KR20210154657A - 에어로졸 발생 장치 및 그의 전력 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

액적 발생 정도와 무화량을 고려한 전력 제어 기능을 구비한 에어로졸 발생 장치 및 그의 전력 제어 방법이 제공된다. 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치는, 액상의 에어로졸 형성 기재를 저장하는 액상 저장조, 저장된 에어로졸 형성 기재를 흡수하는 윅(wick), 흡수된 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는 가열요소, 발생된 에어로졸을 마우스피스 방향으로 전달하는 기류관 및 가열요소에 공급되는 전력을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다. 이때, 제어부는 윅에서의 액적 발생 정도를 기초로 가열요소에 공급되는 전력을 증가 또는 감소시킬 수 있는데, 그렇게 함으로써 윅에서의 액적 발생 횟수가 감소되고 일정 수준 이상의 무화량도 담보될 수 있다.

Description

에어로졸 발생 장치 및 그의 전력 제어 방법{AEROSOL-GENERATING APPARATUS AND POWER CONTROL METHOD THEREOF}
본 개시는 에어로졸 발생 장치 및 그의 전력 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 무화량 및 액적(droplet) 발생 현상을 고려한 전력 제어 기능을 구비함으로써 사용자의 흡연 만족도를 향상시킬 수 있는 에어로졸 발생 장치 및 그 장치에서 수행되는 전력 제어 방법에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 액상의 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는 장치(e.g. 액상형 전자 담배)에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 액상형 에어로졸 발생 장치에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
일반적인 액상형 에어로졸 발생 장치는 윅(wick)에 흡수된 액상을 가열요소로 가열함으로써 에어로졸을 발생시킨다. 이때, 가열요소는 배터리로부터 공급된 전력에 의해 동작되는데, 공급 전력이 증가할수록 기화 속도가 가속화되어 무화량이 증가할 수 있다.
그런데, 기화 속도가 가속화될수록 윅에서의 액적 발생 횟수도 급격하게 증가할 수 있다. 또한, 윅에서 발생된 액적은 때때로 기류관 외부로 토출되어 사용자에게 상당한 불쾌감을 줄 수 있다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 액적(droplet) 발생 현상을 고려한 전력 제어 기능을 구비한 에어로졸 발생 장치 및 그 장치에서 수행되는 전력 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 액적 발생 현상과 무화량을 함께 고려하여 전력 제어를 수행함으로써 사용자의 흡연 만족도를 향상시킬 수 있는 에어로졸 발생 장치 및 그 장치에서 수행되는 전력 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 액적 발생 현상, 기류관 막힘 현상 및 액적 토출 현상에 대한 방지 설계가 적용된 증기화기 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치를 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 에어로졸 발생 장치는, 액상의 에어로졸 형성 기재를 저장하는 액상 저장조, 상기 저장된 에어로졸 형성 기재를 흡수하는 윅(wick), 상기 흡수된 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는 가열요소, 상기 발생된 에어로졸을 마우스피스 방향으로 전달하는 기류관 및 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 윅에서의 액적 발생 정도를 기초로 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 윅에서 발생한 액적이 상기 기류관 내부로 유입되는 정도를 기초로 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 가열요소의 온도 변화를 기초로 상기 액적 발생 정도를 추정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 가열요소의 전류 변화를 기초로 상기 액적 발생 정도를 추정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 기류관 내부의 기류 변화를 기초로 상기 액적 발생 정도를 추정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 액적의 발생 횟수가 임계치 이상이라는 판단에 응답하여, 상기 가열요소에 공급되는 전력을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 상기 액적의 발생 횟수가 임계치 이하라는 판단에 응답하여, 상기 가열요소에 공급되는 전력을 증가시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 기 설정된 증가폭과 감소폭에 기초하여 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절하되, 상기 증가폭과 상기 감소폭과 동일한 값으로 설정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제어부는 기 설정된 증가폭과 감소폭에 기초하여 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절하되, 상기 증가폭은 상기 감소폭보다 큰 값으로 설정될 수 있다.
상술한 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 윅(wick)에서의 액적 발생 정도를 기초로 전력이 조절될 수 있는데, 이로 인해 기류관 막힘 현상과 액적 토출 현상이 최소화될 수 있고, 사용자의 흡연 만족도는 향상될 수 있다.
또한, 액적 발생이 급격하게 증가하는 구간에서 공급 전력을 감소시키고, 액적 발생이 감소된 경우 다시 공급 전력을 증가시켜 무화량이 감소되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 무화량 감소를 인지하지 못하게 되고, 흡연 중에 기류관 막힘 현상과 액적 토출 현상만이 방지될 수 있다.
또한, 다중(층) 구조의 윅을 채용함으로써, 윅에서의 액적 발생이 최소화될 수 있다.
또한, 기류관 내벽에 젖음성을 증가시키는 표면 처리를 수행하거나, 액상 흡수체를 배치함으로써, 기류관 막힘 현상과 액적 토출 현상이 미연에 방지될 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 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 2는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 3은 액적 발생 현상, 기류관 막힘 현상 및 액적 토출 현상을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 및 도 5는 공급 전력과 액적 발생 정도 및 무화량 간의 관계를 설명하기 위한 실험 결과이다.
도 6 및 도 7은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치의 전력 제어 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
도 8 및 도 9는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치의 전력 제어 방법을 부연 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따라 액적 발생 현상에 대한 방지 설계가 적용된 윅을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따라 기류관 막힘 현상 및 액적 토출 현상에 대한 방지 설계가 적용된 기류관을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 개시의 기술적 사상이 적용될 수 있는 다른 유형의 에어로졸 발생 장치를 예시한다.
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, 본 명세서에서 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. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 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.
먼저, 본 개시의 다양한 실시예들에서 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(e.g. 잎담배 각초, 판상엽 각초 등), 재구성 담배 등 담배 원료를 기초로 하는 담배 물질을 포함할 수 있으며, 액상의 에어로졸 형성 기재는 니코틴, 담배 추출물, 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 식물성 글리세린(vegetable glycerin) 및/또는 다양한 향미제 등의 다양한 조합에 기초한 액상 조성물을 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시의 범위가 상기 열거된 예시에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 실시예들에서, 다른 언급이 없는 한 액상은 액상의 에어로졸 형성 기재를 지칭하는 것일 수 있다.
이하의 실시예들에서, "에어로졸 발생 물품"은 에어로졸을 발생시킬 수 있는 물품(article)을 의미할 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 물품의 대표적인 예로는 궐련을 들 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다.
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. 에어로졸 발생 장치의 예시에 대해서는 도 1, 도 15 또는 도 16을 참조하도록 한다.
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.
이하에서는, 본 개시의 다양한 실시예들에 대하여 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치(100-1)를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(100-1)는 마우스피스(110), 증기화기(1), 배터리(130) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다. 단, 이는 본 개시의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예일뿐이며, 필요에 따라 일부 구성 요소가 추가되거나 생략될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 1에 도시된 에어로졸 발생 장치(100-1)의 각각의 구성 요소들은 기능적으로 구분되는 기능 요소들을 나타낸 것으로서, 복수의 구성 요소가 실제 물리적 환경에서는 서로 통합되는 형태로 구현되거나, 단일 구성 요소가 복수의 세부 기능 요소로 분리되는 형태로 구현될 수도 있다. 이하, 에어로졸 발생 장치(100-1)의 각 구성 요소에 대하여 설명하도록 한다.
마우스피스(110)는 에어로졸 발생 장치(100-1)의 일단에 위치하여 사용자의 구부와 접촉되는 마우스피스로 기능할 수 있다. 사용자는 마우스피스(110)를 통해 증기화기(1)로부터 발생된 에어로졸을 흡입할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 마우스피스(110)는 증기화기(1)와 일체화된 구성으로 이루어지거나, 증기화기(1)에 부착되는 구성요소일 수 있다.
다음으로, 증기화기(1)는 액상의 에어로졸 형성 기재를 기화시켜 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 몇몇 실시예들에 따른 증기화기(1)의 구조는 도 2에 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 증기화기(1)는 액상 저장조(11), 윅(wick; 12), 윅하우징(13), 가열요소(14) 및 기류관(15)을 포함할 수 있다. 단, 이는 본 개시의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예일뿐이며, 필요에 따라 일부 구성 요소가 추가되거나 생략될 수 있음은 물론이다. 이하, 증기화기(1)의 각 구성요소에 대하여 설명하도록 한다.
액상 저장조(11)는 내부에 소정의 공간을 구비하고, 해당 공간에 액상의 에어로졸 형성 기재(111)를 저장할 수 있다. 또한, 액상 저장조(11)는 저장된 에어로졸 형성 기재(111)를 윅(12)을 통해 가열요소(14)로 공급할 수 있다.
에어로졸 형성 기재(111)는 하나 이상의 에어로졸 형성 물질을 포함하는 액상 조성물을 의미할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재(111)는 프로필렌글리콜(PG) 및 글리세린(GLY) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 에어로졸 형성 기재(111)는 니코틴, 수분 및 가향 물질 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 에어로졸 형성 기재(111)는 계피, 캡사이신 등의 다양한 첨가 물질을 더 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재(111)는 유동성이 큰 액체 물질뿐만 아니라 젤 또는 고형분 형태의 물질을 포함할 수도 있다. 이와 같이, 에어로졸 형성 기재(111)의 조성 물질은 다양하게 선택될 수 있으며, 그 배합 비율도 다양하게 선택될 수 있다.
다음으로, 윅(12)은 액상 저장조(11)에 저장된 에어로졸 형성 기재(111)를 흡수하여 가열요소(14)로 전달할 수 있다. 윅(12)의 소재 및 구조 등은 에어로졸 발생 장치(1)의 전력 조건에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 가령, 윅(12)의 소재 및 구조 등은 배터리(130)가 가열요소(14)로 공급하는 전력량을 고려하여 설계될 수 있다. 가열요소(14)에 공급되는 전력량은 제어부(120)에 의해 제어될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 윅(12)은 다중(층) 구조로 이루어질 수 있다. 다중(층) 구조의 윅(12)은 액적 발생을 효과적으로 억제할 수 있는데, 윅(12)의 세부 구조와 액적 발생을 억제하는 원리에 대해서는 추후 도 10 및 도 11을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
다음으로, 윅하우징(13)은 윅(12)의 적어도 일부를 감싸고 있는 하우징을 의미할 수 있다. 윅하우징(13)의 소재 및/또는 특성은 다양하게 설계되고 선택될 수 있다.
다음으로, 가열요소(14)는 윅(12)에 흡수된 에어로졸 형성 기재(111)를 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(120)에 의해 배터리(130)의 전력이 가열요소(14)로 공급되면, 가열요소(14)는 흡수된 에어로졸 형성 기재(111)를 가열하도록 동작할 수 있다.
가열요소(14)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 도 2 등의 도면은 가열요소(14)가 윅(12)의 적어도 일부에 감겨 있는 코일(coil)의 형태로 구현된 것을 예로써 도시하고 있다. 그러나, 본 개시의 범위가 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 기류관(15)은 에어로졸과 공기 등의 기체가 전달되는 기류 패스로 기능할 수 있다. 예를 들어, 가열요소(14)에 의해 발생된 에어로졸이 기류관(15)을 통해 마우스피스(110) 방향으로 전달될 수 있다. 다만, 도 2는 사용자의 흡인이 증기화기(1)의 상단 방향으로 이루어지는 것을 가정하고 있을 뿐이며, 에어로졸 발생 장치(100-1) 및/또는 기류 패스의 설계 방식에 따라 기류관(15)의 형태와 전달 경로는 변형될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 증기화기(1)의 하단부에는 외기가 유입될 수 있도록 하나 이상의 공기홀 또는 기류관이 구비될 수 있다. 이러한 경우, 증기화기(1)의 하단부에서 유입되는 외기는 에어로졸과 혼합되어 기류관(15)을 통해 마우스피스(110) 방향으로 전달될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 기류관 막힘(blocking) 현상과 기류관 외부(즉, 마우스피스 110 방향)로의 액적 토출 현상을 방지하기 위해, 기류관 내부(15)에는 젖음성(wettability)을 증가시키는 표면 처리가 수행되거나, 액상 흡수체가 배치될 수 있다. 이러한 실시예에 관하여서는 추후 도 12 내지 도 14를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
참고로, 당해 기술 분야에서, 증기화기(1)는 카토마이저(catomizer), 아토마이저(atomizer) 또는 카트리지(cartridge) 등의 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하여 에어로졸 발생 장치(100-1)의 구성요소에 대한 설명을 이어가도록 한다.
배터리(130)는 에어로졸 발생 장치(100-1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 배터리(130)는 가열요소(14)가 에어로졸 형성 기재(111)를 가열할 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(120)가 동작하는데 필요한 전력도 공급할 수 있다.
또한, 배터리(130)는 에어로졸 발생 장치(100-1)에 설치된 디스플레이(미도시), 센서(미도시), 모터(미도시), 입력장치(미도시) 등의 전기적 구성요소가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
다음으로, 제어부(120)는 에어로졸 발생 장치(100-1)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 증기화기(1) 및 배터리(130)의 동작을 제어할 수 있고, 에어로졸 발생 장치(100-1)에 포함된 다른 구성요소들의 동작도 제어할 수 있다. 제어부(120)는 배터리(130)가 공급하는 전력, 가열요소(14)의 가열 온도 등을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 에어로졸 발생 장치(100-1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 발생 장치(100-1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어부(120)는 윅(12)에서의 액적 발생 정도를 기초로 가열요소(14)에 공급되는 전력을 조절할 수 있다. 그렇게 함으로써, 기류관 막힘 현상과 기류관 외부(즉, 마우스피스 110 방향)로의 액적 토출 현상이 방지될 수 있다. 본 실시예에 관하여서는 추후 도 6 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
제어부(120)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(120)가 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 이해할 수 있다.
한편, 몇몇 실시예들에서, 에어로졸 발생 장치(100-1)는 사용자 입력을 수신하기 위한 입력장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입력장치는 스위치 또는 버튼으로 구현될 수 있으나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서, 제어부(120)는 입력장치를 통해 수신된 사용자 입력에 응답하여 에어로졸 발생 장치(100-1)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 사용자가 스위치 또는 버튼을 작동시킴에 따라 에어로졸이 발생되도록 에어로졸 발생 장치(100-1)를 제어할 수 있다.
지금까지 도 1 및 도 2를 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치(100-1)에 대하여 전반적으로 설명하였다. 이하에서는, 도 3 이하의 도면을 참조하여, 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치(100-1)의 전력 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다.
전력 제어 방법에 대한 본격적인 설명에 앞서, 이해의 편의를 제공하기 위해, 윅(12)에서의 액적 발생 현상, 기류관 막힘 현상(이하, "관막힘 현상"으로 약칭함) 및 기류관(15) 외부로의 액적 토출 현상과, 공급 전력과 액적 발생 정도 및 무화량과의 관계에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 액적 발생 현상은 기화 시 윅(12)에서 액적이 발생되는 현상을 의미하는데, 발생된 액적은 기류관(15) 내부로 유입되어 다양한 문제를 야기할 수 있다. 액적은 윅(12) 내부에서 기포가 급격하게 성장하거나 윅(12) 표면 상의 기포가 터지는 경우에 발생될 수 있다. 보다 구체적으로, 윅(12) 내부에서 기포가 급격하게 성장하는 경우, 흡수된 액상(111)이 윅(12) 외부로 폭발적으로 밀려나올 수 있는데, 밀려나온 액상(111)이 액적의 형태로 튀어 오를 수 있다. 또는, 윅(12) 표면에서 발생된 기포가 터지면서 액상(111)이 액적의 형태로 튀어 오를 수 있다.
이 같은 액적 발생 현상은 기류관(15) 내부의 액막 성장을 촉진함으로써 관막힘 현상을 야기할 수 있는데, 이에 대해서는 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 윅(12)에서 발생된 액적(112)은 기류관(15) 내부로 유입될 수 있고, 유입된 액적(112)은 기류관(15)의 내벽에 점착되어 액막(114)을 형성할 수 있다. 또한, 기류관(15) 내부에서 에어로졸이 응축되면서 생긴 응축물(113)도 액막(114)의 형성과 성장을 가속화할 수 있다. 즉, 액적(112)과 응축물(113)에 의해 액막(114)이 형성될 수 있고, 형성된 액막(114)이 성장함에 따라 기류관(15) 내부를 막는 관막힘 현상(도 3의 오른쪽 참조)이 발생될 수 있다. 이러한 관막힘 현상은 기류 패스를 막음으로써 빨림성과 무화량을 크게 떨어뜨릴 수 있다.
다음으로, 액적 토출 현상은 액적이 기류관(15)을 통해 마우스피스(110) 방향으로 토출되는 현상을 의미한다. 토출된 액적이 사용자의 구부로 유입되면 사용자에게 상당한 불쾌감을 줄 수 있기 때문에, 액적 토출 현상은 누액 문제와 함께 흡연 만족도를 떨어뜨리는 주된 원인 중 하나로 알려져 있다.
액적 토출 현상은 다음과 같은 경우에 발생될 수 있다. 가령, 기류관(15)으로 유입된 액적(112)이 퍼프에 의해 그대로 외부로 토출될 수 있다. 또는, 기류관(15) 내부의 액막(114)이 퍼프에 의해 순간적으로 형성된 음압에 의해 외부로 토출될 수 있다. 이러한 경우에는, 액적의 크기가 상당히 클 수 있기 때문에, 사용자가 느끼는 불쾌감이 배가될 수 있다.
결론적으로, 사용자의 흡연 만족도를 향상시키기 위해서는 액적 발생 현상, 관막힘 현상 및 액적 토출 현상을 방지할 수 있는 설계가 요구되는데, 이중에서 액적 발생 현상은 다른 현상의 주된 원인이기도 하기 때문에 설계 단계에서 액적 발생 현상의 방지를 중점적으로 고려하는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 액적 발생 현상은 액상(111)의 기화 과정 중에 발생되는 것이고 발생 메커니즘이 액상(111)의 기화와 매우 유사하기 때문에, 기화 속도가 빨라질수록(즉, 무화량이 증가할수록) 액적 발생 현상도 가속화될 수 밖에 없다. 또한, 액상(111)의 기화 속도는 가열요소(14)에 공급되는 전력(또는 가열 온도)에 의해 좌우되는 것이 보통이다. 따라서, 액적 발생 현상 및 무화량은 가열요소(14)에 공급되는 전력과 매우 밀접한 관련성을 갖게 된다.
도 4 및 도 5는 가열요소(14)의 공급 전력과 액적 발생 현상 및 무화량 간의 관계에 대한 실험 결과를 도시하고 있다. 또한, 하기의 표 1은 실험에 사용된 윅의 특성을 나타내고 있다.
구분 특성값(오차)
투수성(m2) 3.2x10-5(±1.0x10-5)
다공도(%) 38%(±1.4)
모세관 확산 계수(m2/s) 1.24x10-5(±9.96x10-7)
도 4 및 도 5를 참조하면, 공급 전력이 증가함에 따라 액적 발생 횟수는 지수적으로 증가하고, 무화량은 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 공급 전력이 임계치를 초과하면, 기화 속도가 윅(12)의 흡수(이송) 속도를 추월하여 윅(12)이 비포화 상태(즉, 액상 흡수가 충분히 되지 않은 상태)로 진입하는 것을 확인할 수 있다. 참고로, 비포화 상태의 윅(12)은 가열요소(14)에 의해 쉽게 탄화되어 흡연 시 탄맛을 유발할 수 있다.
이상의 내용을 종합해보면, 가열요소(14)의 공급 전력은 액적 발생 현상과 무화량과 밀접한 관련성이 있는데, 공급 전력이 증가하면 액적 발생 현상이 심각한 문제가 될 수 있고, 반대의 경우에는 액적 발생 현상은 큰 문제가 되지 않으나 무화량 감소가 문제될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 개시의 몇몇 실시예들에서는, 무화량과 액적 발생 현상을 고려한 전력 제어가 수행될 수 있는데, 이하 도 6 이하의 도면을 참조하여 에어로졸 발생 장치(100-1)의 전력 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다.
이하에서 후술될 전력 제어 방법의 각 단계는 제어부(120)에 의해 수행될 수 있고, 제어부(120)가 프로세서로 구현되는 경우, 상기 전력 제어 방법의 각 단계는 프로세서에 의해 실행 가능한 하나 이상의 인스트럭션들(instructions)로 구현될 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서, 특정 단계 또는 동작의 주체가 생략된 경우, 제어부(120)에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있다.
도 6은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 전력 제어 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다. 단, 이는 본 개시의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예일뿐이며, 필요에 따라 일부 단계가 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전력 제어 방법은 윅(12)에서의 액적 발생 정도를 결정하는 단계 S10에서 시작될 수 있다. 여기서, 액적 발생 정도는 예를 들어 퍼프 당 액적 발생 횟수(개수), 일정 시간 동안의 액적 발생 횟수, 액적 발생 횟수의 증감 정도(e.g. 기울기, 증감폭 등) 및 이들의 통계치(e.g. 누적값, 평균값, 중간값, 분산 등)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 액적 발생 정도와 연관된 모든 종류의 값을 포함할 수 있다. 본 단계에서, 액적 발생 정도를 감지하는 구체적인 방식은 다양할 수 있으며, 이는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어부(120)는 윅(12) 근처에 부착된 센서를 통해 액적의 발생 정도를 감지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 기류관(15) 내부에 부착된 센서를 통해 기류관(15) 내부로 액적이 유입되는 정도를 감지할 수 있다. 기류관(15) 내부로 유입되는 액적은 관막힘 현상 또는 액적 토출 현상의 주요 원인이므로, 이러한 경우 관막힘 현상과 액적 토출 현상이 보다 효과적으로 방지될 수 있다. 이를테면, 액적 발생 횟수는 많으나 기류관(15) 내부로 유입되는 액적 개수는 상대적으로 적은 경우, 불필요하게 공급 전력을 감소시킴으로써 무화량이 떨어지는 문제가 방지될 수 있다. 상기 센서는 윅(12)에서 발생하는 액적을 센싱하거나, 기류관(15) 내부의 액막 형성 또는 성장을 센싱할 수 있는 임의의 장치를 의미할 수 있으며, 센싱 방식이나 센서의 구현 형태는 어떠한 방식이 되더라도 무방하다.
몇몇 실시예들에서, 제어부(120)는 가열요소(14)의 온도, 전류, 저항 또는 전압 등의 변화에 기초하여 액적의 발생 정도를 추정할 수 있다. 구체적으로, 윅(12)에서 액적이 튀어 오르는 경우(e.g. 내부에서 기포가 급격하게 성장하는 경우), 윅(12)은 순간적으로 비포화 상태에 도달하게 되는데, 이로 인해 윅(12) 주변 가열요소(14)의 온도가 급격하게 상승되거나, 가열요소(14)의 전류, 저항 또는 가열요소(14)에 걸리는 전압 등이 급격하게 변동될 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 온도, 전류, 저항 또는 전압 등의 변화에 기초하여 액적 발생 정도를 추정할 수 있다. 이를테면, 제어부(120)는 온도, 전류, 저항 또는 전압 등의 변동치 또는 기울기가 임계치 이상인 경우, 액적 발생 횟수가 증가한 것으로 판단할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어부(120)는 기류관(15) 내의 기류 변화를 기초로 액적의 발생 정도를 추정할 수 있다. 기류 변화는 기류 센서에 의해 감지될 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 앞서 언급한 바와 같이, 기화 속도가 빨라질수록 액적의 발생도 가속화될 것이기 때문에, 기류의 급격한 증가는 액적 발생의 증가를 나타내는 지표가 될 수 있다. 따라서, 제어부(120)는 기류 변화를 기초로 액적의 발생 정도를 추정할 수 있다.
단계 S20에서, 제어부(120)는 결정된 액적 발생 정도를 기초로 가열요소(14)로 공급되는 전력을 조절할 수 있다. 단계 S20의 세부 과정은 도 7에 도시되어 있다. 도 7은 액적 발생 정도를 나타내는 다양한 지표 중 액적 발생 횟수(e.g. 퍼프당 액적 발생 횟수)를 이용하여 전력을 조절하는 것을 예로써 도시하고 있으나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니고, 제어부(120)는 액적의 증감 정도(e.g. 기울기)와 같은 다른 지표를 이용하거나 보조적으로 더 이용하여 전력을 조절할 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 단계 S210에서, 제어부(120)는 액적 발생 휫수가 임계치 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 임계치는 단일 값 또는 값의 범위로 설정될 수 있다. 임계치가 값의 범위로 설정되는 경우, 제어부(120)는 액적 발생 휫수가 상기 설정된 범위 외의 값인 경우에 한하여 전력 조절을 수행할 수도 있다.
단계 S220에서, 액적 발생 휫수가 임계치 이상(초과)이라는 판단에 응답하여, 제어부(120)는 가열요소(14)로 공급되는 전력을 감소시킬 수 있다. 여기서, 공급 전력의 감소폭은 작은 값으로 설정되더라도 무방한 데, 이는 전력과 액적 발생 휫수가 지수적 관계를 갖기 때문에 공급 전력을 조금만 줄이더라도 액적 발생 횟수가 크게 감소될 수 있기 때문이다(도 8 참조; V2>>V1). 반면에, 전력과 무화량은 선형적 관계를 갖기 때문에, 공급 전력이 감소되더라도 사용자는 무화량 감소를 인지하지 못할 수 있다(도 9 참조; V4≒V3).
단계 S230에서, 액적 발생 휫수가 임계치 미만(이하)이라는 판단에 응답하여, 제어부(120)는 가열요소(14)로 공급되는 전력을 증가시킬 수 있다. 이러한 경우, 무화량이 증대되어 흡연 시에 충분한 무화량이 보장될 수 있다.
상술한 단계 S220 및 S230에서, 공급 전력의 조절폭(즉, 증가폭과 감소폭)은 기 설정된 고정값 또는 상황에 따라 변동되는 변동값일 수 있으며, 다양한 방식으로 설정될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 공급 전력의 증가폭과 감소폭은 동일한 값으로 설정될 수 있다. 이러한 경우, 액적 발생 현상과 무화량을 균형 있게 고려하여 전력 제어가 수행될 수 있다.
다른 몇몇 실시예들에서, 공급 전력의 증가폭은 감소폭보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 이러한 경우, 공급 전력을 크게 증가시킨 뒤 서서히 감소시키는 방식으로 전력이 조절되므로, 무화량에 보다 중점을 둔 전력 제어가 수행될 수 있다.
또 다른 몇몇 실시예들에서, 공급 전력의 감소폭은 증가폭보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 이러한 경우, 공급 전력을 크게 감소시킨 뒤 서서히 증가시키는 방식으로 전력이 조절되므로, 액적 발생 현상에 보다 중점을 둔 전력 제어가 수행될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 공급 전력의 조절폭(증가폭 또는 감소폭)은 전력 조절의 결과(즉, 피드백)에 기초하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 공급 전력을 감소시켰음에도 액적의 발생 휫수가 별로 감소되지 않은 경우, 감소폭은 더 큰 값으로 설정될 수 있다. 반대의 경우라면, 감소폭은 더 작은 값으로 설정될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 에어로졸 발생 장치(100-1)의 특성에 따른 유연한 전력 제어가 수행될 수 있다. 가령, 액적 발생 횟수와 무화량 등은 윅(12)의 이송 특성이나 전력 조건 등에 따라 달라질 수 있는데, 본 실시예에 따른 전력 조절 방식은 이러한 요인들을 적절하게 반영하여 유연한 전력 제어를 수행할 수 있다.
한편, 단계 S10 및 단계 S20은 피드백 방식으로 흡연 동안 반복 수행될 수 있다. 그렇게 함으로써, 흡연 내내 액적 발생 현상은 억제되고, 충분한 무화량이 보장될 수 있다.
지금까지 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 전력 제어 방법에 대하여 설명하였다. 상술한 방법에 따르면, 흡연 중 액적 발생 정도에 따른 동적인 전력 조절을 통해 관막힘 현상과 액적 토출 현상이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 사용자의 흡연 만족도가 크게 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 전력이 조절되더라도 사용자는 무화량 변동을 거의 인지하지 못할 수 있는데, 이는 전력이 감소되더라도 무화량의 감소가 크지 않으며, 피드백 방식으로 전력 제어가 수행되는 바 감소된 무화량이 추후 전력 증가를 통해 보완될 수 있기 때문이다.
지금까지 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명된 본 개시의 기술적 사상 또는 제어부(120)의 동작과 관련된 내용들은 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.
이하에서는, 도 10 내지 도 14를 참조하여 윅(12)과 기류관(15)의 구조적 설계를 통해 액적 발생 현상, 관막힘 현상 및/또는 액적 토출 현상을 방지하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 10 및 도 11을 참조하여 액적 발생 현상에 대한 방지 설계가 적용된 윅(12)에 대하여 설명하도록 한다.
도 10은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 다중(층) 구조의 윅(12)을 나타내는 예시적인 단면도이다. 도 10은 이해의 편의를 위해 윅(12)이 이중(층) 구조로 이루어진 것을 예로써 도시하고 있으나, 윅(12)은 삼중(층) 이상의 구조로 이루어질 수도 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 윅(12)은 코어부(121)와 외피부(122)를 포함할 수 있다. 코어부(121)와 외피부(122) 각각은 단일(층) 구조 또는 다중(층) 구조로 이루어질 수 있다.
코어부(121)는 주로 액상(111)을 흡수하는 역할을 수행할 수 있다. 다시 말해, 코어부(121)는 윅(12) 내부의 기공으로 액상(111)이 원활하게 공급되는데 주도적인 역할을 할 수 있다.
위와 같은 역할을 위해, 몇몇 실시예들에 따른 코어부(121)는 외피부(122)보다 높은 이송 능력을 갖도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 코어부(121)는 외피부(122)보다 낮은 밀도 또는 높은 다공도(porosity)를 가질 수 있다. 다른 예로서, 코어부(121)는 외피부(122)보다 젖음성(wettability)이 높은 소재로 이루어질 수 있다.
코어부(121)는 예를 들어 코튼(cotton), 실리카(silica), 섬유, 비드집합체 등의 소재로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 외피부(122)는 액적의 발생을 방지하고 가열요소(14)의 열을 코어부(121)까지 전달하여 원활한 기화를 보장하는 역할을 수행할 수 있다. 이를테면, 외피부(122)는 코어부(121) 내부에서 기포가 급격하게 성장함에 따라 흡수된 액상(111)이 윅(12) 외부로 급격하게 밀려나는 것을 억제함으로써, 액적이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외피부(122)는 가열요소(14)의 고온으로부터 코어부(121)를 보호할 수도 있다.
위와 같은 역할을 위해, 몇몇 실시예들에 따른 외피부(122)는 코어부(121)보다 낮은 이송 능력을 갖도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 외피부(122)는 코어부(121)보다 높은 밀도 또는 낮은 다공도를 가질 수 있다. 이러한 경우, 기포의 급격한 성장에 따라 흡수된 액상(111)이 윅(12) 외부로 밀려나는 것이 효과적으로 억제될 수 있으며, 가열요소(14)의 열도 코어부(121)까지 잘 전달될 수 있다. 다른 예로서, 외피부(122)는 코어부(121)보다 젖음성이 낮은 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 코어부(121)에서 기화된 액상(111)이 외피부(122)에서 다시 응결되어 무화량이 감소되는 문제가 완화될 수 있다.
외피부(122)는 예를 들어 코튼, 실리카, 섬유, 비드집합체, 멤브레인(membrane), 부직포 등의 소재로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 코어부(121)와 외피부(122)의 물리적 규격(e.g. 두께) 및/또는 소재 등은 다양할 수 있으며, 이는 무화량과 액적 발생 현상 방지를 종합적으로 고려하게 적절하게 선택될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 외피부(122)의 두께는 약 5mm 이하일 수 있다. 바람직하게는, 약 4mm 이하이고, 더욱 바람직하게는 약 3mm, 2mm 또는 1mm 이하일 수 있다. 이러한 수치범위에서, 외피부(122)로 인해 무화량이 감소되는 문제가 완화될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 코어부(121)는 외피부(122)와 상이한 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 코어부(121)는 외피부(122)보다 젖음성이 높은 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 경우, 기화된 액상(111)의 응결로 인해 무화량이 감소되는 문제가 완화될 수 있다. 다만, 다른 몇몇 실시예들에서는, 코어부(121)는 외피부(122)와 동일한 소재로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 코어부(121)는 외피부(122)와 동일한 섬유 소재로 이루어질 수도 있다.
코어부(121)와 외피부(122)의 배치 형태도 다양할 수 있으며, 이 또한 무화량과 액적 발생 현상을 종합적으로 고려하게 적절하게 설계될 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 외피부(122)는 코어부(121)를 전체적으로 커버하는 형태(e.g. 감싸는 형태)로 배치될 수 있다. 이러한 경우, 기류관(15)를 향해 액적이 튀어 오르는 현상(즉, 액적 발생 현상)이 크게 완화될 수 있다.
다른 몇몇 실시예들에서는, 외피부(122)는 코어부(121)의 일부를 커버하는 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 외피부(122)는 코어부(121)의 전체 영역 중에서 가열요소(14)의 배치 영역을 커버하도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 무화량 감소 문제가 다소 완화될 수 있으며, 재료비가 절감되는 효과 또한 달성될 수 있다. 다른 예로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 외피부(122)는 코어부(121)의 전체 영역 중에서 가열요소(14)의 접촉 부위에 대응되는 영역을 커버하도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 윅(12)과 가열요소(14)가 접촉하는 영역만을 커버하도록 외피부(122)가 배치될 수 있다. 이러한 경우, 가열요소(14)와의 미접촉 영역(e.g. 권취된 코일의 틈새)에서 기화가 촉진되어 무화량 감소 문제가 크게 완화될 수 있다.
지금까지 도 10 및 도 11을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 다중(층) 구조의 윅(12)에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 도 12 내지 도 14를 참조하여 관막힘 현상과 액적 토출 현상에 대한 방지 설계가 적용된 기류관(15) 또는 증기화기(1)에 대하여 도 12 내지 도 14를 참조하여 설명하도록 한다.
도 12는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기(1)를 나타내는 예시적인 구성도이다. 본 개시의 명료함을 위해, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 증기화기(1)는 기류관(15) 내벽에 배치된 액상 흡수체(151)를 더 포함할 수 있다. 도 12는 1개의 액상 흡수체(151)가 배치된 것을 예로써 도시하고 있으나, 액상 흡수체(151)의 개수가 2개 이상이 될 수도 있음은 물론이다.
액상 흡수체(151)는 기류관(15) 내벽에 점착된 액상(111)을 흡수하여 윅(12) 방향(또는 중력 방향)으로 배출되도록 함으로써 기류관(15) 내벽에 액막(도 3의 114)이 형성되거나 성장하는 것을 억제할 수 있다. 이를테면, 액상 흡수체(151)는 기류관(15) 내에서 일종의 배수로로 기능할 수 있다. 액막 형성 및 성장이 액상 흡수체(151)에 의해 억제됨에 따라, 관막힘 현상과 액적 토출 현상이 미연에 방지될 수 있다.
액상 흡수체(151)는 액상 흡수가 용이한 소재로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 액상 흡수체(151)는 친수성 소재로 이루어지거나, 다공성 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 소재의 예로는 필터 페이퍼(filter paper), 섬유 등을 들 수 있으나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 액상 흡수체(151)의 배치 위치, 배치 영역, 배치 형태 등은 다양하게 설계될 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 도 12에 도시된 바와 같이, 액상 흡수체(151)는 기류관(15) 내벽의 특정 위치에서 하부 방향(e.g. 윅 12 또는 가열요소 14 방향, 중력 방향)으로 연장되도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 중력에 의해 흡수된 액상(111)이 액상 흡수체(151)를 따라 하부 방향으로 배출되기 때문에, 배수 기능이 원활하게 수행될 수 있다.
상술한 실시예에서, 액상 흡수체(151)는 가열요소(14) 근처까지 연장되도록 배치될 수도 있다. 이러한 경우, 가열요소(14)의 고온으로 인해 가열요소(14)와 근접한 액상 흡수체(151) 말단에서 기화가 일어날 수 있는데, 이는 액상 흡수체(151)의 상부에서 흡수된 액상(111)이 하부 방향으로 신속하게 이동되도록 함으로써 배수 기능을 보다 강화할 수 있다. 이때, 액상 흡수체(151)는 가열요소(14)과 접촉되지 않는 지점까지 연장될 수 있다. 액상 흡수체(151)가 가열요소(14)와 접촉되는 경우, 가열요소(14)의 고온으로 인해 접촉 부위가 파손될 가능성이 있기 때문이다. 다만, 다른 몇몇 실시예들에서는, 액상 흡수체(151)가 가열요소(14)와 접촉되도록 배치될 수도 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 액상 흡수체(151)가 기류관(15)의 내벽 하부의 일부 또는 전부를 커버하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 액상 흡수체(151)는 기류관(15) 내벽 하부(e.g. 중간 보다 아래 부위)의 특정 위치에서 하부 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 다른 예로서, 액상 흡수체(151)는 기류관(15)의 내벽 하부를 전반적으로 커버하는 형태로 배치될 수도 있다. 본 실시예에 따르면, 액막이 주로 형성되는 하부 위치에 액상 흡수체(151)를 집중 배치함으로써, 보다 효율적으로 관막힘 현상이 방지될 수 있다.
한편, 몇몇 실시예들에서는, 액상 흡수체(151)와 유사한 목적(즉, 관막힘 및 액적 토출 현상 방지)을 위해, 기류관(15) 내벽에 젖음성을 증가시키는 표면처리가 수행될 수 있다. 내벽의 젖음성이 증가되면, 액상 점착이 억제되어 결과적으로 액막의 형성 및 성장이 방지될 수 있기 때문이다. 이하, 본 실시예에 관하여 도 13 및 도 14를 참조하여 설명하도록 한다.
도 13은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 기류관(15)의 내부를 나타내는 예시적인 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 기류관 내벽(152)의 적어도 일부 영역(153)에 젖음성을 증가시키는 표면처리가 수행될 수 있다. 이러한 표면처리는 도시된 바와 같이 액막(114)이 기류관(15) 내부의 중심 방향으로 성장하는 것을 방지할 수 있고, 윅(12)에서 유입된 액적(112)과 에어로졸의 응축물(113)이 내벽(152)에 점착되지 않고 빠르게 하부 방향(e.g. 중력 방향)으로 배출되도록 할 수 있다.
표면처리의 예로는 도금처리(e.g. 전기 도금), 친수 코팅 등을 포함할 수 있으나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도금처리는 예를 들어 금, 은, 니켈, 구리 등과 같은 금속으로 수행될 수 있으나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 표면 처리는 접촉각이 약 30° 이하가 되도록 수행될 수 있고, 바람직하게는 약 20° 또는 10°이하, 더욱 바람직하게는 접촉각이 0°에 가까워지도록 수행될 수 있다. 젖음성이 커질수록, 기류관 내벽(152)에서 액막(114)의 형성 및 성장이 더욱 억제될 수 있기 때문이다.
한편, 표면처리는 기류관 내벽(152)의 일부 또는 전체 영역에 대해서 수행될 수 있는데, 표면처리 영역은 다양하게 설계될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 표면처리 영역은 기류관 내벽(152)의 하부 영역의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내벽(152)의 하부 영역(153)에만 표면처리가 수행될 수 있다. 이는 액막(114)이 내벽(152)의 하부 위치에 주로 형성되는 점을 반영한 것으로 이해될 수 있다. 다른 예로서, 기류관 내벽(152)의 하부 영역과 상부 영역에 모두 표면처리가 수행되되, 하부 영역의 젖음성이 상부 영역보다 더 높아지도록 표면처리가 수행될 수 있다.
몇몇 실시예들에서는, 도 14에 도시된 바와 같이, 소정의 간격을 두고 형성된 복수의 제1 영역(e.g. 155-1, 155-2)에 표면처리가 수행될 수 있다. 이때, 영역(e.g. 155-1, 155-2) 간 간격은 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 또는, 복수의 제1 영역(e.g. 155-1, 155-2)과 그 사이에 형성된 제2 영역(e.g. 156-1, 156-2)에 표면처리가 수행되되, 제1 영역(e.g. 155-1, 155-2)의 젖음성이 제2 영역(e.g. 156-1, 156-2)보다 높아지도록 표면처리가 수행될 수 있다. 이와 같은 경우, 도 14에 도시된 바와 같이 배수 경로가 분산됨에 따라 관막힘 현상과 액적 토출 현상이 더욱 효과적으로 방지될 수 있다(도 14의 화살표 참조). 몇몇 실시예들에서는, 제1 영역(e.g. 155-1, 155-2)에 액상 흡수체(151)가 배치될 수도 있다. 이러한 경우, 액상 배출 경로 상에 액상 흡수체(151)가 배치되는 효과가 달성되어, 배수 기능이 더욱 강화될 수 있다.
지금까지 도 10 내지 도 14를 참조하여 액적 발생 현상, 관막힘 현상 및/또는 액적 토출 현상에 대한 방지 설계가 적용된 윅(12)과 기류관(15)에 대하여 설명하였다.
이하에서는, 도 15 및 도 16을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기(1)가 적용될 수 있는 다른 유형의 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)에 대하여 설명하도록 한다.
도 15 및 도 16은 액상과 고체 형태의 에어로졸 발생 물품(150)이 함께 이용되는 하이브리드형 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)를 나타내는 예시적인 구성도이다. 이하, 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)에 대하여 간략하게 설명하도록 한다.
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)는 내부 공간에 삽입된 에어로졸 발생 물품(150)을 더 이용하여 에어로졸을 발생시키는 장치일 수 있다. 보다 자세하게는, 에어로졸 발생 물품(150)이 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)에 삽입되면, 제어부(120)가 히터(140)와 증기화기(1)를 작동시키고, 증기화기(1)에서 발생된 에어로졸은 에어로졸 발생 물품(150)를 통해 사용자에게 전달될 수 있다.
도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)는 도 1에 예시된 에어로졸 발생 장치(100-1)와는 달리 에어로졸 발생 물품(150)을 가열하기 위한 히터(140)를 더 포함하고 있다. 다만, 도 15 또는 도 16에는 본 개시의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 개시가 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 15 또는 도 16에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터, 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 궐련 삽입 감지 센서 등) 등을 더 포함할 수도 있다.
히터(140)는 배터리(130)로부터 공급된 전력에 의하여 에어로졸 발생 물품(150)을 가열할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 물품(150)이 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)에 삽입되면, 히터(140)는 에어로졸 발생 물품(150) 내의 에어로졸 형성 기재의 온도를 상승시킬 수 있다.
히터(140)는 어떠한 형태로 구현되더라도 무방하다. 예를 들어, 히터(140)는 외부 가열식 또는 내부 가열식일 수 있으며, 복수의 가열요소를 포함할 수도 있다. 또한, 히터(140)는 전기 저항성 히터일 수도 있고, 유도 가열 방식으로 동작할 수도 있다.
다음으로, 배터리(130)는 히터(140)에 전력을 공급할 수 있다. 그 외의 동작은 상술한 바와 유사하므로, 도 1의 설명 부분을 더 참조하도록 한다.
다음으로, 제어부(120)는 히터(140)의 공급 전력(또는 가열 온도)를 제어할 수 있다. 그 외의 동작은 상술한 바와 유사하므로, 도 1의 설명 부분을 더 참조하도록 한다.
도 15 또는 도 16에 도시된 바와 같이, 증기화기(1)와 히터(140)는 병렬 또는 직렬로 배치될 수 있다. 그러나, 본 개시의 범위가 이러한 배치 형태에 한정되는 것은 아니다.
지금까지 도 15 및 도 16을 참조하여 본 개시의 기술적 사상이 적용될 수 있는 다른 유형의 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)에 대하여 설명하였다.
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.
100-1, 100-2, 100-3: 에어로졸 발생 장치
1: 증기화기 11: 액상 저장조
12: 윅 121: 코어부
122: 외피부 13: 윅하우징
14: 가열요소 15: 기류관
151: 액상 흡수체 110: 마우스피스
120: 제어부 130: 배터리
140: 히터 150: 에어로졸 발생 물품

Claims (12)

  1. 액상의 에어로졸 형성 기재를 저장하는 액상 저장조;
    상기 저장된 에어로졸 형성 기재를 흡수하는 윅(wick);
    상기 흡수된 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는 가열요소;
    상기 발생된 에어로졸을 마우스피스 방향으로 전달하는 기류관; 및
    상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 윅에서의 액적 발생 정도를 기초로 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절하는,
    에어로졸 발생 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 윅에서 발생한 액적이 상기 기류관 내부로 유입되는 정도를 기초로 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절하는,
    에어로졸 발생 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 윅 근처에 부착된 센서를 통해 상기 액적 발생 정도를 측정하는,
    에어로졸 발생 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가열요소의 온도 변화를 기초로 상기 액적 발생 정도를 추정하는,
    에어로졸 발생 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가열요소의 전류 변화를 기초로 상기 액적 발생 정도를 추정하는,
    에어로졸 발생 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기류관 내부의 기류 변화를 기초로 상기 액적 발생 정도를 추정하는,
    에어로졸 발생 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 액적의 발생 횟수가 임계치 이상이라는 판단에 응답하여, 상기 가열요소에 공급되는 전력을 감소시키는,
    에어로졸 발생 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 액적의 발생 횟수가 임계치 이하라는 판단에 응답하여, 상기 가열요소에 공급되는 전력을 증가시키는,
    에어로졸 발생 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 기 설정된 증가폭과 감소폭에 기초하여 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절하되,
    상기 증가폭과 상기 감소폭과 동일한 값으로 설정되는,
    에어로졸 발생 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 기 설정된 증가폭과 감소폭에 기초하여 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절하되,
    상기 증가폭은 상기 감소폭보다 큰 값으로 설정되는,
    에어로졸 발생 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 기 설정된 조절폭에 기초하여 상기 가열요소에 공급되는 전력을 조절하되,
    상기 조절폭은 상기 전력 조절의 결과에 기초하여 변경되는,
    에어로졸 발생 장치.
  12. 증기화기를 포함하는 에어로졸 발생 장치에서 수행되는 전력 제어 방법에 있어서,
    상기 증기화기의 윅(wick)에서의 액적 발생 정도를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 액적 발생 정도를 기초로 상기 증기화기의 가열요소에 공급되는 전력을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 가열요소는 상기 조절된 공급 전력을 이용하여 상기 윅에 흡수된 액상의 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는,
    전력 제어 방법.
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