mΩ 이하일 수 있다.

전류 임계치 미만의 전류 세기에서 가변 저항 소자(410)가 히터(100) 대비 무시될 정도의 낮은 저항값을 가질 수 있으므로, 배터리(200)에 의해 전원단(201)에 인가되는 전압이 실질적인 손실 없이 히터(100)의 일단(101)에 인가될 수 있고, 전원단(201)으로부터 공급되는 전류가 가변 저항 소자(410)를 지나는 과정에서 손실되는 전력이 최소화될 수 있으며, 에어로졸 생성 장치(5) 내부의 전체 회로에 추가적으로 구비되는 가변 저항 소자(410)가 전체 회로의 나머지 부분에 미치는 영향이 최소화될 수 있다. 따라서, 전류 임계치 미만의 전류 세기에서는 에어로졸 생성 장치(5) 내부의 전체 회로가 가변 저항 소자(410)가 존재하지 않는 경우와 실질적으로 동일하게 동작할 수 있다.

가변 저항 소자(410)의 전류 세기에 따른 동작을 구분하는 기준이 되는 전류 임계치는 다양한 수치 범위에서 설정될 수 있다. 전류 임계치는 히터(100)의 재질 또는 에어로졸 생성 물질 등의 물성을 고려하여 설정될 수 있고, 가변 저항 소자(410)는 해당 수치를 기준으로 저저항 특성 및 고저항 특성을 구분하여 나타내도록 제조될 수 있다. 예를 들면, 전류 임계치는 1.5 A 이상 5.0 A 이하의 범위에서 결정될 수 있다. 또는, 전류 임계치는 2.5 A 이상 4.0 A 이하의 범위에서 결정될 수 있다. 또는, 전류 임계치는 2.8 A 이상 3.3 A 이하의 범위에서 결정될 수 있다.

잡음 제거 소자(420)는 전원단(201)으로부터 공급되는 전류에 포함되는 교류 성분을 제거하기 위한 캐패시터(capacitor)를 포함할 수 있다. 잡음 제거 소자(420)가 정전 용량(capacitance)을 갖는 경우, 잡음 제거 소자(420)는 전체 회로의 나머지 부분의 저항 성분과 함께 RC 회로를 구성할 수 있고, 고주파 성분을 제거하는 저역 통과 필터로 기능할 수 있다. 따라서, 잡음 제거 소자(420)에 의해 전원단(201)으로부터 공급되는 전압 내지 전류에 포함되는 교류 성분 및 리플(ripple)이 제거될 수 있다. 한편, 잡음 제거 소자(420)는 캐패시터 외에도 교류 성분을 제거하기 위해 통상적으로 사용되는 다른 소자로 대체될 수 있다.

잡음 제거 소자(420)의 정전 용량은 전체 회로의 나머지 부분의 저항 성분 및 RC 회로의 차단 주파수를 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 가변 저항 소자(410)의 저항값이 15 mΩ 이하이고, 히터(100)의 저항값이 1.7 Ω 이상 2.3 Ω인 경우, 잡음 제거 소자(420)의 정전 용량은 5 ㎌ 이상 20 ㎌ 이하일 수 있다.

잡음 제거 소자(420)는 전원단(201)으로부터 공급되는 전류의 직류 성분을 통과시키지 않을 수 있다. 잡음 제거 소자(420)가 특정 정전 용량을 갖는 캐패시터로 구현되는 경우, 잡음 제거 소자(420)는 직류에 대해서는 개방되는 경우와 같이 동작하므로, 전원단(201)으로부터 공급되는 직류 전류는 모두 가변 저항 소자(410) 측으로 흐를 수 있다. 따라서, 가변 저항 소자(410)에 더하여 회로(400)에 잡음 제거 소자(420)가 추가로 구비되는 경우에도 배터리(200)로부터 히터(100)에 공급되는 직류 전류가 실질적인 영향을 받지 않을 수 있다.

정전기 방전 소자(430)는 가변 저항 소자(410)의 타단(412)에 형성되는 정전기를 방전하기 위한 다이오드(diode)를 포함할 수 있다. 정전기 방전 소자(430)는 에어로졸 생성 장치(5)의 정상적인 동작 범위에서는 다이오드의 특성에 따라 전류 흐름을 허용하지 않는 개방 상태와 같이 동작할 수 있으나, 타단(412)에 형성되는 정전기에 의한 펄스로 인해 타단(412)에 역방향 한계 전압(PIV, peak inverse voltage) 이상의 전압이 인가되는 경우, 해당 전압으로 인한 전류를 접지단으로 흘려보낼 수 있다.

정전기 방전 소자(430)는 문턱 전압 이상의 역전압이 인가되는 경우에도 절연 상태가 파괴되지 않고, 대신 해당 단자의 전압을 역방향 한계 전압의 값으로 클램프(clamp)하여 고전압을 방지하고, 단락 상태와 같이 동작하여 전류를 흘려보낼 수 있는 ESD 다이오드(electrostatic discharge diode)일 수 있다. ESD 다이오드는 제너 다이오드(zener diode) 및 TVS 다이오드(transient voltage suppressor diode) 등으로 구현될 수 있다. 한편, 정전기 방전 소자(430)는 다이오드 외에도 정전기를 방전하기 위해 통상적으로 사용되는 다른 소자로 대체될 수 있다.

정전기 방전 소자(430)는 역방향 한계 전압 미만의 전압에서는 접지단으로 전류를 통과시키지 않을 수 있다. 정전기 펄스 등에 의해 역방향 한계 전압 이상의 전압이 인가되지 않는 이상, 가변 저항 소자(410)에 흐르는 전류는 모두 히터(100) 측으로 흐를 수 있다. 따라서, 가변 저항 소자(410)에 더하여 회로(400)에 정전기 방전 소자(430)가 추가로 구비되는 경우에도 배터리(200)로부터 히터(100)에 공급되는 직류 전류가 실질적인 영향을 받지 않을 수 있다.

도 7은 일부 실시예에 따른 가변 저항 소자가 동작하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 가변 저항 소자(410)는 정 온도 계수 특성을 갖는 고분자 물질로 구성되는 PPTC(polymeric positive temperature coefficient) 소자일 수 있고, PPTC 소자는 제1 상태(410a) 및 제2 상태(410b)를 가질 수 있다.

전류 임계치 미만의 세기를 갖는 전류가 PPTC 소자에 인가되는 경우, PPTC 소자는 제1 상태(410a)일 수 있다. 제1 상태(410a)는 PPTC 소자를 구성하는 고분자 물질들이 서로 결정상(crystalline)의 배열을 유지하는 상태로서, 결정상의 배열을 따라 다량의 도전 경로(conductive pathway)들이 형성되는 홀드 상태(hold state)일 수 있다.

전류 임계치 이상의 세기를 갖는 전류가 PPTC 소자에 인가되는 경우, PPTC 소자는 제2 상태(410b)일 수 있다. 제2 상태(410b)는 PPTC 소자를 구성하는 고분자 물질들의 배열이 결정상(crystalline)에서 비결정상(amorphous)으로 전환되는 트립 상태(trip state)일 수 있다. 결정상의 배열이 고온에 의해 깨어지는 경우 도전 경로들이 파괴되어 PPTC 소자의 저항값이 증가할 수 있다.

특히, 도전 경로 파괴시 전자 흐름에 따른 발열이 증가하여, 비결정상으로의 전환이 촉진될 수 있고, 그로 인해 도전 경로가 더욱 파괴될 수 있으므로, PPTC 소자에 인가되는 전류의 세기가 전류 임계치를 넘는 경우 PPTC 소자의 저항값이 급격하게 상승할 수 있다.

도 8은 일부 실시예에 따른 가변 저항 소자의 온도 변화에 따른 저항값의 변화를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 온도 변화에 따른 리세터블 퓨즈의 저항값의 변화를 나타내는 그래프(800)가 도시되어 있다. 그래프(800)에서 저항값을 나타내는 세로축은 로그 척도로 표시되어 있다. 그래프(800)에서 T는 임의의 온도값을 나타내며, R은 임의의 저항값을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 10R은 임의의 저항값 R의 10배의 크기의 저항값을 의미할 수 있다.

그래프(800)에서는 가로축이 온도를 나타내는 것으로 표시되어 있으나, 리세터블 퓨즈에 인가되는 전류의 세기와 온도는 양의 상관 관계를 가질 수 있으므로, 전류의 세기와 저항값의 관계 또한 그래프(800)과 유사할 것이라는 점이 이해될 수 있다.

그래프(800)에서, 6T 근방의 특정 온도 이하의 범위에서는 리세터블 퓨즈의 온도가 증가하더라도 저항값이 증가하는 정도가 크지 않음이 도시되어 있다. 다만, 6T 근방의 특정 온도를 넘어서는 경우, 리세터블 퓨즈의 저항값이 급격하게 증가할 수 있음이 도시되어 있다.

따라서, 그래프(800)로부터, 전류 임계치 미만의 전류 세기에서는 가변 저항 소자(410)의 저항값이 히터(100)의 저항값 대비 매우 작은 값으로 유지될 수 있고, 전류 임계치 이상의 전류 세기에서는 저항 소자(410)의 저항값이 급격하게 증가하여 히터(100)에 인가되는 전류의 세기가 감소할 수 있음이 간접적으로 확인될 수 있다.

이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

10: 에어로졸 생성 장치
100: 히터
200: 배터리
300: 제어부
400: 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로
410: 가변 저항 소자
420: 잡음 제거 소자
430: 정전기 방전 소자

Claims (8)

1. 에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로에 있어서,
   상기 히터의 일단 및 배터리로부터 전달되는 전력을 공급하는 전원단 사이에 연결되고, 상기 전원단으로부터 공급되는 전류의 세기에 기초하여 조정되는 저항값을 갖는 가변 저항 소자;
   상기 가변 저항 소자의 양단 중 상기 전원단에 연결되는 일단에 연결되는 잡음 제거 소자; 및
   상기 가변 저항 소자의 양단 중 상기 히터의 일단에 연결되는 타단에 연결되는 정전기 방전 소자를 포함하는, 회로.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가변 저항 소자는,
   상기 전원단으로부터 공급되는 전류에 의해 상기 가변 저항 소자의 온도가 변경되는 경우, 정 온도 계수(positive temperature coefficient) 특성에 따라 조정되는 저항값을 갖는 리세터블 퓨즈(resettable fuse)를 포함하는, 회로.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가변 저항 소자는,
   상기 전원단으로부터 공급되는 전류의 세기가 전류 임계치 이상인 경우 저항값이 급격하게 증가함에 따라 상기 히터의 저항값의 0.1배 이상의 저항값을 갖게 되는, 회로.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 가변 저항 소자는,
   상기 전원단으로부터 공급되는 전류의 세기가 전류 임계치 미만인 경우 상기 히터의 저항값의 0.01배 미만의 저항값을 갖는, 회로.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 전류 임계치는 2.5 A 이상 4.0 A 이하의 범위에서 결정되는, 회로.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 잡음 제거 소자는,
   상기 전원단으로부터 공급되는 전류에 포함되는 교류 성분을 제거하기 위한 캐패시터(capacitor)를 포함하는, 회로.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 정전기 방전 소자는,
   상기 가변 저항 소자의 타단에 형성되는 정전기를 방전하기 위한 다이오드(diode)를 포함하는, 회로.
8. 에어로졸 생성 장치에 있어서,
   에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터;
   상기 히터에 전력을 공급하는 배터리;
   상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부; 및
   상기 히터에 과전류가 인가되는 것을 방지하기 위한 회로를 포함하고,
   상기 회로는,
   상기 히터의 일단 및 상기 배터리로부터 전달되는 전력을 공급하는 전원단 사이에 연결되고, 상기 전원단으로부터 공급되는 전류의 세기에 기초하여 조정되는 저항값을 갖는 가변 저항 소자,
   상기 가변 저항 소자의 양단 중 상기 전원단에 연결되는 일단에 연결되는 잡음 제거 소자, 및
   상기 가변 저항 소자의 양단 중 상기 히터의 일단에 연결되는 타단에 연결되는 정전기 방전 소자를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.

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