KR102436023B1 - 에어로졸 생성 시스템 - Google Patents

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KR102436023B1
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윤성욱
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Abstract

에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 물품을 가열하는 서셉터, 서셉터를 둘러싸고 교류 전압이 인가되면 자기장을 발생시킴으로써 서셉터를 가열하는 코일, 코일과 전기적으로 연결되는 제어부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부는 사용자 입력에 응답하여 코일에 테스트 전압을 인가하고, 테스트 전압의 주파수가 변경됨에 따라 변화하는 코일의 출력 전류를 측정하고, 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 결정하고, 결정된 주파수를 갖는 동작 전압을 코일에 인가할 수 있다.

Description

에어로졸 생성 시스템{AEROSOL GENERATING SYSTEM}
본 개시는 에어로졸 생성 시스템에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 내의 에어로졸 생성 물품이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다.
에어로졸 생성 물품을 가열하기 위해 내부가열 방식, 외부가열 방식 외에도, 코일과 서셉터를 이용한 유도가열 방식이 이용되고 있다. 유도가열 방식의 경우, 교류 전압이 코일에 인가되면 자기장이 발생하고, 자기장에 의해 히터(또는 서셉터)의 온도가 상승한다. 에어로졸 생성 물품은 히터에 의해 가열되어 에어로졸이 생성된다.
에어로졸 생성 장치의 메모리에는 코일의 설계 규격에 대응되는 공진주파수가 저장 되어있다. 그러나, 동일한 규격 및 재료로 이루어진 코일이라도 생산·조립과정에서 저항 편차가 발생하여 공진주파수가 달라질 수 있고, 이로 인해 에어로졸 생성 장치 내 서셉터의 실제 가열 온도는 목표 온도 프로파일과 달라질 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 코일의 저항 편차가 발생하는 경우에도 서셉터를 목표 온도 프로파일에 따라 가열할 수 있는 에어로졸 생성 시스템을 제공 하는 것을 목적으로 한다. 한편, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제1 측면은, 에어로졸 생성 물품을 가열하는 서셉터, 상기 서셉터를 둘러싸고 교류 전압이 인가되면 자기장을 발생시킴으로써 상기 서셉터를 가열하는 코일, 및 상기 코일과 전기적으로 연결되는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 사용자 입력에 응답하여(in response to) 상기 코일에 테스트 전압을 인가하고, 상기 테스트 전압의 주파수가 변경됨에 따라 변화하는 상기 코일의 출력 전류를 측정하고, 상기 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 결정하고, 상기 결정된 주파수를 갖는 동작 전압을 상기 코일에 인가하는, 에어로졸 생성 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 제2 측면은, 메모리, 궐련의 적어도 일부를 수용하는 공동, 상기 공동의 주변에 위치하는 코일, 상기 코일에 의해 가열되는 서셉터, 및 상기 코일과 전기적으로 연결되는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 코일에 인가되는 테스트 전압의 주파수를 변경하며 상기 코일의 출력 전류를 측정하고, 상기 코일의 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 상기 메모리에 저장하고, 상기 저장된 주파수를 갖는 동작 전압을 상기 코일에 인가함으로써 상기 서셉터의 가열을 개시하는, 에어로졸 생성 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에서는 저항의 편차가 발생한 코일에 대한 공진주파수를 결정하고, 결정된 공진주파수를 갖는 동작 전압을 코일에 인가함으로써, 서셉터를 목표 온도 프로파일에 따라 가열할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 생산·조립과정에서 저항의 편차가 발생한 코일을 이용하더라도, 설계 규격에 따른 코일을 사용할 때와 동일하게, 사용자에게 최적의 흡연 경험을 제공할 수 있다.
도 1은 에어로졸 생성 물품이 내부가열형 에어로졸 생성 장치에 삽입된 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 에어로졸 생성 물품이 외부가열형 에어로졸 생성 장치에 삽입된 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 에어로졸 생성 물품이 외부가열형 에어로졸 생성 장치에 삽입된 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4는 유도가열 방식을 설명하기 위한 RLC 회로도 및 주파수에 따른 부하에 전달되는 전력을 표시한 그래프이다.
도 5는 유도가열 방식을 이용한 에어로졸 생성 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 에어로졸 생성 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 궐련이 수용된 에어로졸 생성 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 코일의 저항 편차에 따른 공진주파수의 변화를 나타내는 그래프의 예시이다.
도 10은 PWM 신호의 주파수가 변경하는 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 11은 에어로졸 생성 장치를 제어하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 도 11의 에어로졸 생성 장치를 제어하는 방법을 보다 구체적으로 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 에어로졸 생성 물품이 내부가열형 에어로졸 생성 장치에 삽입된 일 예를 도시한 도면이다. 도 2는 에어로졸 생성 물품이 외부가열형 에어로졸 생성 장치에 삽입된 일 예를 도시한 도면이다. 도 3은 에어로졸 생성 물품이 외부가열형 에어로졸 생성 장치에 삽입된 다른 예를 도시한 도면이다. 이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12) 및 히터(13)를 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 증기화기(14)를 더 포함한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부 공간에는 궐련(2)이 삽입될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 에어로졸 생성 장치(1)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 1 내지 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성 장치(1)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에는 에어로졸 생성 장치(1)에 히터(13)가 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 히터(13)는 생략될 수도 있다.
도 1에는 배터리(11), 제어부(12) 및 히터(13)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 배터리(11), 제어부(12), 증기화기(14) 및 히터(13)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 증기화기(14) 및 히터(13)가 병렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(1)의 설계에 따라, 배터리(11), 제어부(12), 히터(13) 및 증기화기(14)의 배치는 변경될 수 있다.
궐련(2)이 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되면, 에어로졸 생성 장치(1)는 히터(13) 및/또는 증기화기(14)를 작동시켜, 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 히터(13) 및/또는 증기화기(14)에 의하여 발생된 에어로졸은 궐련(2)을 통과하여 사용자에게 전달된다.
필요에 따라, 궐련(2)이 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 생성 장치(1)는 히터(13)를 가열할 수 있다.
배터리(11)는 에어로졸 생성 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(11)는 히터(13) 또는 증기화기(14)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(12)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(11)는 에어로졸 생성 장치(1)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(12)는 배터리(11), 히터(13) 및 증기화기(14)뿐 만 아니라 에어로졸 생성 장치(1)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성 장치(1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(12)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.
히터(13)는 배터리(11)로부터 공급된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들어, 궐련이 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되면, 히터(13)는 궐련의 외부에 위치할 수 있다. 따라서, 가열된 히터(13)는 궐련 내의 에어로졸 생성 물품의 온도를 상승시킬 수 있다.
히터(13)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(13)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(13)가 가열될 수 있다. 그러나, 히터(13)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(1)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 다른 예로, 히터(13)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 히터(13)에는 궐련을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 코일을 포함할 수 있으며, 궐련은 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 히터(13)는 세장형(예를 들어, 봉형, 침형, 블레이드형)이거나, 원통형일 수 있으며, 가열 요소의 모양에 따라 궐련(2)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(1)에는 히터(13)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(13)들은 궐련(2)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 궐련(2)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(13)들 중 일부는 궐련(2)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 궐련(2)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(13)의 형상은 도 1 내지 도 3에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
증기화기(14)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 궐련(2)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 증기화기(14)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 장치(1)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(14)에 의하여 생성된 에어로졸이 궐련을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(14)는 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소는 독립적인 모듈로서 에어로졸 생성 장치(1)에 포함될 수도 있다.
액체 저장부는 액상 조성물을 저장할 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. 액체 저장부는 증기화기(14)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(14)와 일체로서 제작될 수도 있다.
예를 들어, 액상 조성물은 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 또는 비타민 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.
액체 전달 수단은 액체 저장부의 액상 조성물을 가열 요소로 전달할 수 있다. 예를 들어, 액체 전달 수단은 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
가열 요소는 액체 전달 수단에 의해 전달되는 액상 조성물을 가열하기 위한 요소이다. 예를 들어, 가열 요소는 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 가열 요소는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있고, 액체 전달 수단에 감기는 구조로 배치될 수 있다. 가열 요소는, 전류 공급에 의해 가열될 수 있으며, 가열 요소와 접촉된 액체 조성물에 열을 전달하여, 액체 조성물을 가열할 수 있다. 그 결과, 에어로졸이 생성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(14)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 에어로졸 생성 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12), 히터(13) 및 증기화기(14) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(1)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 궐련 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)는 궐련(2)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.
도 1 내지 도 3에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(1)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(1)의 배터리(11)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 에어로졸 생성 장치(1)가 결합된 상태에서 히터(13)가 가열될 수도 있다.
궐련(2)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 궐련(2)은 에어로졸 생성 물품을 포함하는 제 1 부분과 필터 등을 포함하는 제 2 부분으로 구분될 수 있다. 또는, 궐련(2)의 제 2 부분에도 에어로졸 생성 물품이 포함될 수도 있다. 예를 들어, 과립 또는 캡슐의 형태로 만들어진 에어로졸 생성 물품이 제 2 부분에 삽입될 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(1)의 내부에는 제 1 부분의 전체가 삽입되고, 제 2 부분은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부에 제 1 부분의 일부만 삽입될 수도 있고, 제 1 부분의 전체 및 제 2 부분의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 제 2 부분을 입으로 문 상태에서 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 제 1 부분을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제 2 부분을 통과하여 사용자의 입으로 전달된다.
일 예로서, 외부 공기는 에어로졸 생성 장치(1)에 형성된 적어도 하나의 공기 통로를 통하여 유입될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(1)에 형성된 공기 통로의 개폐 및/또는 공기 통로의 크기는 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 이에 따라, 무화량, 끽연감 등이 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 다른 예로서, 외부 공기는 궐련(2)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 궐련(2)의 내부로 유입될 수도 있다.
도 4는 유도가열 방식을 설명하기 위한 RLC 회로도 및 주파수에 따른 부하에 전달되는 전력을 표시한 그래프이다.
코일은 배터리로부터 교류 전류를 공급받을 수 있다. 배터리로부터 교류 전류를 공급받은 코일에 의해 자기장(magnetic field)이 발생한다. 코일에 의해 발생된 자기장이 부하(예를 들어, 서셉터)를 관통함에 따라 부하가 가열될 수 있다.
도 4를 참조하면, 코일은 RLC회로(410)로 표현될 수 있다. RLC회로(410)는 인덕턴스(L), 저항(R) 및 커패시턴스(C)를 포함한다. RLC회로(410)의 토탈 임피던스(ZTOTAL)는 인덕턴스의 임피던스(ZL), 저항의 임피던스(ZR) 및 커패시턴스의 임피던스(ZC)의 합으로 산출된다.
인덕턴스의 임피던스(ZL), 저항의 임피던스(ZR) 및 커패시턴스의 임피던스(ZC) 각각은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019112326616-pat00001
Figure 112019112326616-pat00002
Figure 112019112326616-pat00003
한편, 공진(resonance)이란, 진동계가 그 고유 진동수와 같은 진동수를 가진 외력을 주기적으로 받아 진폭이 뚜렷하게 증가하는 현상을 말한다. 공진은 역학적 진동 및 전기적 진동 등 모든 진동에서 일어나는 현상이다. 일반적으로 외부에서 진동계에 진동시킬 수 있는 힘을 가했을 때 그 진동계의 고유 진동수와 외부에서 가해주는 힘의 진동수가 같으면 그 진동은 심해지고 진폭도 커진다.
같은 원리로, 일정 거리 내에서 떨어져 있는 복수의 진동체들이 서로 동일한 주파수로 진동하는 경우, 상기 복수의 진동체들은 상호 공진하며, 이 경우 상기 복수의 진동체들 간에는 저항이 감소하게 된다.
RLC회로(410)의 공진주파수(freso)는, 예를 들어, 아래의 수학식 2와 같은 수식에 의하여 결정될 수 있다.
Figure 112019112326616-pat00004
도 4의 그래프(420)를 참조하면, RLC회로(410)에 공진주파수(freso)를 갖는 교류 전류가 인가될 시, 부하(예를 들어, 서셉터) 측에 최대전력을 전달할 수 있다. RLC회로(410)에 인가되는 교류 전류의 주파수가 공진주파수(freso)와 상이할수록 부하 측에 전달되는 전력 값이 줄어든다.
한편, 수학식 2를 참조하면, RLC회로(410)의 공진주파수(freso)는 코일의 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 의하여 결정된다. 코일을 사용하여 자기장을 형성하는 회로에 있어서 인덕턴스(L)는 코일의 회전 수 등에 의하여 결정되고, 커패시턴스(C)는 코일 사이의 간격, 면적 등에 의하여 결정될 수 있다.
도 5는 유도가열 방식을 이용한 에어로졸 생성 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12), 코일(51) 및 서셉터(52)를 포함한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)의 공동(53)에는 궐련(2)의 적어도 일부가 수용될 수 있다.
도 5에 도시된 에어로졸 생성 장치(1)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 5에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성 장치(1)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
코일(51)은 공동(53) 주변에 위치할 수 있다. 도 5에는 코일(51)이 공동(53)을 둘러싸도록 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
궐련(2)이 에어로졸 생성 장치(1)의 공동(53)에 수용되면, 에어로졸 생성 장치(1)는 코일(51)이 자기장을 발생시키도록 코일(51)에 전력을 공급할 수 있다. 코일(51)에 의해 발생된 자기장이 서셉터(52)를 관통함에 따라 서셉터(52)가 가열될 수 있다.
이러한 유도 가열 현상은 패러데이의 유도 법칙(Faraday's Law of induction)으로 설명되는 공지된 현상이다. 구체적으로, 서셉터(52) 내의 자기 유도가 변화하는 경우, 전기장이 서셉터(52) 내에 생성됨으로써, 와전류(eddy current)가 서셉터(52) 내에 흐르게 된다. 와전류는 서셉터(52) 내에서 전류 밀도 및 전도체 저항에 비례하는 열을 발생시킨다.
서셉터(52)가 와전류에 의해 가열되고, 궐련(2) 내의 에어로졸 생성 물품은 가열된 서셉터(52)에 의하여 가열됨에 따라 에어로졸이 생성될 수 있다. 에어로졸 생성 물품으로부터 생성된 에어로졸은 궐련(2)을 통과하여 사용자에게 전달된다.
배터리(11)는 에어로졸 생성 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(11)는 코일(51)이 자기장을 발생시킬 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(12)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(11)는 에어로졸 생성 장치(1)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)의 동작을 전반적으로 제어한다. 제어부(12)는 코일(51)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제어부(12)는 배터리(11) 및 코일(51)뿐만 아니라 에어로졸 생성 장치(1)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성 장치(1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
코일(51)은 배터리(11)로부터 공급된 전력에 의해 자기장을 발생시키는 전기 전도성 코일일 수 있다. 코일(51)은 공동(53)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 코일(51)에 의해 발생된 자기장은 공동(53)의 내측 단부에 배치되는 서셉터(52)에 인가될 수 있다.
서셉터(52)는 코일(51)로부터 발생되는 자기장이 관통됨에 따라 가열되며, 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서셉터(52)는 페라이트(ferrite), 강자성 합금(ferromagnetic alloy), 스테인리스강(stainless steel) 및 알루미늄(aluminum) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 서셉터(52)는 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 및 붕소(B)나 인(P)과 같은 준금속 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 그러나, 서셉터(52)는 전술한 예에 한정되지 않으며, 자기장이 인가됨에 따라 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(1)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
궐련(2)이 에어로졸 생성 장치(1)의 공동(53)에 수용되면, 서셉터(52)는 궐련(2)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 따라서, 가열된 서셉터(52)는 궐련(2) 내의 에어로졸 생성 물품의 온도를 상승시킬 수 있다.
도 5에는 서셉터(52)가 궐련의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 서셉터(52)는 관 형 가열 요소, 판 형 가열 요소, 침 형 가열 요소 또는 봉 형의 가열 요소를 포함할 수 있으며, 가열 요소의 모양에 따라 궐련(2)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(1)에는 서셉터(52)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 서셉터(52)들은 궐련(2)의 외부에 배치될 수도 있고, 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 서셉터(52)들 중 일부는 궐련(2)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 궐련(2)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 서셉터(52)의 형상은 도 5에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
도 6은 에어로졸 생성 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12), 코일(51), 서셉터(52), 피드백회로(640), 및 메모리(650)를 포함할 수 있다.
배터리(11)는 직류 전원으로써, 에어로졸 생성 장치(1)의 동작을 위해 직류 전압을 제어부(12)에 공급한다. 일 실시예에서, 배터리(11)와 제어부(12)의 사이에는 배터리(11)의 전압을 일정하게 유지시키는 레귤레이터(regulator)가 포함될 수 있다.
제어부(12)는 MCU(microcontroller unit)(621) 및 인버터회로(622)를 포함할 수 있고, 인버터회로(622)는 Amp(amplifier)(623) 및 FET(field effect transistor)(624)를 포함할 수 있다. 다만, 도 6에 도시된 구성요소들 외에 다른 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
제어부(12) 배터리(11)로부터 직류 전압을 공급받아 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 에어로졸 생성 장치(1)의 다른 구성으로 전송할 수 있다. 제어부(12)는 제어신호를 이용하여, 배터리(11), 코일(51), 피드백회로(640), 및 메모리(650)를 총괄적으로 제어한다.
MCU(621)는 배터리(11)로부터 직류 전압을 공급받아 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생시킨다. MCU(621)는 PWM 신호의 주파수를 기 설정된 범위 내에서 변경하고, PWM 신호를 인버터회로(622)에 전달한다. 구체적으로, MCU(621)는 2개의 포트들을 포함하고, 각 포트에서 동일한 파형의 PWM 신호를 인버터회로(622)로 송신한다. 실시예에 따라서, MCU(621)에서 출력되는 PWM 신호는 디지털 PWM 신호일 수 있다.
인버터회로(622)는 MCU(621)로부터 수신한 직류 전압의 PWM 신호를 교류 전압으로 변환할 수 있다. 인버터회로(622)는 MCU(621)로부터 동일한 파형의 두 PWM 신호들을 수신하고, 두 PWM 신호들을 교류 전압으로 변환하기 위한 연산 및 증폭을 수행할 수 있다. 인버터회로(622)는 교류 전압을 코일(51)에 인가할 수 있다.
인버터회로(622)로부터 코일(51)에 교류 전압이 인가되면, 코일(51)에서는 자기장이 발생한다. MCU(621)에서 인버터회로(622)로 전달되는 PWM 신호의 주파수에 따라, 인버터회로(622)에서 코일(51)에 전달되는 교류 전압의 주파수가 결정될 수 있다. 즉, MCU(621)에서 발생하는 PWM 신호의 주파수가 변경됨에 따라, 코일(51)에 인가되는 교류 전압의 주파수도 동일하게 변경된다.
구체적으로, 인버터회로(622)는 Amp(623)와 FET(624)를 포함할 수 있다. Amp(623)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있다. Amp(623)는 MCU(621)의 2개의 포트에서 발생한 PWM 신호들을 수신하고, 다수의 논리 게이트들을 이용하여 연산을 수행할 수 있다. 또한, Amp(623)는 MCU(621)로부터 수신한 PWM 신호들을 기 설정된 증폭률에 따라 증폭할 수 있다. Amp(623)는 PWM 신호들에 대해 연산 및 증폭을 수행하고, PWM 신호들을 FET(624)로 전달할 수 있다. Amp(623)에서 수행되는 PWM 신호들에 대한 연산 및 증폭은, PWM 신호들이 FET(624)에서 교류 전압으로 변환될 수 있도록 한다.
FET(624)는 Amp(623)로부터 수신한 PWM 신호들을 교류 전압으로 변환하여, 교류 전압을 코일(51)에 인가할 수 있다. FET(624)는 PWM 신호에 따라 개폐되거나, 타이머(Timer)를 내장하여 주기적으로 개폐될 수 있다. FET(624)는 실시예에 따라서, 스위치로 대체될 수도 있다.
코일(51)은 제어부(12)로부터 교류 전압을 인가 받을 수 있다. 제어부(12)로부터 코일(51)에 교류 전압이 인가되면, 코일(51)은 자기장을 발생시킬 수 있다. 코일(51)에 의해 발생되는 자기장의 세기는 코일(51)의 저항 등에 따라 달라질 수 있다.
서셉터(52)는 코일(51) 내부에 위치할 수 있다. 서셉터(52)는 코일(51)로부터 발생된 자기장 내에서 열을 발생시키는 방식으로 에어로졸 생성 물품을 가열할 수 있다. 서셉터(52)에서 발생되는 열은 코일(51)에서 발생되는 자기장의 세기에 따라 달라질 수 있다.
피드백회로(640)는 코일(51)에 흐르는 출력 전류를 MCU(621)에 전달할 수 있다. 코일(51)에 인가되는 교류 전압의 주파수가 변경됨에 따라, 코일(51)에 흐르는 출력 전류가 달라진다. 즉, 피드백회로(640)는, 코일(51)에 인가되는 교류 전압의 주파수가 변경됨에 따라 지속적으로 변하는 코일(51)의 출력 전류를 측정하고 MCU(621)에 전달할 수 있다.
MCU(621)는 피드백회로(640)로부터 수신한 코일(51)의 출력 전류가 최대가 되는 때의 코일(51)에 인가되는 교류 전압의 주파수를 결정할 수 있다. MCU(621)는 결정된 주파수를 갖는 PWM 신호를 발생시켜 서셉터(52)가 가열되도록 할 수 있다. 결정된 주파수는 코일(51)의 공진주파수일 수 있다.
메모리(650)는 에어로졸 생성 장치(1) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 메모리(650)는 제어부(12)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(650)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(650)는 에어로졸 생성 장치(1)의 동작 시간, 적어도 하나의 온도 프로파일, 적어도 하나의 전력 프로파일 및 사용자의 흡연 패턴에 대한 데이터 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(650)는 제어부(12)에서 결정한 코일(51)의 공진주파수에 대한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(650)에 저장된 코일(51)의 공진주파수에 대한 정보는 서셉터(52)를 가열하는데 이용될 수 있다.
일 실시예에서 에어로졸 생성 장치(1)는 복수의 모드를 가질 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(1)의 모드는 슬립모드, 테스트모드, 가열모드를 포함할 수 있다. 그러나, 에어로졸 생성 장치(1)의 모드는 이에 제한되지 않는다.
에어로졸 생성 장치(1)가 이용되지 않는 상태에서 에어로졸 생성 장치(1)는 슬립모드를 유지할 수 있다. 제어부(12)는 슬립모드에서, 코일(51)에 전력이 공급되지 않도록 배터리(11)의 출력 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(1)의 사용 전, 또는 에어로졸 생성 장치(1)의 사용이 종료된 후, 에어로졸 생성 장치(1)는 슬립모드에서 동작할 수 있다.
제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)에 대한 사용자 입력에 응답하여 에어로졸 생성 장치(1)의 모드를 테스트모드로 설정(또는, 슬립모드에서 테스트모드로 전환)할 수 있다. 제어부(12)는 테스트모드에서, 코일(51)에 인가되는 테스트 전압의 주파수를 변경함으로써 코일(51)에 대응되는 공진주파수를 결정할 수 있다. 테스트 전압은 테스트모드에서 사용되는 코일(51)에 인가되는 교류 전압이다. 테스트 전압은 공진주파수를 결정하기 코일(51)에 인가되는 전압으로써, 가열모드에서 서셉터(52)를 가열하기 위해 사용되는 동작 전압과 구분된다.
또한, 공진주파수가 결정된 후, 제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)의 모드를 테스트모드에서 가열모드로 전환할 수 있다. 제어부(12)는 가열모드에서, 테스트모드에서 결정된 공진주파수를 갖는 동작 전압을 코일(51)에 인가함으로써, 서셉터(52)의 가열을 개시할 수 있다. 동작 전압은 가열모드에서 사용되는 코일(51)에 인가되는 교류 전압이다. 공진주파수를 갖는 동작 전압이 코일(51)에 인가됨에 따라, 가열모드에서 서셉터(52)가 목표 온도 프로파일에 따라 가열될 수 있다.
한편, 온도 프로파일이란 시간 경과에 따른 서셉터(52)의 온도 변화를 지칭하며, 서셉터(52)가 목표 온도 프로파일에 따라 가열될 때 사용자에게 최적의 흡연 경험을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 에어로졸 생성 장치(1)는 사용자의 입력에 따라 테스트모드로의 진입 여부를 결정할 수 있다. 코일(51)의 공진주파수를 결정하기 위한 사용자의 입력이 있는 경우, 에어로졸 생성 장치(1)는 슬립모드에서 테스트모드로 진입하여 공진주파수를 결정하고, 테스트모드에서 가열모드로 진입하여 서셉터(52)의 가열을 개시할 수 있다.
공진주파수에 대한 정보가 메모리(650)에 저장된 후에는, 서셉터(52)를 가열하기 위한 사용자의 입력이 있는 경우, 에어로졸 생성 장치(1)는 테스트모드로의 진입을 생략하고 슬립모드에서 가열모드로 진입하여 메모리(650)에 저장된 공진주파수를 갖는 동작 전압을 코일(51)에 인가함으로써 서셉터(52)의 가열을 개시할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 테스트모드는 에어로졸 생성 장치(1)가 사용자에게 유통되기 전, 코일(51)의 제조 상의 오차를 검사하는 검사 공정에서 실행될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1)의 검사 공정에서, 에어로졸 생성 장치(1)는 테스트모드에 진입하고, 검사 공정에서 결정된 공진주파수가 메모리(650)에 저장될 수 있다.
에어로졸 생성 장치(1)가 사용자에게 유통된 후, 에어로졸 생성 장치(1)는 테스트모드를 거치지 않고, 슬립모드에서 바로 가열모드로 전환될 수 있다. 가열모드에서는 검사 공정에서 결정된 공진주파수를 갖는 동작 전압이 코일(51)에 인가됨으로써, 서셉터(52)의 가열이 개시될 수 있다.
다만, 테스트모드의 실행을 위한 입력방식 및 입력주체에 대한 설명은 상술한 예로 한정되지 않으며 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다.
도 7은 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 궐련(2)은 니코틴 이송부(710), 니코틴 발생부(720) 및 필터부를 포함한다. 필터부는 냉각부(730) 및 마우스필터(740)를 포함한다. 필요에 따라, 필터부에는 다른 기능을 수행하는 세그먼트를 더 포함할 수 있다.
니코틴 이송부(710)는 에어로졸 생성 물질을 포함한다. 니코틴 이송부(710)는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나가 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 니코틴 이송부(710)가 가열됨에 따라 에어로졸이 발생할 수 있다.
니코틴 발생부(720)는 니코틴이 포함된 담배 물질을 포함한다. 니코틴 발생부(720)는 담뱃잎, 재구성 담배 및 담배 과립과 같은 담배 물질을 포함할 수 있다. 니코틴 발생부(720)는 시트(sheet)로 제작될 수도 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있고, 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다.
냉각부(730)는 니코틴 이송부(710) 및 니코틴 발생부(720) 중 적어도 하나가 가열됨으로써 생성된 에어로졸을 냉각시킨다. 따라서, 사용자는 적당한 온도로 냉각된 에어로졸을 흡입할 수 있다.
마우스필터(740)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다.
마우스필터(740)는 원통형이거나, 내부에 중공을 포함하는 튜브형일 수도 있다. 또한, 마우스필터(740)는 리세스형일 수도 있다.
니코틴 이송부(710) 및 니코틴 발생부(720)에서 생성된 에어로졸은 냉각부(730)를 통과함에 따라 냉각되고, 냉각된 에어로졸은 마우스필터(740)를 통하여 사용자에게 전달된다. 따라서, 마우스필터(740)에 가향 요소가 첨가되는 경우, 사용자에게 전달되는 향미의 지속성이 증진되는 효과가 발생될 수 있다.
도 7에는 도시되지 않았으나, 궐련(2)은 적어도 하나의 래퍼에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로서, 궐련(2)은 하나의 래퍼에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로서, 궐련(2)은 2 이상의 래퍼들에 의하여 중첩적으로 포장될 수도 있다.
도 8은 궐련이 수용된 에어로졸 생성 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.
에어로졸 생성 시스템은 에어로졸 생성 장치(1) 및 궐련(2)을 포함한다.
에어로졸 생성 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12), 코일(51), 서셉터(52) 및 공동(820)을 포함할 수 있다. 궐련(2)은 니코틴 이송부(710), 니코틴 발생부(720), 냉각부(730) 및 마우스필터(740)를 포함할 수 있다. 다만, 도 8에 도시된 구성요소들 외에 다른 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
서셉터(52)는 에어로졸 생성 장치(1)의 일부일 수 있다. 서셉터(52)는 공동(820)을 형성하는 내측벽(830)을 따라 공동(820)의 길이방향으로 연장될 수 있다.
궐련(2)은 니코틴 이송부(710) 및 니코틴 이송부(710)의 하류 단부에 연결되는 니코틴 발생부(720)를 포함할 수 있다.
니코틴 이송부(710)는 보습제(예를 들어, 글리세린, 프로필렌 글리콜 등)를 포함하고, 니코틴 이송부(710)가 가열됨에 따라 에어로졸(무화)이 발생한다. 니코틴 발생부(720)는 니코틴이 포함된 담배물질(담뱃잎, 재구성 담배, 담배 과립 등)을 포함하고, 니코틴 발생부(720)가 가열됨에 따라 니코틴이 생성된다.
궐련(2)이 에어로졸 생성 장치(1)의 공동(820)에 수용되면, 서셉터(52)는 궐련(2)의 외부를 둘러싸도록 위치할 수 있다. 이 때, 서셉터(52)는 니코틴 이송부(710) 및 니코틴 발생부(720)와 대응되는 위치에 위치할 수 있다.
서셉터(52)는 궐련(2)의 일부일 수 있다. 서셉터(52)는 궐련(2)의 외측면에 위치하여 궐련(2)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 또한, 서셉터(52)는 적어도 하나의 래퍼에 의해 포장될 수 있다.
궐련(2)이 에어로졸 생성 장치(1)의 공동(820)에 수용되면, 에어로졸 생성 장치(1)는 코일(51)이 자기장을 발생시키도록, 배터리(11)로부터 코일(51)에 전력을 공급할 수 있다. 코일(51)에 의해 발생된 자기장이 서셉터(52)를 관통함에 따라, 서셉터(52)는 니코틴 이송부(710) 및 니코틴 발생부(720)를 가열할 수 있다.
다른 실시예에서, 서셉터(52)는 서셉터의 제1 부분(810a)과 서셉터의 제2 부분(810b)으로 구성될 수 있다. 서셉터의 제1 부분(810a)은 니코틴 이송부(710)와 대응되는 위치에, 서셉터의 제2 부분(810b)은 니코틴 발생부(720)와 대응되는 위치에 위치할 수 있다.
니코틴 이송부(710)와 니코틴 발생부(720)에 포함된 물질이 서로 상이하므로, 사용자에게 최상의 담배 풍미를 제공하기 위한 니코틴 이송부(710) 및 니코틴 발생부(720)의 가열 온도는 상이할 수 있다.
니코틴 이송부(710) 및 니코틴 발생부(720)를 상이한 온도에서 가열하기 위해, 서셉터의 제1 부분(810a) 및 서셉터의 제2 부분(810b)의 가열 온도는 상이할 수 있다. 즉, 서셉터의 제1 부분(810a)은 니코틴 이송부(710)를 가열하고, 서셉터의 제2 부분(810b)은 니코틴 발생부(720)를 가열하는 바, 니코틴 이송부(710)와 니코틴 발생부(720)의 가열 온도가 달라질 수 있다.
서셉터의 제1 부분(810a) 및 서셉터의 제2 부분(810b)이 궐련(2)의 일부인 경우, 서셉터의 제1 부분(810a) 및 서셉터의 제2 부분(810b)은 서로 연결되어 단일 가열체를 형성하거나, 분리된 채로 각각 니코틴 이송부(710) 및 니코틴 발생부(720)와 대응되는 위치에 위치할 수도 있다.
도 9는 코일의 저항 편차에 따른 공진주파수의 변화를 나타내는 그래프의 예시이다.
설계 규격에 따른 저항을 가지는 코일에 대한 그래프(910)를 보면, 코일은 공진주파수 f1을 갖고, 생산조립과정에서 저항의 편차가 발생한 코일에 대한 그래프(920)를 보면, 코일은 공진주파수 f2를 갖는다.
기존에 설계한 코일에 대한 공진주파수인 f1을 코일 및 코일에 인가할 경우, 코일은 공진하여 최대의 출력 전류(I1)가 흐를 수 있으나, 코일은 f1이 공진주파수에 해당하지 않는 바, 최대의 출력 전류(I1)보다 낮은 출력 전류(I2)가 흐르게 된다. 이에 따라, 저항의 편차가 발생한 코일에 대해 주파수의 보정 없이, 기 설정된 주파수(예를 들어, f1)를 갖는 교류 전압이 인가될 경우, 서셉터를 목표 온도 프로파일에 따라 제어할 수 없게 된다.
코일에 교류 전압이 인가되어 서셉터가 가열되는 경우, 서셉터를 목표 온도 프로파일에 따라 제어하기 위해서는, 코일에 인가되는 교류 전압의 주파수는 코일의 공진주파수인 f1에서 코일의 공진주파수인 f2로 보정되어야 한다.
도 10은 PWM 신호의 주파수가 변경하는 일 예를 나타내는 그래프이다.
에어로졸 생성 장치에 대해 사용자 입력이 수신됨에 따라, 제어부는 에어로졸 생성 장치의 동작을 개시할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 인터페이싱 수단들(예를 들어, 버튼 또는 터치스크린)을 통해 사용자 입력을 수신함으로써, 에어로졸 생성 장치의 동작을 개시할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제어부에서 발생하는 직류 전압의 PWM 신호에 대한 파형이 도시된다. PWM 신호의 주파수에 따라, 코일에 인가되는 교류 전압의 주파수가 결정될 수 있다. 즉, PWM 신호의 주파수가 f1에서 f6으로 변경됨에 따라, 코일에 인가되는 교류 전압의 주파수도 동일하게 f1에서 f6으로 변경된다.
제어부는 t1에서 에어로졸 생성 장치의 모드를 슬립모드에서 테스트모드로 전환함으로써, 공진주파수를 결정하기 위한 단계를 개시할 수 있다.
주파수 f1, f2, f3, f4 및 f5 각각에서의 입력 전압은 동일하며, 각각의 PWM 듀티비 또한 동일할 수 있다. 주파수 f1과 f5의 주파수는 동일할 수 있고, 주파수 f2와 f4의 주파수 또한 동일할 수 있다. 제어부에서 발생하는 PWM 신호의 주파수는 기 설정된 범위 내에서 증가하였다가 감소함을 반복하며 변경될 수 있다.
한편, 도 10에서는 t1에서 t2까지 한 번의 주기만을 나타냈지만, 제어부는 공진주파수를 결정하기 위해 주기를 수 차례 반복하며 PWM 신호를 발생시킬 수 있다. 도 10에 따른 일 실시예에서, 주파수 f1에서 f3으로 변경 되는 과정에서 주파수 f2만을 거쳐갔으나, 다른 실시예에서, 주파수가 변경하는 폭이 더 세분화 될 수 있다. 그러나, 주파수가 변경하는 방식은 상술한 예로 한정되지 않는다.
일 실시예에서, 제어부에서 측정한 코일의 출력 전류가 주파수 f2 및 f4에서 최대로 나타난 경우, 제어부는 주파수 f2 및 f4와 동일한 주파수인 f6을 공진주파수로 결정할 수 있다. 공진주파수가 결정된 후 제어부는 t2에서 에어로졸 생성 장치의 모드를 테스트모드에서 가열모드로 전환할 수 있다. 가열모드에서 제어부는 주파수 f6을 갖는 PWM 신호를 발생시킴으로써, 공진주파수(f6)를 갖는 교류 전압을 코일에 인가할 수 있다.
도 10에서는 테스트모드에서, 주파수가 기 설정된 범위 내에서 증가하였다가 감소하는 예를 기재하였다. 그러나, 주파수가 변경하는 방식은 상술한 예로 한정되지 않고, 기 설정된 범위 내에서 감소하였다가 증가하는 경우는 물론, 일방향으로 증가 또는 감소하는 방식 등도 가능하다.
테스트모드인 t1에서 t2까지 소요되는 시간은 사용자가 체감하기 어려운 정도의 짧은 시간일 수 있다. 예를 들어, t1에서 t2까지 소요되는 시간은 0.5초 ~ 2초일 수 있다. 바람직하게는 1초일 수 있다.
다른 실시예에서, 제어부에서 발생하는 PWM 신호의 주파수는 고정되고 듀티비는 기 설정된 범위에서 변경되며 발생할 수 있다. 예를 들어, 주파수 f1, f2, f3, f4 및 f5 각각에서의 듀티비는 다를 수 있다. 또한, f1과 f5에서의 듀티비는 동일할 수 있고, 주파수 f2와 f4에서의 듀티비 또한 동일할 수 있다. 제어부에서 발생하는 PWM 신호의 듀티비는 기 설정된 범위 내에서 증가하였다가 감소함을 반복하며 변경될 수 있다. 듀티비가 변경됨으로 인해, 코일에 공급되는 전력의 크기가 변경될 수 있다. PWM 신호의 듀티비가 커짐에 따라 코일에 공급되는 전력의 크기가 커지고, 서셉터의 가열이 가속될 수 있다.
그러나, 듀티비가 변경하는 방식은 상술한 예들로 한정되지 않고, 기 설정된 범위 내에서 감소하였다가 증가하는 경우는 물론, 일방향으로 증가 또는 감소하는 방식 등도 포함할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 단계 1110에서 에어로졸 생성 장치는 사용자 입력에 응답하여 코일에 테스트 전압을 인가할 수 있다.
에어로졸 생성 장치에는 코일의 설계 규격에 대응되는 공진주파수가 메모리에 저장되어있다. 그러나, 동일한 규격 및 재료로 이루어진 코일이라도 생산·조립과정에서 저항 편차가 발생하여 공진주파수가 달라질 수 있다. 에어로졸 생성 장치는 서셉터를 가열하기 전에 달라진 공진주파수를 결정하기 위해 사용자 입력에 응답하여 코일에 테스트 전압을 인가할 수 있다.
단계 1120에서 에어로졸 생성 장치는 테스트 전압의 주파수가 변경됨에 따라 변화하는 코일의 출력 전류를 측정할 수 있다.
단계 1130에서 에어로졸 생성 장치는 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 결정할 수 있다.
출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수는 코일의 공진주파수일 수 있다. 에어로졸 생성 장치는 달라진 공진주파수를 결정하기 위해 코일의 출력 전류를 측정하여, 최대의 출력 전류를 흐르게 하는 주파수를 공진주파수로 결정할 수 있다.
단계 1140에서 에어로졸 생성 장치는 결정된 주파수를 갖는 동작 전압을 코일에 인가할 수 있다.
에어로졸 생성 장치는 결정된 주파수를 갖는 동작 전압을 코일에 인가함으로써 코일에 최대의 출력 전류를 흐르게 할 수 있다. 공진주파수가 아닌 주파수를 갖는 교류 전압이 코일에 인가될 때와 비교하여, 에어로졸 생성 장치가 공진주파수를 갖는 동작 전압을 코일에 인가할 경우에는, 동일한 전력이 코일에 공급되더라도 공진으로 인해 더 큰 출력 전류가 코일에 흐르게 된다. 이로써 코일에 의해 발생하는 자기장의 세기도 커지게 되어 서셉터가 목표 온도 프로파일에 따라 가열될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 도 11의 에어로졸 생성 장치를 제어하는 방법을 보다 구체적으로 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 단계 1210에서 에어로졸 생성 장치는 PWM 신호를 이용하여 코일에 테스트 전압을 인가할 수 있다.
구체적으로, 에어로졸 생성 장치는 배터리로부터 직류 전압을 공급받아 직류 전압의 PWM 신호를 발생시킨다. 에어로졸 생성 장치는 PWM 신호를 교류 전압으로 변환하고, 코일에 교류 전압을 인가할 수 있다.
단계 1220에서 에어로졸 생성 장치는 코일에 인가되는 테스트 전압의 주파수를 기 설정된 범위 내에서 변경할 수 있다.
에어로졸 생성 장치가 발생시키는 PWM 신호는 고정전압일 수 있으며, PWM 주파수가 변경하는 신호일 수 있다. 제어부가 주파수를 변경하는 기 설정된 범위는 코일의 설계 규격에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 코일의 설계 규격에 따른 공진주파수가 300kHz인 경우, 제어부가 주파수를 변경하는 기 설정된 범위는 280kHz에서 320kHz일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예일뿐이며 제어부가 주파수를 변경하는 기 설정된 범위는 이에 한정되지 않는다.
단계 1230에서 에어로졸 생성 장치는 코일의 출력 전류를 측정할 수 있다.
코일에 인가되는 교류 전압의 주파수가 변경됨에 따라, 코일에 흐르는 출력 전류가 달라진다. 에어로졸 생성 장치는 피드백회로를 이용하여, 코일에 인가되는 교류 전압의 주파수가 변경됨에 따라 지속적으로 변하는 코일의 출력 전류를 제어부에 전달할 수 있다.
단계 1240에서 에어로졸 생성 장치는 측정된 출력 전류의 최대 값이 기 설정된 출력 전류의 기준값 이상인지 판단할 수 있다. 에어로졸 생성 장치는 단계 1240의 결과에 기초하여, 코일에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
출력 전류의 기준값은 에어로졸 생성 장치가 정상 동작하기 위해 요구되는 코일에 흐르는 출력 전류의 최소값일 수 있다. 출력 전류의 기준값은 에어로졸 생성 장치의 설계 규격에 기초하여 설정될 수 있다. 에어로졸 생성 장치가 측정된 출력 전류의 최대값이 기 설정된 출력 전류의 기준값 미만인 것으로 판단하는 경우, 가열모드에 진입하지 않고 코일에 전력의 공급을 중단할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 장치의 동작이 불가하다는 통지를 출력할 수도 있다. 에어로졸 생성 장치는, 코일이 유효하지 않아 동작이 불가하다는 정보를 사용자에게 인지시킴으로써 에어로졸 생성 장치의 교체를 유도할 수 있다.
에어로졸 생성 장치가 측정된 출력 전류의 최대값이 기 설정된 출력 전류의 기준값 이상인 것으로 판단하는 경우, 단계 1250로 진행할 수 있다. 단계 1250에서 에어로졸 생성 장치는 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 결정할 수 있다. 결정된 주파수는 코일의 공진주파수일 수 있다.
단계 1260에서 에어로졸 생성 장치는 결정된 주파수를 갖는 동작 전압을 코일에 인가할 수 있다. 에어로졸 생성 장치는 테스트모드에서 가열모드로 전환함으로써 서셉터의 가열을 개시하게 된다.
상술한 실시예들에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해져야 할 것이며, 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위에 있는 모든 차이점은 청구범위에 의해 정해지는 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 에어로졸 생성 장치에 있어서,
    에어로졸 생성 물품을 가열하는 서셉터,
    상기 서셉터를 둘러싸고 교류 전압이 인가되면 자기장을 발생시킴으로써 상기 서셉터를 가열하는 코일, 및
    사용자 입력에 응답하여(in response to) 상기 코일에 테스트 전압을 인가하고,
    상기 테스트 전압의 주파수가 변경됨에 따라 변화하는 상기 코일의 출력 전류를 측정하고,
    상기 출력 전류의 최대 값이 기 설정된 기준값 이상인 경우 상기 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 결정하고,
    상기 결정된 주파수를 갖는 동작 전압을 상기 코일에 인가하고,
    상기 최대 값이 상기 기준값 미만인 경우 상기 코일에 전력을 공급하지 않는 제어부를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기 설정된 범위 내에서 상기 테스트 전압의 주파수를 변경함으로써 상기 기 설정된 범위 내에서 상기 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 결정하는, 에어로졸 생성 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    배터리로부터 직류 전압을 공급받아 상기 직류 전압의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 발생시키고, 상기 PWM 신호를 교류의 상기 테스트 전압으로 변환하고, 상기 변환된 테스트 전압을 상기 코일에 인가하는, 에어로졸 생성 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 장치는,
    피드백회로를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 테스트 전압의 주파수가 변경됨에 따라 변화하는 상기 코일의 출력 전류를 상기 피드백회로를 통해 입력 받고,
    상기 입력 받은 출력 전류를 측정하여 상기 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 결정하는, 에어로졸 생성 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    테스트모드에서, 상기 코일에 인가되는 테스트 전압의 주파수를 변경함으로써 상기 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 결정하고,
    상기 테스트모드에서 가열모드로 진입하여, 상기 서셉터가 목표 온도 프로파일에 따라 가열되도록 상기 결정된 주파수를 갖는 상기 동작 전압을 상기 코일에 인가하는, 에어로졸 생성 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기 설정된 범위 내에서 측정된 상기 출력 전류의 최대 값이 기 설정된 출력 전류의 기준값 미만인 경우,
    상기 코일을 비정상으로 판단하는, 에어로졸 생성 장치.
  7. 에어로졸 생성 시스템에 있어서,
    메모리,
    궐련의 적어도 일부를 수용하는 공동,
    상기 공동의 주변에 위치하는 코일,
    상기 코일에 의해 가열되는 서셉터, 및
    상기 코일에 인가되는 테스트 전압의 주파수를 변경하며 상기 코일의 출력 전류를 측정하고,
    상기 출력 전류의 최대 값이 기 설정된 기준값 이상인 경우 상기 코일의 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 상기 메모리에 저장하고,
    상기 저장된 주파수를 갖는 동작 전압을 상기 코일에 인가함으로써 상기 서셉터의 가열을 개시하고,
    상기 최대 값이 상기 기준값 미만인 경우 상기 코일에 전력을 공급하지 않는 제어부를 포함하는, 에어로졸 생성 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 시스템은,
    궐련을 더 포함하고,
    상기 궐련은,
    상기 서셉터에 의해 가열되는 니코틴 이송부;
    상기 니코틴 이송부의 하류 단부에 연결되고, 상기 서셉터에 의해 가열되는 니코틴 발생부; 및
    상기 니코틴 발생부의 하류 단부에 연결된 필터부;
    를 포함하는 것인, 에어로졸 생성 시스템.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기 설정된 범위 내에서 상기 테스트 전압의 주파수를 변경함으로써 상기 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수를 상기 메모리에 저장하는, 에어로졸 생성 시스템.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 코일의 출력 전류가 최대가 되는 때의 주파수가 상기 메모리에 저장된 후에는, 상기 서셉터를 가열하기 위한 사용자의 입력에 응답하여, 상기 테스트 전압을 인가하는 과정을 생략하고 상기 동작 전압을 상기 코일에 인가하는, 에어로졸 생성 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기 설정된 범위 내에서 측정된 상기 출력 전류의 최대 값이 기 설정된 출력 전류의 기준값 미만인 경우,
    상기 코일을 비정상으로 판단하는, 에어로졸 생성 시스템.
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