KR20210020437A - 유도 가열 히터에 대한 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법 - Google Patents

유도 가열 히터에 대한 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210020437A
KR20210020437A KR1020190099735A KR20190099735A KR20210020437A KR 20210020437 A KR20210020437 A KR 20210020437A KR 1020190099735 A KR1020190099735 A KR 1020190099735A KR 20190099735 A KR20190099735 A KR 20190099735A KR 20210020437 A KR20210020437 A KR 20210020437A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
heat conductor
coil
heating
heating body
Prior art date
Application number
KR1020190099735A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102231229B1 (ko
Inventor
박상규
안휘경
이재민
Original Assignee
주식회사 케이티앤지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이티앤지 filed Critical 주식회사 케이티앤지
Priority to KR1020190099735A priority Critical patent/KR102231229B1/ko
Publication of KR20210020437A publication Critical patent/KR20210020437A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102231229B1 publication Critical patent/KR102231229B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24F—SMOKERS' REQUISITES; MATCH BOXES; SIMULATED SMOKING DEVICES
    • A24F40/00—Electrically operated smoking devices; Component parts thereof; Manufacture thereof; Maintenance or testing thereof; Charging means specially adapted therefor
    • A24F47/008—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H05B6/062—Control, e.g. of temperature, of power for cooking plates or the like

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 온도 측정 장치는, 전력이 인가됨에 따라 전자기를 발생시키는 코일, 강자성 소재로 이루어진 가열체와 접하면서 가열체를 둘러싸고, 반자성 또는 상자성 소재로 이루어진 열 전도체, 열 전도체의 온도를 측정하는 온도 센서, 코일에 전력을 인가하는 전원부; 및 열 전도체의 온도에 기초하여 가열체의 온도를 획득하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

유도 가열 히터에 대한 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법{TEMPERATURE MEASURING APPARATUS FOR INDUCTION HEATING HEATER AND METHOD FOR MEASURING TEMPERATURE USING THEREOF}
본 출원에 의해 개시되는 발명은 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도 가열을 이용한 히터에 대한 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정방법에 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.
특히, 자성체와 전류가 공급되면 자기장을 발생하는 코일을 이용하여 궐련을 가열함으로써 에어로졸을 생성하는 유도 가열 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.
그러나, 종래의 유도 가열 방식을 채용한 가열 장치에서 가열체의 온도를 측정하는 것은, 코일 내에 가열체가 배치됨에 따라 가열체의 형상에 대한 제한 및 코일에 의한 은폐 효과 등에 의해 다수의 문제점을 수반한다.
에어로졸 생성 물질을 기화시키기 위해서는 소정의 가열 온도 및 소정의 가열 강도에 따라 에어로졸 생성 물질을 가열하는 것이 중요하므로, 정해진 전력을 공급함으로써 목표하는 가열 온도 및 가열 강도를 구현하는 것이 필수적이다. 따라서, 전력 및 온도 간 프로파일을 사전에 획득하기 위해서, 보다 간편한 유도 가열 히터의 가열체 온도를 측정하는 방법에 대한 수요가 증가하고 있다.
본 발명의 과제는, 유도 가열을 이용하는 가열 장치에서, 가열체를 둘러 싸는 열 전달체의 온도를 측정하고, 열 전달체의 온도에 기초하여 가열체의 온도를 획득하는 온도 측정 방법 및 온도 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따르면, 전력이 인가됨에 따라 전자기를 발생시키는 코일, 강자성 소재로 이루어진 가열체와 접하면서 가열체를 둘러싸고, 반자성 또는 상자성 소재로 이루어진 열 전도체, 열 전도체의 온도를 측정하는 온도 센서, 코일에 전력을 인가하는 전원부 및 열 전도체의 온도에 기초하여 가열체의 온도를 획득하는 제어부를 포함하는 온도 측정 장치가 제공될 수 있다.
또, 가열체는 코일의 중심선을 따라 배치되고, 열 전도체는, 코일을 대향하는 가열체의 측면 및 코일의 중심선을 가로지르는 가열체의 상면에 접하고, 온도 센서는 열 전도체의 상면의 온도를 측정할 수 있다.
또, 열 전도체의 일 부분은 코일의 단부로부터 소정의 거리만큼 돌출될 수 있다.
또, 코일의 중심선을 가로지르는 열 전도체의 단면적은 가열체의 단면적보다 클 수 있다.
또, 열 전도체의 단면적은 코일의 중심선의 연장 방향에 따라 감소하고, 온도 센서는 중심선의 연장 방향의 일 지점에서 열 전도체에 접촉하여 온도를 측정할 수 있다.
또, 가열체의 단면적은 중심선의 연장 방향에 따라 감소할 수 있다.
또, 온도 센서는 열 전도체로부터 코일의 중심선의 연장 방향으로 이격되어 열 전도체의 온도를 측정할 수 있다.
또, 열 전도체는 세라믹 소재일 수 있다.
또, 제어부는, 전원부를 통해 코일에 인가되는 전력을 기록하고, 코일에 인가된 전력 및 가열체의 온도 간 프로파일을 생성할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 코일에 전력를 인가함으로써, 반자성 또는 상자성 소재의 열 전도체에 의해 둘러 싸인, 강자성 소재의 가열체를 가열하는 단계, 온도 센서를 통해 열 전도체의 온도를 측정하는 단계 및 열 전도체의 온도에 기초하여 가열체의 온도를 획득하는 단계를 포함하는 온도 측정 방법이 제공될 수 있다.
또, 온도 측정 방법은 코일에 인가되는 전력을 기록하고, 코일에 인가된 전력 및 가열체의 온도 간 프로파일을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또, 열 전도체의 일 부분은 코일의 단부로부터 소정의 거리만큼 돌출될수 있다.
또, 코일의 중심선을 가로지르는 평면에서, 열 전도체의 단면적은 가열체의 단면적보다 클 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 상술한 온도 측정 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 유도 가열을 이용하는 가열 장치에서, 가열체에 대한 직접적인 온도 측정이 어려울 때, 가열체를 둘러 싸는 열 전달체의 온도를 측정함으로써, 가열체의 온도를 간접적인 방법으로 획득할 수 있다.
본 발명의 효과가 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 1은 종래의 유도 가열 히터에 대한 온도 측정 방식에 관한 도면이다.
도 2는 실시예들에 따른 온도 측정 장치에 관한 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 온도 측정 장치의 코일, 가열체 및 열 전도체에 대한 Y축 방향 단면도이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 온도 측정 장치의 코일, 가열체 및 열 전도체에 관한 도면이다.
도 5는 또 다른 일 실시예에 따른 온도 측정 장치의 코일, 가열체 및 열 전도체에 관한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 온도 측정 방법에 관한 순서도이다.
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.
도 1은 종래의 유도 가열 히터에 대한 온도 측정 방식에 관한 도면이고, 도 2는 실시예들에 따른 온도 측정 장치(100)에 관한 도면이다.
유도 가열(induction heating)이란 전자기 유도를 이용하여 금속물체를 가열시키는 방법으로서, 코일에 전류가 공급되면 가열하고자 하는 금속에 와전류(eddy currents)가 발생하고, 금속의 저항에 의해 발생된 줄열(Joule heating)이 온도를 높이게 된다. 유도 가열을 위한 장치는 세기 및 방향 등의 속성이 변화하는 전자기를 발생시키는 코일 및 금속 물체로 구성된다.
최근 에어로졸 생성 장치 및 전자 담배 장치 등의 분야에서 유도 가열 방식을 채용한 장치 및 관련 연구가 활발하다. 에어로졸 생성 장치 및 전자 담배 장치의 특성 상, 인가되는 전력 및 이에 따라 가열체에서 발생되는 온도 간의 프로파일을 획득하는 것이 중요하다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물질이 궐련 형태인지, 액상 형태인지에 따라서 기화를 위해 필요한 가열 온도가 상이하고, 가열 온도에 따라 다수의 물질이 혼합된 상태인 에어로졸 생성 물질에서 각각 기화되기 시작하는 물질의 온도가 상이하므로, 에어로졸 생성을 위해 필요한 온도에 도달하기 위해 인가되는 전력을 설정하기 위해서는 공급 전력 및 가열 온도 간 프로파일 획득이 필수적이다.
그러나, 종래의 유도 가열 방식으로 가열되는 가열체의 온도를 측정하는 데는 다수의 문제점이 있다. 도 1을 참조하면, 가열체(12) 또는 서셉터(susceptor)는 코일(11) 내부에 위치하고, 코일(11)의 중심선을 따라 연장된다. 그런데, 코일(11)을 마주보는 가열체(12)의 측면(B1)이 코일(11)에 의해 은폐됨으로써, 가열체(12)의 측면(B1)에서 가열체(12)의 온도를 측정하는 데 어려움이 있다. 또한 가열체(12)가 가늘고 긴 세장형이기 때문에, 단면적이 협소하여 가열체(12)의 상면(B2)을 통한 온도 측정도 어렵다. 또한, 온도 측정 프로브가 코일(11)이 발생시키는 전자기에 영향을 받아 가열될 수 있어, 오차 발생의 원인이 된다.
도 2를 참조하면, 이러한 문제점들을 해결하고자 실시예들에 따른 온도 측정 장치(100)는, 열 전도체(130)를 이용함으로써 가열체(120)의 온도를 획득할 수 있다. 온도 측정 장치(100)는 코일(110), 가열체(120), 열 전도체(130), 온도 센서(140), 전원부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
온도 측정 장치(100)는, 전원부(150)로부터 코일(110)에 전력을 공급하고, 코일(110)에서 전자기를 발생시킴으로써 가열체(120)를 가열하는 가열 동작 및 온도 센서(140)를 통해 가열체(120)에 접하는 열 전도체(130)의 온도를 측정하고, 열 전도체(130)의 온도에 기초하여 가열체(120)의 온도를 획득하는 온도 측정 동작을 수행할 수 있다.
온도 측정 장치(100)가 반드시 가열 동작 및 온도 측정 동작을 모두 수행하는 것은 아니고, 가열 동작 및 온도 측정 동작 중 어느 하나만을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 가열체(120)에 대한 가열 동작은 별도의 전원부(150)로부터 인가되는 전력에 의해 수행될 수 있으며, 온도 측정 장치(100)는 가열체(120)에 대한 온도 측정 동작만을 수행할 수도 있다.
코일(110)은 솔레노이드(solenoid)로 구현될 수 있다. 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질은 구리(Cu)일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 낮은 비저항값을 가져 높은 전류가 흐르도록 하는 재질로서 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 아연(Zn) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나, 또는 적어도 하나를 포함하는 합금이 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질이 될 수 있다.
가열체(120)는 온도 측정 동작 시, 공급 전력 및 가열 온도 간 프로파일을 획득하려는 대상이다. 예를 들면, 가열체는 유도 가열에 의해 발열되는 서셉터(susceptor)이다.
가열체(120)는 코일(110) 내부에 배치되고, 코일(110)의 중심선(L1)을 따라 Z축 방향으로 연장될 수 있다. 가열체(120)의 형상, 사이즈, 서셉턴스(susceptance)를 비롯한 발열 성질 및 소재 등은 용도에 따라 상이하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치에 사용되는 가열체(120)의 경우, 궐련에 대한 침투 및 궐련에 대한 열전달이 용이하도록 가늘고 긴 세장형일 수 있다. 또는 가열체(120)는 궐련 내부로 침투하는 것이 용이하도록 봉침형일 수도 있다. 또는 가열체(120)는 궐련 외부를 감싸도록 궐련의 외직경과 일치하는 개구를 포함하는 실린더형일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 가열체(120)는 온도 측정 장치(100)와 별도로 구비되는 외부 구성 요소일 수도 있다. 예를 들면, 온도 측정 장치(100)는 별도의 에어로졸 생성 장치에 구비되는 가열체(120)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정용 키트(kit)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 가열체(120)는 온도 측정 장치(100)에 대해 장착 및 탈착되어 교체될 수도 있다. 가열체(120)들은 각각 열전도성, 형상 및 수치 등이 상이하게 설계될 수 있고, 온도 측정 장치(100)는 가열체(120)들을 교체하면서 각각의 가열체(120)에 대한 공급 전력 및 가열 온도 프로파일을 획득할 수 있다.
가열체(120)는 전자기 유도 현상에 따라 와전류가 유도되는 것이 용이하도록 강자성 소재로 구성될 수 있다. 따라서, 외부 자기장에 대해 가열체(120) 내부의 원자 자석들이 외부 자기장의 방향으로 강하게 자화될 수 있고, 외부 자기장이 소멸해도 가열체(120)는 자력을 그대로 유지할 수 있다. 예를 들면 가열체(120)는 철, 니켈, 코발트 등의 강자성 소재로 이루어질 수 있다.
가열체(120)가 세장형으로서 온도 측정 가능한 지점을 찾기 어렵고, 가열체(120)가 코일(110)에 의해 가려지는 바 온도 측정이 방해되기 때문에, 유도 가열형 가열체(120)에 대한 직접적인 온도 측정이 어려운 문제가 있다. 따라서, 온도 측정 장치(100)는 가열체(120)로부터 열을 전달받는 열 전도체(130)를 이용해 가열체(120)에 대한 온도 측정을 간접적으로 수행할 수 있다.
열 전도체(130)는 가열체(120)보다, 온도 측정이 용이한 형상 및 수치로 제작된다. 예를 들면 열 전도체(130)는 가열체(120)보다 넓은 면적을 갖고, 코일(110) 외부로 돌출된 부분을 포함함으로써 열 전도체(130)에 대한 온도 측정이 용이하다.
열 손실을 줄이고, 우수한 열 전도성을 확보하기 위해서 열 전도체(130)는 가열체(120)를 접촉하면서 둘러싼다. 열 전도체(130)는 열 전도성이 우수한 재질로서, 예를 들면 금, 은 및 세라믹 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 열 전도체(130)는 코일(110)의 전자기에 의한 와전류가 발생하지 않도록 외부 자기장에 의한 자화 성질이 약한 상자성 물질 또는 외부 자기장에 의해 자화되지 않는 반자성 물질로 구성될 수 있다. 열 전도체(130)는 상자성 소재로서 예를 들면, 열 전도체(130)는 세라믹 소재, 종이, 알루미늄, 마그네슘, 텅스텐 등으로 구성될 수 있다. 또는, 열 전도체(130)는 반자성 소재로서 예를 들면 세라믹 소재, 구리, 유리, 플라스틱, 금, 수소, 물 등으로 구성될 수 있다.
온도 센서(140)는 열 전도체(130)의 온도를 접촉식 또는 비접촉식으로 측정할 수 있다. 온도 센서(140)는 코일(110)에 의해 인가되는 자기장에 영향을 받지 않는 종류의 센서일 수 있다. 온도 센서(140)는 측정한 온도값을 제어부(160)로 송신할 수 있다.
온도 센서(140)는 열 전도체(130)에 대해 비접촉식으로 온도를 측정하는 적외선 센서일 수 있다. 적외선 센서를 통해 열 전도체(130)의 온도가 측정되는 경우 열 전도체(130) 및 온도 센서(140)를 연결하기 위한 구조가 요구되지 않을 수 있어, 에어로졸 생성 장치의 설계가 간결해질 수 있다.
또는 온도 센서(140)는 열 전도체(130)에 대해 접촉 방식으로 온도를 측정하는 센서일 수 있다. 온도 센서(140)는 특정 온도의 기전력을 감지하는 써모커플(열전대; thermocouples), 저항을 감지하는 온도 측정 저항체(RTD; Resistance Temperature Devices)와 써미스터(thermistor), 온도에 따라 상태가 변하는 온도 라벨, 액체 온도계 및 바이메탈 온도센서 등을 포함할 수 있다.
전원부(150)는 온도 측정 장치(100)의 각 구성 요소에 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 예를 들면, 전원부(150)는 가열 동작 시 필요한 전력을 코일(110)에 공급할 수 있다. 또, 전원부(150)는 온도 측정을 위해 온도 센서(140)에 전력을 공급할 수 있다.
전원부(150)는 예를 들면 니켈 카드뮴(Ni-Cd), 알카라인 전지, 니켈 수소(Ni-Mh), 밀폐형 납산(SLA), 리튬 이온(Li-ion) 및 리튬 폴리머(Li-polymer) 등의 충전 전지를 포함할 수 있다.
전원부(150)는 직류 전류를 공급하는 배터리 및 배터리로부터 공급되는 직류 전류를 코일(110)에 공급되는 교류 전류로 변환하는 변환부를 포함할 수 있다.
전원부(150)는 배터리와 제어부(160)의 사이에 배터리의 전압을 일정하게 유지시키는 레귤레이터(regulator)를 포함할 수 있다.
제어부(160)는 온도 측정 장치(100)의 각 구성 요소의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(160)는 가열 동작 시 코일(110)에 흐르는 전류를 제어함으로써, 자기장을 발생시킬 수 있고, 이에 따라 가열체(120)에 유도 전류가 발생시킬 수 있다. 이러한 유도 가열 현상은 패러데이의 유도 법칙(Faraday's Law of induction) 및 옴의 법칙(Ohm's Law)으로 설명되는 공지된 현상으로서, 전도체 내의 자기 유도가 변화하는 경우 변화되는 전기장이 전도체 내에 생성되는 현상을 의미한다.
코일(110)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 변하는 경우 가열체(120)의 온도 또한 변할 수 있다. 제어부(160)는 코일(110)에 공급되는 전력을 제어하여 코일(110)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수를 조정할 수 있고, 그에 따라 가열체(120)의 온도가 제어될 수 있다.
제어부(160)는 펄스 폭 변조 방식(PWM; Pulse Width Modulation)에 따라 듀티 사이클을 조절함으로써, 가열체(120)의 온도를 조절할 수도 있다. 듀티 사이클이 증가하면, 펄스에 의한 가열 구간이 증가하므로 가열체(120)의 온도가 증가하고, 듀티 사이클이 감소하면, 가열 구간이 감소하므로 가열체(120)의 온도가 감소한다.
미도시하였으나, 제어부(160)는 사용자의 버튼입력이나 터치입력을 수신하는 입력수신부, 사용자단말과 같은 외부통신장치와 통신을 수행할 수 있는 통신부, 온도 측정 장치(100)의 상태 정보를 표시하는 디스플레이부 및 코일(110)에 인가되는 전력의 펄스폭을 제어하는 펄스폭변조처리부를 더 포함할 수도 있다.
제어부(160)는, 온도 센서(140)로부터 측정한 열 전도체(130)의 온도값을 수신할 수 있다. 제어부(160)는 열 전도체(130)의 온도값에 기초하여 가열체(120)의 온도값을 획득할 수 있다. 제어부(160)는 미리 저장된 알고리즘 및 연산식에 따라 열 전도체(130)의 온도값에 기초하여 가열체(120)의 온도값을 획득하는 데 필요한 연산들을 수행할 수 있다. 제어부(160)는 연산을 위해 필요한 열 전도체(130) 및 가열체(120)에 관한 정보들을 메모리로부터 불러오거나, 사용자로부터 입력받거나, 또는 센서를 통해 측정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(160)는 열 전도체(130) 및 가열체(120)의 열전도도(thermal conductivity), 열확산율(thermal diffusivity), 형상, 접촉면의 면적, 각 방향에 따른 두께를 비롯한 수치 정보 및 온도 측정 장치(100) 주변의 온도 및 습도에 관한 정보들을 활용하여, 열 전도체(130)의 온도에 기초하여 가열체(120)의 온도를 획득할 수 있다.
또는, 메모리는 가열체(120)의 온도값 및 열 전도체(130)의 온도값을 미리 실험적으로 측정하여 매칭해 둔 테이블을 저장할 수 있으며, 제어부(160)는 테이블을 참조하여, 열 전도체(130)의 온도값으로부터 가열체(120)의 온도값을 획득할 수도 있다.
제어부(160)는 전원부(150)를 통해 코일(110)에 인가되는 전력을 기록할 수 있다. 제어부(160)는 코일(110)에 인가된 전력 및 가열체(120)의 온도 간 프로파일을 생성할 수 있다. 제어부(160)는 가열체(120)에 공급한 전력 및 가열체(120)의 온도에 관한 사항들을 서로 매칭하여 전력 및 온도 프로파일을 생성할 수 있다. 생성된 전력 및 온도 프로파일은, 에어로졸 생성 장치를 비롯한 유도 가열 방식을 이용한 히터의 동작을 위해서 활용될 수 있다. 또, 생성된 전력 및 온도 프로파일은 코일(110)에 인가되는 전력을 보정(calibration)을 하는 데 활용될 수 있다. 제어부(160)는 획득한 가열체(120)의 온도에 기초하여, 코일(110)에 인가되는 전력량을 재설정할 수 있다.
제어부(160)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장되는 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 제어부(160)는 복수 개의 프로세싱 엘리먼트들(processing elements)로 구성될 수도 있다.
도 3은 도 2에 따른 온도 측정 장치(100)의 코일(110), 가열체(120) 및 열 전도체(130)에 대한 Y축 방향 단면도이다. 도 3을 참조하면, 가열체(120)는 코일(110) 내부에 배치되고, 코일(110)의 중심선(L1)을 따라 Z축 방향으로 연장될 수 있다.
가열체(120)는 코일(110) 내부에서 코일(110)을 대향하는 측면(A1) 및 코일(110)의 중심선(L1)을 가로지르는 상면(A2) 및 상면(A2)과 대향하는 후면(A3)을 포함할 수 있다.
열 전도체(130)는 가열체(120)에 접하면서 가열체(120)를 둘러쌀 수 있다. 예를 들면, 열 전도체(130)는 가열체(120)의 상면(A2)에 접촉하여 가열체(120)의 상면을 둘러쌀 수 있다. 따라서, 코일(110)의 중심선(L1)을 가로지르는 평면인, 열 전도체(130)의 Z축 방향 단면은 가열체(120)의 Z축 방향 단면보다 크다. 열 전도체(130)의 상면의 면적이 가열체(120)의 상면(A2)의 면적보다 크기 때문에, 온도 센서(140)는 보다 용이하게 열 전도체(130)의 상면에 대해 온도를 측정할 수 있다.
또, 열 전도체(130)가 가열체(120)의 측면(A1)에 접촉하면서 가열체(120)를 둘러쌀 수 있다. 열 전도체(130)는 가열체(120)에 대한 접촉 면적을 최대화함으로써, 효과적으로 가열체(120)로부터 열을 전달받을 수 있다.
또, 열 전도체(130)가 가열체(120)의 후면(A3)에 접촉하면서 가열체(120)를 둘러쌀 수도 있다. 다만, 가열체(120)는 후면(A3)을 통해서 전력을 수급해야 하므로, 열 전도체(130)는 전원 공급 경로는 확보한 채 가열체(120)의 후면(A3)을 둘러쌀 수 있다.
열 전도체(130)의 형상은 가열체(120)의 형상과 일치할 수 있다. 예를 들어, 가열체(120)가 세장형인 경우, 열 전도체(130)도 세장형이고, 가열체(120)의 단부가 뾰족하여 봉침형인 경우, 열 전도체(130)도 봉침형일 수 있다. 이로써, 열 전도체(130)는 가열체(120)에 대한 접촉 면적을 최대화하여, 효과적으로 열을 전달받을 수 있다.
온도 센서(140)는 열 전도체(130)의 상면의 온도를 측정할 수 있다. 열 전도체(130)의 측면은 코일(110)에 의해 은폐되는 부분이 많기 때문에, 열 전도체(130) 측면에 대한 온도 측정은 어렵다. 따라서 온도 센서(140)는 열 전도체(130)에 대해 Z축 방향에 위치하고, 열 전도체(130) 상면의 온도를 측정한다.
온도 센서(140)는 비접촉 방식으로, 열 전도체(130)로부터 중심선(L1)의 연장 방향인 Z축 방향으로 이격된 채 온도를 측정할 수도 있다. 이로써, 코일(110)의 전자기가 온도 센서(140)의 프로브에 미칠 수 있는 영향이 최소화될 수 있다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 온도 측정 장치(100)의 코일(110), 가열체(120) 및 열 전도체(130)에 관한 도면이다. 도 4를 참조하면, 열 전도체(130)는 코일(110)의 단부로부터 소정의 거리(d1)만큼 돌출되는 돌출부를 포함할 수 있다.
이로써, 온도 센서(140)는 열 전도체(130)의 돌출부의 온도를 측정할 수 있고, 코일(110)의 전자기에 의해 온도 센서(140)의 프로브에 미칠 수 있는 영향이 최소화될 수 있다. 이 때 온도 센서(140)는 비접촉식으로 열 전도체(130)로부터 이격된 채 온도를 측정할 수도 있고, 또는 접촉식으로 열 전도체(130)에 접촉하여 온도를 측정할 수도 있다.
또한 이로써, 코일(110)이 시각적으로 열 전도체(130)를 은폐하는 문제점이 해결될 수 있다. 미도시되었으나, 이 때 온도 센서(140)는 열 전도체(130)의 돌출부 측면의 온도를 측정할 수도 있다.
도 5는 또 다른 일 실시예에 따른 온도 측정 장치(100)의 코일(110), 가열체(120) 및 열 전도체(130)에 관한 도면이다.
도 5를 참조하면, 열 전도체(130)의 형상은 가열체(120)의 형상과 일치할 수 있다. 예를 들면, 가열체(120)는 일 부분의 Z축 방향 단면적이 Z축 방향에 따라 감소하는 봉침형이다. 이에 따라, 열 전도체(130)의 일 부분의 Z축 방향 단면적이 Z축 방향에 따라 감소하는 봉침형이다. 열 전도체(130) 및 가열체(120)의 형상이 동일함으로써, 열 전도체(130) 내면이 가열체(120)에 접촉하는 면이 증가하여 가열체(120)로부터 열 전도체(130)로 열 전달이 효과적으로 이루어지고, 열 전도체(130) 외면과 가열체(120) 간 거리가 일정하게 유지되어, 전달받은 열이 열 전도체(130) 외부로 발열되는 것이 최소화될 수 있다.
열 전도체(130)는 코일(110)의 단부로부터 소정의 거리(d2)만큼 돌출된 돌출부를 포함할 수 있고, 열 전도체(130)의 돌출부에서 Z축 방향 단면적은 감소할 수 있다. 돌출부의 Z축 방향으로 최외곽에는 꼭짓점이 형성되고, 온도 센서(140)는 꼭짓점에 접촉하여 온도를 측정할 수 있다. 이로써, 열 전도체(130)는 돌출부를 통해 코일(110)의 외부에서 온도 측정을 용이하게 하고, 온도 센서(140)가 돌출부에 접촉하는 것을 용이하게 한다.
도 6은 일 실시예에 따른 온도 측정 방법에 관한 순서도이다. 온도 측정 방법은 도 2 내지 도 5를 통해 설명한 온도 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다. 도 2 내지 도 5를 통해 상술한 온도 측정 장치(100)에 관한 사항들이 도 6의 온도 측정 방법에 대해서도 적용될 수 있다.
온도 측정 방법은 코일(110)을 통해 전자기를 인가함으로써, 반자성 또는 상자성 소재의 열 전도체(130)에 의해 둘러 싸인, 강자성 소재의 가열체(120)를 가열하는 단계를 포함할 수 있다(S1100). 온도 측정 장치(100)는 전원부(150)로부터 코일(110)에 전력을 인가하여 코일(110) 내부에 배치된 가열체(120)에 와전류를 유도함으로써 가열체(120)를 가열할 수 있다. 가열체(120)는 강자성 소재로 구성되므로, 와전류의 유도가 용이하다. 가열체(120)는 열 전도체(130)에 접하면서 둘러싸인다. 열 전도체(130)는 반자성 또는 상자성 소재로 구성된 바, 코일(110)에 의한 유도 가열의 영향은 최소화된다. 열 전도체(130)는 열 전도성이 우수한 소재로 구성되며, 가열체(120)에 발생된 열은 열 전도체(130)에 효과적으로 전달된다.
이후 온도 측정 방법은 온도 센서(140)를 통해 열 전도체(130)의 온도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다(S1200).
열 전도체(130)는 가열체(120)보다 외부로 드러난 면적이 크다. 예를 들면, 코일(110)의 중심선(L1)을 가로지르는 평면에서, 열 전도체(130)의 단면적은 가열체(120)의 단면적보다 크다. 이로써, 열 전도체(130)는 가열체(120) 자체보다 온도를 측정할 수 있는 더 넓은 면적을 제공할 수 있다.
또는, 열 전도체(130)의 일부는 코일(110)의 단부로부터 소정의 거리만큼 돌출될 수 있다. 이로써, 코일(110)에 의해 가려지지 않는 열 전도체(130)의 일부에 대한 온도 측정이 용이하다.
이후 온도 측정 방법은 열 전도체(130)의 온도에 기초하여 가열체(120)의 온도를 획득하는 단계를 포함할 수 있다(S1300). 온도 측정 장치(100)는 열 전도체(130) 및 가열체(120)의 열 전도성에 관한 정보, 열 전도체(130) 및 가열체(120)의 형상 및 수치에 관한 정보, 주변의 기후 상황 정보 및 미리 수행된 가열체(120)의 온도값 및 열 전도체(130)의 온도값 간의 실험데이터 등 다양한 정보들에 기초하여 열 전도체(130)의 온도값으로부터 가열체(120)의 온도값을 획득할 수도 있다. 이로써, 유도 가열을 이용한 히터의 가열체(120)에 대한 직접적인 온도 측정이 어려울 경우, 온도 측정 장치(100)는 열 전도체(130)를 통해 가열체(120)에 대한 간접적인 온도 측정 방법을 수행할 수 있다.
이후 온도 측정 방법은 코일(110)에 인가된 전력 및 가열체(120)의 온도 간 프로파일을 생성하는 단계를 포함할 수 있다(S1400).
온도 측정 장치(100)는 가열체(120)에 공급한 전력에 관한 정보를 실시간으로 기록할 수 있으며, 온도 측정 장치(100)는 코일(110) 및 가열체(120)에 공급한 전력 및 가열체(120)의 온도에 관한 사항들을 서로 매칭하여 전력 및 온도 프로파일을 생성할 수 있다. 생성된 전력 및 온도 프로파일은, 에어로졸 생성 장치를 비롯한 유도 가열 방식을 이용한 히터의 동작을 위해서 사용될 수 있다. 또, 생성된 전력 및 온도 프로파일은 코일(110)에 인가되는 전력을 보정(calibration)을 하는 데 활용될 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100 온도 측정 장치
110 코일
120 가열체
130 열 전도체
140 온도 센서
150 전원부
160 제어부

Claims (14)

  1. 전력이 인가됨에 따라 전자기를 발생시키는 코일;
    강자성 소재로 이루어진 가열체와 접하면서 상기 가열체를 둘러싸고, 반자성 또는 상자성 소재로 이루어진 열 전도체;
    상기 열 전도체의 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 코일에 전력을 인가하는 전원부; 및
    상기 열 전도체의 온도에 기초하여 상기 가열체의 온도를 획득하는 제어부;를 포함하는
    온도 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가열체는 상기 코일의 중심선을 따라 배치되고,
    상기 열 전도체는, 상기 코일을 대향하는 상기 가열체의 측면 및 상기 코일의 중심선을 가로지르는 상기 가열체의 상면에 접하고,
    상기 온도 센서는 상기 열 전도체의 상기 상면의 온도를 측정하는
    온도 측정 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전도체의 일 부분은 상기 코일의 단부로부터 소정의 거리만큼 돌출되는
    온도 측정 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 코일의 중심선을 가로지르는 상기 열 전도체의 단면적은 상기 가열체의 단면적보다 큰
    온도 측정 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전도체의 단면적은 상기 코일의 중심선의 연장 방향에 따라 감소하고,
    상기 온도 센서는 상기 중심선의 연장 방향의 일 지점에서 상기 열 전도체에 접촉하여 온도를 측정하는
    온도 측정 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 가열체의 단면적은 상기 중심선의 연장 방향에 따라 감소하는
    온도 측정 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 열 전도체로부터 상기 코일의 중심선의 연장 방향으로 이격되어 상기 열 전도체의 온도를 측정하는
    온도 측정 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 열 전도체는 세라믹 소재인,
    온도 측정 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전원부를 통해 상기 코일에 인가되는 전력을 기록하고, 상기 코일에 인가된 전력 및 상기 가열체의 온도 간 프로파일을 생성하는
    온도 측정 장치.
  10. 코일에 전력을 인가함으로써, 반자성 또는 상자성 소재의 열 전도체에 의해 둘러 싸인, 강자성 소재의 가열체를 가열하는 단계;
    온도 센서를 통해 상기 열 전도체의 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 열 전도체의 온도에 기초하여 상기 가열체의 온도를 획득하는 단계를 포함하는,
    온도 측정 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 코일에 인가되는 전력을 기록하고, 상기 코일에 인가된 전력 및 상기 가열체의 온도 간 프로파일을 생성하는 단계를 더 포함하는
    온도 측정 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 열 전도체의 일 부분은 상기 코일의 단부로부터 소정의 거리만큼 돌출된,
    온도 측정 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 코일의 중심선을 가로지르는 평면에서, 상기 열 전도체의 단면적은 상기 가열체의 단면적보다 큰,
    온도 측정 방법.
  14. 제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 기재된 온도 측정 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
KR1020190099735A 2019-08-14 2019-08-14 유도 가열 히터에 대한 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법 KR102231229B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190099735A KR102231229B1 (ko) 2019-08-14 2019-08-14 유도 가열 히터에 대한 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190099735A KR102231229B1 (ko) 2019-08-14 2019-08-14 유도 가열 히터에 대한 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210020437A true KR20210020437A (ko) 2021-02-24
KR102231229B1 KR102231229B1 (ko) 2021-03-23

Family

ID=74689395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190099735A KR102231229B1 (ko) 2019-08-14 2019-08-14 유도 가열 히터에 대한 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102231229B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023078751A1 (en) 2021-11-04 2023-05-11 Jt International S.A. Temperature measurement system for an aerosol-generating device, aerosol-generating device comprising the temperature measurement system and method for measuring a temperature in an aerosol-generating device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06207859A (ja) * 1993-01-11 1994-07-26 Nippon Steel Corp 誘導加熱材の温度検出装置
JPH06341774A (ja) * 1993-06-03 1994-12-13 Hitachi Ltd 誘導加熱物の温度測定法
JP2011007537A (ja) * 2009-06-23 2011-01-13 Shibaura Electronics Co Ltd 温度センサ
JP2014149158A (ja) * 2013-01-31 2014-08-21 Mitsubishi Electric Corp 被加熱試験体の加熱制御装置および加熱制御方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06207859A (ja) * 1993-01-11 1994-07-26 Nippon Steel Corp 誘導加熱材の温度検出装置
JPH06341774A (ja) * 1993-06-03 1994-12-13 Hitachi Ltd 誘導加熱物の温度測定法
JP2011007537A (ja) * 2009-06-23 2011-01-13 Shibaura Electronics Co Ltd 温度センサ
JP2014149158A (ja) * 2013-01-31 2014-08-21 Mitsubishi Electric Corp 被加熱試験体の加熱制御装置および加熱制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102231229B1 (ko) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2918195T3 (es) Determinación de la temperatura
CN111902060B (zh) 气溶胶生成装置、气溶胶生成系统和气溶胶生成装置的制造方法
KR102509093B1 (ko) 에어로졸 생성 장치 및 에어로졸 생성 시스템
JP2016520245A (ja) 支持要素に収容された温度センサを備える電気付属品
WO2019023594A1 (en) SENSOR SYSTEM AND INTEGRATED SENSOR-HEATING DEVICE ASSEMBLY FOR MEASURING AND CONTROLLING THE PERFORMANCE OF A HEATING SYSTEM
KR102231229B1 (ko) 유도 가열 히터에 대한 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법
JP2022544601A (ja) 周辺加熱エアロゾル発生装置における温度検出
CN213154006U (zh) 一种电子烟发热组件及电子烟
CN111465131A (zh) 一种基于厚膜技术的测温反馈电磁感应发热体
JP2022524800A (ja) エアロゾル供給デバイス
Grzenik et al. Calculable AC voltage standards for 10 kHz-1 MHz frequency range
KR102508888B1 (ko) 이중 가열 방식의 전자 담배용 발열 장치와 방법 및 전자 담배
CN112826151A (zh) 一种涡流发热体和气溶胶发生装置
JP7477619B2 (ja) エアロゾル生成装置及びエアロゾル生成システム
CN210323331U (zh) 一种磁性材料特性测试仪
CN211982174U (zh) 一种基于厚膜技术的测温反馈电磁感应发热体
KR200399623Y1 (ko) 침구류용 무자계 발열선
CN207571197U (zh) 一种测量电导率与温度的关系实验装置机构
CN213022049U (zh) 一种电烙铁温度计校准装置
CN112790441A (zh) 一种雾化装置的加热组件
EP1086772A2 (en) Electric soldering iron
CN217609533U (zh) 温度传感器、发热组件和气溶胶产生装置
CN219781623U (zh) 测温装置及气溶胶产生设备
KR102562161B1 (ko) 독립된 2 히터 구조를 구비하는 휴대용 에어로졸 발생장치
CN219182831U (zh) 加热组件及气溶胶产生装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant