KR20210092080A - 열전소자를 이용하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

열전소자를 이용하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 에어로졸 생성 장치 Download PDF

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KR20210092080A
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Abstract

일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 개구를 갖는 하우징, 상기 개구를 통하여 삽입된 상기 에어로졸 생성 물품을 수용하는 수용부, 및 상기 수용부를 향하는 발열부 및 상기 발열부와 대향되며 상기 하우징을 향하는 흡열부를 포함하는 열전소자를 포함하고, 상기 에어로졸 생성 물품에서 에어로졸이 생성되도록, 상기 열전소자의 상기 발열부는 상기 에어로졸 생성 물품을 가열한다.

Description

열전소자를 이용하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 에어로졸 생성 장치{Aerosol generating device for heating aerosol-generating article using thermoelectric element}
본 개시는 열전소자를 이용하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 에어로졸 생성 장치를 제공한다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 에어로졸 생성 물질이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성되는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 가열식 궐련 또는 가열식 에어로졸 생성 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
열전소자를 이용하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 에어로졸 생성 장치를 제공하고자 한다.
기술적 과제는 상술한 바에 한정되지 않으며, 이하의 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치는, 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 개구를 갖는 하우징; 상기 개구를 통하여 삽입된 상기 에어로졸 생성 물품을 수용하는 수용부; 및 상기 수용부를 향하는 발열부 및 상기 발열부와 대향되며 상기 하우징을 향하는 흡열부를 포함하는 열전소자를 포함하고, 상기 에어로졸 생성 물품에서 에어로졸이 생성되도록, 상기 열전소자의 상기 발열부는 상기 에어로졸 생성 물품을 가열할 수 있다.
다른 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치는, 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 개구를 갖는 하우징; 상기 개구를 통하여 삽입된 상기 에어로졸 생성 물품을 수용하는 수용부; 상기 수용부를 향하는 발열부 및 상기 발열부와 대향되며 상기 하우징을 향하는 흡열부를 포함하는 열전소자; 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하는 히터; 상기 열전소자 및 상기 히터에 전력을 제공하는 배터리; 및 상기 배터리에서 상기 열전소자 및 상기 히터로 제공되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 열전소자 및 상기 히터 중 적어도 어느 하나가 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하도록, 상기 열전소자 및 상기 히터로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
열전소자를 이용하여 에어로졸 생성 물품을 가열함으로써, 에어로졸을 생성할 수 있다. 또한 열전소자의 흡열부에 의해, 에어로졸 생성 물품을 가열함으로써 발생된 열이 온전히 사용자에게 전달하는 것을 차단할 수 있다.
발명의 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 에어로졸 생성 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 열전소자의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 에어로졸 생성 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 에어로졸 생성 장치의 하드웨어 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 에어로졸 생성 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 에어로졸 생성 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 에어로졸 생성 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 에어로졸 생성 장치의 작동 방법의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 히터의 가열 시간에 기초하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 히터의 가열 온도에 기초하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
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 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
에어로졸 생성 장치(1)는 하우징(110), 수용부(120), 열전소자(130), 제어부(140), 및 배터리(150)를 포함할 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 에어로졸 생성 장치(1)에는 본 실시예와 관련된 구성들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 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.
하우징(110)은 에어로졸 생성 물품(180)이 삽입되는 개구(111)를 포함할 수 있다. 하우징(110)은 에어로졸 생성 장치(1)의 외관을 형성할 수 있다.
에어로졸 생성 물품(180)은 궐련일 수 있다. 에어로졸 생성 물품(180)은 담배를 포함하는 제1 부분(181) 및 필터 등을 포함하는 제2 부분(182)으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물품(180)의 제1 부분(181)은 담배 시트, 담배 시트가 세절된 담배 가닥들, 담배 과립들 등으로 충전될 수 있다.
에어로졸 생성 물품(180)의 제1 부분(181)에는 에어로졸 생성 물질이 포함될 수 있다. 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 있다. 또는, 에어로졸 생성 물품(180)의 제2 부분(182)에도 에어로졸 생성 물질이 포함될 수 있다. 예를 들어, 과립 또는 캡슐 형태로 만들어진 에어로졸 생성 물질이 제2 부분(182)에 삽입될 수 있다.
수용부(120)에는 개구(111)를 통하여 삽입된 에어로졸 생성 물품(180)이 수용될 수 있다. 수용부(120)에는 제1 부분(181) 전체가 삽입되고, 제2 부분(182)은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부에 제1 부분(181)의 일부만 삽입될 수도 있고, 제1 부분(181) 및 제2 부분(182)의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 제2 부분(182)을 입으로 문 상태에서 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 제1 부분(181)을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제2 부분(182)을 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.
열전소자(130)는 열과 전기의 상호작용으로 나타나는 각종 효과를 이용하는 소자이다. 예를 들어, 열전소자(130)는 펠티에 소자(Peltier element)일 수 있다.
열전소자(130)는 발열부(131) 및 흡열부(132)를 포함할 수 있다. 발열부(131)는 수용부(120)를 향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 발열부(131)는 수용부(120)를 감싸는 하우징(110)의 내부벽(112)을 향할 수 있다. 다른 예를 들어, 발열부(131)는 적어도 일부가 수용부(120)에 배치되도록, 내부벽(112)으로부터 돌출되게 배치될 수 있다. 흡열부(132)는 발열부(131)와 대향되며 하우징(110)을 향하도록 배치될 수 있다.
발열부(131)는 에어로졸 생성 물품(180)에서 에어로졸이 생성되도록, 에어로졸 생성 물품(180)을 가열할 수 있다. 흡열부(132)는 주위의 열을 흡수함으로써, 발열부(131) 및 생성된 에어로졸로부터의 열의 확산을 억제할 수 있다. 따라서, 흡열부(132)는 발열부(131)와 하우징(110)의 사이에서 단열 기능을 수행할 수 있으며, 발열부(131)로부터 발생된 열이 사용자에게 온전히 전달되는 것을 차단할 수 있다.
열전소자(130)는 에어로졸 생성 물품(180)의 적어도 일부를 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 열전소자(130)는 에어로졸 생성 물품(180)의 제1 부분(181)의 적어도 일부를 감싸도록 배치될 수 있다. 열전소자(130)는 에어로졸 생성 물품(180)을 감싸도록, 곡면을 형성할 수 있다. 예를 들어, 열전소자(130)는 에어로졸 생성 물품(180)을 감싸는 환형일 수 있다. 또는, 열전소자(130)는 에어로졸 생성 물품(180)을 감싸도록, 구부러질(flexible) 수 있다.
제어부(140)는 배터리(150)에서 열전소자(130)로 제공되는 전력을 제어할 수 있다. 제어부(140)는 열전소자(130)가 에어로졸 생성 물품(180)을 가열하도록, 열전소자(130)로 제공되는 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 열전소자(130)가 기 설정된 온도로 에어로졸 생성 물품(180)을 가열하도록, 열전소자(130)로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
제어부(140)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 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.
배터리(150)는 에어로졸 생성 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 배터리(150)는 열전소자(130)에 전력을 제공할 수 있고, 제어부(140)가 동작하는데 필요한 전력을 제공할 수 있다. 또한, 배터리(150)는 에어로졸 생성 장치(1)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 제공할 수 있다.
배터리(150)는 리튬인산철(LiFePO4) 배터리일 수 있으나, 상술한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 배터리(150)는 산화 리튬 코발트(LiCoO2) 배터리, 리튬 티탄산염 배터리 등이 해당될 수 있다.
도 2는 열전소자의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 열전소자(2)는 제1 전극(210), 제1 전극(210)과 이격되어 배치되는 제2 전극(220), 및 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 배치되는 열전재료(230a, 230b, 이하, 구분의 필요가 없는 경우, 230이라 함)를 포함할 수 있다. 또한, 열전소자(2)는 제2 전극(220)에 연결되며, 제2 전극(220)에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 발열부(250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 열전소자(2)는 제1 전극(210)에 연결되며 주위의 열을 흡수하여 제1 전극(210)에 전달하는 흡열부(240)를 더 포함할 수 있다.
제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은 도전성 금속일 수 있다.
열전재료(230)는 제1 전극(210) 및 제2 전극(220) 사이에 배치될 수 있다. 열전재료(230)의 일측은 제1 전극(210)과 연결되고, 열전재료(230)의 타측은 제2 전극(220)에 연결될 수 있다.
열전재료(230)는 n형 반도체(230a) 및 p형 반도체(230b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, n형 반도체(230a)는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 등이 도핑된 반도체일 수 있다. 또한, p형 반도체(230b)는 붕소(B), 알루미늄(Al), 인듐(In), 갈륨(Ga) 등이 도핑된 반도체일 수 있다.
열전재료(230)의 종류에 따라 제1 전극(210)과 제2 전극(220)의 온도 차이가 결정될 수 있다.
예를 들어, n형 반도체(230a)의 경우, 제1 전극(210)이 음극을 제2 전극(220)이 양극을 이루도록 전류가 인가되었을 때, 전기장은 n형 반도체(230a) 내의 페르미 준위의 경사를 야기할 수 있다. 전자는 에너지 준위가 높은 전도대로 이동하기 위하여 주위로부터 열에너지를 흡수하게 되며, 이로 인해 제1 전극(210)과 n형 반도체(230a)가 접하는 영역에서는 흡열 작용이 발생하게 된다. 또한, 전자가 에너지 준위가 낮은 전도대로 이동하며 에너지를 방출하게 되며, 이로 인해 제2 전극(220)과 n형 반도체(230a)가 접하는 영역에서는 발열 작용이 발생하게 된다.
다른 예로, p형 반도체(230b)의 경우, 제1 전극(210)이 양극을 제2 전극(220)이 음극을 이루도록 전류가 인가되었을 때, 전기장은 p형 반도체(230b) 내의 페르미 준위의 경사를 야기할 수 있다. 정공은 에너지 준위가 높은 전도대로 이동하기 위하여 주위로부터 열에너지를 흡수하게 되며, 이로 인해 제1 전극(210)과 p형 반도체(230b)가 접하는 영역에서는 흡열 작용이 발생하게 된다. 또한, 정공이 에너지 준위가 낮은 전도대로 이동하며 에너지를 방출하게 되며, 이로 인해 제2 전극(220)과 p형 반도체(230b)가 접하는 영역에서는 발열 작용이 발생하게 된다.
따라서, 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 전류가 흐르면, 페르미 준위차가 발생함에 따라, 제1 전극(210)에서는 흡열 작용이, 제2 전극(220)에서는 발열 작용이 발생할 수 있다.
열전소자(2)는 제1 전극(210)에 연결되며 주위의 열을 흡열하여 제1 전극(210)에 전달하는 흡열부(240)를 포함할 수 있다. 또한, 열전소자(2)는 제2 전극(220)에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 발열부(250)를 포함할 수 있다.
제1 전극(210) 및 제2 전극(220)의 온도 차이를 극대화하기 위하여, 흡열부(240)의 두께(W1)는 발열부(250)의 두께(W2)보다 작을 수 있다. 이와 달리, 흡열부(240)의 두께(W1)는 발열부(250)의 두께(W2)보다 클 수 있다.
흡열부(240) 및 발열부(250)는 열전도성 소재로 제작될 수 있다. 예를 들어, 발열부(250)는 알루미늄, 탄소강, 스테인레스강 중 어느 하나 또는 상기 금속 군에서 선택된 합금으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3은 에어로졸 생성 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
에어로졸 생성 장치(3)는 하우징(310), 수용부(320), 열전소자(330), 제어부(340), 배터리(350), 및 히터(360)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 에어로졸 생성 장치(3)는 도 1에 도시된 에어로졸 생성 장치(1)와 동일하거나 유사한 구성 요소들을 포함하며, 중복되는 기술적 특징에 대한 설명은 생략한다.
에어로졸 생성 장치(3)는 히터(360)를 포함할 수 있다. 히터(360)는 배터리(350)로부터 제공된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물품(380)이 에어로졸 생성 장치(3)에 삽입되면, 히터(360)의 적어도 일부는 에어로졸 생성 물품(380)의 내부에 위치할 수 있다. 가열된 히터(360)는 에어로졸 생성 물품(380) 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.
히터(360)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(360)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(360)가 가열될 수 있다. 그러나, 히터(360)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(3)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 다른 예로, 히터(360)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 히터(360)에는 에어로졸 생성 물품(380)을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 에어로졸 생성 물품(380)은 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 히터(360)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 에어로졸 생성 물품(380)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(3)에는 히터(360)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(360)들은 에어로졸 생성 물품(380)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 에어로졸 생성 물품(380)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(360)들 중 일부는 에어로졸 생성 물품(380)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 에어로졸 생성 물품(380)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(360)의 형상은 도 3에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
제어부(340)는 배터리(350)에서 열전소자(330) 및 히터(360)로 제공되는 전력을 제어할 수 있다. 제어부(340)는 열전소자(330) 및 히터(360) 중 적어도 어느 하나가 에어로졸 생성 물품(180)을 가열하도록, 열전소자(130) 및 히터(360)로 제공되는 전력을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(340)는 열전소자(330) 및 히터(360)가 선택적으로 에어로졸 생성 물품(180)을 가열하도록, 열전소자(130) 및 히터(360)로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
배터리(350)는 열전소자(330) 및 히터(360)에 전력을 제공할 수 있다.
히터(360) 및 열전소자(330)의 발열부(331)는 에어로졸 생성 물품(380)을 가열할 수 있다. 열전소자(330)의 흡열부(332)는 주위의 열을 흡수함으로써, 히터(360), 발열부(331), 및 생성된 에어로졸로부터의 열의 확산을 억제할 수 있다. 따라서, 흡열부(132)는 히터(360) 및 발열부(331)와 하우징(310)의 사이에서 단열 기능을 수행할 수 있으며, 히터(360) 및 발열부(331)로부터 발생된 열이 사용자에게 전달되는 것을 차단할 수 있다.
도 4는 에어로졸 생성 장치의 하드웨어 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
에어로졸 생성 장치(4)는 에어로졸 생성 물품을 가열하는 열전소자(430) 및 히터(460), 열전소자(430) 및 히터(460)의 가열 시간을 카운트하는 타이머(410), 열전소자(430) 및 히터(460)의 온도를 감지하는 온도 감지부(420), 제어부(440), 배터리(450), 및 열전소자(430)에 제공되는 전압을 변환하는 컨버터(470)를 포함할 수 있다.
제어부(440)는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호를 출력하여 히터(460)에 제공되는 전력을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(440)는 펄스 폭 변조기(Pulse Width Modulator)를 포함할 수 있다. 제어부(440)는 출력되는 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 듀티(Duty)를 조절하여 히터(460)에 제공되는 전력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부(440)는 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 듀티를 증가시켜 히터(460)에 제공되는 전력을 증가시킬 수 있다. 다른 예로, 제어부(440)는 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 듀티를 감소시켜 히터(460)에 제공되는 전력을 감소시킬 수 있다. 제어부(440)는 동일한 방법으로 열전소자(430)에 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
히터(460) 및 열전소자(430)는 작동 전압이 서로 다를 수 있다. 컨버터(470)는 배터리(450)의 출력 전압을 열전소자(430)의 작동 전압에 맞게 변환할 수 있다. 도 4에 도시된 것과 달리, 컨버터(470)는 배터리(450)와 히터(460)사이에 배치되어, 배터리(450)의 출력 전압을 히터(460)의 작동 전압에 맞게 변환할 수 있다.
에어로졸 생성 장치(1)는 히터(460)의 가열 시간을 카운트하는 타이머(410) 및 히터(460)의 온도를 감지하는 온도 감지부(420)를 포함할 수 있다. 또한, 타이머(410)는 열전소자(430)의 가열 시간을 카운트할 수 있고, 온도 감지부(420)는 열전소자(430)의 온도를 감지할 수 있다. 제어부(440)는 타이머(410)에서 감지한 시간 및 온도 감지부(420)에서 감지한 온도에 기초하여, 열전소자(430) 및 히터(460)로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 에어로졸 생성 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 도 5a의 A-A'절단면에 대한 에어로졸 생성 장치의 단면을 나타낸다.
도 5a에 도시된 에어로졸 생성 장치(5)는 도 3에 도시된 에어로졸 생성 장치(3)와 비교하여, 열전소자(530) 및 히터(560)의 배치가 다를 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 열전소자(530) 및 히터(560)는 에어로졸 생성 물품(580)이 수용부(520)에 삽입되는 방향과 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 또한 히터(560)는 에어로졸 생성 물품(580)의 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 열전소자(530) 및 히터(560)는 내부벽(512)의 원주 방향으로 배치될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에는 하나의 열전소자(530) 및 하나의 히터(560)가 도시되어 있으나, 이와 달리 에어로졸 생성 장치(5)는 복수의 열전소자들 및 복수의 히터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(5)는 에어로졸 생성 물품(680)에 삽입되는 히터를 더 포함할 수 있다.
열전소자(530) 및 히터(560)는 내부벽(512)의 원주 방향으로 연장 형성될 수 있다. 즉, 열전소자(530) 및 히터(560)는 에어로졸 생성 물품(580)을 감싸도록 연장 형성될 수 있다.
열전소자(530)가 내부벽(512)의 원주 방향으로 연장된 길이(D1)는 히터(560)가 내부벽(512)의 원주 방향으로 연장된 길이(D2)보다 같거나 짧을 수 있다. 이와 반대로, 열전소자(530)의 길이(D1)는 히터(560)의 길이(D2)보다 길 수 있다. 열전소자(530)의 길이(D1) 및 히터(560)의 길이(D2)는 열전소자(530) 및 히터(560)의 성능, 배터리(550)의 공급 가능한 전력 등에 기초하여 적절하게 설계될 수 있다.
에어로졸 생성 물품(580)은 니코틴을 포함하는 제1-1 부분(5811) 및 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제1-2 부분(5812)을 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 물품(580)은 제1-1 부분(5811)이 열전소자(530)를 향하고, 제1-2 부분(5812)이 히터(560)를 향하도록, 수용부(520)에 삽입될 수 있다. 니코틴의 기화 온도는 에어로졸 생성 물질의 기화 온도보다 낮을 수 있으며, 제어부(540)는 열전소자(530)가 제1-1 부분(5811)을 가열하고, 히터(560)가 열전소자(530)보다 높은 온도로 제1-2 부분(5812)을 가열하도록, 열전소자(530) 및 히터(560)로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
도 6은 에어로졸 생성 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 에어로졸 생성 장치(6)는 도 3에 도시된 에어로졸 생성 장치(3)와 비교하여, 열전소자(630) 및 히터(660)의 배치가 다를 수 있다.
열전소자(630) 및 히터(660)는 에어로졸 생성 물품(680)이 수용부(620)에 삽입되는 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 열전소자(630)는 히터(660)보다 하우징(610)의 개구(611)에 가깝도록 배치될 수 있다.
도 6에는 하나의 열전소자(630) 및 하나의 히터(660)가 도시되어 있으나, 이와 달리 에어로졸 생성 장치(6)는 복수의 열전소자들 및 복수의 히터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(6)는 에어로졸 생성 물품(680)에 삽입되는 히터를 더 포함할 수 있다.
에어로졸은 외부 공기가 제1 부분(681)을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제2 부분(682)을 통과하여 사용자의 입으로 전달될 수 있다. 히터(660)가 열전소자(630)보다 에어로졸 생성 물품(680)의 제1 부분(681) 측 단부에 가깝게 배치됨으로써, 열전소자(630)는 히터(660)에 의해 가열된 공기 및 에어로졸을 재가열할 수 있다.
에어로졸 생성 물품(680)이 수용부(620)에 삽입되는 방향으로의 히터(660)의 길이(D4)는 동일한 방향으로의 열전소자(630)의 길이(D3)와 같거나 더 길 수 있다. 히터(660)의 길이(D4)를 열전소자(630)의 길이(D3)보다 더 길게 형성함으로써, 히터(660)가 메인 가열 요소로서 작동하고, 열전소자(630)가 서브 가열 요소로서 작동할 수 있다. 즉, 히터(660)에 의해 에어로졸 생성 물품(680)의 온도가 짧은 기간 안에 상승할 수 있고, 열전소자(630)에 의해 에어로졸 생성 물품(680)의 온도가 서서히 하강할 수 있다.
히터(660)의 길이(D4) 및 열전소자(630)의 길이(D3)의 합은 제1 부분(681)의 길이(D5)보다 작거나 같을 수 있다. 히터(660)의 길이(D4)는 에어로졸 생성 물품(680)의 제1 부분(681)의 길이(D5)보다 짧을 수 있다. 히터(660)에 의해 감싸지지 못하는 제1 부분(681)은 열전소자(630)에 의해 감싸질 수 있다. 예를 들어, 히터(660)의 길이(D4)는 8mm이고, 열전소자(630)의 길이(D3)는 4mm이고, 제1 부분(681)의 길이(D5)는 12mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
에어로졸 생성 물품(680)은 니코틴을 포함하는 제1-1 부분(6811) 및 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제1-2 부분(6812)을 포함할 수 있다. 열전소자(630)는 제1-1 부분(6811)을 감싸고, 히터(660)는 제1-2 부분(6812)을 감싸도록 배치될 수 있다. 니코틴의 기화 온도는 에어로졸 생성 물질의 기화 온도보다 낮을 수 있으며, 제어부(640)는 열전소자(630)가 제1-1 부분(6811)을 가열하고, 히터(660)가 열전소자(630)보다 높은 온도로 제1-2 부분(6812)을 가열하도록, 열전소자(630) 및 히터(660)로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
도 7은 에어로졸 생성 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 에어로졸 생성 장치(7)는 도 3에 도시된 에어로졸 생성 장치(3)와 비교하여, 열전소자(730) 및 히터(760)의 배치가 다를 수 있다.
열전소자(730) 및 히터(760)는 에어로졸 생성 물품(780)이 수용부(720)에 삽입되는 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 히터(760)는 열전소자(730)보다 하우징(710)의 개구(711)에 가깝도록 배치될 수 있다.
도 7에는 하나의 열전소자(730) 및 하나의 히터(760)가 도시되어 있으나, 이와 달리 에어로졸 생성 장치(7)는 복수의 열전소자들 및 복수의 히터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(7)는 에어로졸 생성 물품(780)에 삽입되는 히터를 더 포함할 수 있다.
에어로졸은 외부 공기가 제1 부분(781)을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제2 부분(782)을 통과하여 사용자의 입으로 전달될 수 있다. 열전소자(730)가 히터(760)보다 에어로졸 생성 물품(780)의 제1 부분(781) 측 단부에 가깝게 배치됨으로써, 흡연 시 하우징(710)을 잡은 사용자의 손과 가깝게 위치할 수 있다. 따라서, 사용자는 하우징(710)을 잡은 손을 통해 열전소자(730)의 흡열부가 주위의 열을 흡수함으로써 발생하는 냉각 효과를 느낄 수 있다.
도 8은 에어로졸 생성 장치의 작동 방법의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 8에 도시된 에어로졸 생성 장치의 작동 방법은 이상에서 설명한 에어로졸 생성 장치에 의해 실행될 수 있다.
810 단계에서, 에어로졸 생성 장치의 제어부는 에어로졸 생성 장치의 작동 모드를 결정할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 히터를 이용하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 제1 모드 및 열전소자를 이용하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 제2 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
제어부는 히터의 가열 시간에 기초하여 제1 모드 및 제2 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 히터의 가열 시간이 기 설정된 시간에 도달하기 이전이면 제1 모드를 선택하고, 히터의 가열 시간이 기 설정된 시간에 도달하면 제2 모드를 선택할 수 있다. 다른 예를 들어, 제어부는 기 실정된 예열 시간 동안 제1 모드를 선택하고, 기 설정된 흡연 시간 동안 제2 모드를 선택할 수 있다.
또는, 제어부는 히터의 가열 온도에 기초하여 제1 모드 및 제2 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 히터의 가열 온도가 기 설정된 온도에 도달하기 이전이면 제1 모드를 선택하고, 히터의 가열 온도가 기 설정된 온도에 도달하면 제2 모드를 선택할 수 있다. 다른 예를 들어, 제어부는 단위 시간당 온도 변화량이 상대적으로 큰 구간에서는 제1 모드를 선택하고, 단위 시간당 온도 변화량이 상대적으로 적은 구간에서는 제2 모드를 선택할 수 있다.
820 단계에서, 제어부는 제1 모드가 선택된 경우, 히터가 에어로졸 생성 물품을 가열하도록, 히터로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
830 단계에서, 제어부는 제2 모드가 선택된 경우, 열전소자가 에어로졸 생성 물품을 가열하도록, 열전소자로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
도 8에 도시된 순서도에서, 제1 모드는 히터가 에어로졸 생성 물품을 가열하는 모드이나, 이와 달리 제1 모드는 히터 및 열전소자 모두 에어로졸 생성 물품을 가열하는 모드일 수 있다.
도 9는 히터의 가열 시간에 기초하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에는 에어로졸 생성 장치가 에어로졸 생성 물품을 가열하는 온도의 프로파일(910)이 도시되어 있다. 제어부는 기 설정된 예열 시간(t1)에 도달하기 이전이면 제1 모드를 선택함으로써, 히터가 에어로졸 생성 물품을 가열하도록 히터로 제공되는 전력을 제어하고, 기 설정된 예열 시간(t1)에 도달한 이후에는 제2 모드를 선택함으로써, 열전소자가 에어로졸 생성 물품을 가열하도록 열전소자로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
제어부는 기 설정된 예열 시간(t1) 동안 제1 모드에 기초하여 히터에 전력을 공급하고, 예열 시간(t1) 이후 기 설정된 흡연 시간(t2)동안 제2 모드에 기초하여 에어로졸 생성에 적절한 온도가 유지되도록 열전소자에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 예열 시간(t1)은 40초이고, 흡연 시간(t2)은 4분일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예열 시간(t1) 및 흡연 시간(t2)은 에어로졸 생성 물질의 기화 온도, 배터리의 전력, 히터 및 열전소자의 성능 등을 고려하여 설정될 수 있다.
예열 시간(t1) 이후 열전소자에 전력을 제공함으로써, 열전소자의 발열부는 에어로졸 생성에 적절한 온도가 유지되도록 에어로졸 생성 물품을 가열할 수 있고, 열전소자의 흡열부는 주위의 열을 흡수함으로써 발열부의 열이 사용자에게 온전히 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 10은 히터의 가열 온도에 기초하여 에어로졸 생성 물품을 가열하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10에는 에어로졸 생성 장치가 에어로졸 생성 물품을 가열하는 온도의 프로파일(1010)이 도시되어 있다.
제어부는 기 설정된 예열 온도(tm1)에 도달하기 이전이면 제1 모드를 선택함으로써, 히터가 에어로졸 생성 물품을 가열하도록 히터로 제공되는 전력을 제어하고, 기 설정된 예열 온도(tm1)에 도달한 이후에는 제2 모드를 선택함으로써, 열전소자가 에어로졸 생성 물품을 가열하도록 열전소자로 제공되는 전력을 제어할 수 있다.
제어부는 제1 모드에 기초하여 히터에 공급되는 전력을 제어하여 히터의 온도를 기 설정된 예열 온도(tm1)까지 급속하게 증가시킬 수 있다. 제어부는 히터의 온도가 예열 온도(tm1)에 도달한 이후에는 제2 모드에 기초하여 열전소자에 공급되는 전력을 제어하여 가열 온도를 에어로졸 생성에 적절한 온도인 흡연 온도(tm2)까지 감소시킬 수 있다. 또한, 제어부는 열전소자의 온도가 흡연 온도(tm2)에 도달한 경우, 가열 종료 시까지 흡연 온도(tm2)를 유지할 수 있다. 예를 들어, 예열 온도(tm1)는 300도일 수 있고, 흡연 온도(tm2)는 250도일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예열 온도(tm1) 및 흡연 온도(tm2)는 에어로졸 생성 물질의 기화 온도, 배터리의 전력, 히터 및 열전소자의 성능 등을 고려하여 설정될 수 있다.
다른 예로, 제어부는 히터의 단위 시간당 온도 변화량의 절대 값이 기 설정된 임계 값 미만인 경우, 열전소자가 에어로졸 생성 물품을 가열하도록, 히터 및 열전소자로 제공되는 전력을 제어할 수 있다. 제어부는 단위 시간당 온도 변화량이 상대적으로 큰 구간에서는 제1 모드에 기초하여 히터를 이용하여 온도를 급격하게 변화시키고, 단위 시간당 온도 변화량이 상대적으로 적은 구간에서는 제2 모드에 기초하여 열전소자를 이용하여 온도를 서서히 변화시킬 수 있다. 예열 구간에서는 짧은 시간 안에 높은 온도에 도달해야 하기 때문에, 임계 값은 예열 구간에서 히터의 단위 시간당 온도 변화량의 절대 값(|a|)과 동일할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부는 히터의 온도가 제1 온도에 도달한 이후에, 제1 온도 보다 낮은 제2 온도에 도달한 경우, 열전소자가 에어로졸 생성 물품을 가열하도록, 히터 및 열전소자로 제공되는 전력을 제어할 수 있다. 제1 온도는 예열 온도(tm1)이고, 제2 온도는 흡연 온도(tm2)일 수 있다. 히터를 이용하여 고온으로 가열된 에어로졸 생성 물품을 열전소자로 가열함으로써, 에어로졸 생성 물품의 온도를 흡연 온도로 유지할 수 있다.
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.
1, 3, 4, 5, 6, 7: 에어로졸 생성 장치
110, 310, 610, 710: 하우징
111, 611, 711: 개구
112, 512: 내부벽
120, 320, 520, 620, 720: 수용부
2, 130, 330, 430, 530, 630, 730: 열전소자
131, 250, 331: 발열부
132, 240, 332: 흡열부
140, 340, 440, 540, 640, 740: 제어부
150, 350, 450, 550, 650, 750: 배터리
180, 380, 580, 680, 780: 에어로졸 생성 물품
181, 681, 781: 제1 부분
182, 682, 782: 제2 부분
210: 제1 전극
220: 제2 전극
230: 열전재료
360, 460, 560, 660, 760: 히터
410: 타이머
420: 온도 감지부
470: 컨버터
910, 1010: 온도 프로파일
5811, 6811: 제1-1 부분
5812, 6812: 제1-2 부분

Claims (12)

  1. 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 개구를 갖는 하우징;
    상기 개구를 통하여 삽입된 상기 에어로졸 생성 물품을 수용하는 수용부; 및
    상기 수용부를 향하는 발열부 및 상기 발열부와 대향되며 상기 하우징을 향하는 흡열부를 포함하는 열전소자를 포함하고,
    상기 에어로졸 생성 물품에서 에어로졸이 생성되도록, 상기 열전소자의 상기 발열부는 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하는, 에어로졸 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 에어로졸 생성 물품의 적어도 일부를 감싸도록 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
  3. 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 개구를 갖는 하우징;
    상기 개구를 통하여 삽입된 상기 에어로졸 생성 물품을 수용하는 수용부;
    상기 수용부를 향하는 발열부 및 상기 발열부와 대향되며 상기 하우징을 향하는 흡열부를 포함하는 열전소자;
    상기 에어로졸 생성 물품을 가열하는 히터;
    상기 열전소자 및 상기 히터에 전력을 제공하는 배터리; 및
    상기 배터리에서 상기 열전소자 및 상기 히터로 제공되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 열전소자 및 상기 히터 중 적어도 어느 하나가 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하도록, 상기 열전소자 및 상기 히터로 제공되는 전력을 제어하는, 에어로졸 생성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히터는 적어도 일부가 상기 에어로졸 생성 물품의 내부에 삽입되도록 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열전소자와 상기 히터는 상기 에어로졸 생성 물품이 상기 수용부에 삽입되는 방향과 교차하는 방향으로 배치되고,
    상기 히터는 상기 에어로졸 생성 물품의 외부에 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 열전소자 및 상기 히터는 상기 에어로졸 생성 물품이 상기 수용부에 삽입되는 방향으로 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 히터보다 상기 하우징의 상기 개구에 가깝도록 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 히터는 상기 열전소자보다 상기 하우징의 상기 개구에 가깝도록 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 히터의 상기 에어로졸 생성 물품이 상기 수용부에 삽입되는 방향으로의 길이는 상기 열전소자의 상기 방향으로의 길이보다 같거나 긴, 에어로졸 생성 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 제1 모드에서 상기 히터가 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하고, 제2 모드에서 상기 열전소자가 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하도록, 상기 열전소자 및 상기 히터로 제공되는 전력을 제어하는, 에어로졸 생성 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 히터의 가열 시간이 기 설정된 시간에 도달하기 이전이면, 상기 제1 모드에 따라 상기 히터가 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하고, 상기 히터의 가열 시간이 상기 기 설정된 시간에 도달하면, 상기 제2 모드에 따라 상기 열전소자가 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하도록, 상기 열전소자 및 상기 히터로 제공되는 전력을 제어하는, 에어로졸 생성 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 히터의 가열 온도가 기 설정된 온도에 도달하기 이전이면, 상기 제1 모드에 따라 상기 히터가 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하고, 상기 히터의 가열 온도가 상기 기 설정된 온도에 도달하면, 상기 제2 모드에 따라 상기 열전소자가 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하도록, 상기 열전소자 및 상기 히터로 제공되는 전력을 제어하는, 에어로졸 생성 장치.
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