KR102342331B1 - 궐련을 가열하는 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련을 가열하는 히터 조립체는, 궐련의 길이 방향을 따라 연장되고, 외부 자기장에 의해 발열하는 강자성체(ferromagnetic substance)를 포함하는 발열체, 및 발열체의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하고, 궐련을 수용하기 위해 에어로졸 생성 장치에 구비되는 수용 공간의 내측 단부에 배치되는 히터 조립체가 개시된다.

Description

궐련을 가열하는 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치{heater assembly for heating cigarette and aerosol generating device including thereof}
본 개시는 궐련을 가열하는 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 외부 자기장에 의해 발열하는 강자성체를 포함하는 히터 조립체 및 히터 조립체에 교번 자기장을 인가하는 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, 궐련 내의 담배 매질을 가열하여 에어로졸을 생성하는 방식에 대한 수요가 증가하고 있다. 그에 따라, 가열식 궐련 및 가열식 에어로졸 생성 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련의 내부 또는 외부에 전기 저항체로 형성되는 히터를 배치하고, 히터에 전력을 공급하여 궐련을 가열하는 방식을 대체하기 위한 대안적인 가열 방식이 제안되고 있다. 특히, 궐련 내부에 외부로부터 자기장을 인가받아 발열하는 자성체를 포함시키고, 에어로졸 생성 장치에 구비되는 코일에 전류를 공급하여 궐련에 자기장을 인가하는 방식으로 에어로졸을 생성하는 유도 가열 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.
자기장에 의해 발열하는 자성체가 궐련 내부에 포함되는 경우, 궐련을 가열하는 자성체의 온도를 직접적으로 측정하는 것이 어려울 수 있고, 그에 따라 자성체의 온도를 제어하는 것이 어려울 수 있다. 또한, 궐련이 제조되는 과정에서 궐련 내부에 자성체가 균일하게 분포하지 않는 경우, 궐련으로부터 에어로졸이 비균일하게 생성될 수 있다.
에어로졸이 비균일하게 생성될 우려를 해소하고, 자성체의 온도를 보다 정밀하게 제어함으로써 궐련으로부터 에어로졸이 생성되는 품질을 향상시키기 위해서는, 유도 가열 방식으로 궐련을 가열하는 자성체의 구조가 개선될 것이 요구될 수 있다.
다양한 실시예들은 궐련을 가열하는 히터 조립체 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 장치에 수용되는 궐련을 가열하는 히터 조립체는, 상기 궐련의 길이 방향을 따라 연장되고, 외부 자기장에 의해 발열하는 강자성체(ferromagnetic substance)를 포함하는 발열체; 및 상기 발열체의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하고, 상기 궐련을 수용하기 위해 상기 에어로졸 생성 장치에 구비되는 수용 공간의 내측 단부에 배치될 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따른 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치는, 상기 히터 조립체; 상기 수용 공간; 상기 발열체에 교번 자기장을 인가하는 코일; 상기 코일에 전력을 공급하는 전원부; 및 상기 코일에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 히터 조립체에 포함되는 온도 센서가 히터 조립체에 포함되어 외부 자기장에 의해 발열하는 발열체의 내면에 직접 접촉하는 위치에 배치됨에 따라, 유도 가열 방식으로 궐련을 가열하는 히터 조립체의 온도가 직접적으로 측정되어 에어로졸 생성 장치에 제공될 수 있고, 그에 따라 궐련을 가열하는 히터 조립체의 온도가 보다 정밀하게 제어될 수 있다.
외부 자기장에 의해 발열하는 강자성체를 포함하는 발열체가 궐련 내부가 아닌 에어로졸 생성 장치에 배치됨에 따라, 자성체가 궐련 내부에 포함되는 경우 대비 궐련 내부에 자성체가 비균일하게 분포하는 문제가 해소될 수 있고, 에어로졸이 보다 균일하게 생성될 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 구성하는 요소들을 나타내는 도면이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 히터 조립체에 의해 가열되어 에어로졸을 생성하는 궐련을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련을 가열하는 히터 조립체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 히터 조립체를 구성하는 요소들을 나타내는 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 약자성체 및 비자성체 중 적어도 하나를 더 포함하는 발열체를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 발열체의 내면에 직접 접촉하는 위치에 배치되는 온도 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 지지체를 더 포함하는 히터 조립체 및 강자성체에 대응되는 위치에 배치되는 코일을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일부 실시예에 따른 히터 조립체의 온도가 제어되는 과정을 설명하기 위한 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 궐련을 가열하는 히터 조립체 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 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 구성하는 요소들을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 히터 조립체(110), 수용 공간(120), 코일(130), 전원부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 도 1에 도시되는 요소들 외에 다른 범용적인 요소들이 장치(100)에 더 포함될 수 있다.
장치(100)는 유도 가열(induction heating) 방식으로 장치(100)에 수용되는 궐련을 가열함으로써 에어로졸을 생성할 수 있다. 유도 가열 방식은 외부 자기장에 의해 발열하는 자성체에 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장(alternating magnetic field)을 인가하여 자성체로부터 열을 생성하는 방식을 의미할 수 있다.
자성체에 교번 자기장이 인가되는 경우, 자성체에는 와류손(eddy current loss) 및 히스테리시스손(hysteresis loss)에 따른 에너지 손실이 발생할 수 있고, 손실되는 에너지가 열에너지로서 자성체로부터 방출될 수 있다. 자성체에 인가되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 클수록 자성체로부터 많은 열에너지가 방출될 수 있다. 장치(100)는 자성체에 교번 자기장을 인가함으로써 자성체로부터 열에너지를 방출시킬 수 있고, 자성체로부터 방출되는 열에너지를 궐련에 전달할 수 있다.
외부 자기장에 의해 발열하는 자성체는 서셉터(susceptor)일 수 있다. 서셉터는 조각, 박편 또는 스트립 등의 형상으로 궐련 내부에 포함되는 대신, 장치(100)에 배치될 수 있다. 예를 들면, 서셉터는 장치(100) 내부에 배치되는 히터 조립체(110)에 포함될 수 있다.
서셉터는 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 서셉터는 페라이트(ferrite), 강자성 합금(ferromagnetic alloy), 스테인리스강(stainless steel) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 서셉터는 흑연(graphite), 몰리브덴(molybdenum), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 니오븀(niobium), 니켈 합금(nickel alloy), 금속 필름(metal film), 지르코니아(zirconia) 등과 같은 세라믹, 니켈(Ni)이나 코발트(Co) 등과 같은 전이 금속, 붕소(B)나 인(P)과 같은 준금속 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
장치(100)는 궐련을 수용하기 위한 수용 공간(120)을 포함할 수 있다. 수용 공간(120)은 궐련을 장치(100)에 수용하기 위해 수용 공간(120)의 외측에서 개방되는 개구를 포함할 수 있다. 궐련은 수용 공간(120)의 개구를 통해 수용 공간(120)의 외측에서 수용 공간(120)의 내측을 향하는 방향으로 장치(100)에 수용될 수 있다.
수용 공간(120)의 내측 단부에는 히터 조립체(110)가 배치될 수 있다. 히터 조립체(110)는 수용 공간(120)의 내측 단부에 형성되는 바닥면에 부착될 수 있다. 궐련은 히터 조립체(110)의 상단부로부터 히터 조립체(110)에 삽입되며 수용 공간(120)의 바닥면까지 수용될 수 있다.
장치(100)는 히터 조립체(110)에 교번 자기장을 인가하는 코일(130)을 포함할 수 있다. 코일(130)은 수용 공간(120)의 측면을 따라 권선될 수 있고, 히터 조립체(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 코일(130)은 전원부(140)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
코일(130)에 전력이 공급되는 경우 코일(130) 내부에 자기장이 형성될 수 있다. 코일(130)에 전원부(140)로부터 교류 전류가 인가되는 경우 코일(130) 내부에 형성되는 자기장은 주기적으로 방향이 변할 수 있다. 히터 조립체(110)가 코일(130) 내부에 형성되어 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장에 노출되는 경우 히터 조립체(110)가 발열하여 장치(100)에 수용되는 궐련이 가열될 수 있다.
코일(130)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 변하는 경우 궐련을 가열하는 히터 조립체(110)의 온도 또한 변할 수 있다. 제어부(150)는 코일(130)에 공급되는 전력을 제어하여 코일(130)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수를 조정할 수 있고, 그에 따라 히터 조립체(110)의 온도가 제어될 수 있다.
하나의 예시로서, 코일(130)은 솔레노이드(solenoid)로 구현될 수 있다. 코일(130)은 수용 공간(120)의 측면을 따라 권선되는 솔레노이드일 수 있고, 솔레노이드의 내부 공간에 궐련(200)이 수용될 수 있다. 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질은 구리(Cu)일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 낮은 비저항값을 가져 높은 전류가 흐르도록 하는 재질로서 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 아연(Zn) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나, 또는 적어도 하나를 포함하는 합금이 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질이 될 수 있다.
본 개시에 따른 장치(100)의 경우, 서셉터가 궐련 내부에 포함되는 대신 장치(100)에 구비되는 히터 조립체(110)에 포함될 수 있다. 서셉터가 궐련 내부가 아닌 장치(100)에 구비됨에 따라, 서셉터가 궐련 내부에 포함되는 방식 대비 다양한 이점이 있을 수 있다. 예를 들면, 서셉터 물질이 궐련 내부에서 균일하게 분포하지 않는 경우 에어로졸과 향미가 비균일하게 발생되는 문제점이 해결될 수 있다. 또한, 서셉터를 포함하는 히터 조립체(110)가 장치(100)에 구비되므로 유도 가열에 의해 발열하는 히터 조립체(110)의 온도가 직접 측정되어 장치(100)에 제공될 수 있고, 그에 따라 히터 조립체(110)의 온도에 대한 정교한 제어가 수행될 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 히터 조립체에 의해 가열되어 에어로졸을 생성하는 궐련을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 궐련(200)은 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)를 포함할 수 있다. 도 2에는 필터 로드(220)가 단일 영역으로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필터 로드(220)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)는 에어로졸을 냉각하는 제1 세그먼트 및 에어로졸에 포함되는 특정 성분을 여과하는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필터 로드(220)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트가 더 포함될 수도 있다.
궐련(200)은 적어도 하나의 래퍼(240)에 의해 포장될 수 있다. 래퍼(240)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 공기가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로, 궐련(200)은 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로, 궐련(200)은 둘 이상의 래퍼들(240)에 의해 중첩적으로 포장될 수도 있다. 구체적으로, 제1 래퍼에 의하여 담배 로드(210)가 포장되고, 제2 래퍼에 의해 필터 로드(220)가 포장될 수 있다. 래퍼들 각각에 의해 포장되는 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)가 결합되고, 제3 래퍼에 의하여 궐련(200) 전체가 재포장될 수 있다.
담배 로드(210)는 에어로졸 생성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 생성 물질은 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 담배 로드(210)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 담배 로드(210)에는 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이 담배 로드(210)에 분사되어 첨가될 수 있다.
담배 로드(210)는 다양한 방식으로 제작될 수 있다. 예를 들면, 담배 로드(210)는 시트(sheet)로 제작될 수 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또는, 담배 로드(210)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다.
담배 로드(210)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들면, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 담배 로드(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(210)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드(210)에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 담배 로드(210)로부터 생성되는 에어로졸의 풍미가 향상될 수 있다.
필터 로드(220)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 필터 로드(220)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)는 원통형 로드일 수 있고, 내부에 중공(hollow)을 포함하는 튜브형 로드일 수 있다. 또는, 필터 로드(220)는 내부에 공동(cavity)을 포함하는 리세스(recess) 형 로드일 수도 있다. 필터 로드(220)가 복수의 세그먼트들로 구성되는 경우, 복수의 세그먼트들은 서로 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(220)는 필터 로드(220)에서 향미가 발생하도록 제작될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)에 가향액이 분사될 수 있고, 가향액이 도포되는 별도의 섬유가 필터 로드(220)의 내부에 삽입될 수도 있다.
필터 로드(220)에는 적어도 하나의 캡슐(230)이 포함될 수 있다. 캡슐(230)은 향미를 발생시킬 수 있고, 에어로졸을 발생시킬 수도 있다. 예를 들면, 캡슐(230)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싸는 구조로 형성될 수 있다. 캡슐(230)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
필터 로드(220)에 에어로졸을 냉각하는 냉각 세그먼트가 포함되는 경우, 냉각 세그먼트는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질로 제조될 수 있다. 예를 들면, 냉각 세그먼트는 순수한 폴리락트산(polylactic acid)만으로 제작될 수 있다. 또는, 냉각 세그먼트는 복수의 천공들을 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 필터로 제작될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 냉각 세그먼트는 에어로졸을 냉각하는 구조 및 물질로 구성될 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련을 가열하는 히터 조립체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 장치(100)에 수용되는 궐련(200)을 가열하는 히터 조립체(110)가 도시되어 있다. 다만 도 3에 도시되는 장치(100), 궐련(200) 및 히터 조립체(110)는 예시에 불과할 뿐, 장치(100) 및 히터 조립체(110)는 궐련(200)을 가열할 수 있는 다른 구조로 배치될 수 있다.
궐련(200)은 궐련(200)의 길이 방향을 따라 장치(100)에 수용될 수 있다. 히터 조립체(110)는 장치(100)에 수용되는 궐련(200)에 삽입될 수 있다. 히터 조립체(110)는 궐련(200)에 삽입될 수 있도록, 길이 방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다.
히터 조립체(110)는 궐련(200)의 중심부에 삽입되도록 수용 공간(120)의 중심부에 위치할 수 있다. 도 3에서 히터 조립체(110)는 단일 개수인 것으로 예시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 히터 조립체(110)는 궐련(200)에 삽입될 수 있도록 길이 방향을 따라 연장되고, 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 히터 조립체들로 이루어질 수도 있다.
도 4는 일부 실시예에 따른 히터 조립체를 구성하는 요소들을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 히터 조립체(110)는 발열체(111) 및 온도 센서(115)를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 히터 조립체(110)는 도 4에 도시되는 요소들 외에 다른 범용적인 요소들을 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 히터 조립체(110)에는 온도 센서(115)를 장치(100)에 연결하는 도선이 더 포함될 수도 있다.
발열체(111)는 궐련(200)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 발열체(111)는 길이 방향으로 연장되는 세장형(elongated) 구조로 형성될 수 있다. 발열체(111)가 길이 방향으로 연장되는 길이는 궐련(200)의 전체 길이보다 작을 수 있고, 수용 공간(120)의 바닥면으로부터 수용 공간(120)의 개구까지의 길이보다 작을 수 있다. 또는, 발열체(111)의 길이는 궐련(200)에 포함되는 담배 로드(210)의 길이보다 클 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
발열체(111)는 내부에 중공(hollow)을 포함할 수 있다. 발열체(111)가 중공을 포함하므로, 발열체(111)에는 외면 및 내면이 형성될 수 있다. 발열체(111) 내부에 형성되는 중공을 크게 확보하기 위해, 발열체(111)의 외면 및 발열체(111)의 내면 사이에 형성되는 발열체(111)의 측면이 작은 두께를 갖도록 구현될 수 있다.
발열체(111)를 길이 방향에 직교하는 평면으로 자른 단면은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 발열체(111)의 단면의 형상은 원형일 수 있다. 발열체(111)의 단면 및 궐련(200)의 단면이 원형인 경우, 발열체(111)의 단면의 직경은 궐련(200)의 단면의 직경보다 작을 수 있다. 다만, 발열체(111)는 원형 단면 외에도 궐련(200)에 삽입되어 담배 로드(210)에 열을 전달하기에 적합한 다른 형상의 단면을 가질 수 있다.
발열체(111)는 외부 자기장에 의해 발열하는 강자성체(ferromagnetic substance)를 포함할 수 있다. 강자성체는 외부 자기장의 방향을 따라 자화되고, 외부 자기장이 사라져도 자기 모멘트(magnetic moment)를 유지하는 물질을 의미할 수 있다. 강자성체가 발열체(111)에 포함됨에 따라, 히터 조립체(110)에 외부 자기장이 인가되는 경우 히터 조립체(110)가 발열하여 궐련(200)이 가열될 수 있다. 예를 들면, 강자성체는 철(Fe), 니켈(Ni) 및 코발트(Co) 중 어느 하나, 또는 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
발열체(111)는 전체가 강자성체로 형성될 수 있다. 또는, 발열체(111)의 일부만이 강자성체로 형성될 수도 있다. 발열체(111)가 강자성체가 형성되는 비중은 궐련(200)을 가열하기 적합한 범위 내에서 적절하게 선택될 수 있다.
발열체(111)의 일부만이 강자성체로 형성되는 경우, 강자성체는 장치(100)에 수용되는 궐련(200)의 담배 로드(210)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 강자성체의 적어도 일부는 발열체(111)가 담배 로드(210)에 접촉하는 부위에 배치될 수 있다. 그에 따라, 담배 로드(210)에 열이 전달되는 효율 및 담배 로드(210)로부터 에어로졸이 생성되는 효율이 증대될 수 있다.
발열체(111)는 세부 요소들로 구분될 수 있다. 예를 들면, 발열체(111)는 상단부(112), 중단부(113) 및 하단부(114)를 포함할 수 있다. 상단부(112)는 수용 공간(120)의 개구 측에 위치할 수 있고, 수용 공간(120)의 개구 측을 향하는 발열체(111)의 말단부터 상단부(112)와 중단부(113)의 경계까지의 부분을 의미할 수 있다. 하단부(114)는 수용 공간(120)의 내측 단부 측에 위치할 수 있고, 수용 공간(120)의 내측 단부와 접촉하는 발열체(111)의 내측 말단부터 하단부(114)와 중단부(113)의 경계까지의 부분을 의미할 수 있다. 중단부(113)는 상단부(112) 및 하단부(114) 사이에 위치할 수 있다.
예를 들면, 궐련(200)이 장치(100)에 수용되는 경우 궐련(200)은 발열체(111)의 중단부(113)까지 수용될 수 있다. 따라서, 하단부(114)와 중단부(113)의 경계는 궐련(200)의 양 말단 중 장치(100)에 수용되는 말단에 대응될 수 있다. 또한, 히터 조립체(110)는 하단부(114)에 위치하는 지지체를 더 포함하여 궐련(200)이 하단부(114)와 중단부(113)의 경계까지만 수용되도록 할 수도 있다.
중단부(113)는 발열체(111)에 포함되는 강자성체를 포함할 수 있다. 중단부(113)는 강자성체에 해당하는 물질로 형성될 수 있다. 그에 따라, 중단부(113)는 외부 자기장에 의해 발열할 수 있다. 예를 들면, 중단부(113)는 발열체(111) 중에서 장치(100)에 수용되는 궐련(200)에 포함되는 담배 로드(210)에 대응되도록 위치하여 담배 로드(210)에 접촉할 수 있다.
상단부(112)는 수용 공간(120)의 개구 측을 향하는 말단으로 갈수록 단면이 작아지는 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상단부(112)는 개구 측 말단으로 갈수록 폭이 좁아지는 원뿔 내지 다각뿔의 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 상단부(112)의 형상에 의해 궐련(200)에 히터 조립체(110)가 삽입되는 것이 용이해질 수 있다.
본 개시에 따른 장치(100)에 강자성체를 포함하여 외부 자기장에 의해 발열하는 히터 조립체(110)가 구비됨에 따라, 궐련(200)에는 별도의 서셉터 물질이 포함되지 않을 수 있다. 따라서, 서셉터 물질을 포함하는 궐련을 제조하는 별도의 공정이 요구되지 않을 수 있고, 기존의 가열식 에어로졸 생성 장치에 사용되는 궐련이 본 개시에 따른 장치(100)에도 사용될 수 있어, 장치(100)가 기존 궐련에 대해 높은 호환성을 가질 수 있다. 또한, 별도의 서셉터 물질이 궐련(200)에 포함되지 않을 수 있어, 서셉터 물질이 궐련 내부에 비균일하게 분포되는 경우 에어로졸이 비균일하게 발생되는 문제가 해소될 수 있다.
전술한 바와 같이, 발열체(111)가 내부에 중공을 포함하는 구조로 형성된다는 점에서, 발열체(111) 내부에 중공이 포함되지 않는 경우 대비 발열체(111)의 온도가 상승하는 속도가 증가할 수 있다. 발열체(111) 내부가 비어 있지 않은 경우 표면보다 내부가 먼저 발열하는 경향이 있어, 표면이 발열하는 것이 지연될 수 있으므로, 표면의 온도는 내부가 비어있는 경우에 더 빠르게 상승할 수 있다. 궐련(200)은 발열체(111)의 표면에 접촉하여 가열되므로, 발열체(111)의 내부에 중공이 형성되는 경우 궐련(200)이 가열되는 속도가 향상될 수 있다.
온도 센서(115)는 발열체(111)의 온도를 측정할 수 있다. 히터 조립체(110)에 발열체(111) 및 온도 센서(115)가 포함될 수 있고, 온도 센서(115)에 의해 발열체(111)의 온도가 측정될 수 있으므로, 온도 센서(115)는 발열체(111)의 온도를 직접적으로 측정할 수 있다. 그에 따라, 발열체(111)가 궐련(200)을 가열하는 온도가 온도 센서(115)에 의해 측정되는 온도에 정확하게 반영될 수 있다.
발열체(111)가 내부에 중공을 더 포함하는 경우, 온도 센서(115)는 발열체(111)의 내면과 접경할 수 있다. 발열체(111)의 내면과 접경하는 온도 센서(115)는 히터 조립체(110)에 직접 접촉할 수 있다. 발열체(111)는 내부에 중공을 포함하는 형상을 가질 수도 있으므로, 발열체(111) 내부에는 온도 센서(115)가 배치되기에 충분한 공간이 형성될 수 있고, 그에 따라 온도 센서(115)는 발열체(111) 내부에 형성되는 중공의 표면 상에 배치될 수 있다. 온도 센서(115)가 발열체(111)의 내면에 직접 접촉하는 위치에 배치됨에 따라, 온도 센서(115)는 발열체(111)의 외면에 접촉하여 가열되는 담배 로드(210)에 의해 오염되지 않을 수 있다.
온도 센서(115)로부터 측정되는 발열체(111)의 온도는 장치(100) 내지 제어부(150)에 제공될 수 있다. 예를 들면, 히터 조립체(110)는 온도 센서(115)와 제어부(150)를 연결하여 온도 센서(115)로부터 측정되는 온도를 전달하기 위한 도선을 더 포함할 수 있다.
온도 센서(115)는 발열체(111)에 포함되는 강자성체의 내면과 접경할 수 있다. 강자성체는 담배 로드(210)에 대응되는 위치에 배치될 수 있고, 외부 자기장에 의해 발열하여 담배 로드(210)를 가열하므로, 온도 센서(115)가 강자성체에 대응되는 위치에 배치되는 경우 담배 로드(210)가 가열되는 온도가 보다 정확하게 측정될 수 있다. 다만, 후술할 도 6에서와 같이, 온도 센서(115)는 발열체(111)의 강자성체를 제외한 나머지 부분의 내면과 접경할 수도 있다.
온도 센서(115)에 의해 발열체(111)의 온도가 직접적으로 측정됨에 따라, 발열체(111)의 온도가 정밀하게 제어될 수 있다. 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터 물질이 궐련에 포함되는 경우와 같이, 서셉터 물질에 직접 접촉하는 위치에 온도 센서가 배치될 수 없다면 서셉터 물질에 의해 궐련이 가열되는 온도가 정확하게 측정되기 어렵고, 그에 따라 궐련이 가열되는 온도에 대한 제어 역시 정밀하게 수행되기 어려울 수 있다. 본 개시에 따른 발열체(111)는 궐련(200) 내부가 아닌 장치(100)의 히터 조립체(110)에 직접 구비되고, 온도 센서(115)를 통해 발열체(111)의 온도가 장치(100)에 정확하게 제공될 수 있으므로, 그로부터 발열체(111)의 온도가 정밀하게 제어될 수 있다.
전술한 바와 같이, 온도 센서(115)는 강자성체에 대응되는 위치에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 온도 센서(115)는 발열체(111) 상의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 온도 센서(115)는 발열체(111)의 하단부(114)에 접하는 수용 공간(120) 상에 배치될 수 있다. 온도 센서(115)가 수용 공간(120)에 배치되는 경우, 온도 센서(115)는 발열체(111)와의 접촉 없이 발열체(111)의 온도를 측정하는 적외선 센서로 구현될 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 5는 일부 실시예에 따른 약자성체 및 비자성체 중 적어도 하나를 더 포함하는 발열체를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 발열체(111)의 상단부(112), 중단부(113) 및 하단부(114)가 형성되는 다양한 조합들이 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 발열체(111)에는 강자성체가 포함될 수 있다.
발열체(111)는 약자성체 및 비자성체 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 약자성체는 외부 자기장에 의해 발열할 수 있으나, 강자성체 대비 발열하는 정도가 작은 물질을 의미할 수 있다. 비자성체는 외부 자기장에 의해 발열하지 않는 물질을 의미할 수 있다.
약자성체는 상자성체(paramagnetic substance) 및 반자성체(diamagnetic substance) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상자성체는 외부 자기장의 방향으로 일부 자화하지만 외부 자기장의 소멸시 자기 모멘트도 함께 소멸하는 물질을 의미할 수 있고, 반자성체는 외부 자기장과 반대 방향으로 자화되는 물질을 의미할 수 있다. 발열체(111)에 외부 자기장이 인가되는 경우, 상자성체 및 반자성체는 강자성체 대비 가열되는 정도가 작을 수 있다.
예를 들면, 상자성체는 알루미늄(Al), 주석(Sn), 백금(Pt) 및 이리듐(Ir) 중 적어도 하나를 의미할 수 있고, 반자성체는 비스무스(Bi), 납(Pb), 수은(Hg), 구리(Cu), 흑연(C), 금(Au) 및 은(Ag) 등 전이 금속이 아닌 금속을 의미할 수 있다.
발열체(111)의 중단부(113)는 강자성체로 형성될 수 있다. 발열체(111)의 하단부(114)는 약자성체 또는 비자성체로 형성될 수 있다. 발열체(111)의 상단부(112)는 강자성체, 약자성체 또는 비자성체로 형성될 수 있다.
강자성체는 궐련(200)을 가열하는 주가열부의 역할을 할 수 있다. 상자성체는 궐련(200)을 보조적으로 가열하는 부가열부의 역할을 할 수 있다. 반자성체는 궐련(200)을 가열하지는 않으나, 발열체(111)를 지지하거나 발열체(111)의 길이를 확보하는 역할을 할 수 있다.
발열체(510) 및 발열체(520)의 경우, 상단부(512), 중단부(513) 및 중단부(523)가 강자성체로 형성되어 주가열부일 수 있고, 하단부(514), 상단부(522) 및 하단부(524)는 상자성체로 형성되어 부가열부일 수 있다. 궐련(200)이 장치(100)에 수용되는 경우 발열체(510) 및 발열체(520)는 전체는 담배 로드(210)에 접촉하는 크기로 구현될 수 있다.
발열체(530)의 경우, 중단부(533)가 강자성체로 형성되어 주가열부일 수 있고, 하단부(534)가 상자성체로 형성되어 부가열부 일 수 있고, 상단부(532)는 반자성체로 형성될 수 있다. 궐련(200)이 장치(100)에 수용되는 경우 중단부(533) 및 하단부(534)가 담배 로드(210)에 접촉하고, 하단부(534)는 필터 로드(220)에 위치하도록 발열체(530)의 크기가 설정될 수 있다.
발열체(540), 발열체(550) 및 발열체(560)의 경우, 하단부(544, 554 및 564)가 비자성체로 형성될 수 있고, 중단부(543, 553 및 563)가 강자성체로 형성될 수 있다. 상단부(542, 552 및 562)는 각각 강자성체, 상자성체 및 비자성체로 형성될 수 있다. 강자성체 및 상자성체로 형성되는 부분들은 담배 로드(210)에 접촉하여 발열할 수 있다.
하단부(544, 554 및 564)는 담배 로드(210)에 접촉하지 않을 수 있다. 예를 들면, 하단부(544, 554 및 564)의 측면에 지지체가 배치되어, 중단부(543, 553 및 563) 및 상단부(542 및 552)가 담배 로드(210)에 접촉할 수 있다. 또는, 궐련(200)에 전단 플러그가 더 포함되는 경우, 하단부(544, 554 및 564)는 전단 플러그에 접촉하고, 중단부(543, 553 및 563) 및 상단부(542 및 552)가 담배 로드(210)에 접촉할 수도 있다.
도 6은 일부 실시예에 따른 발열체의 내면에 직접 접촉하는 위치에 배치되는 온도 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 발열체(111)가 내부에 중공을 더 포함하는 경우, 중단부(113)의 내면에 직접 접촉하는 위치에 배치되는 온도 센서(115)를 포함하는 히터 조립체(610) 및 하단부(114)의 내면에 직접 접촉하는 위치에 배치되는 온도 센서(115)를 포함하는 히터 조립체(620)가 도시되어 있다.
히터 조립체(610)의 경우, 중단부(113)는 강자성체로 형성될 수 있고, 온도 센서(115)가 중단부(113)의 내면과 접경하는 위치에 배치될 수 있어, 온도 센서(115)로부터 측정되는 온도가 궐련(200)이 가열되는 온도를 정확하게 반영할 수 있다.
히터 조립체(620)의 경우, 중단부(113)는 강자성체로 형성될 수 있으나, 하단부(114)는 약자성체 또는 비자성체로 형성될 수 있고, 온도 센서(115)는 하단부(114)의 내면과 접경하는 위치에 배치될 수 있다. 하단부(114)가 약자성체 또는 비자성체로 형성되는 경우, 하단부(114)의 온도는 강자성체로 형성되는 중단부(113)의 온도보다 낮을 수 있다. 다만, 하단부(114)의 온도는 중단부(113)의 온도와 일정한 관계를 유지할 수 있다. 따라서, 온도 센서(115)로부터 측정되는 하단부(114)의 온도 및 중단부(113)의 온도와의 관계에 기초하여 궐련(200)이 가열되는 온도가 도출될 수 있다.
도 7은 일부 실시예에 따른 지지체를 더 포함하는 히터 조립체 및 강자성체에 대응되는 위치에 배치되는 코일을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 지지체(116)을 더 포함하는 히터 조립체(110) 및 코일(130)이 장치(100)에 배치되고, 장치(100)에 궐련(200)이 수용되는 구조가 도시되어 있다. 히터 조립체(110)는 발열체(111)의 외면에 고정되고, 발열체(111)의 외면으로부터 수용 공간(120)의 측면을 향해 연장되는 지지체(116)를 더 포함할 수 있다.
지지체(116)는 발열체(111)의 외면에 고정될 수 있다. 지지체(116)는 발열체(111)의 외면을 둘러싸는 형상으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 지지체(116)는 발열체(111)의 하단부(114)의 외면을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 지지체(116)는 중단부(113)에 배치될 수도 있다.
지지체(116)는 내부에서 접촉하는 발열체(111)를 내장하고, 발열체(111)의 외면으로부터 외부로 연장되는 고리 형상 내지 도넛 형상을 가질 수 있다. 지지체(116)는 발열체(111)의 외면으로부터 수용 공간(120)의 측면까지 연장되어 수용 공간(120)에 피팅(fitting)될 수 있다. 그에 따라, 지지체(116) 및 발열체(111)는 수용 공간(120) 내부에서 지지되어 고정될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 지지체(116)는 내부에 발열체(111)를 내장하고, 수용 공간(120)에 수용될 수 있는 다른 형상을 가질 수도 있다.
지지체(116)는 단열성(heat insulation) 및 내열성(heat resistance)을 갖는 소재로 형성될 수 있다. 지지체(116)는 발열체(111)를 내장하므로, 발열체(111)로부터 열이 전달되어 가열될 수 있다. 따라서, 지지체(116)는 발열체(111)로부터 전달되는 열에 의해 변형되거나 파손되지 않기 위해 내열성을 가지고, 수용 공간(120) 및 장치(100)에 열을 전달하지 않을 수 있도록 단열성을 가질 것이 요구될 수 있다.
예를 들면, 지지체(116)는 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에틸렌(PE), 폴리이미드, 설폰계 수지, 불소계 수지 및 아라미드 중 적어도 하나의 소재로 형성될 수 있다. 설폰계 수지는 폴리에틸설폰, 폴리페닐렌설파이드와 같은 수지를 포함할 수 있고, 불소계 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(Teflon)을 포함할 수 있다.
지지체(116)는 궐련(200)에 의한 담배 잔여물이 수용 공간(120) 및 장치(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 지지체(116)는 궐련(200)으로부터 생성되는 에어로졸이 다시 액화되어 수용 공간(120) 및 장치(100)에 유입되는 것을 방지할 수 있다.
지지체(116)는 발열체(111)를 내장하고, 수용 공간(120)에 수용되는 단일 구성으로 제작될 수 있으나, 지지체(116)는 발열체(111)에 접촉하는 플랜지 및 플랜지와 수용 공간(120)의 측면 사이에 위치하는 몰드부를 포함하는 구조로 제작될 수도 있다.
코일(130)은 수용 공간(120)의 측면을 따라 권선되어 길이 방향으로 연장될 수 있다. 길이 방향을 따라 연장되는 코일(130)은 수용 공간(120)의 측면에 배치될 수 있다. 코일(130)은 히터 조립체(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 코일(130)은 히터 조립체(110)에 대응되는 길이로 길이 방향을 따라 연장될 수 있고, 히터 조립체(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
코일(130)은 발열체(111)에 포함되는 강자성체에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 발열체(111)의 중단부(113)가 강자성체로 형성되고, 상단부(112) 및 하단부(114)가 반자성체로 형성되는 경우 코일(130)은 중단부(113)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 또는, 상단부(112) 및 중단부(113)가 강자성체로 형성되는 경우 코일(130)은 상단부(112) 및 중단부(113)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
도 7에 도시되는 예시와 같이, 지지체(116)가 하단부(114)에 배치되고, 중단부(113)가 강자성체로 형성되는 경우, 중단부(113), 담배 로드(210) 및 코일(130)은 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 중단부(113)는 담배 로드(210)의 길이에 대응되는 길이로 형성될 수 있고, 코일(130)은 중단부(113)의 길이에 대응되는 길이로 배치될 수 있다. 중단부(113), 담배 로드(210) 및 코일(130) 각각의 길이가 서로 대응되는 경우, 코일(130)에 의해 중단부(113)가 발열하고, 중단부(113)에 의해 담배 로드(210)가 가열되는 과정에서 에너지 손실이 최소화될 수 있다. 그에 따라, 장치(100)가 궐련(200)으로부터 에어로졸을 생성하기 위해 요구되는 전력이 감소할 수 있다.
도 8은 일부 실시예에 따른 히터 조립체의 온도가 제어되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 장치(100)는 히터 조립체(110), 수용 공간(120), 코일(130), 전원부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있고, 히터 조립체(110)는 발열체(111) 및 온도 센서(115)를 포함할 수 있고, 전원부(140)는 배터리(141) 및 변환부(142)를 포함할 수 있다. 다만 도 8에 도시되는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 장치(100), 히터 조립체(110) 또는 전원부(140)에 더 포함될 수 있다.
전원부(140)는 장치(100)에 전력을 공급할 수 있다. 전원부(140)는 코일(130)에 전력을 공급할 수 있다. 전원부(140)는 장치(100)에 직류를 공급하는 배터리(141) 및 배터리로부터 공급되는 직류를 코일(130)에 공급되는 교류로 변환하는 변환부(142)를 포함할 수 있다.
변환부(142)는 배터리(141)로부터 공급되는 직류에 대한 필터링을 수행하여 코일(130)에 공급되는 교류를 출력하는 저역 통과 필터(low-pass filter)를 포함할 수 있다. 변환부(142)는 배터리(141)로부터 공급되는 직류를 증폭하기 위한 증폭기(amplifier)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 변환부(142)는 저역 통과 필터를 구성하는 부하 네트워크를 포함하고, 증폭기를 더 포함하는 D급 증폭기(class-D amplifier)일 수 있다. 변환부(142)가 D급 증폭기인 경우, 코일(130)은 D급 증폭기의 부하 네트워크에 포함되는 인덕터일 수 있다.
제어부(150)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장되는 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 제어부(150)는 복수 개의 프로세싱 엘리먼트들(processing elements)로 구성될 수도 있다.
제어부(150)는 전원부(140)가 코일(130)에 공급하는 전력을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 배터리(141)로부터 공급되는 직류를 제어하여 직류 펄스를 생성할 수 있다. 예를 들면, 제어부(150)는 배터리(141)에 연결되는 스위치의 개폐를 제어하여 직류 펄스를 생성할 수 있다.
변환부(142)는 배터리(141)로부터 생성되는 직류 펄스를 교류로 변환할 수 있다. 예를 들면, 변환부(142)에 포함되는 저역 통과 필터는 직류 펄스를 입력받을 수 있고, 직류 펄스에 포함되는 복수의 주파수들 중에서 차단 주파수를 초과하는 주파수들을 제거하여 교류 전류를 출력할 수 있다.
교류 전류가 전원부(140)로부터 코일(130)에 전달될 수 있다. 코일(130)에 교류 전류가 인가되는 경우 코일(130)은 교번 자기장을 생성할 수 있다. 코일(130)로부터 생성되는 교번 자기장이 히터 조립체(110)에 인가되면 발열체(111)가 발열할 수 있고, 온도 센서(115)는 발열체(111)의 온도를 측정할 수 있다.
제어부(150)는 온도 센서(115)로부터 측정되는 발열체(111)의 온도에 기초하여 히터 조립체(110)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(150)는 발열체(111)의 온도에 기초하여 배터리(141)로부터 생성되는 직류 펄스를 변조할 수 있다. 한편, 제어부(150)는 온도 센서(115)로부터 측정되는 발열체(111)의 온도 및 기준 온도를 비교할 수 있고, 측정되는 발열체(111)의 온도 및 기준 온도의 차이값에 기초하여 히터 조립체(110)의 온도를 제어할 수 있다.
제어부(150)는 발열체(111)의 온도에 기초하여 배터리(141)로부터 생성되는 직류 펄스를 변조할 수 있다. 하나의 예시로서, 제어부(150)는 변환부(142)에 포함되는 증폭기를 통해 직류 펄스를 증폭시킬 수 있다. 직류 펄스가 증폭되는 경우 변환부(142)로부터 출력되는 교류 전류의 진폭이 증가할 수 있다. 코일(130)에 인가되는 교류 전류의 진폭이 증가하는 경우 코일(130)로부터 생성되는 교번 자기장의 진폭이 증가할 수 있고, 그에 따라 발열체(111)로부터 방출되는 열에너지가 증가할 수 있다. 또는, 제어부(150)는 직류 펄스의 세기를 감소시켜 발열체(111)로부터 방출되는 열에너지를 감소시킬 수도 있다.
다른 예시로서, 제어부(150)는 직류 펄스에 대한 펄스 폭 변조(pulse width modulation)를 수행할 수 있다. 펄스 폭 변조에 변조되는 직류 펄스가 변환부(142)에 입력되는 경우 변환부(142)로부터 출력되는 교류 전류의 주파수 또한 변경될 수 있다. 따라서, 코일(130)에 인가되는 교류 전류의 주파수가 변경되므로, 코일(130)로부터 생성되는 교번 자기장의 주파수도 변경될 수 있고, 그에 따라 발열체(111)로부터 방출되는 열에너지가 변경되어 히터 조립체(110)의 온도가 제어될 수 있다.
구체적으로, 제어부(150)는 직류 펄스의 주파수 및 직류 펄스의 듀티 사이클(duty cycle) 중 적어도 하나를 변조함으로써 배터리(141)로부터 공급되는 직류에 대한 펄스 폭 변조를 수행할 수 있다. 제어부(150)는 배터리(141)에 연결되는 스위치를 개폐하는 주기 또는 스위치를 개방하고 폐쇄하는 비율을 조정함으로써 주파수 또는 듀티 사이클을 변조할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 직류 펄스의 주파수 및 듀티 사이클은 스위치 외의 다른 수단을 통해 변조될 수도 있다. 또는, 제어부(150)는 펄스 폭 변조를 수행하는 구간과 배터리(141)로부터 공급되는 직류를 차단하는 구간을 나누어, 배터리(141)의 직류를 온-오프하는 방식으로 펄스 폭 변조를 수행할 수도 있다.
제어부(150)는 온도 센서(115)로부터 측정되는 발열체(111)의 온도 및 기준 온도를 비교할 수 있고, 측정되는 발열체(111)의 온도 및 기준 온도의 차이값에 기초하여 히터 조립체(110)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(150)는 발열체(111)의 온도가 기준 온도보다 높은 경우 배터리(141)로부터 공급되는 직류 펄스의 주파수 및 듀티 사이클 중 적어도 하나를 감소시키거나, 직류 펄스의 세기를 감소시킬 수 있다.
또한, 제어부(150)는 측정되는 발열체(111)의 온도 및 기준 온도의 차이값을 계산할 수 있고, 차이값에 비례하는 성분(proportional), 차이값을 적분한 값에 비례하는 성분(integral) 및 차이값을 미분한 값에 비례하는 성분(derivative) 중 적어도 하나에 기초하여 배터리(141)로부터 공급되는 직류 펄스를 조정하는 PID 방식으로 피드백 제어를 수행할 수도 있다.
본 개시에 따른 장치(100)는 히터 조립체(110)의 온도를 직접 측정할 수 있으므로, 측정되는 히터 조립체(110)의 온도에 기초하여 궐련(200)을 가열하는 히터 조립체(110)의 온도를 제어할 수 있다. 따라서, 궐련(200)을 가열하는 히터 조립체(110)의 온도가 정교하게 제어되어 일정하게 유지될 수 있고, 궐련(200)으로부터 에어로졸이 일정하게 생성되어 사용자에게 제공될 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.
100: 에어로졸 생성 장치
110: 히터 조립체
111: 발열체
115: 온도 센서
120: 수용 공간
130: 코일
140: 전원부
150: 제어부

Claims (15)

  1. 에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련에 삽입되며, 상기 궐련을 가열하는 히터 조립체에 있어서,
    상기 히터 조립체는
    상기 궐련의 길이 방향을 따라 연장되고, 외부 자기장에 의해 발열하는 강자성체(ferromagnetic substance)를 포함하는 발열체; 및
    상기 발열체의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하고,
    상기 궐련을 수용하기 위해 상기 에어로졸 생성 장치에 구비되는 수용 공간의 내측 단부에 형성되는 바닥면에 부착되고,
    상기 발열체는
    내부에 중공을 더 포함하고,
    상기 온도 센서는,
    상기 발열체의 내면에 접경하는, 히터 조립체.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 강자성체는,
    상기 에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련의 담배 로드에 대응되는 위치에 배치되는, 히터 조립체.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발열체는,
    상기 수용 공간의 상기 내측 단부 측에 위치하는 하단부;
    상기 수용 공간의 개구 측에 위치하는 상단부; 및
    상기 하단부 및 상기 상단부 사이에 위치하는 중단부를 포함하고,
    상기 중단부는,
    상기 강자성체를 포함하는, 히터 조립체.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 하단부는,
    약자성체 및 비자성체 중 적어도 하나를 포함하는, 히터 조립체.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 상단부는,
    강자성체, 약자성체 및 비자성체 중 적어도 하나를 포함하는, 히터 조립체.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 상단부는,
    상기 개구 측을 향하는 말단으로 갈수록 단면이 작아지는 형상을 갖는, 히터 조립체.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 센서는,
    상기 발열체에 포함되는 상기 강자성체의 내면과 접경하는, 히터 조립체.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 센서는,
    상기 발열체의 상기 강자성체를 제외한 나머지 부분의 내면과 접경하는, 히터 조립체.
  10. 제 1항 및 제 3항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 히터 조립체;
    상기 수용 공간;
    상기 발열체에 교번 자기장을 인가하는 코일;
    상기 코일에 전력을 공급하는 전원부; 및
    상기 코일에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 코일은,
    상기 수용 공간의 측면을 따라 권선되어 상기 길이 방향으로 연장되고, 상기 강자성체에 대응되는 위치에 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 전원부는,
    상기 장치에 직류를 공급하는 배터리; 및
    상기 배터리로부터 공급되는 직류를 상기 코일에 인가되는 교류로 변환하는 변환부를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리로부터 공급되는 직류를 증폭(amplifying)시킴으로써 상기 코일에 인가되는 교류의 진폭을 제어하는, 에어로졸 생성 장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리로부터 공급되는 직류에 대한 펄스 폭 변조(pulse width modulation)를 수행함으로써 상기 코일에 인가되는 교류의 주파수를 제어하는, 에어로졸 생성 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리로부터 공급되는 직류에 의한 펄스의 주파수, 상기 펄스의 듀티 사이클(duty cycle) 및 상기 배터리로부터 공급되는 직류의 온-오프(on-off) 중 적어도 하나를 제어함으로써 상기 펄스 폭 변조를 수행하는, 에어로졸 생성 장치.
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