KR102498887B1 - 에너지 하베스팅 장치 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 시스템 - Google Patents

Abstract

실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치는 에어로졸 생성 장치가 삽입되는 수용공간, 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 모듈 및 상기 에너지 하베스팅 모듈에서 생산된 전력에 기초하여 상기 수용공간에 삽입된 상기 에어로졸 생성 장치를 충전하는 제어기를 포함한다.

Description

에너지 하베스팅 장치 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 시스템{ENERGY HARVESTING DEVICE AND AEROSOL GENERATING SYSTEM INCLUDING THE SAME}

실시예들은 에너지 하베스팅 장치와 이를 포함하는 에어로졸 생성 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어로졸 생성 장치 주위의 에너지원으로부터 전력을 생산할 수 있는 에너지 하베스팅 장치와 이를 포함하는 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 물질이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 가열식 궐련 또는 가열식 에어로졸 생성 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

일반적인 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 발생 물품을 가열하는 히터 또는 증기화기를 포함한다. 에어로졸 생성 장치는 배터리에 저장된 전력을 이용하여 히터 또는 증기화기에 전력을 제공하므로 수시로 배터리의 충전이 요구된다. 또한, 배터리는 에어로졸 생성 장치의 각종 제어나 부가적인 전장부품에 전력을 제공하므로 전력이 자주 소모된다.

에어로졸 생성 장치의 크기는 휴대하기 용이한 크기로 제작되므로, 배터리의 용량에 한계가 있다. 또한, 주로 야외에서 사용되는 에어로졸 생성 장치의 특성상 배터리의 수시 충전이 불가능하다. 따라서 배터리의 방전으로 에어로졸 생성 장치를 사용하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

에어로졸 생성 장치의 배터리가 자가 충전이 가능하다면 충전 횟수를 줄일 수 있고, 사용이 필요한 상황에서 자가 충전에 의해 사용이 가능할 것이다.

실시예들은 주위의 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 전기 에너지로부터 전력을 생산할 수 있는 에너지 하베스팅 장치와 이를 포함하는 에어로졸 생성 시스템을 제공한다.

본 발명의 기술적 과제는 상술한 바에 한정되지 않으며 이하의 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

일 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치는 에어로졸 생성 장치가 삽입되는 수용공간, 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 모듈 및 상기 에너지 하베스팅 모듈에서 생산된 전력에 기초하여 상기 수용공간에 삽입된 상기 에어로졸 생성 장치를 충전하는 제어기를 포함한다.

또한, 다른 실시예에 관한 에어로졸 생성 시스템은 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 생성하는 히터와, 상기 히터에 전력을 공급하는 배터리를 포함하는 에어로졸 생성 장치 및 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 모듈과, 상기 에너지 하베스팅 모듈에서 생산된 전력에 기초하여 상기 에어로졸 생성 장치의 상기 배터리를 충전하는 제어기를 포함하는 에너지 하베스팅 장치를 포함한다.

실시예들에 관한 에너지 하베스팅 장치와 이를 포함하는 에어로졸 생성 시스템은 주위의 에너지원으로부터 전력을 생산하여 에어로졸 생성 장치의 배터리를 충전하고, 에어로졸 생성 장치의 사용이 필요한 상황에서 자가 충전을 가능하게 할 수 있다.

실시예들의 효과는 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 3은 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 에어로졸 생성 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 에어로졸 생성 시스템의 탈착 구조의 예시들을 간단하게 도시한 도면이다.
도 6은 제1 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치의 사시도이다.
도 7은 도 6의 A-A 단면도이다.
도 8은 제1 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치의 사용상태도이다.
도 9는 제2 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치에 에어로졸 생성 장치가 삽입된 상태의 단면도이다.
도 10은 제3 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.
도 11 및 도 12는 제3 실시예에 관한 압전 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 제4 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.
도 14는 제5 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치의 단면도이다.
도 15는 제6 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치의 측면도이다.
도 16은 열전 소자의 발전 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 17은 최대 전력 추종 제어를 위한 제어기의 블록도이다.

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 1 및 도 2는 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(20)는 배터리(21), 제어부(22), 히터(23) 및 증기화기(24)를 포함한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(20)의 내부 공간에는 궐련(30)이 삽입될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 에어로졸 생성 장치(20)는 증기화기(24)를 포함하여 도시되어 있으나, 증기화기(24)는 생략될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 에어로졸 생성 장치(20)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성 장치(20)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에는 에어로졸 생성 장치(20)에 히터(23)가 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 히터(23)는 생략될 수도 있다.

도 1에는 배터리(21), 제어부(22), 증기화기(24) 및 히터(23)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 증기화기(24) 및 히터(23)가 병렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 에어로졸 생성 장치(20)의 내부 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(20)의 설계에 따라, 배터리(21), 제어부(22), 히터(23) 및 증기화기(24)의 배치는 변경될 수 있다.

궐련(30)이 에어로졸 생성 장치(20)에 삽입되면, 에어로졸 생성 장치(20)는 히터(23) 및/또는 증기화기(24)를 작동시켜, 궐련(30) 및/또는 증기화기(24)로부터 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 히터(23) 및/또는 증기화기(24)에 의하여 발생된 에어로졸은 궐련(30)을 통과하여 사용자에게 전달된다.

필요에 따라, 궐련(30)이 에어로졸 생성 장치(20)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 생성 장치(20)는 히터(23)를 가열할 수 있다.

배터리(21)는 에어로졸 생성 장치(20)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(21)는 히터(23) 또는 증기화기(24)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(22)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(21)는 에어로졸 생성 장치(20)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.

제어부(22)는 에어로졸 생성 장치(20)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(22)는 배터리(21), 히터(23) 및 증기화기(24)뿐 만 아니라 에어로졸 생성 장치(20)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(22)는 에어로졸 생성 장치(20)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성 장치(20)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.

제어부(22)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(23)는 배터리(21)로부터 공급된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들어, 궐련이 에어로졸 생성 장치(20)에 삽입되면, 히터(23)는 궐련의 외부에 위치할 수 있다. 따라서, 가열된 히터(23)는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.

히터(23)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(23)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(23)가 가열될 수 있다. 그러나, 히터(23)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(20)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.

한편, 다른 예로, 히터(23)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 히터(23)에는 궐련을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 궐련은 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터를 포함할 수 있다.

예를 들어, 히터(23)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(30)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.

또한, 에어로졸 생성 장치(20)에는 히터(23)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(23)들은 궐련(30)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 궐련(30)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(23)들 중 일부는 궐련(30)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 궐련(30)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(23)의 형상은 도 1 및 도 2에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.

증기화기(24)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 궐련(30)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 증기화기(24)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 장치(20)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(24)에 의하여 생성된 에어로졸이 궐련을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 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(24)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(24)와 일체로서 제작될 수도 있다.

예를 들어, 증기화기(24)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

한편, 에어로졸 생성 장치(20)는 배터리(21), 제어부(22), 히터(23) 및 증기화기(24) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(20)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(20)는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 궐련 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(20)는 궐련(30)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출 될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.

궐련(30)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 궐련(30)은 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제 1 부분과 필터 등을 포함하는 제 2 부분으로 구분될 수 있다. 또는, 궐련(30)의 제 2 부분에도 에어로졸 생성 물질이 포함될 수도 있다. 예를 들어, 과립 또는 캡슐의 형태로 만들어진 에어로졸 생성 물질이 제 2 부분에 삽입될 수도 있다.

이하, 도 3을 참조하여, 궐련(30)의 일 예에 대하여 설명한다.

도 3은 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 궐련(30)은 담배 로드(31) 및 필터 로드(32)를 포함한다. 도 1 및 도 2을 참조하여 상술한 제 1 부분은 담배 로드(31)를 포함하고, 제 2 부분은 필터 로드(32)를 포함한다.

궐련(30)은 적어도 하나의 래퍼(34)에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼(34)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로서, 궐련(30)은 하나의 래퍼(34)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로서, 궐련(30)은 2 이상의 래퍼(34)들에 의하여 중첩적으로 포장될 수도 있다.

담배 로드(31)는 에어로졸 생성 물질을 포함한다. 예를 들어, 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. 또한, 담배 로드(31)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 또한, 담배 로드(31)에는, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이, 담배 로드(31)에 분사됨으로써 첨가할 수 있다.

담배 로드(31)는 다양하게 제작될 수 있다. 예를 들어, 담배 로드(31)는 시트(sheet)로 제작될 수도 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(31)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(31)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

필터 로드(32)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 한편, 필터 로드(32)의 형상에는 제한이 없다. 예를 들어, 필터 로드(32)는 원기둥 형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형(type) 로드일 수도 있다. 또한, 필터 로드(32)는 리세스 형(type) 로드일 수도 있다. 만약, 필터 로드(32)가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다.

필터 로드(32)는 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 일 예로서, 필터 로드(32)에 가향액이 분사될 수도 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터 로드(32)의 내부에 삽입될 수도 있다.

또한, 필터 로드(32)에는 적어도 하나의 캡슐(33)이 포함될 수 있다. 여기에서, 캡슐(33)은 향미를 발생시키는 기능을 수행할 수도 있고, 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 캡슐(33)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싼 구조일 수 있다. 캡슐(33)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

도 4는 에어로졸 생성 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 실시예들에 따른 에어로졸 생성 시스템은 에너지 하베스팅 장치(10)와 에어로졸 생성 장치(20)를 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(20)에 관하여 도 1 및 도 2와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 중복된 설명은 생략한다.

실시예들에 따른 에어로졸 생성 시스템은 에어로졸 생성 장치(20)가 에너지 하베스팅 장치(10)의 수용공간(100)에 삽입된 상태에서 사용될 수 있다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(20)는 독립적으로 사용될 수도 있고, 수용공간(100)에 삽입되어 에너지 하베스팅 장치(10)와 연결된 상태에서도 사용될 수 있다.

에어로졸 생성 장치(20)는 에어로졸을 생성하는 장치로서, 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 생성하는 히터(23)를 포함한다. 또한, 히터(23)에 전력을 공급하는 배터리(21)를 포함한다.

에너지 하베스팅 장치(10)는 주위의 에너지원으로부터 전력을 생산하는 장치이다. 에어로졸 생성 장치(20)가 삽입된 상태에서 에너지 하베스팅 장치(10)는 주위의 에너지원으로부터 전력을 생산하여 에어로졸 생성 장치(20)의 배터리(21)를 충전할 수 있다. 따라서 사용자는 에어로졸 생성 장치(20)를 에너지 하베스팅 장치(10)에 삽입하여 사용하는 경우 별도의 외부 전력을 인가하지 않더라도 에어로졸 생성 장치(20)의 배터리(21)가 충전될 수 있다.

에너지 하베스팅 장치(10)는 에어로졸 생성 장치(20)의 배터리(21)를 충전하는 보조적인 수단으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 장시간 배터리(21)를 충전할 수 없는 상황에서 에너지 하베스팅 장치(10)에 연결하여 에어로졸 생성 장치(20)를 사용할 경우, 배터리(21)가 충전되므로 더 오랫동안 에어로졸 생성 장치(20)를 사용할 수 있다. 에너지 하베스팅 장치(10)는 배터리(21)를 충전할 수 있는 보조 배터리 또는 일종의 애드온(Add-On)과 같은 기능을 수행할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 에어로졸 생성 시스템의 탈착 구조의 예시들을 간단하게 도시한 도면이다.

에너지 하베스팅 장치(10)는 에어로졸 생성 장치(20)를 수용공간(100)에서 고정 및 분리하기 위한 구성을 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 에너지 하베스팅 장치(10)는 수용공간(100)의 하단에 배치된 이동부재(12) 및 이동부재(12)를 상하로 이동시키는 조작부(11)를 포함할 수 있다. 수용공간(100)에 에어로졸 생성 장치(20)가 삽입되면 이동부재(12)와 접촉한다.

에어로졸 생성 장치(20)를 수용공간(100)에서 분리하는 경우 조작부(11)를 에너지 하베스팅 장치(10)의 상방으로 이동시키면 조작부(11)와 연결된 이동부재(12)가 상방으로 이동한다. 이동부재(12)가 상방으로 이동하면서 에어로졸 생성 장치(20)를 수용공간(100)의 외부로 노출시킬 수 있다. 따라서 사용자는 노출된 에어로졸 생성 장치(20)를 수용공간(100)에서 쉽게 분리할 수 있다.

또 다른 예시로서, 도 5b를 참조하면, 에너지 하베스팅 장치(10)는 이동부재(12)와 연결된 푸시 락(push-lock, 13)을 포함할 수 있다. 푸시 락(13)은 수용공간(100)의 하단에 배치된다. 푸시 락(13)의 상단에는 이동부재(12)가 연결될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(20)가 삽입되어 푸시 락(13)을 가압하면, 푸시 락(13)의 하부에 연결된 지지바(14)가 압축된다. 지지바(14)가 압축되어 푸시 락(13)과 고정됨으로써 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입될 수 있다.

사용자가 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입된 상태에서 에어로졸 생성 장치(20)를 가압하면, 지지바(14)의 압축이 풀리면서 푸시 락(13)이 이동하고, 푸시 락(13)과 연결된 이동부재(12)가 이동한다. 이동부재(12)가 이동하면서 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)의 외부로 노출된다.

수용공간(100)에는 이동부재(12)가 수용공간(100)에서 이탈하는 것을 방지하기 위한 가이드(15)가 구비될 수 있다. 가이드(15)는 탄성체를 포함할 수 있다. 가이드(15)는 에어로졸 생성 장치(20)가 삽입될 때 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부로 삽입되고, 에어로졸 생성 장치(20)가 분리되면 수용공간(100)으로 노출될 수 있다.

에어로졸 생성 장치(20)를 수용공간(100)에 고정하거나 분리하기 위한 구성은 상술한 예시에 한정되지 않고 고정과 분리를 위한 수단이면 어떠한 공지된 기술이라도 적용 가능하다.

이하, 도면을 참조하여 에너지 하베스팅 장치(10)의 실시예들에 대해 설명한다. 에너지 하베스팅 모듈(300)은 열전 소자(310, 320), 압전 모듈(330), 마찰전기 수확소자(340), 전자기 유도 모듈(350), 광 패널(360) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

도 6은 제1 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 사시도이고, 도 7은 도 6의 A-A 단면도이다. 제1 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 에너지 하베스팅 모듈(300)은 제1 열전 소자(310)를 포함할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 에너지 하베스팅 장치(10)는 수용공간(100), 전력 저장 소자(200), 에너지 하베스팅 모듈(도 17의 300) 및 제어기(400)를 포함할 수 있다.

수용공간(100)에는 에어로졸 생성 장치(20)가 삽입될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입되면 에어로졸 생성 장치(20)는 에너지 하베스팅 장치(10)와 전기적으로 연결될 수 있다. 사용자는 에어로졸 생성 장치(20)를 에너지 하베스팅 장치(10)에 삽입한 상태로 사용할 수 있다.

에너지 하베스팅 모듈(300)은 에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 구성이다. 에너지 하베스팅 모듈(300)은 주위의 열 에너지, 마찰 전기(triboelectric) 에너지, 태양 에너지, 운동 에너지 등을 흡수하여 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 장치이다. 즉, 주위에서 흔히 볼 수 있는 에너지를 에너지원으로 삼아 전기 에너지를 수확하는 친환경 에너지 발전 모듈이다. 에너지 하베스팅 모듈(300)은 에너지원의 종류에 따라 후술하는 다양한 실시예를 포함할 수 있다.

제어기(400)는 에너지 하베스팅 모듈(300)에서 생산된 전력에 기초하여 에어로졸 생성 장치(20)의 배터리(21)를 충전할 수 있다. 배터리(21)는 외부 전력이 인가되어 충전될 수도 있다. 에너지 하베스팅 모듈(300)이 에너지원을 이용하여 전력을 생산하고, 제어기(400)는 에너지 하베스팅 모듈(300)에서 생산된 전력에 기초하여 배터리(21)를 충전한다.

전력 저장 소자(200)는 에너지 하베스팅 모듈(300)에서 생산된 전력을 저장할 수 있다. 전력 저장 소자(200)는 고용량의 커패시터인 슈퍼캡(supercap)일 수 있다. 제어기(400)는 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입되어 에너지 하베스팅 장치(10)와 전기적으로 연결된 경우, 에너지 하베스팅 모듈(300)에서 생산된 전력에 기초하여 배터리(21)를 충전할 수 있다. 제어기(400)는 에너지 하베스팅 장치(10)에 에어로졸 생성 장치(20)가 연결되지 않은 경우, 에너지 하베스팅 모듈(300)에서 생산된 전력을 전력 저장 소자(200)에 저장할 수 있다. 다시 말해, 제어기(400)는 에너지 하베스팅 장치(10)에 에어로졸 생성 장치(20)가 연결 되었는지 여부에 따라서 에너지 하베스팅 모듈(300)에서 생산되는 전력을 배터리(21)를 충전하는데 사용하거나 또는 전력 저장 소자(200)에 저장할 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 제1 열전 소자(310)는 사용자의 체온에 의하여 전력을 생산할 수 있다.

열전 소자는 열과 전기의 상호작용으로 나타나는 각종 효과를 이용하는 소자이다. 열전 소자는 2개의 전극을 포함하고, 양 전극의 온도차에 기초하여 기전력(electromotive force, electromotance)을 발생시킬 수 있다. 이하에서는 고온으로 가열되는 전극을 고온부로 정의하고, 고온부에 비하여 상대적으로 낮은 온도로 냉각되는 전극을 저온부로 정의한다. 실시예들에서, 고온부는 제1 온도 이상의 온도로 가열되는 전극을 의미하고, 저온부는 제1 온도보다 낮은 제2 온도 이하의 온도로 가열되는 전극을 의미할 수 있다.

열전 소자는 고온부와 저온부 사이에 배치되는 열전 재료를 포함할 수 있다. 열전 재료는 n형 반도체 및 P형 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, n형 반도체는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 등이 도핑된 반도체일 수 있다. 또한, P형 반도체는 붕소(B), 알루미늄(Al), 인듐(In), 갈륨(Ga) 등이 도핑된 반도체일 수 있다.

제1 열전 소자(310)는 사용자의 체온에 가열되어 전력을 생산할 수 있다. 제1 열전 소자(310)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부에 구비되고, 둘레의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 제1 열전 소자(310)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 외주면에 인접하는 내부에 구비되고, 내부에서 외주면을 따라 배치된다. 사용자가 에너지 하베스팅 장치(10)를 파지하면 손의 온도에 의하여 고온부와 저온부가 형성되어 전력을 생산할 수 있다.

도 6 및 도 7에는 제1 열전 소자(310)가 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부에 구비된 것으로 도시되어 있으나, 제1 열전 소자(310)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 외주면에 구비될 수도 있다. 제1 열전 소자(310)가 에너지 하베스팅 장치(10)의 외주면에 구비될 경우, 제1 열전 소자(310)는 사용자의 신체와 직접 접촉할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1 열전 소자(310)는 제1 고온부(311) 및 제1 저온부(312)를 포함할 수 있다. 제1 고온부(311)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 외측을 향하도록 배치될 수 있다. 제1 저온부(312)는 제1 고온부(311)와 대향하도록 배치될 수 있다. 즉 제1 저온부(312)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 내측을 향하도록 배치될 수 있다.

도 7을 참조하면, 수용공간(100)은 적어도 하나 이상의 방열핀(110)을 포함할 수 있다. 방열핀(110)은 수용공간(100)의 내주면에 돌출 형성될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입되면 방열핀(110)에 의하여 에어로졸 생성 장치(20)의 외주면과 수용공간(100)의 내주면이 방열핀(110)의 길이만큼 이격될 수 있다. 방열핀(110)은 폴리 이미드, 그라파이트 등의 소재나 그 외에도 우수한 방열 성능을 가지는 소재로 이루어질 수 있다.

방열핀(110)은 수용공간(100)의 내주면에 복수 개 구비될 수 있다. 복수 개의 방열핀(110)들은 수용공간(100)의 내주면에 길이방향으로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 방열핀(110)은 수용공간(100)의 원주방향을 따라서 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입되면 복수 개의 방열핀(110)에 의하여 지지될 수 있다.

방열핀(110)에 의하여 에어로졸 생성 장치(20)와 수용공간(100)의 내주면 사이에 이격된 공간이 형성된다. 이격된 공간으로 외부 공기가 유동할 수 있다. 제1 저온부(312)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 내측을 향하도록 배치되므로, 수용공간(100)에 인접하게 된다. 외부 공기가 에어로졸 생성 장치(20)와 수용공간(100)의 이격된 공간에서 유동함으로써 제1 저온부(312)를 냉각시킬 수 있다. 제1 저온부(312)가 냉각되면 제1 고온부(311)와의 온도차이가 증가하므로, 제1 열전 소자(310)에서 생산되는 전력의 양이 증가할 수 있다.

도 8은 제1 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 사용하는 모습을 도시한 사용상태도이다.

도 8을 참조하면, 사용자가 에어로졸 생성 장치(20)를 에너지 하베스팅 장치(10)에 삽입한 상태로 사용할 수 있다. 이 때, 사용자가 에너지 하베스팅 장치(10)의 외주면을 손으로 파지하면, 사용자의 체온에 의하여 제1 고온부(311)는 온도가 상승될 수 있다. 따라서, 제1 고온부(311)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 내측을 향하여 배치된 제1 저온부(312)와 온도차가 발생하게 된다. 이 온도차에 의하여 제1 열전 소자(310)의 기전력이 발생하여 전력이 생산될 수 있다.

제1 열전 소자(310)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 둘레를 따라서 배치된 유연 열전 소자일 수 있다. 유연 열전 소자는 열을 흡수하여 전력을 생산하는 특성을 유지하면서 몸체가 구부러질(flexible) 수 있는 소재로 이루어질 수 있다.

제1 열전 소자(310)가 유연 열전 소자인 경우 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부에서 둘레를 따라 배치되어 사용자의 체온을 효과적으로 흡수할 수 있다. 사용자가 손으로 파지하는 부분에 전체적으로 배치되어 제1 고온부(311)의 온도가 효과적으로 상승될 수 있다. 에너지 하베스팅 장치(10)가 원기둥 형상인 경우 제1 열전 소자(310)도 에너지 하베스팅 장치(10)의 형상에 대응되는 원기둥 형상으로 구성될 수 있다. 유연 열전 소자는 사용자의 체온을 효과적으로 흡수하여 전력 생산량을 향상시킬 수 있다.

도 9는 제2 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)에 에어로졸 생성 장치(20)가 삽입된 상태의 단면도이다.

도 9를 참조하면, 제2 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 에너지 하베스팅 모듈(300)은 제2 열전 소자(320)를 포함할 수 있다. 도 9에는 제1 열전 소자(310)와 제2 열전 소자(320)가 모두 도시되어 있으나, 실시예에 따라 제1 열전 소자(310)는 생략될 수 있다.

제2 열전 소자(320)는 수용공간(100)에 인접하게 배치된다. 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입되었을 때 히터(23)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부에 위치된다. 다시 말해, 히터(23)는 수용공간(100)에 완전히 삽입되며, 수용공간(100)의 외부로 노출되지 않는다. 따라서, 제2 열전 소자(320)는 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입된 경우 히터(23)에 인접하게 배치된다.

제2 열전 소자(320)는 히터(23)에서 발생하는 열을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다. 히터(23)가 궐련 등 에어로졸 생성 물질을 가열할 때 열을 방출하면 주위의 온도가 상승할 수 있다. 제2 열전 소자(320)는 히터(23)에서 방출되는 열을 흡수하여 전력을 생산한다. 또한, 사용이 종료된 후 히터(23)에 남은 잔열을 흡수하여 전력을 생산함으로써 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.

제2 열전 소자(320)는 제2 고온부(321) 및 제2 저온부(322)를 포함할 수 있다. 제2 고온부(321)는 히터(23)를 향하는 방향으로 배치되어 히터(23)의 열에 의하여 가열될 수 있다. 제2 저온부(322)는 제2 고온부(321)와 대향하여 배치될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 히터(23)는 에어로졸 생성 장치(20)의 내부에 배치되므로, 제2 고온부(321)는 에어로졸 생성 장치(20)가 삽입되는 수용공간(100)을 향하는 방향으로 배치될 수 있다.

제2 열전 소자(320)는 수용공간(100)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치된 유연 열전 소자일 수 있다.

제2 열전 소자(320)가 유연 열전 소자인 경우 수용공간의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되어 히터(23)에서 발생하는 열을 효과적으로 흡수할 수 있다. 히터(23)에서 방출되는 열 에너지는 방향성 없이 방출되므로, 유연 열전 소자는 방출되는 열을 최대한 흡수할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 에너지 하베스팅 모듈(300)은 제1 열전 소자(310) 및 제2 열전 소자(320)를 모두 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 열전 소자(310)와 제2 열전 소자(320)에 의하여 전력을 생산할 수 있다.

제1 열전 소자(310)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부에서 상대적으로 하부에 배치되고, 제2 열전 소자(320)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부에서 상대적으로 상부에 배치될 수 있다. 사용자가 에너지 하베스팅 장치(10)의 하부를 파지하여 에어로졸 생성 장치(20)를 사용하면 제1 열전 소자(310)는 사용자의 체온에 의하여 전력을 생산한다. 상대적으로 상부에 위치된 제2 열전 소자(320)는 히터(23)의 열을 흡수하여 전력을 생산한다.

한편, 에너지 하베스팅 장치(10)의 상부는 에어로졸 생성 물질이 삽입되고, 히터에 의하여 열이 발생하는 영역으로 구분될 수 있고, 에너지 하베스팅 장치(10)의 하부는 사용자가 손으로 파지하는 영역으로 구분될 수 있다. 제1 열전 소자(310)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 하부에 배치되고, 제2 열전 소자(320)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 상부에 배치됨으로써 각각 다른 에너지원에 의하여 전력을 생산할 수 있다. 제1 열전 소자(310)와 제2 열전 소자(320)는 서로 이격되어 배치된다. 제1 열전 소자(310)와 제2 열전 소자(320)가 상호간 영향받지 않도록 이격된 사이에 열의 흐름을 차단하는 방열필름이 구비될 수 있다.

수용공간(100)은 에어로졸 생성 장치(20)가 수용될 수 있는 충분한 길이로 형성될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입되면, 외부에는 궐련(30)과 같은 에어로졸 생성 물품만 노출될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 완전히 삽입된 상태에서 히터(23)와 제2 열전 소자(320)는 인접하기 위치되도록 배치될 수 있다.

도 10은 제3 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 단면도이다.

도 10을 참조하면, 제3 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 에너지 하베스팅 모듈(300)은 압전 모듈(330)을 포함할 수 있다.

압전 모듈(330)은 외력이 가해지면 전력을 생산하는 압전 소자(도 11의 336)를 포함할 수 있다. 에너지 하베스팅 장치(10)에 외력이 가해지면 압전 모듈(330)에 압력이 전달됨으로써 전력을 생산할 수 있다.

압전 모듈(330)은 에너지 하베스팅 장치(10)의 일측에 배치될 수 있다. 압전 모듈(330)은 가압하기 용이하도록 에너지 하베스팅 장치(10)의 외부로 노출될 수 있다. 예를 들면, 사용자는 에어로졸 생성 장치(20)를 사용하는 경우 에너지 하베스팅 장치(10)를 파지하여 손으로 압전 모듈(330)을 가압할 수 있고, 에어로졸 생성 장치(20)가 삽입되지 않은 상태에서도 압전 모듈(330)을 가압할 수 있다.

도 11 및 도 12는 제3 실시예에 관한 압전 모듈(330)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 11 및 도 12를 참조하여 압전 모듈(330)에 의하여 전력이 생산되는 과정을 설명한다.

도 11을 참조하면, 압전 모듈(330)은 가압부(331), 지지부(332), 탄성체(333), 고정부(334), 압력 전달부(335) 및 압전 소자(336)를 포함할 수 있다.

압전 소자(336)는 일정한 방향에서 압력을 가하면 전기 에너지를 생산할 수 있는 에너지 하베스팅 소자이다. 압전 소자(336)는 인장 응력을 받으면 휘어지고, 압전 소자(336)의 변형으로 인해 내부에 압전 전위가 형성된다.

압전 전위가 형성되면 전자는 압전 전위의 균형을 맞추기 위하여 외부 회로를 통해 흐르게 된다. 압전 소자(336)에 작용하는 응력이 제거되면 압전 소자(336)는 원래 상태로 회복하게 되고, 전자는 회로를 통해 처음 자리로 되돌아간다. 이와 같은 원리에 의하여 압전 소자(336)에 압력이 가해지고 제거되는 과정이 반복됨으로써 전기 에너지를 발생시킬 수 있다.

가압부(331)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 외부에 노출될 수 있다. 사용자는 에너지 하베스팅 장치(10)를 손에 잡은 상태로 가압부(331)에 손가락을 올려 제1 방향으로 가압할 수 있다. 가압부(331)에는 사용자가 가압하기 용이하도록 손가락이 거치될 수 있는 요철이 복수 개 형성될 수 있다.

지지부(332)는 가압부(331)에 대항하는 위치에 배치될 수 있다. 지지부(332)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부에 고정된다. 지지부(332)는 압전 모듈(330)의 최하단에 구비된다.

탄성체(333)는 가압부(331)의 하부 양측에 연결되어 가압부(331)를 탄성 지지할 수 있다. 가압부(331)에 외력이 가해지면서 제1 방향으로 이동하면, 탄성체(333)는 압축되었다가 외력이 제거되면 다시 원래 상태로 복원될 수 있다. 탄성체(333)는 가압부(331)의 하부 양측에 배치될 수 있다.

고정부(334)는 일측은 지지부(332)에 고정되고, 타측은 탄성체(333)가 고정된다. 다시 말해, 고정부(334)는 가압부(331)를 지지하는 기둥 역할을 하기 위하여 일측은 지지부(332)에 연결되어 고정되고, 타측에는 탄성체(333)가 고정되어 가압부(331)를 지지할 수 있다.

압력 전달부(335)는 가압부(331)에 외력이 가해지면 압력을 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 압력 전달부(335)는 가압부(331)의 하부 중심에 연결되어 지지부(332)를 향하도록 형성된다. 다만, 지지부(332)와 소정 간격 이격된다. 외력이 가해지면 가압부(331)가 제1 방향으로 이동함으로써 압력 전달부(335)도 제1 방향으로 이동할 수 있다. 외력이 제거되면 탄성체(333)의 복원력에 의하여 가압부(331)가 제2 방향으로 이동함으로써 압력 전달부(335)도 제2 방향으로 이동할 수 있다.

압전 소자(336)는 상술한 바와 같이 압력에 의하여 휘어짐으로써 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 소자이다. 압전 소자(336)는 압력 전달부(335)를 중심으로 양측으로 한 쌍이 배치될 수 있다. 압전 소자(336)는 일단은 고정부(334)에 고정되고, 타단은 압력 전달부(335)에 고정될 수 있다.

사용자가 에너지 하베스팅 장치(10)를 잡은 상태로 손가락에 의하여 가압부(331)에 제1 방향으로 외력을 가하면, 가압부(331)는 탄성체(333)를 압축하면서 제1 방향으로 이동할 수 있다. 가압부(331)에 연결된 압력 전달부(335)도 제1 방향으로 이동할 수 있다. 압력 전달부(335)가 제1 방향으로 이동하면, 고정부(334)와 압력 전달부(335)에 고정된 압전 소자(336)는 압력을 전달받아 휘어지게 됨으로써 전력이 생산될 수 있다.

사용자는 에어로졸 생성 시스템을 사용하여 에어로졸을 흡입하는 때 손으로 가압부(331)를 가압하면서 전력 저장 소자(200)를 충전할 수 있다. 또한, 손을 계속하여 움직임으로써 재미적 요소를 더할 수 있으며, 탄성체(333)의 탄성계수를 조절하여 운동 효과를 가질 수도 있다.

도 12는 압전 소자(336)가 복수의 층으로 구비된 압전 모듈(330)을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 압전 소자(336)는 압력 전달부(335)와 고정부(334)에 복수 개가 층을 이루도록 구비될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 3쌍의 압전 소자(336)가 층을 이루도록 구비됨으로써 사용자가 외력을 가하면 3쌍의 압전 소자(336)에서 전력이 생산될 수 있다. 압전 소자(336)는 2개 이상의 층으로 이루어질 수 있다.

압전 소자(336)가 복수의 층으로 구비된 경우, 압전 모듈(330)에 외력이 가해졌을 때 생산되는 전력의 양이 향상될 수 있다. 에너지 하베스팅 장치(10)의 크기에 따라서 압전 소자(336)의 적층 숫자를 적절하게 조절함으로써 전력 생산의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 13은 제4 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 단면도이다. 도 13을 참조하면, 제4 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 에너지 하베스팅 모듈(300)은 마찰전기 수확소자(340)를 포함할 수 있다.

마찰전기 수확소자(340)가 전력을 생산하는 방법을 간략하게 설명한다. 서로 다른 물질이 접촉하면, 마찰 대전에 의하여 표면이 대전되는 현상이 나타날 수 있다. 두 물질이 분리되면 정전기 유도 현상에 의하여 보상 전하가 축적되고, 전하의 균형이 맞을 때까지 외부 전극을 통해 전류가 흐르게 된다. 두 물질이 가까워지면 축적되었던 보상 전하가 사라짐으로써 외부 전극을 통해 처음과 반대 방향의 전류가 흐르게 된다. 두 물질의 접촉 및 분리를 반복하면 양 전극간에 지속적으로 교류 전류가 흐르게 된다.

마찰전기 수확소자(340)는 수용공간(100)에 노출될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입되면, 마찰전기 수확소자(340)는 에어로졸 생성 장치(20)의 외주면과 접촉 및 분리가 반복적으로 수행됨으로서 전력을 생산할 수 있다. 마찰전기 수확소자(340)에 의한 전력 생산을 위하여 마찰전기 수확소자(340)와 에어로졸 생성 장치(20)의 재질은 마찰전기 시리즈(triboelectric series) 특성이 상이한 재질로 이루어질 수 있다.

사용자가 에어로졸 생성 장치(20)를 수용공간(100)에 삽입한 상태로 소지하면, 에어로졸 생성 장치(20)가 마찰전기 수확소자(340)와 반복적으로 접촉 및 분리함으로써 전력이 생산될 수 있다.

또한, 에어로졸 생성 장치(20)의 직경은 수용공간(100)의 직경보다 작은 크기로 이루어질 수 있다. 따라서, 에어로졸 생성 장치(20)가 수용공간(100)에 삽입된 상태에서 수용공간(100)의 내주면과 이격됨으로써 마찰전기 수확소자(340)와 접촉 및 분리가 가능할 수 있다. 사용자가 에어로졸 생성 장치(20)를 에너지 하베스팅 장치(10)에 삽입한 상태로 소지하면, 에어로졸 생성 장치(20)와 마찰전기 수확소자(340)는 계속하여 접촉 및 분리될 수 있다. 따라서 사용자가 의도적으로 마찰전기 수확소자(340)에 의한 전력 저장 소자(200) 충전을 수행하지 않더라도 전력이 생산되어 전력 저장 소자(200)가 충전될 수 있다.

도 14는 제5 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 단면도이다.

도 14를 참조하면, 제5 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 에너지 하베스팅 모듈(300)은 전자기 유도 모듈(350)을 포함할 수 있다.

전자기 유도 모듈(350)은 영구자석(352) 및 솔레노이드(351)를 포함할 수 있다. 솔레노이드(351)는 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부에서 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 배치될 수 있다. 영구자석(352)은 솔레노이드(351)가 슬라이딩되는 위치의 일단 또는 양단에 배치될 수 있다. 솔레노이드(351)가 상하방향으로 움직이면 영구자석(352)은 솔레노이드(351)의 내부에 삽입 및 배출될 수 있다. 영구자석(352)에 의한 유도 기전력이 발생하여 전력을 생산할 수 있다.

사용자가 에너지 하베스팅 장치(10)를 솔레노이드(351)가 슬라이딩되는 방향으로 흔들면(shaking) 솔레노이드(351)가 반복적으로 슬라이딩될 수 있다. 따라서 솔레노이드(351)의 내부로 영구자석(352)이 삽입되었다가 배출되는 상태가 반복될 수 있다.

또한, 사용자가 의도적으로 에너지 하베스팅 장치(10)를 흔들지 않더라도 에너지 하베스팅 장치(10)를 소지한 채로 이동하거나 움직임에 의하여 자연스럽게 솔레노이드(351)의 내부로 영구자석(352)이 삽입 및 배출될 수 있다. 따라서 전력이 수시로 생산될 수 있다. 또한, 배터리(21)가 완전히 방전된 상태에서 사용자가 에어로졸 생성 장치(20)를 사용하고자 할 때 외부 충전기기가 구비되지 않더라도 에너지 하베스팅 장치(10)를 흔들어서 전력을 생산하여 배터리(21)를 충전할 수 있다.

솔레노이드(351)는 양단에 충격 방지부재(353)를 포함할 수 있다. 충격 방지부재(353)는 솔레노이드(351)가 반복적인 슬라이딩에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있다. 충격 방지부재(353)는 충격을 흡수하는 고무, 합성 수지 등의 재질로 이루어질 수 있다.

도 15는 제6 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)의 측면도이다.

도 15를 참조하면, 제6 실시예에 관한 에너지 하베스팅 장치(10)는 광 패널(360)을 포함하는 에너지 하베스팅 모듈(300)을 포함할 수 있다.

광 패널(360)은 외부의 태양광 등 광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 소자이다. 광 패널(360)은 광전기 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 제6 실시예에서 사용되는 광 패널(360)은 주지된 다양한 광 패널(360)들 중 하나가 사용될 수 있다. 광 패널(360)은 렌즈를 이용하여 태양광을 모으는 집광형 패널일 수 있다. 에너지 하베스팅 장치(10)가 외부에 노출되었을 때 광 패널(360)은 광을 흡수하여 전력을 생산할 수 있다.

광 패널(360)은 에너지 하베스팅 장치(10)의 외주면의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 광 패널(360)은 주위의 광을 흡수하기 위하여 에너지 하베스팅 장치(10)의 외주면에 노출되도록 배치될 수 있다.

또한, 광 패널(360)은 에너지 하베스팅 장치(10)의 내부에 배치되어 내부로 입사하는 광을 흡수하여 전력을 생산할 수도 있다. 이 경우, 광을 집광하는 렌즈 및/또는 거울을 포함할 수 있다.

광 패널(360)은 복수의 셀을 포함할 수 있다. 각각의 셀은 일정 각도 틸팅(tilting) 가능하게 배치되어 광원의 입사각을 조절할 수 있다. 광원의 위치에 기초하여 셀의 틸팅 각도를 조절하여 전력 생산량을 향상시킬 수 있다.

도 16는 열전 소자의 발전 특성을 설명하기 위한 그래프이고, 도 17은 최대 전력 추종 제어를 위한 제어기(400)의 블록도이다.

도 16에서 곡선은 열전 소자의 고온부와 저온부의 온도차가 발생하였을 때 생산되는 전력을 나타내고, 직선은 전압과 전류를 나타낸다. 직선 그래프의 X축 절편은 열전 소자의 개방 전압(Voc)이고, Y축 절편은 열전 소자를 저항이 0인 도선으로 연결하였을 때의 출력 전류(Short Circuit Current, Isc)이다. 열전 소자에서 생산되는 전력은 전압과 전류를 곱한 값에 해당한다.

도 16의 전력 특성을 살펴보면, 열전 소자는 전압은 1/2Voc, 전류는 1/2Isc인 지점에서 최대 전력을 생산할 수 있다. 최대 전력을 전달하기 위해서는 열전 소자의 출력 전압이 개방 전압(Voc)의 절반에 해당하여야 한다. 다시 말해, 열전 소자의 최대 전력 추종(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 제어를 위해서는 열전 소자의 출력 전압이 Voc/2 값이 되도록 출력 구동점을 제어하여야 한다.

도 17을 참조하면, 제어기(400)는 샘플링부(410), 비교부(420), 컨버터부(430)를 포함할 수 있다.

샘플링부(410)는 주기적으로 샘플링 클럭을 발생시켜 열전 소자를 포함하는 에너지 하베스팅 모듈(300)의 개방 전압(Voc)의 절반에 해당하는 개방 반전압(Voc/2)을 샘플링할 수 있다. 샘플링부(410)는 에너지 하베스팅 모듈(300)의 크기, 배터리(21)의 용량, 에어로졸 생성 장치(20)의 사용 태양 등에 기초하여 샘플링 주기를 조절할 수 있다. 샘플링부(410)는 샘플링된 개방 반전압(Voc/2)을 다음 주기까지 유지할 수 있다.

비교부(420)는 샘플링부(410)에서 샘플링된 개방 반전압(Voc/2)을 수신하고, 개방 반전압(Voc/2)을 에너지 하베스팅 모듈(300)의 출력 전압과 비교한다. 비교부(420)는 비교 결과에 따라 출력 신호를 생성할 수 있다.

컨버터부(430)는 DC-DC 변환기를 포함할 수 있다. 비교부(420)의 출력 신호에 의하여 제어된다. 비교부(420)에서 비교된 출력 신호는 컨버터부(430)의 DC-DC 변환기로 입력된다. 컨버터부(430)의 입력단의 전압은 비교부(420)의 출력 신호에 따라서 컨트롤될 수 있다.

컨버터부(430)는 boost 컨버터와 buck 컨버터를 포함할 수 있다. 에너지 하베스팅 모듈(300)의 출력 전압이 개방 반전압(Voc/2)보다 높을 경우 buck 컨버터로 전압을 낮추며 최대 전력을 저장하고, boost 컨버터로 배터리(21)의 공급 전압에 맞게 안정된 정전압을 출력한다. 반대로, 에너지 하베스팅 모듈(300)의 출력 전압이 개방 반전압(Voc/2)보다 낮을 경우 boost 컨버터로 전압을 상승시키며 최대 전력을 저장하고 bcuk 컨버터로 배터리(21)의 공급 전압에 맞게 안정된 정전압을 출력한다.

컨버터부(430)의 입력단의 전압은 개방 반전압(Voc/2)과 같아지도록 조절되고, 결국 컨버터부(430)는 열전 소자 등 에너지 하베스팅 모듈(300)에서 생산된 전력을 최대 전력으로 공급받을 수 있다. 컨버터부(430)는 배터리(21)에 맞게 안정된 전압을 출력하고, 배터리(21)는 최대 효율로 충전될 수 있다.

이상에서 설명한 실시예들에 의하여 본 개시에 따른 에어로졸 발생 시스템은 주위의 에너지원으로부터 전력을 생산할 수 있다. 생산된 전력은 배터리(21)의 충전에 사용되거나, 전력 저장 소자(200)에 저장될 수 있다. 따라서 에어로졸 생성 장치(20)의 사용시간을 향상시킬 수 있다. 또한, 배터리(21)가 완전히 방전된 상태에서 외부 전력에 의한 전력 저장 소자(200) 충전이 불가능한 상황에서도 에너지 하베스팅 모듈(300)에 의하여 전력 저장 소자(200)의 충전이 가능하다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 에너지 하베스팅 장치 20: 에어로졸 생성 시스템
21: 배터리 23: 히터
100: 수용공간 110: 방열핀
200: 전력 저장 소자 300: 에너지 하베스팅 모듈
310: 제1 열전 소자 311: 제1 고온부
312: 제1 저온부 320: 제2 열전 소자
321: 제2 고온부 322: 제2 저온부
330: 압전 모듈 331: 가압부
332: 지지부 333: 탄성체
334: 고정부 335: 압력 전달부
336: 압전 소자 340: 마찰전기 수확소자
350: 전자기 유도 모듈 351: 솔레노이드
352: 영구 자석 353: 충격 방지부재
360: 광 패널 400: 제어기
410: 샘플링부 420: 비교부
430: 컨버터부

Claims (15)

1. 에어로졸 생성 장치가 삽입되는 수용공간;
   에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 모듈; 및
   상기 에너지 하베스팅 모듈에서 생산된 전력에 기초하여 상기 수용공간에 삽입된 상기 에어로졸 생성 장치를 충전하는 제어기;를 포함하고,
   상기 제어기는,
   주기적으로 샘플링 클럭을 발생시켜 상기 에너지 하베스팅 모듈의 양단 전압의 절반에 해당하는 양단 반전압을 샘플링하는 샘플링부;
   상기 샘플링부에서 샘플링된 상기 양단 반전압을 수신하고, 상기 양단 반전압을 상기 에너지 하베스팅 모듈의 출력 전압과 비교하는 비교부; 및
   상기 에너지 하베스팅 모듈의 출력 전압을 상기 양단 반전압과 같아지도록 조절하는 컨버터부;
   를 포함하는 에너지 하베스팅 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 에너지 하베스팅 모듈에서 생산된 전력을 저장하는 전력 저장 소자;를 더 포함하고,
   상기 제어기는 상기 수용공간에 상기 에어로졸 생성 장치가 삽입되지 않은 경우 상기 에너지 하베스팅 모듈에서 생산된 전력을 상기 전력 저장 소자에 저장하는 에너지 하베스팅 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 에너지 하베스팅 모듈은 제1 열전 소자를 포함하고,
   상기 제1 열전 소자는 사용자가 상기 에너지 하베스팅 장치를 파지한 경우 체온에 의해 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 열전 소자는,
   사용자가 파지한 경우 체온에 의해 가열되는 제1 고온부; 및
   상기 제1 고온부와 대향하도록 배치된 제1 저온부;를 포함하는 에너지 하베스팅 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 수용공간은 내주면에 돌출 형성된 적어도 하나의 방열핀을 포함하고, 상기 에어로졸 생성 장치가 삽입되면 상기 에어로졸 생성 장치와 상기 수용공간의 내주면이 이격되며, 상기 이격된 공간에 외부 공기가 유동하는 에너지 하베스팅 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 에너지 하베스팅 모듈은 상기 수용공간에 인접하게 배치되고, 상기 에어로졸 생성 장치가 삽입된 상태에서 상기 에어로졸 생성 장치에 구비된 히터에 의하여 전력을 생산하는 제2 열전 소자를 포함하는 에너지 하베스팅 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 열전 소자는 상기 수용공간의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치된 에너지 하베스팅 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제2 열전 소자는,
   상기 히터를 향하여 배치되어 상기 히터의 열에 의해 가열되는 제2 고온부; 및
   상기 제2 고온부의 반대편에 배치된 제2 저온부;를 포함하는 에너지 하베스팅 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 에너지 하베스팅 모듈은 압전 모듈을 포함하고,
   상기 압전 모듈에 외력이 가해짐으로써 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 압전 모듈은,
    상기 에너지 하베스팅 장치의 외부에 노출되어 사용자에 의해 외력이 가해지는 가압부;
    상기 가압부의 하부 중심에 연결되어 외력이 가해지면 제1 방향으로 이동하고, 외력이 제거되면 제2 방향으로 이동하는 압력 전달부; 및
    상기 압력 전달부를 중심으로 양측으로 한 쌍이 배치되어 고정된 압전 소자;를 포함하며,
    상기 압력 전달부의 이동에 의하여 상기 압전 소자에 변형이 발생함으로써 전력이 생산되는 에너지 하베스팅 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅 모듈은 수용공간의 내주면에 노출된 마찰전기 수확소자를 포함하고,
    상기 마찰전기 수확소자는 상기 에어로졸 생성 장치의 재질과 마찰전기 시리즈 (triboelectric series) 특성이 상이한 재질로 이루어짐으로써 상기 에어로졸 생성 장치와 마찰 대전에 의해 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 장치..
12. 제11항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 장치의 직경은 상기 수용공간의 직경보다 작은 크기로 이루어져 에어로졸 생성 장치가 상기 수용공간에 삽입된 상태에서 상기 수용공간의 내주면과 이격됨으로써 상기 마찰전기 수확소자와 상기 에어로졸 생성 장치가 접촉 및 분리 가능한 에너지 하베스팅 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅 모듈은 전자기 유도 모듈을 포함하고,
    상기 전자기 유도 모듈은, 상기 에너지 하베스팅 장치의 내부에서 이동 가능하게 배치된 솔레노이드 및 상기 솔레노이드의 이동에 의하여 상기 솔레노이드의 내부에 삽입 및 배출되는 영구자석을 포함하는 에너지 하베스팅 장치.
14. 삭제
15. 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 생성하는 히터와, 상기 히터에 전력을 공급하는 배터리를 포함하는 에어로졸 생성 장치; 및
    에너지원으로부터 수신된 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 모듈과, 상기 에너지 하베스팅 모듈에서 생산된 전력에 기초하여 상기 에어로졸 생성 장치의 상기 배터리를 충전하는 제어기를 포함하는 에너지 하베스팅 장치;를 포함하고,
    상기 제어기는,
    주기적으로 샘플링 클럭을 발생시켜 상기 에너지 하베스팅 모듈의 양단 전압의 절반에 해당하는 양단 반전압을 샘플링하는 샘플링부;
    상기 샘플링부에서 샘플링된 상기 양단 반전압을 수신하고, 상기 양단 반전압을 상기 에너지 하베스팅 모듈의 출력 전압과 비교하는 비교부; 및
    상기 에너지 하베스팅 모듈의 출력 전압을 상기 양단 반전압과 같아지도록 조절하는 컨버터부;
    를 포함하는 에어로졸 생성 시스템.

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