KR20220032473A - 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

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KR20220032473A
KR20220032473A KR1020210093688A KR20210093688A KR20220032473A KR 20220032473 A KR20220032473 A KR 20220032473A KR 1020210093688 A KR1020210093688 A KR 1020210093688A KR 20210093688 A KR20210093688 A KR 20210093688A KR 20220032473 A KR20220032473 A KR 20220032473A
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aerosol generating
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temperature
heating unit
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이재민
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주식회사 케이티앤지
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Abstract

에어로졸 생성 장치는 무화량 증대 및 끽미감 증대를 위하여, 제1 목표 온도 및 제1 목표 온도와 상이한 제2 목표 온도에 기초하여 가열부에 공급되는 전력을 제어한다.

Description

에어로졸 생성 장치{AEROSOL GENERATING DEVICE}
본 발명은 에어로졸 생성 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어로졸 생성 장치의 초반 무화량 증대 및 끽미감(flavor) 증대를 위한 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 또는 액체 저장부 내의 에어로졸 생성 물질이 가열됨에 따라 에어로졸을 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다.
이러한 에어로졸 생성 장치는 흡연 구간 이전에 예열 구간을 설정함으로써 에어로졸 생성 기질을 미리 가열할 수 있다. 그러나, 하나의 목표 온도로만 가열부를 예열하는 경우, 사용자가 기대하는 초반 무화량을 제공할 수 없거나, 가열부가 탄화될 수 있다. 이러한 초반 무화량 부족 및 가열부의 탄화는 사용자의 끽미감에 영향을 미친다는 문제가 있다.
본 개시가 해결하고자 하는 기술적 과제는 초반 무화량 증대 및 가열부의 탄화 방지함으로써, 사용자 끽미감을 증대시킬 수 있는 에어로졸 생성 장치를 제공하는 데에 있다.
본 개시의 기술적 과제는 상술한 바에 한정되지 않으며 이하의 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치는 배터리, 상기 배터리에서 공급된 전력에 기초하여 에어로졸 생성 기질을 가열하는 가열부 및, 예열 구간 및 흡연 구간을 포함하는 온도 프로파일에 기초하여 상기 가열부에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 예열 구간에서 제1 목표 온도 및 상기 제1 목표 온도와 상이한 제2 목표 온도에 기초하여 상기 가열부에 공급되는 전력을 제어한다.
본 개시의 에어로졸 생성 장치는 예열 구간에서 복수의 목표 온도에 기초하여 가열부를 가열함으로써, 가열부의 온도를 안정적(stable)으로 증가시킬 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치는 복수의 목표 온도에 기초하여 가열부의 온도를 안정적으로 예열시킴으로써, 흡연 구간에서 에어로졸 생성 기질의 탄화를 방지할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치는 복수의 목표 온도에 기초하여 가열부의 온도를 안정적으로 예열시킴으로써, 흡연 구간에서 풍부한 무화량을 사용자에게 제공할 수 있다.
본 개시의 효과는 상술한 효과들로 제한되는 것이 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 3은 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 4 내지 도 5는 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 7은 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치에 사용되는 궐련의 예를 도시한 도면들이다.
도 8 내지 도 9는 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치에 삽입되는 궐련의 예를 도시한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 내부 블록도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 온도 프로파일에 따른 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 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.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12) 및 히터(13)를 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 증기화기(14)를 더 포함한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부 공간에는 궐련(2)이 삽입될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 에어로졸 생성 장치(1)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 1 내지 도 3에 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.
또한, 도 2 및 도 3에는 에어로졸 생성 장치(1)에 히터(13)가 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 히터(13)는 생략될 수도 있다.
도 1에는 배터리(11), 제어부(12) 및 히터(13)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 배터리(11), 제어부(12), 증기화기(14) 및 히터(13)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 증기화기(14) 및 히터(13)가 병렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(1)의 설계에 따라, 배터리(11), 제어부(12), 히터(13) 및 증기화기(14)의 배치는 변경될 수 있다.
궐련(2)이 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되면, 에어로졸 생성 장치(1)는 히터(13) 및/또는 증기화기(14)를 작동시켜, 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 히터(13) 및/또는 증기화기(14)에 의하여 발생된 에어로졸은 궐련(2)을 통과하여 사용자에게 전달된다.
필요에 따라, 궐련(2)이 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 생성 장치(1)는 히터(13)를 가열할 수 있다.
배터리(11)는 에어로졸 생성 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(11)는 히터(13) 또는 증기화기(14)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(12)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(11)는 에어로졸 생성 장치(1)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(12)는 배터리(11), 히터(13) 및 증기화기(14)뿐 만 아니라 에어로졸 생성 장치(1)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성 장치(1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(12)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(13)는 배터리(11)로부터 공급된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들어, 궐련이 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되면, 히터(13)는 궐련의 외부에 위치할 수 있다. 따라서, 가열된 히터(13)는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.
히터(13)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(13)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(13)가 가열될 수 있다. 그러나, 히터(13)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(1)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 다른 예로, 히터(13)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 히터(13)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. 유도 가열식 히터에 관한 설명은 도 4 내지 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
예를 들어, 히터(13)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(2)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(1)에는 히터(13)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(13)들은 궐련(2)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 궐련(2)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(13)들 중 일부는 궐련(2)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 궐련(2)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(13)의 형상은 도 1 내지 도 3에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
증기화기(14)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 궐련(2)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 증기화기(14)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 장치(1)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(14)에 의하여 생성된 에어로졸이 궐련을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(14)는 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소는 독립적인 모듈로서 에어로졸 생성 장치(1)에 포함될 수도 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(14)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(14)와 일체로서 제작될 수도 있다.
예를 들어, 액상 조성물은 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 또는 비타민 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미제는 사용자에게 다양한 향미 또는 풍미를 제공할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 비타민 혼합물은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C 및 비타민 E 중 적어도 하나가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 액상 조성물은 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다.
액체 전달 수단은 액체 저장부의 액상 조성물을 가열 요소로 전달할 수 있다. 예를 들어, 액체 전달 수단은 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
가열 요소는 액체 전달 수단에 의해 전달되는 액상 조성물을 가열하기 위한 요소이다. 예를 들어, 가열 요소는 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 가열 요소는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있고, 액체 전달 수단에 감기는 구조로 배치될 수 있다. 가열 요소는, 전류 공급에 의해 가열될 수 있으며, 가열 요소와 접촉된 액체 조성물에 열을 전달하여, 액체 조성물을 가열할 수 있다. 그 결과, 에어로졸이 생성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(14)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 에어로졸 생성 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12), 히터(13) 및 증기화기(14) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(1)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 궐련 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)는 궐련(2)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출 될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.
도 1 내지 도 3에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(1)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(1)의 배터리(11)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 에어로졸 생성 장치(1)가 결합된 상태에서 히터(13)가 가열될 수도 있다.
궐련(2)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 궐련(2)은 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제 1 부분과 필터 등을 포함하는 제 2 부분으로 구분될 수 있다. 또는, 궐련(2)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.
에어로졸 생성 장치(1)의 내부에는 제 1 부분의 전체가 삽입되고, 제 2 부분은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부에 제 1 부분의 일부만 삽입될 수도 있고, 제 1 부분의 전체 및 제 2 부분의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 제 2 부분을 입으로 문 상태에서 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 제 1 부분을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제 2 부분을 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. 다른 예로서, 외부 공기는 궐련(2)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 궐련(2)의 내부로 유입될 수도 있다.
도 4 내지 도 5는 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 서셉터(16), 코일(15), 배터리(11) 및 제어부(12)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 서셉터(16)는 궐련(도 6 내지 도 7의 200)에 포함되는 구성일 수 있다. 이 경우, 에어로졸 생성 장치(1)는 도 5와 같이, 서셉터(16)를 포함하지 않을 수 있다.
도 4 내지 도 5에 도시된 에어로졸 생성 장치(1)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 4 내지 도 5에 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.
에어로졸 생성 장치(1)는 유도 가열(induction heating) 방식으로 수용 공간(17)에 수용되는 궐련(2)을 가열함으로써 에어로졸을 생성할 수 있다. 유도 가열 방식은 외부 자기장에 의해 발열하는 자성체에 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장(alternating magnetic field)을 인가하여 자성체로부터 열을 생성하는 방식을 의미할 수 있다.
자성체에 교번 자기장이 인가되는 경우, 자성체에는 와류손(eddy current loss) 및 히스테리시스손(hysteresis loss)에 따른 에너지 손실이 발생할 수 있고, 손실되는 에너지가 열에너지로서 자성체로부터 방출될 수 있다. 자성체에 인가되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 클수록 자성체로부터 많은 열에너지가 방출될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1)는 자성체에 교번 자기장을 인가함으로써 자성체로부터 열에너지를 방출시킬 수 있고, 자성체로부터 방출되는 열에너지를 궐련(2)에 전달할 수 있다.
외부 자기장에 의해 발열하는 자성체는 서셉터(susceptor: 110)일 수 있다. 서셉터(16)는 조각, 박편 또는 스트립 등의 형상으로 형성될 수 있다.
서셉터(16)는 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 서셉터(16)는 페라이트(ferrite), 강자성 합금(ferromagnetic alloy), 스테인리스강(stainless steel) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 서셉터(16)는 흑연(graphite), 몰리브덴(molybdenum), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 니오븀(niobium), 니켈 합금(nickel alloy), 금속 필름(metal film), 지르코니아(zirconia) 등과 같은 세라믹, 니켈(Ni)이나 코발트(Co) 등과 같은 전이 금속, 붕소(B)나 인(P)과 같은 준금속 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(1)는 궐련(2)을 수용하기 위한 수용 공간(17)을 포함할 수 있다. 수용 공간(17)은 궐련(2)을 에어로졸 생성 장치(1)에 수용하기 위해 수용 공간(17)의 외측에서 개방되는 개구를 포함할 수 있다. 궐련(2)은 수용 공간(17)의 개구를 통해 수용 공간(17)의 외측에서 수용 공간(17)의 내측을 향하는 방향으로 에어로졸 생성 장치(1)에 수용될 수 있다.
도 4에서와 같이, 수용 공간(17)의 내측 단부에는 서셉터(16)가 배치될 수 있다. 서셉터(16)는 수용 공간(17)의 내측 단부에 형성되는 바닥면에 부착될 수 있다. 궐련(2)은 서셉터(16)의 상단부로부터 서셉터(16)에 삽입되며 수용 공간(17)의 바닥면까지 수용될 수 있다.
또는, 도 5에서와 같이, 에어로졸 생성 장치(1)는 서셉터(16)를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 서셉터(16)는 궐련(2)에 포함될 수 있다.
에어로졸 생성 장치(1)는 서셉터(16)에 교변 자기장을 인가하고, 서셉터(16)의 유도 가열에 의한 서셉터(16)의 온도 변화에 따라 공진 주파수가 가변되는 코일(15)을 포함할 수 있다.
코일(15)은 솔레노이드(solenoid)로 구현될 수 있다. 코일(15)은 수용 공간(17)의 측면을 따라 권선되는 솔레노이드일 수 있고, 솔레노이드의 내부 공간에 궐련(2)이 수용될 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.
코일(15)은 수용 공간(17)의 외측면을 따라 권선될 수 있고, 서셉터(16)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
배터리(11)는 코일(15)에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(11)는 리튬인산철(LiFePO4) 배터리일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 배터리는 산화 리튬 코발트(LiCoO2) 배터리, 리튬 티탄산염 배터리 등일 수 있다.
제어부(12)는 코일(15)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 제어부(12)는 코일(15)의 구동 주파수를 가변할 수 있다. 제어부(12)는 구동 주파수를 제어함으로써, 서셉터(16)를 유도 가열할 수 있다.
도 6 내지 도 7은 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치에 사용되는 궐련의 예를 도시한 도면들이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 궐련(2)은 담배 로드(21) 및 필터 로드(22)를 포함할 수 있다. 도 6 내지 도 7에는 필터 로드(22)가 단일 영역으로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필터 로드(22)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(22)는 에어로졸을 냉각하는 제1 세그먼트 및 에어로졸에 포함되는 특정 성분을 여과하는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필터 로드(22)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트가 더 포함될 수도 있다.
궐련(2)은 적어도 하나의 래퍼(24)에 의해 포장될 수 있다. 래퍼(24)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 공기가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로, 궐련(2)은 하나의 래퍼(24)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로, 궐련(2)은 둘 이상의 래퍼들(24)에 의해 중첩적으로 포장될 수도 있다. 구체적으로, 제1 래퍼에 의하여 담배 로드(21)가 포장되고, 제2 래퍼에 의해 필터 로드(22)가 포장될 수 있다. 래퍼들 각각에 의해 포장되는 담배 로드(21) 및 필터 로드(22)가 결합되고, 제3 래퍼에 의하여 궐련(2) 전체가 재포장될 수 있다.
담배 로드(21)는 에어로졸 생성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 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. 담배 로드(21)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 담배 로드(21)에는 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이 담배 로드(21)에 분사되어 첨가될 수 있다.
담배 로드(21)는 다양한 방식으로 제작될 수 있다. 예를 들면, 담배 로드(21)는 시트(sheet)로 제작될 수 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또는, 담배 로드(21)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다.
실시예에 따라, 궐련(2)은 서셉터(16)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 서셉터(16)는 도 7와 같이, 담배 로드(21)에 배치될 수 있다. 서셉터(16)는 담배 로드(21)의 말단으로부터 필터 로드(22) 방향으로 연장될 수 있다.
담배 로드(21)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들면, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 담배 로드(21)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(21)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드(21)에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 담배 로드(21)로부터 생성되는 에어로졸의 풍미가 향상될 수 있다.
필터 로드(22)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 필터 로드(22)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(22)는 원통형 로드일 수 있고, 내부에 중공(hollow)을 포함하는 튜브형 로드일 수 있다. 또는, 필터 로드(22)는 내부에 공동(cavity)을 포함하는 리세스(recess) 형 로드일 수도 있다. 필터 로드(22)가 복수의 세그먼트들로 구성되는 경우, 복수의 세그먼트들은 서로 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(22)는 필터 로드(22)에서 향미가 발생하도록 제작될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(22)에 가향액이 분사될 수 있고, 가향액이 도포되는 별도의 섬유가 필터 로드(22)의 내부에 삽입될 수도 있다.
필터 로드(22)에는 적어도 하나의 캡슐(23)이 포함될 수 있다. 캡슐(23)은 향미를 발생시킬 수 있고, 에어로졸을 발생시킬 수도 있다. 예를 들면, 캡슐(23)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싸는 구조로 형성될 수 있다. 캡슐(23)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
필터 로드(22)에 에어로졸을 냉각하는 냉각 세그먼트가 포함되는 경우, 냉각 세그먼트는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질로 제조될 수 있다. 예를 들면, 냉각 세그먼트는 순수한 폴리락트산(polylactic acid)만으로 제작될 수 있다. 또는, 냉각 세그먼트는 복수의 천공들을 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 필터로 제작될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 냉각 세그먼트는 에어로졸을 냉각하는 구조 및 물질로 구성될 수 있다.
도 8 내지 도 9는 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치에 삽입되는 궐련의 예를 도시한 도면이다.
보다 상세하게는 도 8은 서셉터(16)가 에어로졸 생성 장치(1)에 배치되는 경우, 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되는 궐련(2)의 예를 도시하는 도면이고, 도 9는 서셉터(16)가 궐련(2)에 배치되는 경우, 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되는 궐련(2)의 예를 도시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 궐련(2)은 궐련(2)의 길이 방향을 따라 수용 공간(17)에 수용될 수 있다. 서셉터(16)는 에어로졸 생성 장치(1)에 수용되는 궐련(2)에 삽입될 수 있다. 궐련(2)이 서셉터(16)에 삽입됨에 따라, 담배 로드(21)가 서셉터(16)에 접촉할 수 있다. 서셉터(16)는 궐련(2)에 삽입될 수 있도록, 에어로졸 생성 장치(1)의 길이 방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다.
서셉터(16)는 궐련(2)의 중심부에 삽입되도록 수용 공간(17)의 중심부에 위치할 수 있다. 도 8에서 서셉터(16)는 단일 개수인 것으로 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다시 말해, 본 개시의 에어로졸 생성 장치(1)는 궐련(2)에 삽입될 수 있도록 에어로졸 생성 장치(1)의 길이 방향으로 연장되고, 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 서셉터(16)를 포함할 수도 있다.
코일(15)은 수용 공간(17)의 외측면을 따라 권선되어 길이 방향으로 연장될 수 있다. 길이 방향을 따라 연장되는 코일(15)은 수용 공간(17)의 외측면에 배치될 수 있다. 코일(15)은 서셉터(16)에 대응되는 길이로 길이 방향을 따라 연장될 수 있고, 서셉터(16)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
도 9를 참조하면, 궐련(2)은 궐련(2)의 길이 방향을 따라 수용 공간(17)에 수용될 수 있다. 궐련(2)이 수용 공간(17)에 삽입됨에 따라, 서셉터(16)는 코일(15)에 의해 둘러싸일 수 있다.
서셉터(16)는 균일한 열 전달을 위하여 담배 로드(21)의 중심부에 위치할 수 있다. 도 9에서 서셉터(16)는 단일 개수인 것으로 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다시 말해, 본 개시의 에어로졸 생성 장치(1)는 궐련(2)에 포함된 복수 개의 서셉터(16)를 포함할 수도 있다.
코일(15)은 수용 공간(17)의 외측면을 따라 권선되어 길이 방향으로 연장될 수 있다. 길이 방향을 따라 연장되는 코일(15)은 수용 공간(17)의 외측면에 배치될 수 있다. 코일(15)은 서셉터(16)에 대응되는 길이로 길이 방향을 따라 연장될 수 있고, 서셉터(16)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 내부 블록도이다.
도 10을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 입력부(1010), 출력부(1020), 감지부(1030), 인터페이스부(1040), 가열부(1052), 배터리(1060), 메모리(1070) 및 제어부(1080)를 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1)가 유도 가열 방식에 의해 동작하는 경우, 에어로졸 생성 장치(1)는 전력 변환부(1051)를 더 포함할 수 있다.
도 10의 배터리(1060) 및 제어부(1080)는 도 1 내지 도 5의 배터리(11) 및 제어부(12)에 각각 대응될 수 있다. 도 10의 가열부(1052)는 도 1 내지 도 3의 히터(13)에 대응될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1)가 유도 가열 방식에 의해 동작하는 경우, 도 10의 가열부(1052)는 도 4 내지 도 5의 코일(15)에 대응될 수 있다. 실시예에 따라, 도 10의 가열부(1052)는 도 4 내지 도 5의 서셉터(16)를 포함하는 구성일 수도 있다.
입력부(1010)는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 입력부(1010)는 가압식 푸쉬(push) 버튼 형태로 마련될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 입력부(1010)는 사용자 입력을 수신한 경우, 사용자 입력에 대응하는 제어 신호를 제어부(1080)에 전송할 수 있다. 제어부(1080)는 제어 신호에 기초하여 에어로졸 생성 장치(1)의 내부 구성들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1080)는 제어 신호에 기초하여 가열부(1052)에 전력을 공급할 수 있다.
출력부(1020)는 에어로졸 생성 장치(1)와 관련된 시각 정보 및/또는 촉각 정보를 출력할 수 있다. 이를 위하여 출력부(1020)는 디스플레이(미도시), 진동 모터(미도시) 등을 포함할 수 있다.
감지부(1030)는 에어로졸 생성 장치(1)의 동작과 관련된 정보를 감지할 수 있다. 감지부(1030)는 가열부(1052)의 온도를 감지하는 온도 감지부(1031) 및 가열부(1052)에 공급되는 전류를 감지하는 전류 감지부(1032)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 감지부(1030)는 사용자의 퍼프를 감지하기 위한 퍼프 센서를 더 포함할 수 있다.
온도 감지부(1031)는 적어도 어느 하나의 온도 센서를 포함하고, 온도 센서는 가열부(1052)와 인접하여 배치될 수 있다. 전류 감지부(132)는 적어도 하나의 션트(shunt) 저항을 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1)가 유도 가열 방식에 의해 동작하는 경우, 전류 감지부(132)는 코일(15)이 직렬 연결되어, 코일(15)에 인가되는 전류를 감지할 수 있다.
인터페이스부(1040)는 에어로졸 생성 장치(1)에 연결되는 다양한 종류의 외부 디바이스와의 통로 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스부(1040)는 외부 디바이스와 연결 가능한 포트(port)를 구비할 수 있고, 에어로졸 생성 장치(1)는 포트를 통해 외부 디바이스와 연결될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1)는 외부 디바이스와 연결된 상태에서, 외부 디바이스와 데이터를 교환할 수 있다. 인터페이스부(1040)는 외부 전원을 공급받는 통로 역할을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 인터페이스부(1040)는 외부 전원과 연결 가능한 포트를 구비할 수 있고, 에어로졸 생성 장치(1)는 외부 전원과 연결된 상태에서, 외부 전원으로부터 외부 전원을 공급받을 수 있다.
가열부(1052)는 에어로졸 생성 기질을 가열할 수 있다. 에어로졸 생성 기질이 가열됨에 따라 에어로졸이 발생될 수 있다. 에어로졸 생성 기질은 도 1 내지 도 3 및 도 7 내지 도 8의 궐련(2)일 수 있다.
가열부(1052)는 코일(15)을 포함할 수 있다. 또한, 가열부(1052)는 서셉터(16)에 유도 결합하기 위한 커패시터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 가열부(1052)는 서셉터(16)를 더 포함할 수 있다.
코일(15)에 전류가 인가되는 경우, 코일(15)에서 발생되는 교번 자기장에 의하여 서셉터(16)가 가열될 수 있다. 가열된 서셉터(16)는 에어로졸 생성 기질을 가열할 수 있고, 이에 따라, 에어로졸이 생성될 수 있다.
한편, 가열부(1052)가 서셉터(16)를 포함하지 않는 경우, 서셉터(16)는 에어로졸 생성 기질에 포함될 수 있다. 이 때, 가열부(1052)는 자기장 발생부라고 명명할 수도 있다.
배터리(1060)는 제어부(1080)의 제어에 의하여 가열부(1052)에게 전력을 공급할 수 있다.
이때, 전력 변환부(1051)는 배터리(1060)에서 공급된 전원을 변환하여 가열부(1052)에 전달할 수 있다.
전력 변환부(1051)는 배터리(1060)에서 공급된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 가열부(1052)에 전달할 수 있다. 전력 변환부(1051)는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하기 위하여 복수의 스위칭 소자들을 포함할 수 있다.
메모리(1070)는 에어로졸 생성 장치(1)의 동작을 위한 정보를 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 메모리(1070)는 온도 프로파일에 대한 정보를 저장할 수 있다.
온도 프로파일은 가열 구간에 대응되는 목표 온도에 대한 정보를 포함할 수 있다. 가열 구간은 가열부(1052)의 온도를 기 설정된 예열 온도까지 증가시키는 예열 구간 및 가열부(1052)의 온도를 일정 범위 내에서 유지시키는 흡연 구간을 포함할 수 있다. 예열 구간은 가열부(1052)의 온도를 에어로졸이 충분하게 생성되는 온도까지 증가시키는 구간을 의미할 수 있다. 흡연 구간은 가열부(1052)의 온도를 에어로졸이 충분하게 생성되는 온도로 유지시키는 구간을 의미할 수 있다. 사용자는 흡연 구간에서 퍼프를 통하여 에어로졸 생성 기질을 흡입할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1)가 유도 가열 방식에 의해 동작하는 경우, 가열부(1052)의 온도는 서셉터(16)의 온도를 의미할 수 있다.
제어부(1080)는 배터리(1060)가 가열부(1052)에 공급하는 전류 펄스의 주파수 및 듀티(duty) 중 적어도 어느 하나를 조정함으로써, 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 듀티는 하나의 스위칭 주기(switching period)에서 스위칭 소자가 턴 온되는 시간의 비율을 백분율로 나타낸 수치를 의미할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 듀티는 듀티비(duty ratio)와 동일한 의미일 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1)가 유도 가열 방식에 의해 동작하는 경우, 가열부(1052)에 공급되는 전력은 코일(15)에 공급되는 전력을 의미할 수 있다. 코일(15)에 전력이 공급되는 경우, 코일(15)에서 발생되는 교번 자기장에 의하여 서셉터(16)가 비접촉 방식으로 가열될 수 있다. 유도 가열 방식의 경우, 열전도가 불필요하므로 열손실이 현저하게 감소되고, 에어로졸 생성 기질의 급속 가열이 가능하다.
제어부(1080)는 전력 변환부(1051)를 제어함으로써, 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(1080)는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 방식을 이용하여, 전력 변환부(1051)를 제어할 수 있다. 제어부(1080)는 펄스 폭 변조(PWM) 방식을 이용하여 전력 변환부(1051)에 포함된 복수의 스위칭 소자들을 제어할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(1080)는 복수의 스위칭 소자들을 제어하는 구동 제어부(1081)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 구동 제어부(1081)는 제어부(1080)와는 구분되는 별도 구성으로써 형성될 수도 있다.
제어부(1080)는 온도 프로파일에 기초하여 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 온도 프로파일은 예열 구간 및 흡연 구간을 포함할 수 있다. 온도 프로파일에는 가열부(1052)가 도달해야할 목표 온도에 대한 정보가 포함될 수 있고, 제어부(1080)는 가열부(1052)가 목표 온도를 추종하도록 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
한편, 사용자의 퍼프(puff)는 흡연 구간에서 수행되므로, 예열 구간은 짧은 수록 유리하다. 그러나, 가열부(1052)의 온도를 급격하게 상승시키는 경우, 가열부(1052)의 온도가 에어로졸이 생성되는 온도 이상으로 급격하게 상승되어, 에어로졸 생성 기질의 탄화를 초래할 수 있다. 반대로, 예열 구간의 초기부터 가열부(1052)의 온도를 완만하게(gradually) 상승시키는 경우, 예열 시간이 지나치게 증가하여 사용자 불만족이 증가된다. 이에 따라, 본 개시의 에어로졸 생성 장치(1)는 예열 구간에서 n단(n-step)의 온도 제어를 수행할 수 있다. 이하에서는 2단의 온도 제어 방법에 대해서만 설명하나, 실시예에 따라, 에어로졸 생성 장치(10)는 n-단의 온도 제어도 가능하다.
제어부(1080)는 예열 구간에서 제1 목표 온도 및 제1 목표 온도와 상이한 제2 목표 온도에 기초하여 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
구체적으로, 예열 구간은 제1 예열 구간 및 제1 예열 구간 이후의 제2 예열 구간을 포함할 수 있다. 제1 예열 구간은 제2 예열 구간 보다 크게 설정될 수 있다. 제어부(1080)는 제1 예열 구간에서 제1 목표 온도에 기초하여 가열부(1052)를 가열하고, 제2 예열 구간에서 제2 목표 온도에 기초하여 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 가열 개시 시점에 목표 온도를 높게 설정하는 경우, 배터리(1060)의 과부하 및 가열부(1052)의 급격한 온도 증가로 인해 에어로졸 생성 기질이 탄화될 수 있으므로, 제1 목표 온도는 제2 목표 온도 보다 낮게 설정될 수 있다. 이에 따라, 가열부(1052)의 온도는 안정적(stable)으로 상승될 수 있다.
제어부(1080)는 예열 구간 이후의 흡연 구간에서, 제3 목표 온도에 기초하여 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 제3 목표 온도는 제2 목표 온도보다 작게 설정될 수 있다. 제3 목표 온도를 제2 목표 온도 보다 작게 설정하는 것은 후술하는 전류의 상한 제한으로 인해 예열 시간이 증가되는 것을 보상하기 위함이다. 일 실시예에서, 제3 목표 온도는 제1 목표 온도와 동일하게 설정될 수 있다.
제어부(1080)는 예열 구간 및 흡연 구간에서 가열부(1052)의 온도가 목표 온도를 추종하도록 가열부(1052)에 공급되는 전력을 피드백 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(1080)는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어 방식으로 가열부(1052)의 온도를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부(1080)는 가열부(1052)의 온도 및 목표 온도의 차이 값, 차이 값을 시간의 흐름에 따라 적분한 값 및 차이 값을 시간의 흐름에 따라 미분한 값을 통한 피드백 제어 방식에 따라 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. PID 제어의 계수는 가열부(1052)의 온도가 최적으로 제어될 수 있도록 실험적으로 미리 설정될 수 있다. 제어부(1080)는 설정된 PID 제어의 계수에 따라 가열부(1052)의 온도가 목표 온도에 도달하도록 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
한편, 가열 개시부터 피드백 제어 방식으로 가열부(1052)를 가열하는 경우, 전류의 리플(ripple) 성분으로 인하여 배터리(1060)의 과부하가 발생될 수 있다. 또한, 전류의 리플(ripple) 성분은 EMF(ElectroMotive Force) 노이즈로 작용하여, 배터리(1060)의 심각한 손상을 야기할 수도 있다.
본 개시의 에어로졸 생성 장치(1)는 이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 가열 개시 시점에 포함된 제1 예열 구간의 일부에서, 전류 제한 방식으로 가열부(1052)를 가열할 수 있다.
제어부(1080)는 제1 예열 구간의 일부에서, 가열부(1052)에 공급되는 전류의 상한(upper limit)을 제한할 수 있다. 제어부(1080)가 제1 예열 구간의 일부에서만 전류 제한 방식으로 가열부(1052)를 가열하는 것은 전류의 제한 방식으로 인해, 예열 시간이 증가되는 것을 방지하기 위함이다.
도 11은 일 실시예에 따른 온도 프로파일에 따른 전력 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 도 11에는 가열부(1052)의 온도(1110)에 관한 정보가 도시되어 있다. 또한, 도 11에서 x축은 시간이고, y축은 온도를 나타낸다. 에어로졸 생성 장치(1)가 유도 가열 방식에 의해 동작하는 경우, 가열부(1052)의 온도(1110)는 서셉터(16)의 온도(1110)를 의미할 수 있다. 이하에서는 에어로졸 생성 장치(1)가 유도 가열 방식으로 동작하는 경우만을 설명하나, 이하의 방법은 저항 가열 방식에도 적용될 수 있다.
제어부(1080)는 온도 프로파일에 따라 서셉터(16)를 가열할 수 있다. 온도 프로파일에는 목표 온도 및 가열 시간에 대한 정보가 포함될 수 있다. 온도 프로파일은 목표 온도 및/또는 가열 시간에 기초하여 예열 구간 및 흡연 구간으로 구분될 수 있다. 예열 구간은 서셉터(16)의 온도(1110)를 기 설정된 목표 온도까지 증가시키는 구간을 의미할 수 있다. 흡연 구간은 실제 퍼프(puff)가 수행되는 구간으로써, 서셉터(16)의 온도(1110)가 기 설정된 목표 온도 범위 내에서 유지되는 구간을 의미할 수 있다.
한편, 제어부(1080)가 하나의 목표 온도에 기초하여 가열부(1052)를 가열하되, 예열 시간이 짧다면, 가열부(1052)의 온도가 짧은 시간에 급격하게 상승될 수 있고, 이러한 가열부(1052)의 급격한 온도 상승은 에어로졸 생성 기질의 탄화를 발생시킬 수 있다. 또한, 제어부(1080)가 하나의 목표 온도에 기초하여 가열부(1052)를 가열하되, 예열 시간이 길다면, 예열 시간이 지나치게 증가하여 사용자 불만족이 증가될 수 있다. 본 개시의 에어로졸 생성 장치(1)는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 예열 구간에서 2단의 온도 제어를 수행할 수 있다.
예열 구간은 제1 예열 구간 및 제1 예열 구간 이후의 제2 예열 구간으로 구분될 수 있다.
제어부(1080)는 온도 프로파일에 따라, 제1 가열 시간(t1)동안 제1 목표 온도(Tt1)에 기초하여 코일(15)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 제1 가열 시간(t1)과 제1 예열 구간은 서로 대응될 수 있다.
제어부(1080)는 제1 예열 구간 동안 서셉터(16)의 온도(1110)가 제1 목표 온도(Tt1)를 추종하도록 전력 변환부(1051)를 제어할 수 있다. 제1 예열 구간에서 서셉터(16)의 온도(1110)는 제1 목표 온도(Tt1) 및/또는 제1 목표 온도(Tt1) 이상으로 증가될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 목표 온도(Tt1)는 250도 내지 335도 범위 내에서 설정될 수 있다.
제어부(1080)는 제2 가열 시간(t2)동안 제2 목표 온도(Tt2)에 기초하여 코일(15)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 제2 가열 시간(t2)과 제2 예열 구간은 서로 대응될 수 있다.
제2 가열 시간(t2)은 제1 가열 시간(t1) 보다 작게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2 가열 시간(t2)이 3초인 경우, 제1 가열 시간(t1)은 15초로 설정될 수 있다. 제2 가열 시간(t2)을 제1 가열 시간(t1) 보다 작게 설정하는 것은 서셉터(16)의 급격한 온도 상승을 방지하기 위함이다.
제어부(1080)는 제2 예열 구간 동안 서셉터(16)의 온도(1110)가 제2 목표 온도(Tt2)를 추종하도록 전력 변환부(1051)를 제어할 수 있다. 제2 예열 구간에서 서셉터(16)의 온도(1110)는 제2 목표 온도(Tt2) 및/또는 제2 목표 온도(Tt2) 이상으로 증가될 수 있다. 제2 목표 온도(Tt2)는 제1 목표 온도(Tt1) 보다 크게 설정될 수 있다. 제1 목표 온도(Tt1)를 제2 목표 온도(Tt2) 보다 작게 설정하는 것은 가열 개시 시점에 급격한 전력 공급으로 인한 배터리(1060)의 과부하 및 서셉터(16)의 급격한 온도 증가로 인한 에어로졸 생성 기질의 탄화를 방지하기 위함이다. 일 실시예에서, 제2 목표 온도(Tt2)는 340도 내지 360도 범위 내에서 설정될 수 있다. 제2 목표 온도(Tt2)의 상한 임계 값을 360로 설정하는 것은 에어로졸 생성 기질의 탄화를 방지하기 위함이다.
에어로졸 생성 장치(1)가 예열 구간에서 2단의 온도 제어를 수행함에 따라, 에어로졸 생성 기질의 탄화 없이, 서셉터(16)가 안정적으로 목표하는 온도까지 예열될 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 에어로졸 생성 장치(1)는 흡연 구간에서 풍부한 무화량 및 끽미감을 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 제어부(1080)는 제1 예열 구간의 초반에는 피드백 제어 방식에 의해 서셉터(16)를 가열하지 않는다. 이는 피드백 제어 시, 발생되는 전류의 리플을 저감하기 위함이다.
구체적으로, 제어부(1080)는 가열 개시 시점부터 기 설정된 기준 시간(ta)동안 코일(15)에 공급되는 전류의 상한(upper limit)을 제한할 수 있다.
기준 시간(ta)은 서셉터(16)의 온도(1110)가 기준 온도(Tta)에 도달할 때까지의 시간에 기초하여 설정될 수 있다. 기준 온도(Tta)는 코일(15)의 오버슈트(overshoot) 제어의 가능 여부에 기초하여 설정되되, 제1 목표 온도(Tt1) 보다 작게 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준 온도(Tta)는 제1 목표 온도(Tt1)의 -200도 내지 -30도 범위 내에서 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 기준 온도(Tta)는 제1 목표 온도(Tt1)의 -35도로 설정될 수 있다. 기준 온도(Tta)가 제1 목표 온도(Tt1) 보다 작게 설정되므로, 기준 시간(ta)은 제1 예열 구간의 종료 시점 보다 작게 설정될 수 있다. 다시 말해, 제어부(1080)는 제1 예열 구간의 개시 시점부터 제1 예열 구간의 일부 구간에서만 코일(15)에 공급되는 전류의 상한을 제한할 수 있다.
전류의 상한은 1A 내지 4A 범위 내에서 설정될 수 있다, 전류의 상한의 하한 임계 값을 1A로 설정하는 것은, 서셉터(16)를 가열하기 위해 요구되는 코일(15)의 최소 공급 전류가 1A 이상이기 때문이다. 또한, 전류의 상한의 상한 임계값을 4A로 설정하는 것은 배터리(1060)의 정격 전류가 6A이고, 코일(15)을 제외한 나머지 구성들의 요구 전류의 합이 2A이기 때문이다.
제어부(1080)는 제2 가열 시간(t2) 이후의 기 설정된 흡연 시간 동안 제3 목표 온도(Tt3)에 기초하여, 코일(15)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 흡연 시간과 흡연 구간은 서로 대응될 수 있다. 예를 들어, 흡연 시간은 240초로 설정될 수 있다.
제어부(1080)는 흡연 구간 동안 서셉터(16)의 온도(1110)가 제3 목표 온도(Tt3)를 추종하도록 전력 변환부(1051)를 제어할 수 있다. 흡연 구간에서 서셉터(16)의 온도(1110)는 제3 목표 온도(Tt3)를 기준으로 기설정된 범위 내에서 유지될 수 있다. 제3 목표 온도(Tt3)는 제2 목표 온도(Tt2) 보다 작게 설정될 수 있다. 이는 제1 예열 구간의 일부에서 코일(15)에 공급되는 전류의 상한을 제한함으로써, 예열 시간이 증가되는 것을 보상하기 위함이다. 일 실시예에서, 제3 목표 온도(Tt3)는 제1 목표 온도(Tt1)와 동일하게 설정될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12를 참조하면, S1210 단계에서, 제어부(1080)는 제1 예열 구간에서 제1 목표 온도에 기초하여 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
제어부(1080)는 제1 예열 구간 동안 서셉터(16)의 온도가 제1 목표 온도를 추종하도록 전력 변환부(1051)를 제어할 수 있다. 제1 예열 구간에서 서셉터(16)의 온도는 제1 목표 온도 및/또는 제1 목표 온도 이상으로 증가될 수 있다.
제어부(1080)는 제1 예열 구간의 초반에는 피드백 제어 방식에 의해 서셉터(16)를 가열하지 않을 수 있다. 다시 말해, 제어부(1080)는 제1 예열 구간의 일부 구간에서는 피드백 제어 방식에 의해 서셉터(16)를 가열하지 않을 수 있다.
구체적으로, 제어부(1080)는 가열 개시 시점부터 기 설정된 기준 시간 동안 코일(15)에 공급되는 전류의 상한(upper limit)을 제한할 수 있다.
기준 시간은 서셉터(16)의 온도가 기준 온도에 도달할 때까지의 시간에 기초하여 설정될 수 있다. 기준 온도는 코일(15)의 오버슈트(overshoot) 제어의 가능 여부에 기초하여 설정되되, 제1 목표 온도 보다 작게 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준 온도는 제1 목표 온도의 -200도 내지 -30도 범위 내에서 설정될 수 있다.
S1220 단계에서, 제어부(1080)는 제2 예열 구간에서 제2 목표 온도에 기초하여, 가열부(1052)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
제어부(1080)는 제2 예열 구간 동안 서셉터(16)의 온도가 제2 목표 온도를 추종하도록 전력 변환부(1051)를 제어할 수 있다. 제2 예열 구간에서 서셉터(16)의 온도는 제2 목표 온도 및/또는 제2 목표 온도 이상으로 증가될 수 있다. 제2 목표 온도는 제1 목표 온도 보다 크게 설정될 수 있다. 제1 목표 온도를 제2 목표 온도 보다 작게 설정하는 것은 가열 개시 시점에 급격한 전력 공급으로 인한 배터리(1060)의 과부하 및 서셉터(16)의 급격한 온도 증가로 인한 에어로졸 생성 기질의 탄화를 방지하기 위함이다.
에어로졸 생성 장치(1)가 예열 구간에서 2단의 온도 제어를 수행함에 따라, 에어로졸 생성 기질의 탄화 없이, 서셉터(16)가 안정적으로 목표하는 온도까지 예열될 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 에어로졸 생성 장치(1)는 흡연 구간에서 풍부한 무화량 및 끽미감을 사용자에게 제공할 수 있다.
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.
1: 에어로졸 생성 장치
11: 배터리
1052: 가열부
1080: 제어부

Claims (10)

  1. 배터리;
    상기 배터리에서 공급된 전력에 기초하여 에어로졸 생성 기질을 가열하는 가열부; 및
    예열 구간 및 흡연 구간을 포함하는 온도 프로파일에 기초하여 상기 가열부에 공급되는 전력을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 예열 구간에서 제1 목표 온도 및 상기 제1 목표 온도와 상이한 제2 목표 온도에 기초하여 상기 가열부에 공급되는 전력을 제어하는 에어로졸 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예열 구간은
    제1 예열 구간 및 상기 제1 예열 구간 이후의 제2 예열 구간을 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 예열 구간에서 상기 가열부의 온도가 상기 제1 목표 온도에 도달하도록 상기 가열부에 공급되는 전력을 제어하고,
    상기 제2 예열 구간에서 상기 가열부의 온도가 상기 제2 목표 온도에 도달하도록 상기 가열부에 공급되는 전력을 제어하는 에어로졸 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 목표 온도는 상기 제2 목표 온도 보다 낮게 설정되는 에어로졸 생성 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 목표 온도는 250도 내지 335도 범위 내에서 설정되고,
    상기 제2 목표 온도는 340도 내지 360도 범위 내에서 설정되는 에어로졸 생성 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 예열 구간은 상기 제2 예열 구간 보다 크게 설정되는 에어로졸 생성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 예열 구간의 일부 구간에서 상기 가열부에 공급되는 전류의 상한을 제한하는 에어로졸 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 흡연 구간에서 상기 가열부의 온도가 제3 목표 온도를 유지하도록 상기 가열부에 공급되는 전력을 제어하는 에어로졸 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 목표 온도는 상기 제2 목표 온도 보다 작게 설정되는 에어로졸 생성 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리에서 공급되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 전력 변환부;를 더 포함하고,
    상기 가열부는 상기 교류 전원에 기초하여 교번 자기장을 생성하는 코일을 포함하는 에어로졸 생성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 교번 자기장에 의해 가열되는 서셉터를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 코일에 인가되는 교류 전원을 제어하여 상기 서셉터를 가열하는 에어로졸 생성 장치.
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