KR20220036764A - 에어로졸 생성 장치 및 에어로졸 생성 시스템 - Google Patents

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Abstract

에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 기질이 삽입되는 서셉터, 상기 서셉터를 유도 가열하는 제1 코일, 유도 가열에 의한 상기 서셉터의 온도 변화에 따라 공진 주파수가 가변되는 제2 코일 및 상기 제2 코일의 공진 주파수 변화에 기초하여 상기 서셉터의 온도를 계산하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 본 개시의 에어로졸 생성 장치는 비접촉식 방법으로 서셉터의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

에어로졸 생성 장치 및 에어로졸 생성 시스템{AEROSOL GENERATING DEVICE AND AEROSOL GENERATING SYSTEM}
본 개시는 에어로졸 생성 장치 및 에어로졸 생성 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비접촉식 방법으로 가열부의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 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.
특히, 에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련의 내부 또는 외부에 전기 저항체로 형성되는 히터를 배치하고, 히터에 전력을 공급하여 궐련을 가열하는 방식과는 상이한 가열 방식들이 제안되고 있다. 특히, 유도 가열 방식으로 궐련을 가열하는 방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
유도 가열 방식은 서셉터의 내부 또는 외부에 온도 센서를 직접 부착함으로써, 서셉터의 온도를 측정할 수 있다. 그러나, 이러한 접촉 방식의 온도 감지 방법은 온도 센서가 서셉터와 맞닿게 배치되므로, 서셉터의 가열로 인하여 온도 센서의 손상 가능성이 존재한다. 또한 접촉 방식의 온도 감지 방법은 비접촉 방식에 비하여 전력 효율이 떨어진다는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 비접촉 방식으로 서셉터의 온도를 감지할 수도 있으나, 종래의 퀴리(quire) 온도를 이용한 비접촉 감지 방법은 온도 센서의 성능이 서셉터의 물성에 의존한다는 문제가 있다. 또한, 종래의 서셉터 주변 온도를 측정하고, 서셉터의 주변 온도를 통해 서셉터의 온도를 유추하는 방식은 부정확하며, 온도 감지 속도가 떨어진다는 문제가 있다.
본 개시가 해결하고자 하는 기술적 과제는 비접촉식 방법으로 가열부의 온도를 정확하게 측정할 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 에어로졸 생성 기질이 삽입되는 서셉터, 상기 서셉터를 유도 가열하는 제1 코일, 유도 가열에 의한 상기 서셉터의 온도 변화에 따라 공진 주파수가 가변되는 제2 코일 및 상기 제2 코일의 공진 주파수 변화에 기초하여 상기 서셉터의 온도를 계산하는 제어부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 다른 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 기질이 삽입되는 서셉터, 상기 서셉터를 유도 가열하고, 상기 유도 가열에 의한 상기 서셉터의 온도 변화에 따라 공진 주파수가 가변되는 코일 및 상기 코일의 공진 주파수 변화에 기초하여 상기 서셉터의 온도를 계산하는 제어부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 에어로졸 생성 시스템은 에어로졸 생성 기질 및 에어로졸 생성 장치를 포함하고, 상기 에어로졸 생성 기질은 서셉터를 포함하고, 상기 에어로졸 생성 장치는 상기 서셉터를 유도 가열하고, 상기 유도 가열에 의한 상기 서셉터의 온도 변화에 따라 공진 주파수가 가변되는 유도 가열부 및 상기 유도 가열부의 공진 주파수 변화에 기초하여 상기 서셉터의 온도를 계산하는 제어부를 포함한다.
본 개시의 에어로졸 생성 장치는 비접촉식 방법으로 서셉터의 온도를 측정하므로, 접촉 방식의 온도 감지 방법에 비하여 온도 센서의 손상 가능성이 현저하게 감소된다.
또한, 에어로졸 생성 장치는 비접촉식 방법으로 서셉터의 온도를 측정하므로, 접촉 방식의 온도 감지 방법에 비하여 전력 효율이 현저하게 상승된다.
또한, 에어로졸 생성 장치는 서셉터 자체의 물성이 아닌 코일의 공진 주파수 변화에 기초하여 서셉터의 온도를 측정하므로, 보다 정확한 온도 측정이 가능하다.
또한, 에어로졸 생성 장치는 서셉터 주변 온도가 아닌 코일의 공진 주파수 변화에 기초하여 서셉터의 온도를 측정하므로, 보다 정확한 온도 측정이 가능하다.
본 개시의 효과는 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 1 내지 도 2는 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 4는 궐련의 예를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 6은 에어로졸 생성 장치에 삽입되는 궐련의 예를 도시한 도면이다.
도 7a, 7b 및 도 7c는 코일의 권선 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 개시의 에어로졸 생성 장치의 내부 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10 내지 도 12는 도 9의 설명에 참조되는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 도 13의 설명에 참조되는 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.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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 2는 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 서셉터(110), 수용 공간(120), 유도 가열부(130), 배터리(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 서셉터(110)는 궐련(도 3 내지 도 4의 200)에 포함되는 구성일 수 있다. 이 경우, 에어로졸 생성 장치(100)는 도 2와 같이, 서셉터(110)를 포함하지 않을 수 있다.
도 1 내지 도 2에 도시된 에어로졸 생성 장치(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 1 내지 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성 장치(100)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
에어로졸 생성 장치(100)는 유도 가열(induction heating) 방식으로 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 궐련(200)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(100)는 자성체에 교번 자기장을 인가함으로써 자성체로부터 열에너지를 방출시킬 수 있고, 자성체로부터 방출되는 열에너지를 궐련(200)에 전달할 수 있다.
외부 자기장에 의해 발열하는 자성체는 서셉터(susceptor: 110)일 수 있다. 서셉터(110)는 조각, 박편 또는 스트립 등의 형상으로 형성될 수 있다.
서셉터(110)는 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 서셉터(110)는 페라이트(ferrite), 강자성 합금(ferromagnetic alloy), 스테인리스강(stainless steel) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 서셉터(110)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(100)는 궐련(200)을 수용하기 위한 수용 공간(120)을 포함할 수 있다. 수용 공간(120)은 궐련(200)을 에어로졸 생성 장치(100)에 수용하기 위해 수용 공간(120)의 외측에서 개방되는 개구를 포함할 수 있다. 궐련(200)은 수용 공간(120)의 개구를 통해 수용 공간(120)의 외측에서 수용 공간(120)의 내측을 향하는 방향으로 에어로졸 생성 장치(100)에 수용될 수 있다.
도 1에서와 같이, 수용 공간(120)의 내측 단부에는 서셉터(110)가 배치될 수 있다. 서셉터(110)는 수용 공간(120)의 내측 단부에 형성되는 바닥면에 부착될 수 있다. 궐련(200)은 서셉터(110)의 상단부로부터 서셉터(110)에 삽입되며 수용 공간(120)의 바닥면까지 수용될 수 있다.
또는, 도 2에서와 같이, 에어로졸 생성 장치(100)는 서셉터(110)를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 서셉터(110)는 궐련(200)에 포함될 수 있다.
에어로졸 생성 장치(100)는 서셉터(110)에 교번 자기장을 인가하고, 서셉터(110)의 유도 가열에 의한 서셉터(110)의 온도 변화에 따라 공진 주파수가 가변되는 유도 가열부(130)를 포함할 수 있다. 유도 가열부(130)는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다.
코일은 솔레노이드(solenoid)로 구현될 수 있다. 코일은 수용 공간(120)의 측면을 따라 권선되는 솔레노이드일 수 있고, 솔레노이드의 내부 공간에 궐련(200)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.
코일은 수용 공간(120)의 외측면을 따라 권선될 수 있고, 서셉터(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 코일의 배치에 대해서는 도 7 a 내지 도 7c를 참조하여 후술한다.
배터리(140)는 유도 가열부(130)에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(140)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(150)는 유도 가열부(130)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 유도 가열부(130)가 복수의 코일들을 포함하는 경우, 제어부(150)는 코일들의 구동 주파수들을 가변할 수 있다. 제어부(150)는 구동 주파수들을 제어함으로써, 서셉터(110)를 유도 가열할 수 있다. 또한, 서셉터(110)의 유도 가열에 의해 가변된 코일의 공진 주파수를 감지하고, 감지된 공진 주파수에 기초하여 서셉터의 온도를 계산할 수 있다. 제어부(150)의 유도 가열 방법 및 온도 계산 방법에 대해서는 도 8 이하를 참조하여 후술한다.
도 3 내지 도 4는 궐련의 예를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 궐련(200)은 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)를 포함할 수 있다. 도 3 내지 도 4에는 필터 로드(220)가 단일 영역으로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필터 로드(220)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)는 에어로졸을 냉각하는 제1 세그먼트 및 에어로졸에 포함되는 특정 성분을 여과하는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필터 로드(220)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트가 더 포함될 수도 있다.
궐련(200)은 적어도 하나의 래퍼(240)에 의해 포장될 수 있다. 래퍼(240)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 공기가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로, 궐련(200)은 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로, 궐련(200)은 둘 이상의 래퍼들(240)에 의해 중첩적으로 포장될 수도 있다. 구체적으로, 제1 래퍼에 의하여 담배 로드(210)가 포장되고, 제2 래퍼에 의해 필터 로드(220)가 포장될 수 있다. 래퍼들 각각에 의해 포장되는 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)가 결합되고, 제3 래퍼에 의하여 궐련(200) 전체가 재포장될 수 있다.
담배 로드(210)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(210)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 담배 로드(210)에는 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이 담배 로드(210)에 분사되어 첨가될 수 있다.
담배 로드(210)는 다양한 방식으로 제작될 수 있다. 예를 들면, 담배 로드(210)는 시트(sheet)로 제작될 수 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또는, 담배 로드(210)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다.
실시예에 따라, 궐련(200)은 서셉터(110)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 서셉터(110)는 도 4와 같이, 담배 로드(210)에 배치될 수 있다. 서셉터(110)는 담배 로드(210)의 말단으로부터 필터 로드(220) 방향으로 연장될 수 있다.
담배 로드(210)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(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(210)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드(210)에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 담배 로드(210)로부터 생성되는 에어로졸의 풍미가 향상될 수 있다.
필터 로드(220)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 필터 로드(220)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)는 원통형 로드일 수 있고, 내부에 중공(hollow)을 포함하는 튜브형 로드일 수 있다. 또는, 필터 로드(220)는 내부에 공동(cavity)을 포함하는 리세스(recess) 형 로드일 수도 있다. 필터 로드(220)가 복수의 세그먼트들로 구성되는 경우, 복수의 세그먼트들은 서로 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(220)는 필터 로드(220)에서 향미가 발생하도록 제작될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)에 가향액이 분사될 수 있고, 가향액이 도포되는 별도의 섬유가 필터 로드(220)의 내부에 삽입될 수도 있다.
필터 로드(220)에는 적어도 하나의 캡슐(230)이 포함될 수 있다. 캡슐(230)은 향미를 발생시킬 수 있고, 에어로졸을 발생시킬 수도 있다. 예를 들면, 캡슐(230)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싸는 구조로 형성될 수 있다. 캡슐(230)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
필터 로드(220)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 5 내지 도 6은 에어로졸 생성 장치에 삽입되는 궐련의 예를 도시한 도면이다.
보다 상세하게는 도 5는 서셉터(110)가 에어로졸 생성 장치(100)에 배치되는 경우, 에어로졸 생성 장치(100)에 삽입되는 궐련(200)의 예를 도시하는 도면이고, 도 6은 서셉터(110)가 궐련(200)에 배치되는 경우, 에어로졸 생성 장치(100)에 삽입되는 궐련(200)의 예를 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 궐련(200)은 궐련(200)의 길이 방향을 따라 수용 공간(120)에 수용될 수 있다. 서셉터(110)는 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 궐련(200)에 삽입될 수 있다. 궐련(200)이 서셉터(110)에 삽입됨에 따라, 담배 로드(210)가 서셉터(110)에 접촉할 수 있다. 서셉터(110)는 궐련(200)에 삽입될 수 있도록, 에어로졸 생성 장치(100)의 길이 방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다.
서셉터(110)는 궐련(200)의 중심부에 삽입되도록 수용 공간(120)의 중심부에 위치할 수 있다. 도 5에서 서셉터(110)는 단일 개수인 것으로 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다시 말해, 본 개시의 에어로졸 생성 장치(100)는 궐련(200)에 삽입될 수 있도록 에어로졸 생성 장치(100)의 길이 방향으로 연장되고, 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 서셉터(110)를 포함할 수도 있다.
유도 가열부(130)는 적어도 하나의 코일을 포함하고, 코일은 수용 공간(120)의 외측면을 따라 권선되어 길이 방향으로 연장될 수 있다. 길이 방향을 따라 연장되는 코일은 수용 공간(120)의 외측면에 배치될 수 있다. 코일은 서셉터(110)에 대응되는 길이로 길이 방향을 따라 연장될 수 있고, 서셉터(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
도 6을 참조하면, 궐련(200)은 궐련(200)의 길이 방향을 따라 수용 공간(120)에 수용될 수 있다. 궐련(200)이 수용 공간(120)에 삽입됨에 따라, 서셉터(110)는 유도 가열부(130)에 의해 둘러싸일 수 있다.
서셉터(110)는 균일한 열 전달을 위하여 담배 로드(210)의 중심부에 위치할 수 있다. 도 6에서 서셉터(110)는 단일 개수인 것으로 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다시 말해, 본 개시의 에어로졸 생성 장치(100)는 궐련(200)에 포함된 복수 개의 서셉터(110)를 포함할 수도 있다.
유도 가열부(130)는 적어도 하나의 코일을 포함하고, 코일은 수용 공간(120)의 외측면을 따라 권선되어 길이 방향으로 연장될 수 있다. 길이 방향을 따라 연장되는 코일은 수용 공간(120)의 외측면에 배치될 수 있다. 코일은 서셉터(110)에 대응되는 길이로 길이 방향을 따라 연장될 수 있고, 서셉터(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
도 7a, 7b 및 도 7c는 코일의 권선 방법을 설명하기 위한 도면이다.
보다 상세하게는 도 7a는 유도 가열부(130)가 하나의 코일만을 포함하는 경우, 코일의 권선 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7b 및 도 7c는 유도 가열부(130)가 복수의 코일들을 포함하는 경우, 코일들의 권선 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c에서, 수용 공간(120)의 내측면은 궐련(200)이 삽입되는 영역과 맞닿는 영역을 의미하고, 수용 공간(120)의 외측면은 내측면의 반대 방향을 의미한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(100)의 길이 방향은 궐련(200)이 삽입되는 수용 공간의 말단면에 수직한 방향을 의미할 수 있다.
도 7a에서, 유도 가열부(130)는 제1 코일(131)을 포함할 수 있다. 제1 코일(131)은 수용 공간(120)의 외측면을 둘러쌀 수 있다. 제1 코일(131)은 수용 공간(120)의 외측면에서 에어로졸 생성 장치(100)의 길이 방향을 따라 권선될 수 있다. 제1 코일(131)은 서셉터(110)의 길이에 대응되도록 수용 공간(120)의 외측면에서 길이 방향을 따라 권선될 수 있다. 한편, 도 7a에서 에어로졸 생성 장치(100)는 하나의 코일만을 포함하므로, 제1 코일(131)을 코일(131)이라고 명명할 수도 있다. 도 7a에서와 같이, 에어로졸 생성 장치(100)가 하나의 코일(131)만으로 서셉터(110)를 유도 가열하고, 서셉터(110)의 온도를 측정하는 경우, 제조 편의성이 증대된다는 이점이 있다.
도 7b에서, 유도 가열부(130)는 제2 코일(132)을 더 포함할 수 있다. 제1 코일(131) 및 제2 코일(132)은 수용 공간(120)의 외측면에서 길이 방향을 따라 교번되게 권선될 수 있다.
도 7c에서, 유도 가열부(130)는 제2 코일(132)을 더 포함할 수 있다. 제1 코일(131)은 수용 공간(120)의 외측면에서 제1 영역(710)에 권선되고, 제2 코일(132)은 제1 영역과 상이한 제2 영역(720)에 권선될 수 있다.
도 7b 및 도 7c에서와 같이, 에어로졸 생성 장치(100)가 복수의 코일(131, 132)들을 포함하는 경우, 에어로졸 생성 장치(100)는 제1 코일(131)을 통해 서셉터(110)를 연속적으로 가열하는 한편, 제2 코일(132)을 통해 서셉터(110)의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다.
도 8은 본 개시의 에어로졸 생성 장치의 내부 블록도이다.
도 8을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 배터리(140), 전력 변환부(160), 유도 가열부(130), 메모리(170) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 도 8의 유도 가열부(130), 배터리(140) 및 제어부(150)는 도 1 내지 도 2의 유도 가열부(130), 배터리(140) 및 제어부(150)에 각각 대응될 수 있다. 또한, 도 8에 도시되지 않았으나, 서셉터(110)는 에어로졸 생성 장치(100)에 포함되는 구성일 수도 있다.
배터리(140)는 에어로졸 생성 장치(100)의 내부 구성들에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(140)는 직류 전력을 제공하고, 전력 변환부(451)는 배터리(140)가 제공한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 유도 가열부(130)에 전달할 수 있다.
유도 가열부(130)는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 유도 가열부(130)는 제1 코일(131)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 유도 가열부(130)는 제1 코일(131) 및 제2 코일(132)를 포함할 수 있다.
유도 가열부(130)는 코일에 직렬 또는 병렬 연결된 커패시터를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 유도 가열부(130)는 제1 코일(131)에 직렬 또는 병렬 연결된 제1 커패시터를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 유도 가열부(130)는 제1 코일(131)에 직렬 또는 병렬 연결된 제1 커패시터 및 제2 코일(132)에 직렬 또는 병렬 연결된 제2 커패시터를 포함할 수 있다. 이하에서는 커패시터가 코일에 직렬 연결된 경우만을 예시하나, 이하의 설명은 커패시터가 코일에 병렬 연결된 경우에도 적용된다.
제어부(150)는 유도 가열부(130)의 구동 주파수를 제어할 수 있다. 직렬 공진 회로에서 제1 코일(131) 및/또는 제2 코일(132)에 흐르는 전류는 공진 주파수에서 최대가 될 수 있다. 제어부(150)는 유도 가열부(130)의 구동 주파수를 제어함으로써, 서셉터(110)를 가열하거나, 서셉터(110)의 온도를 감지할 수 있다. 제어부(150)는 제1 코일(131)을 통해 서셉터(110)를 가열하고, 제2 코일(132)을 통해 서셉터(110)의 온도를 감지할 수 있다. 또는 제어부(150)는 제1 코일(131) 하나만으로 서셉터(110)를 가열하고, 서셉터(110)의 온도를 감지할 수도 있다.
메모리(170)는 공진 주파수와 서셉터(110) 온도의 매칭 데이터 또는 공진 주파수 변화와 서셉터(110) 온도의 매칭 데이터를 룩업 테이블(lookup table) 형태로 저장하고, 제어부(150)는 메모리(170)에 저장된 룩업 테이블에 기초하여 서셉터(110)의 온도를 계산할 수 있다.
제어부(150)가 제1 코일(131) 및 제2 코일(132)을 제어하는 예는 도 9 내지 도 12를 참조하여 후술하고, 제어부(150)가 제1 코일(131)만을 제어하는 예는 도 13 내지 도 14를 참조하여 후술한다.
한편, 에어로졸 생성 장치(100)의 내부 구조는 도 8에 도시된 것에 한정되지 않는다. 에어로졸 생성 장치(100)의 설계에 따라, 도 8에 도시된 하드웨어 구성 중 일부가 생략되거나 새로운 구성이 더 추가될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 10 내지 도 12는 도 9의 설명에 참조되는 도면이다.
도 9를 참조하면, S910 단계에서, 제어부(150)는 제1 주파수 범위에 기초하여 제1 코일(131)을 구동할 수 있다.
제1 코일(131)에 인가되는 전류는 제1 코일(131)을 구동하기 위한 제1 구동 주파수에 따라 달라질 수 있다.
구체적으로 도 10에는 제1 코일(131)의 주파수 응답(1010)이 도시되어 있다. 도 10에서 제1 코일(131)의 응답 특성은 제1 공진 주파수(fo1)에서 최대가 될 수 있다. 다시 말해, 제1 코일(131)에 인가되는 전류는 제1 공진 주파수(fo1)에서 최대가 될 수 있다. 제1 공진 주파수(fo1)는 제1 코일(131) 및 제1 코일(131)에 직렬 연결된 제1 커패시터에 의해 결정될 수 있다.
또한, 제1 코일(131)의 응답 특성은 제1 공진 주파수(fo1)를 기준으로, 주파수가 커질수록 점차 작아질 수 있다. 예를 들어, 제1 공진 주파수(fo1) 보다 큰 제1 주파수(f1)에서 제1 코일(131)의 응답 특성(h1)은 제1 주파수(f1) 보다 큰 제2 주파수(f2)에서 제1 코일(131)의 응답 특성(h2) 보다 클 수 있다.
제어부(150)는 기 설정된 제1 주파수 범위에서 제1 구동 주파수를 가변함으로써, 제1 코일(131)에 인가되는 전류를 제어할 수 있다. 제1 코일(131)에 인가되는 전류가 가변되는 경우, 에어로졸 생성 기질 또는 에어로졸 생성 장치(100)에 구비되는 서셉터(110)의 온도도 가변될 수 있다. 에어로졸 생성 기질은 도 3 내지 도 4의 궐련(200)일 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 제1 구동 주파수를 제1 공진 주파수(fo1)로 설정함으로써, 제1 코일(131)에 최대 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라, 서셉터(110)의 온도는 최대 온도까지 가열될 수 있다. 다른 예로, 제어부(150)는 제1 구동 주파수를 제1 공진 주파수(fo1) 보다 큰 제1 주파수(f1)로 설정함으로써, 제1 코일(131)에 최대 전력 보다 작은 제1 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라 서셉터(110)의 온도는 최대 온도 보다 작은 제1 온도까지 가열될 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(150)는 제1 구동 주파수를 제1 주파수(f1) 보다 큰 제2 주파수(f2)로 설정함으로써, 제1 코일(131)에 제1 전력 보다 작은 제2 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라, 서셉터(110)의 온도는 제1 온도 보다 작은 제2 온도까지 가열될 수 있다.
다시, 도 9의 S920 단계에서, 제어부(150)는 제2 주파수 범위에 기초하여 제2 코일의 공진 주파수 변화를 감지할 수 있다.
구체적으로 도 11에는 서셉터(110)의 온도 변화에 따른 제2 코일(132)의 주파수 응답(1110, 1120, 1130)이 도시되어 있다. 도 11에서 서셉터(110)가 제1 온도인 경우, 제2 코일(132)의 응답 특성은 제2 공진 주파수(fo2)에서 최대가 될 수 있다. 제2 공진 주파수(fo2)는 제2 코일(132) 및 제2 코일(132)에 직렬 연결된 제2 커패시터에 의해 결정될 수 있다.
또한, 제2 코일(132)의 제2 공진 주파수(fo2)는 서셉터(110)의 온도가 증가할수록 Fo2''와 같이 증가하거나, Fo2'와 같이 감소될 수 있다. 제2 공진 주파수(fo2)가 가변됨에 따라 최대 전류를 출력하는 주파수도 달라질 수 있다. 제어부(150)는 제2 주파수 범위 내에서 제2 코일(132)의 제2 구동 주파수를 스윕(sweep)하고, 주파수 스윕 결과에 기초하여 제2 코일(132)의 제2 공진 주파수(fo2)를 감지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 제2 주파수 범위 내에서 제2 코일의 제2 구동 주파수를 스윕하고, 제2 코일(132)에 인가되는 전류가 최대일 때의 구동 주파수를 제2 공진 주파수로 결정할 수 있다.
한편, 제2 주파수 범위가 제1 주파수 범위와 중첩되는 경우, 제2 코일(132)에 의해 서셉터(110)가 유도 가열될 수 있다. 제2 코일(132)에 의한 가열은 기대하지 않은(unexpected) 가열에 해당하므로, 서셉터(110)의 부정확한 온도 제어에 원인이 될 수 있다. 따라서, 제2 공진 주파수(fo2)는 제1 공진 주파수(fo1) 보다 낮게 설정될 수 있다. 또한, 제2 주파수 범위는 제1 주파수 범위와 상이하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 범위의 하한은 제2 주파수 범위의 상한 보다 크게 설정될 수 있다. 다른 예로, 제1 주파수 범위의 하한에서 서셉터(110)는 제1 가열 온도까지 증가될 수 있고, 제2 주파수 범위의 상한에서 서셉터(110)는 제1 가열 온도 보다 낮은 제2 가열 온도까지 증가될 수 있다. 제2 가열 온도는 에어로졸이 생성되지 않는 온도일 수 있다.
또한, 제2 주파수 범위의 상한이 서셉터(110)의 온도 변화에 영향을 미치는 경우, 제2 코일(132)의 주파수 스윕 동안에도 서셉터(110)의 온도가 가변될 수 있다. 이에 따라, 제2 주파수 범위의 상한은 서셉터(110)의 온도 변화에 영향을 미치지 않는 주파수로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 범위가 2MHz 내지 4MHz인 경우, 제2 주파수 범위는 0.1MHz 내지 0.3MHz로 설정될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다시 도 9의 S930단계에서, 제어부(150)는 제2 코일의 공진 주파수 변화에 기초하여 서셉터의 온도를 계산할 수 있다.
구체적으로, 도 12에는 서셉터(110)의 온도 변화에 따른 제2 코일(132)의 주파수 응답(1210, 1220)이 도시되어 있다. 서셉터(110)의 온도가 가변됨에 따라, 제2 코일(132)의 주파수 응답은 제1 주파수 응답(1210)에서 제2 주파수 응답(1220)으로 가변되었다.
도 12에서 제어부(150)는 서셉터(110)의 가열 개시 이후 제1 시점에서 감지된 제2 코일의 제3 공진 주파수(fo2a)와 제1 시점으로부터 기 설정된 시간이 도과된 제2 시점에서의 제4 공진 주파수(fo2b)의 주파수 차이(fo2d)에 기초하여 서셉터(110)의 온도를 계산할 수 있다.
제어부(150)는 공진 주파수 차이(fo2d)와 서셉터(110) 온도의 매칭 데이터에 기초하여 서셉터(110)의 온도를 계산할 수 있다. 공진 주파수 차이(fo2d)와 서셉터(110) 온도의 매칭 데이터는 룩업 테이블 형태로 메모리(170)에 이미 저장되어 있을 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 14는 도 13의 설명에 참조되는 도면이다.
도 9 내지 도 12와의 차이점은 에어로졸 생성 장치(100)가 하나의 코일만으로 서셉터(110)를 가열하고, 서셉터(110)의 온도를 계산한다는 점이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 코일(131)을 코일(131)로 명명하여 설명한다.
도 14에서 제어부(150)는 기 설정된 제어 주기로 코일(131)을 제어할 수 있다. 각각의 제어 주기에는 가열 구간 및 감지 구간이 포함될 수 있다. 제어부(150)는 가열 구간에서 코일(131)을 통해 에어로졸 생성 기질 또는 에어로졸 생성 장치(100)에 구비된 서셉터(110)를 가열하고, 감지 구간에서 코일(131)을 통해 서셉터(110)의 온도를 계산할 수 있다.
구체적으로, 도 13의 S1310 단계에서, 제어부(150)는 가열 구간에서 제1 주파수 범위에 기초하여 코일(131)을 구동할 수 있다.
가열 구간에서 코일(131)을 구동하는 방법은 상술한 도 9 내지 도 10의 제1 코일(131)의 구동 방법과 동일할 수 있다. 다시 말해, 제어부(150)는 기 설정된 주파수 범위에서 구동 주파수를 가변함으로써 코일(131)에 인가되는 전류를 제어할 수 있다. 코일(131)에 인가되는 전류가 가변되는 경우, 에어로졸 생성 기질 또는 에어로졸 생성 장치(100)에 구비되는 서셉터(110)의 온도도 가변될 수 있다.
S1320 단계에서, 제어부(150)는 감지 구간에서 제2 주파수 범위에 기초하여 코일(131)의 공진 주파수 변화를 감지할 수 있다.
감지 구간에서 코일(131)의 공진 주파수 변화를 감지하는 방법은 상술한 도 9 및 도 11의 감지 방법과 유사할 수 있다. 다시 말해, 제어부(150)는 제2 주파수 범위 내에서 코일(131)의 구동 주파수를 스윕하고, 주파수 스윕 결과에 기초하여 코일(131)의 공진 주파수를 감지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 제2 주파수 범위 내에서 코일(131)의 구동 주파수를 스윕하고, 코일(131)에 인가되는 전류가 최대일 때의 구동 주파수를 공진 주파수로 결정할 수 있다.
한편, 도 13 내지 도 14의 에어로졸 생성 장치(100)는 도 9 내지 도 12의 에어로졸 생성 장치(100)와는 달리, 하나의 코일만을 이용하여 서셉터(110)를 가열하고, 서셉터(110)의 온도를 계산하므로, 제1 주파수 범위와 제2 주파수 범위는 동일하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 범위 및 제2 주파수 범위는 2MHz 내지 4MHz로 설정될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
한편, 가열 구간의 크기는 감지 구간의 크기 보다 크게 설정될 수 있다. 이는 서셉터(110)의 온도 변화를 최소화시키면서도, 서셉터(110)의 온도를 정확하게 측정하기 위함이다.
S1330 단계에서, 제어부(150)는 코일(131)의 공진 주파수 변화에 기초하여 서셉터(110)의 온도를 계산할 수 있다.
감지 구간에서 서셉터(110)의 온도를 계산하는 방법은 도 9 및 도 12의 계산 방법과 동일할 수 있다. 다시 말해, 제어부(150) 감지 구간의 개시 이후 제1 시점에서 감지된 코일(131)의 제5 공진 주파수와 제1 시점으로부터 기 설정된 시간이 도과된 제2 시점에서의 제6 공진 주파수의 주파수 차이에 기초하여 서셉터(110)의 온도를 계산할 수 있다.
제어부(150)는 공진 주파수 차이와 서셉터(110) 온도의 매칭 데이터에 기초하여 서셉터(110)의 온도를 계산할 수 있다. 공진 주파수 차이와 서셉터(110) 온도의 매칭 데이터는 룩업 테이블 형태로 메모리(170)에 이미 저장되어 있을 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.
100: 에어로졸 생성 장치
130: 유도 가열부
140: 배터리
150: 제어부
160: 전력 변환부
170: 메모리

Claims (15)

  1. 에어로졸 생성 기질이 삽입되는 서셉터;
    상기 서셉터를 유도 가열하는 제1 코일;
    유도 가열에 의한 상기 서셉터의 온도 변화에 따라 공진 주파수가 가변되는 제2 코일; 및
    상기 제2 코일의 공진 주파수 변화에 기초하여 상기 서셉터의 온도를 계산하는 제어부;를 포함하는 에어로졸 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    기 설정된 주파수 범위 내에서 상기 제2 코일의 구동 주파수를 스윕(sweep)하고, 주파수 스윕 결과에 기초하여 상기 제2 코일의 상기 공진 주파수 변화를 감지하는 에어로졸 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 서셉터의 가열 개시 이후 제1 시점에서 감지된 상기 제2 코일의 제1 공진 주파수와, 상기 제1 시점으로부터 기 설정된 시간이 도과된 제2 시점에서의 제2 공진 주파수의 차이에 기초하여 상기 서셉터의 온도를 계산하는 에어로졸 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 코일을 구동하기 위한 제1 주파수 범위를 상기 제2 코일을 구동하기 위한 제2 주파수 범위와 상이하게 설정하는 에어로졸 생성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 주파수 범위의 하한을 상기 제2 주파수 범위의 상한보다 크게 설정하는 에어로졸 생성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는
    상기 에어로졸 생성 기질이 수용되는 수용 공간의 내부를 향해 돌출되고,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은
    상기 수용 공간의 외측면을 둘러싸는 에어로졸 생성 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 상기 수용 공간의 길이 방향을 따라 교번되게 권선되는 에어로졸 생성 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 코일은
    상기 수용 공간의 외측면의 제1 영역에 권선되고,
    상기 제1 코일은
    상기 제1 영역과 상이한 제2 영역에 권선되는 에어로졸 생성 장치.
  9. 에어로졸 생성 기질이 삽입되는 서셉터;
    상기 서셉터를 유도 가열하고, 상기 유도 가열에 의한 상기 서셉터의 온도 변화에 따라 공진 주파수가 가변되는 코일; 및
    상기 코일의 공진 주파수 변화에 기초하여 상기 서셉터의 온도를 계산하는 제어부;를 포함하는 에어로졸 생성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    기 설정된 제어 주기로 상기 코일을 제어하고,
    상기 제어 주기는 제1 주파수 범위내에서 상기 코일을 제어함으로써, 상기 서셉터를 가열하는 가열 구간 및 상기 제1 주파수 범위와 상이한 제2 주파수 범위 내에서, 상기 코일을 제어함으로써, 상기 코일의 상기 공진 주파수 변화를 감지하는 감지 구간을 포함하는 에어로졸 생성 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    기 설정된 주파수 범위 내에서 상기 코일의 구동 주파수를 스윕(sweep)하고, 주파수 스윕 결과에 기초하여 상기 코일의 상기 공진 주파수 변화를 감지하는 에어로졸 생성 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    감지 구간의 개시 이후 제1 시점에서 감지된 상기 코일의 제1 공진 주파수와, 상기 제1 시점으로부터 기 설정된 시간이 도과된 제2 시점에서의 제2 공진 주파수의 차이에 기초하여 상기 서셉터의 온도를 계산하는 에어로졸 생성 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    가열 구간에서 상기 코일을 구동하기 위한 제1 주파수 범위와 감지 구간에서 상기 코일을 구동하기 위한 제2 주파수 범위를 동일하게 설정하는 에어로졸 생성 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 서셉터는
    상기 에어로졸 생성 기질이 수용되는 수용 공간의 내부를 향해 돌출되고,
    상기 코일은 상기 수용 공간의 외측면을 둘러싸는 에어로졸 생성 장치.
  15. 에어로졸 생성 기질 및 에어로졸 생성 장치를 포함하는 에어로졸 생성 시스템에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 기질은 서셉터를 포함하고,
    상기 에어로졸 생성 장치는
    상기 서셉터를 유도 가열하고, 상기 유도 가열에 의한 상기 서셉터의 온도 변화에 따라 공진 주파수가 가변되는 유도 가열부; 및
    상기 유도 가열부의 공진 주파수 변화에 기초하여 상기 서셉터의 온도를 계산하는 제어부;를 포함하는 에어로졸 생성 시스템.
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