KR20200126048A

KR20200126048A - 유도 가열 장치

Info

Publication number: KR20200126048A
Application number: KR1020190049516A
Authority: KR
Inventors: 송일권; 혁 원
Original assignee: 주식회사 이엠텍
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2020-11-06
Also published as: KR102208737B1

Abstract

본 발명은 유도 가열 장치에 관한 것으로 특히 서셉터의 재질에 따라 주파수를 변경하여 가열할 수 있는 유도 가열 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는 배터리;와 배터리로부터 공급된 직류 전압을 증폭시키는 전원승압회로;와 전원승압회로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인덕션 로직;과 인덕션 로직으로부터 공급된 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 유도 코일;과 유도 코일에 의해 유도 가열되는 서셉터;와 인Z션 로직과 유도 코일 사이에 연결된 복수의 커패시터;와 복수의 캐패시터에 각각 연결된 커패시터 스위치;와 커패시터 스위치를 온오프 동작시킬 수 있는 컨트롤 로직; 및 이들 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하는 MCU;를 포함한다.

Description

유도 가열 장치{INDUCTION HEATING DEVICE}

본 발명은 유도 가열 장치에 관한 것으로 특히 서셉터의 재질에 따라 공진 주파수를 변경하여 가열할 수 있는 유도 가열 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 유도 가열 장치와 이 장치에 삽입된 에어로졸 형성 기재를 포함하는 도면이다. 유도 가열 장치(2)는, 축전기(22) 또는 배터리를 수용하기 위한 축전기실(21)을 갖는 세장 관형 하우징(20), 및 가열실(23)을 포함할 수도 있다. 가열실(23)은 전자 회로(32)에 전기적으로 연결되어 있는 유도 코일(31)에 의해 구성될 수도 있는 유도 가열원을 구비할 수도 있다. 전자 회로(32)는, 예를 들어, 가열실(23)의 축방향 연장부의 경계를 한정하는 인쇄 회로 기판(33) 상에 제공될 수도 있다. 유도 가열에 필요한 전력은, 축전기실(21) 내에 수용되며 전자 회로(32)에 전기적으로 연결되어 있는 축전기(22) 또는 배터리에 의해 제공된다. 가열실(23)은, 에어로졸 형성 기재(1)가 내부에 방출가능하게 보유될 수도 있고 원하는 경우에 쉽게 제거되어 다른 에어로졸 형성 기재(1)로 대체될 수도 있게 하는 내부 단면을 갖는다.

유도 가열 장치(2)는 에어로졸 형성 기재(1)에 열적으로 인접하여 배열되어 있는 유도 코일(31)을 포함하고, 에어로졸 형성 기재(1)는 서셉터(susceptor)를 포함하고 있다. 유도 코일(31)의 교번 자기장은 서셉터에 히스테리시스 손실(hysteresis loss)과 와류(eddy current)를 발생시켜, 서셉터로 하여금, 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 성분을 방출할 수 있는 온도까지 에어로졸 형성 기재를 가열하게 한다.

종래의 유도 가열 장치는 서셉터의 재질에 따라 임피던스가 다르기 때문에 서셉터 재질에 따라 동작하는 가열 효율이 가장 좋은 주파수가 달라지지만 서셉터 재질에 따라 가열 효율을 제어할 수 있는 기술에 대해서는 개시되어 있지 않다. 따라서 서셉터 재질에 따라 가열 효율이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 10-2017-0008722

본 발명은 서셉터의 재질에 따라 서셉터의 발열을 용이하게 제어할 수 있는 유도 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 서셉터의 재질에 따라 공진 주파수를 변경하여 가열 효율을 개선할 수 있는 유도 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 장치는 배터리;와 배터리로부터 공급된 직류 전압을 증폭시키는 전원승압회로;와 전원승압회로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인덕션 로직;과 인덕션 로직으로부터 공급된 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 유도 코일;과 유도 코일에 의해 유도 가열되는 서셉터;와 인Z션 로직과 유도 코일 사이에 연결된 복수의 커패시터;와 복수의 캐패시터에 각각 연결된 커패시터 스위치;와 커패시터 스위치를 온오프 동작시킬 수 있는 컨트롤 로직; 및 이들 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하는 MCU;를 포함한다.

본 발명에 따르면 서셉터의 재질에 따라 서셉터의 발열을 용이하게 제어할 수 있는 유도 가열 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 서셉터의 재질에 따라 공진 주파수를 변경하여 가열 효율을 개선할 수 있는 유도 가열 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 유도 가열을 위한 회로의 임피던스값을 측정하여 공진 주파수를 제어하여 가열 효율을 개선할 수 있는 유도 가열 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 유도 가열 장치와 이 장치에 삽입된 에어로졸 형성 기재를 포함하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 유도 가열 장치에서 유도 가열을 위한 회로 블럭도의 일 실시예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 유도 가열 장치에서 유도 가열을 위한 회로 블럭도의 다른 실시예를 도시한 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 유도 가열 장치에서 유도 가열을 위한 회로 블럭도의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 유도 가열 장치(100)는 인덕션 히팅을 이용하여 서셉터(111)를 가열하는데, 구체적으로 설명하면 MCU(101)는 전원승압회로(102)를 제어하여 배터리(103)로부터 공급된 직류 전압을 전원승압회로(102)가 인덕션 히팅을 위해 증폭시켜서 인덕션 로직(104)으로 직류 전류를 공급한다. 전원승압회로(102)는 유도가열을 위한 전원으로서 배터리(103)를 사용했을 때 서셉터(111)를 유도가열하기 위해 안정적인 전원 공급을 위해 적용된다. MCU(101)는 또한 인덕션 로직(104)에 PWM 신호를 입력한다. 인덕션 로직(104)은 MCU(101)에서 입력하는 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하면서 전원승압회로(102)로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하고 유도 코일(109)에 공급해서 서셉터(111)가 유도가열되도록 한다. 서셉터(111)는 자기장에 의해 와류(eddy current)를 발생시켜 열에너지를 방출할 수 있는 물질로 이루어진다. 서셉터(111)는 유도 가열 장치(100)에 설치되거나 미도시된 에어로졸 형성기재에 구비될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 인덕션 로직(104)과 유도 코일(109) 사이에 복수의 커패시터(107)를 구비한다. 복수의 커패시터(107)는 각각 커패시터 스위치(106)에 연결되며, 각각의 커패시터 스위치(106)는 컨트롤 로직(105)에 연결되며 컨트롤 로직(105)은 각각의 커패시터 스위치(106)를 각각 온(On)시키나 오프(Off)시킬 수 있다. 각각의 커패시터 스위치(106)는 컨트롤 로직(105)에 의해 온오프 동작을 할 수 있는 구성으로서 예를 들어 Power FET, MOSFET, 트랜지스터 등으로 구성이 가능하다. 일반적으로 LC회로에서 공진 주파수 F는 하기 수학식으로 주어질 수 있다.

실시예에 따라 MCU(101)에는 서셉터(111)의 재질에 따라 공진 주파수가 기 설정될 수 있으며, 유도 가열 장치(100)에 사용되는 서셉터(111)의 재질에 따라 MCU(101)는 해당하는 공진 주파수로 유도 코일(109)에 교류 전류를 공급하도록 하기 위해 인덕션 로직(104)에 포함될 수 있는 컨트롤 로직(105)을 제어하여 컨트롤 로직(105)이 각각의 커패시터 스위치(106)를 온(On) 또는 오프(Off)시켜 서셉터(111)의 재질에 따라 기설정된 공진 주파수를 얻을 수 있다. 실시예에 따라서 유도 코일(109)에 연결되어 임피던스를 측정하기 위한 센서(108)를 구비하고, MCU(101)는 센서(108)로부터 입력된 신호값에 따라 임피던스를 판단하여 서셉터(111)의 재질에 따라 원하는 공진 주파수를 얻기 위해 인덕션 로직(104)에 포함될 수 있는 컨트롤 로직(105)을 제어하여 컨트롤 로직(105)이 각각의 커패시터 스위치(106)를 온(On) 또는 오프(Off)시켜 서셉터(111)의 재질에 따라 원하는 공진 주파수를 얻을 수 있다. 커패시터 스위치(106)를 온(On)시키면 공진 주파수를 높힐 수 있고, 커패시터 스위치(106)를 오프(Off)시키면 공진 주파수를 낮출 수 있다. 실시예에 따라 센서(108)는 전류 센서, 전압 센서, 온도 센서, 저항 센서 등으로 구성이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 유도 가열 장치에서 유도 가열을 위한 회로 블럭도의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 가열 장치(100)에서, 인덕션 로직(104)과 컨트롤 로직(105)이 별개로 구성되며, 인덕션 로직(104)과 컨트롤 로직(105)은 I2C 또는 SPI 또는 GPIO 등의 인터페이스(Interface)로 연결될 수 있다. 실시예에 따라서, 유도 코일(109)과 인덕션 로직(104) 사이에 연결되어 임피던스를 측정하기 위한 센서(108)를 구비할 수 있으며, 인덕션 로직(104)은 센서(108)로부터 수신한 신호값에 따라 임피던스를 판단하여 서셉터(111)의 재질에 따라 원하는 공진 주파수를 얻기 위해 인터페이스를 통해 컨트롤 로직(105)을 제어하여 컨트롤 로직(105)이 각각의 커패시터 스위치(106)를 온(On) 또는 오프(Off)시켜 서셉터(111)의 재질에 따라 원하는 공진 주파수를 얻을 수 있다. 또한, 실시예에 따라서, 유도 코일(109)과 컨트롤 로직(105) 사이에 연결되어 임피던스를 측정하기 위한 센서(108)를 구비할 수 있으며, 컨트롤 로직(105)은 센서(108)로부터 수신한 신호값에 따라 임피던스를 판단하여 서셉터(111)의 재질에 따라 원하는 공진 주파수를 얻기 위해 각각의 커패시터 스위치(106)를 온(On) 또는 오프(Off)시켜 서셉터(111)의 재질에 따라 원하는 공진 주파수를 얻을 수 있다. 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

1: 에어로졸 형성 기재 2: 유도 가열 장치
15: 포장재 16: 마우스피스
17: 필터 플러그 21: 축전기실
22: 축전기 23: 가연실
24: 환기부 26: 개스킷
31: 유도 코일 32: 전자 회로
33: 인쇄 회로 기판 34: 공기 통로
100: 유도 가열 장치 101: MCU
102: 전원승압회로 103: 배터리
104: 인덕션 로직 105: 컨트롤 로직
106: 커패시터 스위치 107: 커패시터
108: 센서 109: 유도 코일
111: 서셉터

Claims

배터리;
배터리로부터 공급된 직류 전압을 증폭시키는 전원승압회로;
전원승압회로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인덕션 로직;
인덕션 로직으로부터 공급된 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 유도 코일;
유도 코일에 의해 유도 가열되는 서셉터;
인Z션 로직과 유도 코일 사이에 연결된 복수의 커패시터;
복수의 캐패시터에 각각 연결된 커패시터 스위치;
커패시터 스위치를 온오프 동작시킬 수 있는 컨트롤 로직; 및
이들 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하는 MCU;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
커패시터 스위치는 Power FET, MOSFET, 트랜지스터 중에서 선택하여 구성하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
유도 코일에 연결되어 임피던스를 측정하기 위한 센서를 구비하고 MCU는 센서로부터 입력된 신호값에 따라 임피던스를 판단하여 컨트롤 로직을 제어하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
유도 코일과 인덕션 로직 사이에 연결되어 임피던스를 측정하기 위한 센서를 구비하고 인덕션 로직은 센서로부터 수신한 신호값에 따라 임피던스를 판단하여 컨트롤 로직을 제어하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
유도 코일과 컨트롤 로직 사이에 연결되어 임피던스를 측정하기 위한 센서를 구비하고 컨트롤 로직은 센서로부터 수신한 신호값에 따라 임피던스를 판단하여 복수의 커패시터 스위치를 온오프 동작시키는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.