KR102466513B1 - 초음파 기반 에어로졸 발생 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

카트리지 교체 비용을 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 초음파 기반 에어로졸 발생 장치 및 그의 제어 방법이 제공된다. 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치는, 액상의 에어로졸 형성 기재를 저장하는 교체형 카트리지 및 카트리지와 결합되는 제어 본체를 포함할 수 있다. 그리고, 제어 본체는 제어부 및 카트리지에 저장된 에어로졸 형성 기재를 기화시키기 위해 초음파 진동을 발생시키는 진동부재를 포함할 수 있다. 이때, 제어부는 진동부재의 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 기초하여 진동부재의 동작을 제어할 수 있다.

Description

초음파 기반 에어로졸 발생 장치 및 그의 제어 방법{AEROSOL-GENERATING APPARATUS BASED ON ULTRASOUND AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 개시는 초음파 기반 에어로졸 발생 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 카트리지 교체 비용을 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 초음파 기반 에어로졸 발생 장치 및 그 장치에서 진동부재 보호를 위해 수행되는 제어 방법에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 액상의 에어로졸 형성 기재를 기화시킴으로써 에어로졸을 발생시키는 장치(이른바 "액상형 에어로졸 발생 장치")에 관한 수요가 증가하고 있다. 최근에는, 초음파 진동을 통해 액상을 기화시키는 초음파 기반 에어로졸 발생 장치가 제안된 바 있다.
지금까지 제안된 대부분의 초음파 기반 에어로졸 발생 장치는 사용자 편의성을 고려하여 카트리지(또는 카토마이저) 교체 구조를 채택하고 있다. 그리고, 교체형 카트리지는 기본적으로 액상 저장조, 윅 및 진동자로 구성된다. 그런데, 이러한 구조에서는 상대적으로 고가의 구성요소인 진동자가 카트리지에 포함됨에 따라 카트리지 교체 비용(또는 카트리지 단가)이 증가한다는 문제가 있다.
위와 같은 비용 문제로 인해, 일부 초음파 기반 에어로졸 발생 장치는 카트리지를 교체하지 않고 액상을 리필하는 방식을 채택하고 있다. 그러나, 액상 리필 방식은 에어로졸 발생 장치의 구조를 복잡하게 만들고, 사용자가 번거롭게 액상을 리필해야 하는 불편함을 야기한다. 게다가, 액상 리필 과정 중에 종종 액상이 사용자의 옷 또는 신체에 묻을 수 있는데, 이는 사용자에게 상당한 불쾌감을 줄 수 있다.
한편, 초음파 기반 에어로졸 발생 장치의 진동자는 액상을 기화시키기 위해 초음파 진동을 발생시키는 요소이다. 그런데, 진동전달대상이 없는 상태에서 진동자가 동작하게 되면, 진동 에너지가 열 에너지로 변환되어 진동자에 심각한 손상을 야기할 수 있다. 예를 들어, 고온으로 인해 진동자가 물리적으로 파손되거나 성질이 변형됨에 따라 진동자 본연의 기능을 상실할 수 있다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 카트리지 교체 비용(또는 카트리지 단가)을 감소시킬 수 있는 새로운 구조의 초음파 기반 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 초음파 기반 에어로졸 발생 장치에서 진동부재 보호를 위해 수행되는 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시의 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치는, 액상의 에어로졸 형성 기재를 저장하는 교체형 카트리지 및 제어부 및 상기 저장된 에어로졸 형성 기재를 기화시키기 위해 초음파 진동을 발생시키는 진동부재를 포함하고 상기 카트리지와 결합되는 제어 본체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 진동부재의 온도를 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 기초하여 진동부재의 동작을 제어할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 진동부재의 온도 또는 온도 변화율이 임계치 이상이라는 판단에 응답하여, 상기 진동부재의 동작을 정지시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 진동부재의 온도 변화 패턴에 기초하여 상기 진동부재의 동작을 제어할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 진동부재의 온도 변화율에 기초하여 상기 저장된 에어로졸 형성 기재의 소진 정도를 추정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 카트리지는 상기 발생된 초음파 진동을 상기 저장된 에어로졸 형성 기재로 전달하는 진동전달부재를 더 포함하고, 상기 카트리지가 상기 제어 본체에 결합됨에 따라 상기 진동전달부재가 상기 진동부재와 밀착될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 진동부재와 상기 진동전달부재의 밀착 여부를 판별하고, 상기 판별 결과에 기초하여 상기 진동부재의 동작을 제어할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 진동부재와 상기 진동전달부재는 도전체로 이루어지고, 상기 제어부는 상기 진동부재와 상기 진동전달부재 간의 통전 여부에 기초하여 상기 밀착 여부를 판별할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 진동부재는 압전소자에 기반하여 구현되고, 상기 제어부는 상기 진동부재에서 발생한 전압의 측정 결과에 기초하여 상기 밀착 여부를 판별할 수 있다.
상술한 본 개시의 몇몇 실시예들에 따르면, 상대적으로 고가의 구성 요소인 진동부재가 카트리지가 아닌 제어 본체 측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 카트리지 교체 비용(또는 카트리지 단가)이 크게 감소될 수 있다.
또한, 진동부재가 카트리지에서 제외됨에 따라 카트리지 구조가 간소화될 수 있다. 이에 따라, 카트리지 제조 시에 불량 발생률이 현저하게 감소될 수 있으며, 방수 및/또는 방진 설계 또한 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 진동부재의 편차로 인해 무화량 편차가 발생하는 것이 미연에 방지될 수 있다. 가령, 진동부재가 카트리지에 포함되는 경우에는, 카트리지 교체 시 마다 진동부재가 바뀜으로써 무화량 편차가 발생될 수 있다. 즉, 진동부재의 편차(e.g. 제조 상의 편차)가 그대로 에어로졸 발생 장치에 반영되어, 카트리지 교체 시마다 무화량이 달라질 수 있다. 그러나, 진동부재가 제어 본체 측에 위치하게 되면, 진동부재가 교체되지 않아 무화량의 균일성이 유지될 수 있다.
또한, 카트리지에 진동전달부재가 배치될 수 있다. 진동전달부재는 진동부재에 의해 발생된 진동을 액상으로 전달함으로써, 진동부재가 제어 본체 측에 위치하더라도 에어로졸이 원활하게 발생되도록 할 수 있다.
또한, 카트리지가 제어 본체와 결합됨에 따라, 진동전달부재와 진동부재가 밀착된 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라, 진동부재에 의해 발생된 진동이 진동전달부재를 통해 손실 없이 액상으로 전달될 수 있다.
또한, 진동전달부재로부터 적절하게 이격된 위치에 복수의 홀을 포함하는 다공부재가 배치됨으로써, 퍼프 시에 즉각적인 에어로졸 발생이 담보될 수 있다. 구체적으로, 진동전달부재에 의해 전달된 진동이 진동전달부재와 다공부재 사이의 액상을 다공부재 방향으로 밀어내고, 밀려난 액상이 상기 복수의 홀을 통과하면서 빠르게 기화됨으로써, 퍼프 시에 딜레이 없이 에어로졸이 발생될 수 있다.
또한, 진동부재에 대한 온도 모니터링 결과에 기초하여 진동부재의 동작이 제어될 수 있다. 예를 들어, 온도 변화율 또는 측정 온도가 임계치 이상인 경우, 진동부재의 동작이 정지될 수 있다. 이에 따라, 고온으로 인해 진동부재의 특성이 변경되거나 물리적으로 손상되는 것이 미연에 방지될 수 있다.
또한, 진동부재에 대한 온도 모니터링 결과에 기초하여 액상의 소진 정도가 추정될 수 있다. 예를 들어, 온도 변화율이 임계치 이상인 경우에, 액상이 소진된 것으로 추정될 수 있다. 이에 따라, 액상 잔량 측정을 위한 추가적인 구성요소e.g. 센서) 없이도 액상의 소진 정도가 정확하게 판별될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치의 구조를 개념적으로 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기의 구조를 개념적으로 나타내는 예시적인 도면이다.
도 3은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치의 세부 구조를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 진동전달부재를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 다공부재를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치의 기류 패스 구조를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 7은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치의 제어 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
도 8은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치의 제어 방법을 부연 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치의 카트리지 인식 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 기술적 사상은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
다른 정의가 없다면, 이하의 실시예들에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 이하의 실시예들에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 이하의 실시예들에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 개시에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 개시의 다양한 실시예들에 대한 설명에 앞서, 실시예들에 사용되는 몇몇 용어들에 대하여 명확하게 하기로 한다.
이하의 실시예들에서, "에어로졸 형성 기재"는 에어로졸(aerosol)을 형성할 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 에어로졸은 휘발성 화합물을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 고체 또는 액상일 수 있다. 예를 들면, 고체의 에어로졸 형성 기재는 판상엽 담배, 각초, 재구성 담배 등 담배 원료를 기초로 하는 고체 물질을 포함할 수 있으며, 액상의 에어로졸 형성 기재는 니코틴, 담배 추출물 및/또는 다양한 향미제를 기초로 하는 액상 조성물을 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시의 범위가 상기 열거된 예시에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시예들에서, 액상은 액상의 에어로졸 형성 기재를 지칭하는 것일 수 있다.
이하의 실시예들에서, "에어로졸 발생 장치"는 사용자의 입을 통해 사용자의 폐로 직접적으로 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸 형성 기재를 이용하여 에어로졸을 발생시키는 장치를 의미할 수 있다.
이하의 실시예들에서, "퍼프(puff)"는 사용자의 흡입(inhalation)을 의미하며, 흡입이란 사용자의 입이나 코를 통해 사용자의 구강 내, 비강 내 또는 폐로 끌어 당기는 상황을 의미할 수 있다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예들에 대하여 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)의 구조를 개념적으로 나타내는 예시적인 도면이다. 특히, 도 1은 카트리지(10) 장착 전후의 상태를 순차적으로 예시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)는 카트리지(10)와 제어 본체(20)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1에는 본 개시의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 개시가 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다. 이하, 에어로졸 발생 장치(1)의 각 구성요소에 대하여 설명한다.
카트리지(10)는 액상의 에어로졸 형성 기재를 보관하는 용기를 의미할 수 있다. 또한, 경우에 따라 카트리지(10)는 마우스피스와 증기화기(e.g. 카토마이저)의 일부 또는 전부의 구성요소를 더 구비할 수도 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 카트리지(10)는 마우스피스(110)와 증기화기(30)의 일부 구성요소를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 카트리지(10)는 마우스피스(110)를 제외하고 증기화기(30)의 일부 구성요소만을 더 포함하도록 구성될 수도 있다.
도 1은 카트리지(10)가 제어 본체(20)와 결합되어 에어로졸 발생 장치(1)의 상부를 형성하고, 제어 본체(20)가 에어로졸 발생 장치(1)의 하부를 형성하는 것을 예로써 도시하고 있으나, 본 개시의 범위가 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다. 다른 몇몇 실시예들에서는, 카트리지(10)는 에어로졸 발생 장치(1)의 하우징 내부에 장착되는 구성요소일 수도 있다.
카트리지(10)는 교체 가능한 구성요소일 수 있다. 즉, 카트리지(10)의 액상 소진 시 리필이 행해지는 것이 아니라, 새로운 카트리지로 교체될 수 있다. 이러한 경우, 에어로졸 발생 장치(1)의 전반적인 구조가 단순화될 수 있기 때문에, 제조 공정 상의 이점(e.g. 제조 비용 감소, 불량률 감소 등)이 확보될 수 있다. 나아가, 사용자가 직접 액상을 리필해야 하는 불편함이 해소되기 때문에, 제품의 시장 경쟁력이 향상될 수 있다. 다만, 카트리지(10)의 교체 비용이 문제될 수 있는데, 이러한 문제는 카트리지(10)에서 증기화기(30)의 일부 구성요소(즉, 상대적으로 고가인 진동부재)를 제외함으로써 해결될 수 있다. 이하에서는, 카트리지(10)가 교체 가능한 구성요소임을 전제로 하여 설명을 이어가도록 한다.
도 1에 개념적으로 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 카트리지(10)는 마우스피스(110)와 증기화기(30)의 일부 구성요소를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2에 예시된 바와 같이, 증기화기(30)는 액상의 에어로졸 형성 기재(311)를 저장하는 액상 저장조, 진동(초음파 진동)을 통해 액상을 기화시키는 진동부재(360), 기화된 액상을 마우스피스 방향으로 전달하기 위한 기류관(320) 등의 구성요소를 포함할 수 있다. 이중에서, 진동부재(360)가 제어 본체(20) 측(e.g. 도 2의 점선 아래쪽)에 배치될 수 있고, 나머지 구성요소들이 카트리지(10) 측(e.g. 도 2의 점선 위쪽)에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 카트리지(10)와 제어 본체(20)가 결합됨에 따라 증기화기(30)가 구성될 수 있으며, 상대적으로 고가의 구성요소인 진동부재가 카트리지(10)에서 제외됨으로써 카트리지(10)의 교체 비용(또는 단가)이 크게 감소될 수 있다. 카트리지(10)의 세부 구조에 관하여서는 추후 도 3 등의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
몇몇 실시예들에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 증기화기(30)에 카트리지(10) 측에 배치된 진동전달부재(340)가 더 포함될 수 있다. 진동전달부재(340)는 제어 본체(20) 측의 진동부재(360)가 발생시킨 진동을 액상(311)으로 전달함으로써, 에어로졸이 원활하게 발생되도록 할 수 있다. 진동전달부재(340)에 관하여서는 추후 도 3 등의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
다시 도 1을 참조하여 설명을 이어가도록 한다.
제어 본체(20)는 에어로졸 발생 장치(1)의 전반적인 제어 기능을 수행할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제어 본체(20)는 카트리지(10)와 결합될 수 있다. 카트리지(10)가 에어로졸 발생 장치(1)에 내장된 구성요소인 경우에는, 제어 본체(20)는 카트리지(10)를 포함하는 상부 하우징과 결합될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 제어 본체(20)는 제어부(210) 및 배터리(220)를 포함할 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 제어 본체(20)는 진동부재(360) 등을 더 포함할 수 있다. 제어 본체(20)의 다른 구성요소에 관하여서는 추후 도 3을 참조하여 설명하도록 하며, 이하에서는 제어부(210)와 배터리(220)에 대하여 간략하게 설명하도록 한다.
제어부(210)는 에어로졸 발생 장치(1)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(210)는 증기화기(30)와 배터리(220)의 동작을 제어할 수 있고, 에어로졸 발생 장치(1)에 포함된 다른 구성요소들의 동작도 제어할 수 있다. 제어부(210)는 배터리(220)가 공급하는 전력, 진동부재(360)의 진동 주파수, 진동 세기 등을 제어할 수 있다. 에어로졸 발생 장치(1)가 히터(미도시)를 추가로 구비하는 경우, 제어부(210)는 히터(미도시)의 가열 온도도 제어할 수 있다.
또한, 제어부(210)는 에어로졸 발생 장치(1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 발생 장치(1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어부(210)는 진동전달부재(340)와 진동부재(360) 간의 밀착 여부를 판별하고, 판별 결과를 기초로 카트리지(10)의 결합 상태(e.g. 결합 여부, 결합 정도 등)를 인식할 수 있다. 예를 들어, 제어부(210)는 진동전달부재(340)와 진동부재(360) 간의 통전 여부를 기초로 밀착 여부를 판별하거나, 진동부재(360)의 압전 현상을 이용하여 밀착 여부를 판별할 수 있다. 또한, 제어부(210)는 판별 결과를 기초로 별도의 센서 없이 카트리지(10)의 결합 상태를 인식할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 카트리지(10)의 결합 상태를 인식하기 위해 추가적인 센서가 구비될 필요가 없는 바, 에어로졸 발생 장치(1)의 제조 원가가 감소되고, 내부 구조의 복잡성이 완화될 수 있다. 본 실시예에 관하여서는 추후 도 9 및 도 10을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
제어부(210)는 적어도 하나의 프로세서(processor)에 의해 구현될 수 있다. 상기 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, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 제어부(210)가 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 자명하게 이해할 수 있다.
다음으로, 배터리(220)는 에어로졸 발생 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 배터리(220)는 증기화기(30)를 구성하는 진동부재(360)가 진동을 발생시킬 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(210)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
또한, 배터리(220)는 에어로졸 발생 장치(1)에 설치된 디스플레이(미도시), 센서(미도시), 모터(미도시) 등의 전기적 구성요소가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어 본체(20)의 세부 구조에 관하여서는 추후 도 3 이하의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
지금까지 도 1 및 도 2를 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)에 대하여 개략적으로 설명하였다. 상술한 바에 따르면, 상대적으로 고가의 구성 요소인 진동부재(360)가 카트리지(10)가 아닌 제어 본체(20) 측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 카트리지 교체 비용(또는 카트리지 단가)이 크게 감소될 수 있다. 또한, 진동부재(360)가 카트리지(10)에서 제외됨에 따라 카트리지(10)의 구조가 간소화될 수 있고, 카트리지 제조 시에 불량 발생률이 현저하게 감소될 수 있으며, 방수 및/또는 방진 설계 또한 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 진동부재(360)의 편차(e.g. 제조 편차)로 인해 무화량 편차가 발생하는 것이 미연에 방지될 수 있다. 가령, 진동부재(360)가 카트리지(10)에 포함되는 경우에는, 카트리지(10) 교체 시 마다 진동부재(360)가 바뀜으로써 무화량 편차가 발생될 수 있다. 그러나, 진동부재(360)가 제어 본체(20) 측에 위치하게 되면, 동일한 진동부재(360)가 계속 사용되어 무화량의 균일성이 유지될 수 있다.
이하에서는, 도 3 이하의 도면을 참조하여 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)의 세부 구조와 동작 원리에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)의 세부 구조를 나타내는 예시적인 도면이다. 특히, 도 3은 카트리지(10) 장착 전후의 상태를 순차적으로 예시하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 카트리지(10)는 카트리지 하우징, 마우스피스(110), 액상 저장조(310), 진동전달부재(340) 및 기류관(320)을 포함할 수 있다. 다만, 도 3에는 본 개시의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 개시가 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다. 이하, 카트리지(10)의 각 구성요소에 대하여 설명한다.
카트리지 하우징은 카트리지(10)의 외관을 형성할 수 있다. 도 3은 액상 저장조(310)의 외벽과 카트리지 하우징을 구분하지 않고 도시하였으나, 카트리지 하우징의 일부가 액상 저장조(310)의 외벽을 구성할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 또한, 카트리지 하우징의 일부가 마우스피스(110)로 기능할 수도 있고, 별도의 마우스피스 구조물이 카트리지 하우징에 장착되는 형태로 설계될 수도 있다. 카트리지 하우징은 카트리지(10) 내부의 구성요소를 보호할 수 있는 적절한 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 카트리지 하우징은 개방된 하부 단부를 형성할 수 있다. 개방된 하부 단부 부근에는 진동전달부재(340)가 위치할 수 있다. 그렇게 함으로써, 카트리지(10)가 제어 본체(20)와 결합됨에 따라 진동전달부재(340)가 진동부재(360)에 밀착될 수 있다. 즉, 카트리지(10)가 장착되면, 진동전달부재(340)와 진동부재(360)가 밀착된 구조를 형성할 수 있는데, 이러한 구조는 진동 전달 면적을 극대화하고 진동 전달 시 손실을 최소화함으로써, 신속한 에어로졸 발생과 충분한 무화량을 담보할 수 있다.
다음으로, 마우스피스(110)는 에어로졸 발생 장치(1) 또는 카트리지(10)의 일단에 위치하고 카트리지(10)에서 발생된 에어로졸을 흡입하기 위해 사용자의 구부와 접촉될 수 있다. 다시 말해, 사용자가 마우스피스(110)를 입에 물고 흡입하면, 카트리지(10)에서 발생된 에어로졸이 마우스피스(110)를 통해 사용자에게 전달될 수 있다.
다음으로, 액상 저장조(310)는 액상의 에어로졸 형성 기재(311)를 저장할 수 있다. 액상 저장조(310)는 하나 또는 복수의 저장 공간을 구비할 수 있다. 예를 들어, 액상 저장조(310)는 성분 또는 조성비가 서로 다른 에어로졸 형성 기재를 구분하여 저장하기 위해 복수의 저장 공간을 구비할 수도 있다.
다음으로, 진동전달부재(340)는 진동부재(360)에 의해 발생된 진동을 액상(311)으로 전달할 수 있다. 가령, 진동전달부재(340)는 진동부재(360)에 의해 발생된 진동을 주변에 위치한 액상(311)으로 전달함으로써, 액상(311)을 기화시킬 수 있다. 또한, 진동전달부재(340)는 액상(311)이 하부 방향(즉, 제어 본체 20 방향)으로 누액되는 것을 방지하는 역할도 수행할 수 있다.
진동전달부재(340)는 카트리지(10)의 개방된 하부 단부 부근에 위치할 수 있고, 평평한 부분을 포함하며 하부 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 가령, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 진동전달부재(340)는 평평한 형태의 하부면(341)과 하부면(341)을 하부 방향으로 돌출시키기 위한 경사면(342)을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 카트리지(10)가 제어 본체(20)와 결합됨에 따라 평평한 하부면(341)이 진동부재(360)와 용이하게 밀착될 수 있다.
한편, 진동전달부재(340)는 진동을 잘 전달할 수 있는 소재 및/또는 형태로 이루어질 수 있으며, 그 구체적인 소재 및/또는 형태는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 진동전달부재(340)의 적어도 일부(e.g. 하부면)의 두께는 약 0.01mm 내지 1mm일 수 있고, 바람직하게는 약 0.02mm 내지 0.7mm, 약 0.03mm 내지 0.5mm일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 약 0.03mm 내지 0.1mm, 약 0.03mm 내지 0.2mm, 약 0.03mm 내지 0.3mm 또는 약 0.03mm 내지 0.4mm일 수 있다. 이러한 수치 범위에서, 진동 전달 시 손실이 최소화될 수 있으며, 적절한 내구성도 확보될 수 있다. 가령, 진동전달부재(340)의 두께가 너무 두꺼운 경우에는 진동전달부재(340)에 의해 진동이 흡수될 수 있고, 너무 얇은 경우에는 적절한 내구성이 확보되지 않아 진동전달부재(340)가 쉽게 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 진동전달부재(340)는 금속과 같이 적절한 강도를 갖는 소재(e.g. 딱딱한 소재)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 진동전달부재(340)는 스테인리스강, 알루미늄 등과 같은 금속 소재로 이루어질 수 있는데, 이러한 경우 진동전달부재(340)에 의한 진동 흡수가 최소화될 뿐만 아니라, 액상(311) 접촉으로 인한 소재 변형도 최소화될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 진동전달부재(340)는 평평한 하부면(e.g. 341)과 하부면(e.g. 341)이 하부 방향으로 돌출되도록 경사면(e.g. 342)을 포함하되(도 3 또는 도 4 참조), 하부면의 수직측(즉, 카트리지 10의 삽입 방향)과 경사면(e.g. 342)이 이루는 각도는 약 15도 내지 70도일 수 있다. 바람직하게, 상기 각도는 약 20도 내지 약 60도, 약 25도 내지 약 55도 또는 약 30도 내지 약 50도일 수 있다. 이러한 수치 범위에서, 하부면(e.g. 341)과 진동부재(360)와의 밀착 면적이 충분하게 확보될 수 있고, 경사면(e.g. 342)의 각도에 의해 진동 전달이 기류관(330)을 향해 집중되어 기화 속도가 증가될 수 있으며, 무화량 또한 증대될 수 있다.
한편, 몇몇 실시예들에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 카트리지(10)에 진동전달부재(340)의 외곽을 고정하기 위한 고정부재(350)가 더 포함될 수 있다. 고정부재(350)는 진동전달부재(340)의 외곽 부분을 고정함으로써, 진동전달부재(340)의 중심 부분(즉, 평평한 부분)이 진동을 잘 전달하도록 할 수 있는데, 이에 따라 기화 속도가 빨라지고 무화량이 더욱 증대될 수 있다. 뿐만 아니라, 고정부재(350)는 진동전달부재(340)에 도달한 진동이 에어로졸 발생 장치(1) 외부로 전달되지 않도록 흡수하는 역할도 할 수 있다. 따라서, 고정부재(350)는 실리콘 소재와 같이 진동을 흡수할 수 있고 물리 화학적 변화가 거의 없는 소재(e.g. 액상과 접촉 시 물리 화학적 변화가 없는 소재)로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 고정부재(350)는 진동전달부재(340)와 카트리지 하우징 사이의 틈을 밀봉함으로써, 액상(311) 또는 에어로졸이 하부 방향으로 누출되는 것을 방지하는 역할도 할 수 있다.
고정부재(350)의 구체적인 형태 및/또는 개수는 다양하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 고정부재(350)는 진동전달부재(340)의 둘레를 따라 연장되는 1개의 링 형상으로 설계될 수 있고, 복수의 고정부재(350)가 진동전달부재(340)의 외곽을 고정하도록 설계될 수도 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 카트리지(10)는 진동전달부재(340)에 이격되어 배치된 다공부재(330)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 다공부재(330)는 도 5에 예시된 바와 같이 복수의 홀(331)을 포함하는 부재를 의미할 수 있다. 예를 들어, 다공부재(330)는 타공부재(e.g. 타공판), 메쉬부재(e.g. 메쉬판) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 3 등에 도시된 바와 같이, 다공부재(330)는 진동전달부재(340)와 이격되어 기류관(320)의 하부 단부 부근에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 진동전달부재(340)에 의해 전달된 진동이 진동전달부재(340)와 다공부재(330) 사이의 액상(311)을 다공부재(330) 방향으로 밀어내고, 밀려난 액상(311)이 복수의 홀(331)을 통과하면서 신속하게 기화가 이루어질 수 있다. 이에 따라, 퍼프 시에 에어로졸이 즉각적으로 발생될 수 있어, 사용자의 흡연 만족도가 향상될 수 있다.
다공부재(330)는 예를 들어 플라스틱류, 금속류(e.g. 스테인리스 강), 실리콘류 등의 소재로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 다공부재(330)의 형태, 홀(331)의 크기, 이격 거리 등은 다양하게 설계될 수 있으며, 이는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 홀(331)의 크기(e.g. 도 5의 직경 D)는 약 1μm 내지 500μm일 수 있고, 바람직하게는 약 1μm 내지 400μm, 1μm 내지 300μm, 1μm 내지 200μm 또는 1μm 내지 100μm일 수 있다. 홀(331)의 크기는 에어로졸의 입자 크기와 연관되는데, 이러한 수치 범위 내에서 적절한 입자 크기의 에어로졸이 발생될 수 있으며, 충분한 무화량이 담보될 수 있다. 가령, 홀(331)의 크기가 너무 작으면, 눈에 보이지 않는 매우 작은 입자의 에어로졸이 발생되어 가시적인 무화량이 감소할 수 있다. 또한, 기화가 잘 이루어지지 않아, 에어로졸 발생량 자체도 감소할 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 진동전달부재(340)와 다공부재(330) 간의 이격 거리는 약 0.1mm 내지 2.0mm일 수 있고, 바람직하게는 약 0.1mm 내지 1.8mm, 약 0.1mm 내지 1.5mm인, 약 0.2mm 내지 1.2mm인 또는 약 0.3mm 내지 1.0mm일 수 있다. 이러한 수치 범위 내에서, 액상(311)의 이송과 에어로졸 발생이 원활하게 이루어질 수 있다. 가령, 이격 거리가 너무 크면, 진동전달부재(340)에 의해 전달된 진동이 액상(311)에 흡수되어 무화량이 감소할 수 있다. 반대로, 이격 거리가 너무 작으면, 진동전달부재(340)와 다공부재(330) 사이로 액상(311) 이송이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으며, 이에 따라 무화량이 감소할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 다공부재(330)는 평평한 형태(e.g. 판 형상)로 이루어지고 두께는 약 0.01mm 내지 5mm일 수 있다. 바람직하게는, 상기 두께는 약 0.02mm 내지 3mm 또는 약 0.03mm 내지 2mm일 수 있다. 이러한 수치 범위 내에서, 에어로졸 발생이 원활하게 이루어지고, 기화 속도도 향상될 수 있으며, 적절한 내구성도 확보될 수 있다. 가령, 예시된 수치와 같이 다공부재(330)가 적절하게 얇은 두께를 갖는 경우에는, 전달된 진동에 의해 다공부재(330)도 진동되어 기화가 가속화될 수 있고, 응축된 에어로졸이 홀(331)에 점착되어 홀(311)을 막는 현상 또한 방지될 수 있다. 이에 따라, 에어로졸 발생이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 몇몇 실시예들에서, 카트리지(10)는 히터(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 히터는 진동전달부재(340) 또는 다공부재(330) 주변에 배치되어 액상(311)을 가열함으로써 진동에 의한 기화를 가속화할 수 있다. 히터는 액상(311)의 기화를 돕기 위한 보조적 요소로 동작할 수 있다. 가령, 에어로졸 형성 기재(311)는 점도를 갖는 액체이기 때문에, 초음파 진동만으로 만족스러운 기화 성능을 얻기 어려울 수 있는데, 이러한 경우 히터(미도시)를 통해 에어로졸 발생 장치(1)의 기화 성능을 향상시킬 수 있다. 히터의 가열 온도는 일반적인 가열식 에어로졸 발생 장치의 히터 온도보다 훨씬 낮게 설정될 수 있으며, 이에 추가적인 소비 전력의 증가는 미미할 수 있다. 히터는 제어부(210)에 의해 제어될 수 있으며, 제어 방식은 다양할 수 있다.
예를 들어, 제어부(210)는 사용자의 퍼프가 감지될 때마다 히터의 가열 온도를 증가시킬 수 있다. 퍼프의 감지는 기류 센서를 통해 이루어질 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 제어부(210)는 사용자의 퍼프에 관계 없이 흡연 중에 히터의 가열 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 이러한 경우, 흡연 동안 액상(311)이 기화되기 쉬운 상태를 유지할 수 있다.
또 다른 예로서, 제어부(210)는 사용자 입력에 응답하여 히터의 가열 온도를 결정할 수 있다. 이를테면, 사용자가 무화량 레벨을 고레벨로 선택한 경우 제어부(210)는 히터의 가열 온도를 증가시키고, 반대의 경우 히터의 가열 온도를 감소시킬 수 있다. 이러한 경우, 사용자 기호에 맞는 무화량이 제공되어, 사용자의 흡연 만족도가 향상될 수 있다.
또 다른 예로서, 제어부(210)는 사용자의 퍼프 패턴을 분석하여 히터의 가열 온도를 결정할 수 있다. 여기서, 퍼프 패턴은 퍼프 길이, 퍼프 강도, 퍼프 간격 등에 기초하여 정의될 수 있을 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 예로서, 제어부(210)는 퍼프 길이 또는 퍼프 강도가 증가하거나 퍼프 간격이 짧아지는 경우, 히터의 가열 온도를 증가시킬 수 있다. 흡연 중에 사용자가 흡입을 길거나 강하게 한다는 것은 무화량이 만족스럽지 않다는 것을 의미할 가능성이 높기 때문이다. 반대의 경우라면, 제어부(210)는 히터의 가열 온도를 감소시킬 수 있다. 또한, 퍼프 간격, 퍼프 길이 또는 퍼프 강도가 일정하게 유지된다고 판단된 경우에는, 제어부(210)는 히터의 가열 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
또 다른 예로서, 제어부(210)는 상술한 예시들의 다양한 조합에 기초하여 히터를 제어할 수 있다.
다시 도 3을 참조하여 제어 본체(20)의 구성요소에 대한 설명을 이어가도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어 본체(20)는 본체 하우징(230), 진동부재(360), 제어부(210) 및 배터리(220)를 포함할 수 있다. 다만, 도 3에는 본 개시의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 개시가 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다. 이하, 제어 본체(20)의 각 구성요소에 대하여 설명한다.
본체 하우징(230)은 제어 본체(20)의 외관을 형성할 수 있다. 경우에 따라, 본체 하우징(230)은 에어로졸 발생 장치(1)의 외관을 형성할 수도 있다. 본체 하우징(230)은 제어 본체(20) 내부의 구성요소들을 보호할 수 있는 적절한 소재로 이루어질 수 있다. 도 3은 본체 하우징(230)이 카트리지(10)가 삽입(장착)될 수 있는 공간을 형성하고 있는 것을 예로써 도시하고 있다. 그러나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 카트리지(10)와 제어 본체(20)는 다른 방식으로 결합될 수도 있다.
제어부(210) 및 배터리(220)에 대한 설명은 중복된 설명을 배제하기 위해 생략하도록 한다. 이들에 대한 설명은 도 1의 설명 부분을 참조하도록 한다.
진동부재(360)는 액상의 에어로졸 형성 기재(311)를 기화시키기 위해 진동(초음파 진동)을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 진동부재(360)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시킬 수 있는 압전소자로 구현되어, 제어부(210)의 제어에 따라 진동을 발생시킬 수 있다. 당해 기술 분야의 당업자라면, 압전소자의 동작 원리에 대해 자명하게 이해할 수 있을 것인 바, 이에 대한 더 이상의 설명은 생략하도록 한다. 진동부재(360)는 제어부(210) 및 배터리(220)와 전기적으로 연결될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 진동부재(360)는 평평한 부분을 포함할 수 있고(e.g. 판 형상), 카트리지(10)와 결합됨에 따라 진동부재(360)와 진동전달부재(340)의 평평한 부분이 서로 밀착될 수 있다(도 3의 오른편 참조). 이러한 결합 구조에서 진동 전달 면적이 극대화되고 진동 손실은 최소화되어 무화량이 증대될 수 있다. 또한, 진동부재(360)는 카트리지(10)와의 결합 부위에 개방된 형태로 배치되어(e.g. 상부 방향으로 개방되어 있음), 카트리지(10)와 결합됨에 따라 진동전달부재(340)와 밀착될 수 있다. 이러한 경우, 진동부재(360)에 대한 청소가 간편하고 용이할 뿐만 아니라, 카트리지(10) 장착 시 진동부재(360)가 진동전달부재(340)와 용이하게 밀착될 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, 진동부재(360)와 진동전달부재(340) 사이에 커플링 젤이 도포될 수 있다. 이러한 경우, 초음파 진동이 보다 손실 없이 진동전달부재(340)를 통해 액상(311)으로 전달될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 진동부재(340)의 진동 주파수는 대략 20 kHz 내지 1500 kHz, 또는 대략 50 kHz 내지 1000 kHz, 또는 대략 100 kHz 내지 500 kHz일 수 있다. 이러한 수치 범위에서, 적절한 기화 속도와 무화량이 보장될 수 있다. 다만, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 몇몇 실시예들에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 본체(20)에 진동부재(360)의 외곽을 고정하도록 배치된 고정부재(370)가 더 포함될 수 있다. 고정부재(370)는 진동부재(360)를 보호하면서 진동부재(360)에 의해 발생된 진동이 본체 하우징(230) 외부로 전달되지 않도록 진동을 흡수하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 고정부재(370)는 실리콘 소재와 같이 진동을 흡수할 수 있는 소재로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 고정부재(370)는 방수 또는 방습이 가능한 소재로 이루어져 진동부재(360)와 본체 하우징(230) 사이의 틈을 밀봉하는 역할도 수행할 수 있다. 이러한 경우, 본체 하우징(230)과 진동부재(360) 사이의 틈으로 액체(e.g. 액상 311) 또는 기체(e.g. 에어로졸)가 누출되어 제어 본체(20)에 고장이 발생하는 문제가 크게 경감될 수 있다. 가령, 제어 본체(20)가 습기에 의해 손상되거나 고장이 발생하는 것이 미연에 방지될 수 있다.
고정부재(370)의 구체적인 형태 및/또는 개수는 다양하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 고정부재(370)는 진동부재(360)의 둘레를 따라 연장되는 1개의 링 형상으로 설계될 수 있고, 복수의 고정부재(370)가 진동부재(360)의 외곽을 고정하도록 설계될 수도 있다.
이하에서는, 도 6을 참조하여 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)의 기류 패스 구조에 대하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)의 기류 패스 구조를 나타내는 예시적인 도면이다. 또한, 도 6은 퍼프 시에 나타나는 기류(e.g. 외기, 에어로졸)의 흐름을 서로 다른 모양의 화살표로 도시하고 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(1)의 일 측면 또는 양 측면으로부터 다공부재(330)가 위치한 기류관(320)의 하부 부근까지 외기(점선 화살표 참조)가 유입되는 기류 패스가 형성될 수 있다. 유입된 외기는 다공부재(330)를 통과하면서 기화된 에어로졸과 혼합될 수 있다. 혼합된 외기와 에어로졸은 퍼프에 의해 기류관(320) 내부의 기류 패스를 따라 마우스피스(110) 방향으로 이동될 수 있다. 이러한 기류 패스 구조에서는, 외기와 기화된 에어로졸이 기류관(32) 내에서 적절하게 혼합됨으로써 고품질의 에어로졸이 형성될 수 있다.
지금까지 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)의 세부 구조와 동작 원리에 대하여 설명하였다. 상술한 바에 따르면, 카트리지(10) 측에 배치된 진동전달부재(340)가 진동부재(360)에 의해 발생된 진동을 액상(311)으로 전달함으로써, 진동부재(340)가 제어 본체(20) 측에 위치하더라도 에어로졸이 원활하게 발생될 수 있다. 또한, 카트리지(10)가 제어 본체(20)와 결합됨에 따라, 진동전달부재(340)와 진동부재(360)가 밀착된 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라, 진동부재(360)에 의해 발생된 진동이 진동전달부재(340)를 통해 손실 없이 액상(311)으로 전달될 수 있게 되어 기화 속도와 무화량이 향상될 수 있다. 또한, 진동전달부재(340)로부터 적절하게 이격된 위치에 복수의 홀을 포함하는 다공부재(330)가 배치됨으로써, 퍼프 시에 즉각적인 에어로졸 발생이 담보될 수 있다.
이하에서는, 도 7 이하의 도면을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)의 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다. 이하에서 설명될 제어 방법은 에어로졸 발생 장치(1)의 제어부(210)에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 아래의 설명에서 특정 동작의 주어가 생략된 경우, 제어부(210)에 의하여 수행될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
도 7은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)의 제어 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제어 방법은 진동부재(360)의 온도를 모니터링하는 단계 S10에서 시작될 수 있다. 본 단계에서, 제어부(210)가 진동부재(360)의 온도를 모니터링하는 구체적인 방식은 실시예에 따라 달라질 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 도 8에 예시된 바와 같이, 진동부재(360) 주변에 온도 센서(212)가 배치될 수 있고, 제어부(210)는 온도 센서(212)를 통해 진동부재(360)의 온도를 측정 및 모니터링할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어부(210)는 저항온도계수(Temperature Coefficient of Resistance)를 이용하여 진동부재(360)의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(210)는 진동부재(360)와 연결된 저항의 변화 정도와 저항의 저항온도계수를 이용하여 진동부재(360)의 온도를 측정 및 모니터링할 수도 있다.
단계 S20에서, 제어부(210)는 진동부재(360)의 온도 모니터링 결과를 기초로 액상 소진 정도를 추정하거나 진동부재(360)의 동작을 제어할 수 있다. 다만, 그 구체적인 추정 방식 또는 제어 방식은 실시예에 따라 달라질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어부(210)는 진동부재(360)의 측정 온도 또는 온도 변화율에 기초하여 액상(311)의 소진 정도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 진동부재(360)의 측정 온도 또는 온도 변화율이 임계치 이상인 경우, 제어부(210)는 액상(311)이 소진된 것으로 추정할 수 있다. 액상(311)이 소진되면, 진동전달대상 없이 진동부재(360)가 동작하게 되어 진동부재(360)의 온도가 순간적으로 빠르게 증가할 수 있기 때문이다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 제어부(210)는 진동부재(360)의 온도 변화 패턴에 기초하여 액상(311)의 소진 정도를 추정할 수 있다. 여기서, 온도 변화 패턴은 예를 들어 온도 변화율, 증감 추세, 특정 온도에 대한 지속 시간(e.g. 고온 지속 시간) 등에 기초하여 정의될 수 있을 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기준치 이상의 온도 변화율로 증가 추세가 지속되는 경우(또는 임계치 이상의 온도가 일정 시간 동안 지속되는 경우), 제어부(210)는 액상(311)이 소진된 것으로 추정할 수 있다. 다른 예로서, 기준치 이상의 온도 변화율로 온도가 증가하다가 감소 추세가 나타나는 경우(또는 임계치 이상의 온도가 일정 시간 동안 지속되지 않는 경우), 제어부(210)는 액상(311)이 소진되지 않은 것으로 추정할 수 있다. 일정 시간 이상으로 고온이 지속되지 않는 경우라면, 일시적인 액상 이송 불량에 해당할 가능성이 높기 때문이다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 제어부(210)는 사용자의 퍼프 정보에 더 기초하여 액상(311)의 소진 정도를 추정할 수 있다. 여기서, 퍼프 정보는 예를 들어 퍼프횟수, 퍼프 강도, 퍼프 길이 등을 포함할 수 있을 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 구체적으로, 제어부(210)는 퍼프 정보에 기초하여 액상(311)의 사용량을 예측하고, 예측 사용량을 더 고려하여 액상(311)의 소진 정도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(210)는 퍼프 강도가 강할수록, 퍼프 길이가 길수록, 퍼프횟수가 많을수록 액상(311)의 사용량을 높게 예측할 수 있다. 그리고, 카트리지(10) 용량과 예측 사용량의 차이가 기준치 이상인 경우, 제어부(210)는 진동부재(360)의 측정 온도 또는 온도 변화율이 임계치 이상이더라도 액상(311)이 소진되지 않았다고 추정할 수 있다. 이와 같은 경우, 제어부(210)는 다른 원인(e.g. 카트리지 10 결합 상태 불량)으로 인해 진동부재(360)에 이상 고온 현상이 발생한 것으로 판단하고, 이상 고온 현상을 알리는 메시지를 사용자 인지 가능한 형태로 제공할 수 있다. 여기서, 사용자 인지 가능한 형태는 시각적(e.g. 디스플레이에 표시, LED 점멸 등), 청각적(e.g. 음성, 효과음 등), 또는 촉각적(e.g. 진동 등)으로 인지 가능한 모든 형태를 포함할 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 제어부(210)는 진동부재(360)의 측정 온도 또는 온도 변화율에 기초하여 진동부재(360)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(210)는 측정 온도 또는 온도 변화율이 임계치 이상이라는 판단에 응답하여, 진동부재(360)의 동작을 정지시킬 수 있다. 이러한 경우, 고온으로 인해 진동부재(360)가 손상되는 것이 미연에 방지될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어부(210)는 진동부재(360)의 온도 변화 패턴에 기초하여 진동부재(360)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 기준치 이상의 온도 변화율로 증가 추세가 지속되는 경우(또는 임계치 이상의 온도가 일정 시간 동안 지속되는 경우), 제어부(210)는 진동부재(360)의 동작을 정지시킬 수 있다. 이러한 경우에는, 액상(311)이 소진되었을 가능성이 높아 진동부재(360)를 계속하여 동작시키면 진동부재(360)가 손상될 수 있기 때문이다. 다른 예로서, 기준치 이상의 온도 변화율로 온도가 증가하다가 감소 추세가 나타나는 경우(또는 임계치 이상의 온도가 일정 시간 동안 지속되지 않는 경우), 제어부(210)는 진동부재(360)의 동작을 그대로 유지할 수 있다. 이러한 경우는 일시적인 액상 이송 불량에 해당할 가능성이 높고, 액상이 다시 원활하게 이송되면 진동부재(360)의 온도가 떨어질 것이기 때문이다.
한편, 몇몇 실시예들에서는, 제어부(210)가 진동전달부재(340)와 진동부재(360)의 밀착 여부에 기초하여 카트리지(10)의 결합 상태를 인식하고 진동부재(360)의 동작을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 진동전달부재(340)와 진동부재(360)가 밀착되지 않은 것으로 판별된 경우(e.g. 카트리지 10의 결합 상태가 불량하거나 장착되지 않은 경우), 제어부(210)는 진동부재(360)의 동작을 정지시킬 수 있다. 진동전달대상 없이 진동부재(360)가 동작하게 되면, 진동 에너지가 곧장 열에너지로 변환되어 진동부재(360)가 손상될 수 있기 때문이다. 본 실시예에서, 제어부(210)는 진동부재(360)와 진동전달부재(340) 간의 통전 여부 또는 진동부재(360)의 압전 현상을 이용하여 밀착 여부를 판별하고 카트리지(10)의 결합 상태를 인식할 수 있는데, 이와 관련하여서는 도 9 및 도 10을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
지금까지 도 7 및 도 8을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 초음파 기반 에어로졸 발생 장치(1)의 제어 방법에 대하여 설명하였다. 상술한 방법에 따르면, 진동부재(360)에 대한 온도 모니터링 결과에 기초하여 진동부재(360)의 동작이 제어될 수 있다. 예를 들어, 온도 변화율 또는 측정 온도가 임계치 이상인 경우, 진동부재(360)의 동작이 정지될 수 있다. 이에 따라, 고온으로 인해 진동부재(360)의 특성이 변경되거나 물리적으로 손상되는 것이 미연에 방지될 수 있다. 또한, 진동부재(360)에 대한 온도 모니터링 결과에 기초하여 액상의 소진 정도가 추정될 수 있다. 예를 들어, 온도 변화율이 임계치 이상인 경우에, 액상이 소진된 것으로 추정될 수 있다. 이에 따라, 액상 잔량 측정을 위한 추가적인 구성요소e.g. 센서) 없이도 액상의 소진 정도가 정확하게 판별될 수 있다.
이하에서는, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 카트리지 인식 방법에 관하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 개시의 제1 실시예에 따른 카트리지 인식 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
본 실시예에서는, 진동전달부재(340)와 진동부재(360)가 도전체로 이루어질 수 있다. 그리고, 진동전달부재(340)와 진동부재(360) 각각은 제어부(210)와 전기적으로 연결될 수 있다. 가령, 진동전달부재(340)는 카트리지(10)가 제어 본체(20)에 결합됨에 따라, 제어부(210)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
그러면, 제어부(210)는 진동전달부재(340)와 진동부재(360) 간의 통전 여부에 기초하여 진동전달부재(340)와 진동부재(360)의 밀착 여부를 판별할 수 있다. 구체적으로, 도시된 바와 같이, 제어부(210)는 소정의 시험 전류(C)를 진동부재(360)에 인가하고, 인가된 시험 전류(C)가 진동부재(360)와 진동전달부재(340)를 통해 흐르는지 여부(즉, 통전 여부)를 체크함으로써 밀착 여부를 판별할 수 있다. 진동부재(360)와 진동전달부재(340)가 밀착된 경우에 한하여 통전이 이루어질 것이기 때문이다.
또한, 제어부(210)는 진동부재(360)와 진동전달부재(340)가 밀착되었다고 판단한 경우, 카트리지(10)가 제어 본체(20)에 결합된 것으로 인식할 수 있다. 즉, 제어부(210)는 카트리지(10)가 제어 본체(20)에 결합될 때, 두 부재(340, 360)가 밀착되는 점을 이용하여 카트리지(10)의 결합 상태를 인식할 수 있다.
또한, 진동부재(360)와 진동전달부재(340)가 밀착되었다가 떨어진 것으로 판단한 경우, 제어부(210)는 카트리지(10)가 제어 본체(20)에서 제거된 것으로 인식할 수 있다. 이러한 경우, 제어부(210)는 자동으로 진동부재(360)의 동작을 정지시킬 수 있다. 진동부재(360)가 진동전달대상 없이 홀로 동작하게 되면, 상당한 열이 발생하여 고가의 진동부재(360)가 파손되거나, 제어 본체(20)가 뜨거워져 사용자가 화상을 입을 수도 있기 때문이다.
한편, 제어부(210)는 주기적 또는 비주기적으로 두 부재(340, 360)의 밀착 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, 제어부(210)는 소정의 주기에 따라 자동으로 두 부재(340, 360)의 밀착 여부를 판별함으로써, 카트리지(10)의 장착을 자동으로 인식할 수 있다. 다른 예로서, 제어부(210)는 에어로졸 발생 장치(1) 동작 중(e.g. 흡연 중)에 주기적으로 두 부재(340, 360)의 밀착 여부를 판별함으로써, 카트리지(10)의 결합 상태를 모니터링할 수 있다. 또 다른 예로서, 제어부(210)는 지정된 사용자 입력(e.g. 전원 on, 동작 요청 등)이 수신된 경우에 두 부재(340, 360)의 밀착 여부를 판별하여 카트리지(10)의 결합 상태를 인식할 수 있다. 또한, 카트리지(10) 미결합 상태로 인식한 경우, 제어부(210)는 인식 결과를 알리는 메시지(e.g. 카트리지 미결합을 알리는 오류 메시지)를 사용자 인지 가능한 형태로 제공할 수 있다.
다음으로, 도 10은 본 개시의 제2 실시예에 따른 카트리지 인식 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 이하, 도 10을 참조하여 설명한다.
본 실시예에서는, 진동부재(360)가 압전소자에 기반하여 구현될 수 있고, 제어부(210)는 진동부재(360)의 압전 현상을 이용하여 카트리지(10)의 결합 상태를 인식할 수 있다. 즉, 제어부(210)는 전기적 에너지와 기계적 에너지를 상호 변환할 수 있는 압전소자의 동작 원리에 기초하여 카트리지(10)의 결합 상태를 인식할 수 있다.
보다 구체적으로, 도시된 바와 같이, 카트리지(10)가 제어 본체(20)에 장착될 때, 카트리지(10)의 하부 단부가 진동부재(360)에 밀착되면서 진동부재(360)에 압력(P)이 가해질 수 있다. 예를 들어, 카트리지(10)의 개방된 하부 단부 부근에 배치되고 하부 방향으로 돌출된 형태로 이루어진 진동전달부재(340)가 진동부재(360)에 밀착되면서 압력(P)이 가해질 수 있다. 다만, 본 개시의 범위가 이러한 예시에 한정되는 것은 아니며, 카트리지(10)는 진동전달부재(340)가 아니더라도 다른 부위가 진동부재(360)에 압력(P)을 가하도록 설계될 수도 있다. 진동부재(360)에 압력(P)이 가해지면, 압전 현상에 따라 진동부재(360)에서 전압(즉, 전기적 에너지)이 발생될 수 있다. 따라서, 제어부(210)는 진동부재(360)에서 발생된 전압(또는 전력)을 측정함으로써 카트리지(10)의 결합 상태(e.g. 결합 여부, 결합 정도 등)을 인식할 수 있다.
카트리지(10)의 결합 상태를 인식하기 위해, 제어부(210)는 전압(또는 전력)을 측정하기 위한 측정 수단(211)을 구비할 수 있다. 여기서, 측정 수단(211)은 전압계와 같은 회로 요소로 구현될 수도 있고, 다른 방식으로 구현될 수도 있다. 측정 수단(211)은 진동부재(360)에서 발생된 전압(또는 전력)을 측정할 수만 있다면 어떠한 방식으로 구현되더라도 무방하다.
제어부(210)는 측정 수단(211)을 통해 측정된 전압이 기준치 이상이라는 판단에 응답하여, 카트리지(10)가 제어 본체(20)에 결합된 것으로 인식할 수 있다. 여기서, 기준치는 기 설정된 고정값 또는 상황에 따라 변동되는 변동값일 수 있다. 예를 들어, 기준치는 카트리지 장착 실험을 통해 실험적으로 결정된 고정값일 수 있다. 다른 예로서, 기준치는 이전 카트리지가 결합(장착)되었을 때 발생된 전압의 크기에 기초하여 조정된 변동값일 수 있다. 가령, 제어부(210)는 실험적으로 결정된 전압값을 카트리지 결합 시 발생된 전압의 크기에 기초하여 증감시킴으로써 기준치를 갱신할 수 있다. 또한, 기준치는 하나의 값으로 설정될 수 있고, 값의 범위로 설정될 수도 있다. 값의 범위로 설정되는 경우, 제어부(210)는 측정된 전압이 설정된 범위에 속한다는 판단에 응답하여, 카트리지(10)가 제어 본체(20)에 결합된 것으로 인식할 수 있다.
이와 반대로, 제어부(210)는 측정된 전압이 기준치 미만이라는 판단에 응답하여, 카트리지(10)가 제어 본체(20)에 미결합된 상태(또는 제거된 상태)로 인식할 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 제어부(210)는 전압의 크기뿐만 아니라 전압의 발생 지속 시간에 더 기초하여 카트리지(10)의 결합 상태를 인식할 수 있다. 예를 들어, 제어부(210)는 측정된 전압의 크기가 기준치 이상이고 전압이 일정 시간 이상 발생한 경우에 한하여 카트리지(10)가 결합된 것으로 결정할 수 있다. 이러한 경우, 특정 물체(e.g. 손가락, 쇠막대)가 진동부재(360)에 순간적으로 접촉되어 발생된 전압에 의해, 제어부(210)가 카트리지(10)의 결합 상태를 오인식하는 문제가 해결될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서는, 제어부(210)가 측정된 전압의 크기에 기초하여 카트리지(10)의 타입을 구분하여 인식할 수도 있다. 구체적으로, 카트리지(10) 장착 시 타입에 따라 진동부재(360)에 압력을 가하는 정도가 달라지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 카트리지(10)의 타입에 따라 진동전달부재(340)가 하부 방향으로 돌출된 정도가 달라지도록 설계될 수 있다. 이러한 경우, 제어부(210)는 측정된 전압이 제1 기준치 이상인 경우 결합된 카트리지(10)를 제1 타입의 카트리지로 인식하고, 제1 기준치보다 높은 제2 기준치 이상인 경우 결합된 카트리지(10)를 제2 타입의 카트리지로 인식할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 추가적인 카트리지 인식 센서 없이도, 제어부(210)는 카트리지(10)의 결합 상태와 타입까지 정확하게 인식할 수 있다.
지금까지 도 9 및 도 10을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 카트리지 인식 방법에 대하여 설명하였다. 상술한 방법에 따르면, 진동부재(360)의 압전 현상 또는 통전 여부를 이용하여 카트리지(10)의 결합 상태가 인식될 수 있어, 추가적인 센서가 도입될 필요가 없다. 이에 따라, 에어로졸 발생 장치(1)의 제조 원가가 절감되고, 내부 구조의 복잡성이 한층 완화될 수 있다.
지금까지 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명된 본 개시의 기술적 사상은 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체 상에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는, 예를 들어 이동형 기록 매체(CD, DVD, 블루레이 디스크, USB 저장 장치, 이동식 하드 디스크)이거나, 고정식 기록 매체(ROM, RAM, 컴퓨터 구비 형 하드 디스크)일 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록된 상기 컴퓨터 프로그램은 인터넷 등의 네트워크를 통하여 다른 컴퓨팅 장치에 전송되어 상기 다른 컴퓨팅 장치에 설치될 수 있고, 이로써 상기 다른 컴퓨팅 장치에서 사용될 수 있다.
이상에서, 본 개시의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 개시의 기술적 사상이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 개시의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들을 설명하였지만, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 개시가 다른 구체적인 형태로도 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시에 의해 정의되는 기술적 사상의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 에어로졸 발생 장치
10: 카트리지
20: 제어 본체
30: 증기화기
110: 마우스피스
210: 제어부
220: 배터리
230: 본체 하우징
310: 액상 저장조
320: 기류관
330: 다공부재
340: 진동전달부재
350, 370: 고정부재
360: 진동부재

Claims (8)

  1. 액상의 에어로졸 형성 기재를 저장하는 교체형 카트리지; 및
    제어부 및 상기 저장된 에어로졸 형성 기재를 기화시키기 위해 초음파 진동을 발생시키는 진동부재를 포함하고 상기 카트리지와 결합되는 제어 본체를 포함하되,
    상기 진동부재는 상기 제어 본체에 배치되어 상기 카트리지가 상기 제어 본체에 결합되면 상기 에어로졸 형성 기재를 기화키기는 증기화기를 구성하고,
    상기 제어부는 상기 진동부재의 온도를 모니터링하고, 상기 진동부재의 온도 또는 온도 변화율이 임계치 이상이거나, 상기 진동부재가 기준치 이상의 온도 변화율로 증가 추세가 지속되는 경우 상기 진동부재의 동작을 정지시키는,
    초음파 기반 에어로졸 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 진동부재의 온도 변화율에 기초하여 상기 저장된 에어로졸 형성 기재의 소진 정도를 추정하는,
    초음파 기반 에어로졸 발생 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 발생된 초음파 진동을 상기 저장된 에어로졸 형성 기재로 전달하는 진동전달부재를 더 포함하고,
    상기 카트리지가 상기 제어 본체에 결합됨에 따라 상기 진동전달부재가 상기 진동부재와 밀착되는,
    초음파 기반 에어로졸 발생 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 진동부재와 상기 진동전달부재의 밀착 여부를 판별하고, 상기 판별 결과에 기초하여 상기 진동부재의 동작을 제어하는,
    초음파 기반 에어로졸 발생 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 진동부재와 상기 진동전달부재는 도전체로 이루어지고,
    상기 제어부는 상기 진동부재와 상기 진동전달부재 간의 통전 여부에 기초하여 상기 밀착 여부를 판별하는,
    초음파 기반 에어로졸 발생 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 진동부재는 압전소자에 기반하여 구현되고,
    상기 제어부는 상기 진동부재에서 발생한 전압의 측정 결과에 기초하여 상기 밀착 여부를 판별하는,
    초음파 기반 에어로졸 발생 장치.
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