KR20220061114A - 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

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KR20220061114A
KR20220061114A KR1020227007310A KR20227007310A KR20220061114A KR 20220061114 A KR20220061114 A KR 20220061114A KR 1020227007310 A KR1020227007310 A KR 1020227007310A KR 20227007310 A KR20227007310 A KR 20227007310A KR 20220061114 A KR20220061114 A KR 20220061114A
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KR
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heating chamber
heat
aerosol
thermoelectric cell
generating device
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KR1020227007310A
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English (en)
Inventor
피에르 파올로 몬티코네
Original Assignee
제이티 인터내셔널 소시에떼 아노님
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Abstract

본 발명은 에어로졸 생성 장치(10)에 관한 것으로서, 그러한 에어로졸 생성 장치는 가열 챔버(12); 및 열전 전지(13)를 포함하고; 에어로졸 생성 장치는 전력을 열전 전지에 공급하도록 구성되고, 열전 전지는, 전력이 열전 전지에 공급될 때, 열이 열전 전지에 의해서 열전 전지를 통해 가열 챔버에 전달되도록 배치된다. 본 발명은 또한 그러한 장치와 함께 이용하기 위한 제어 유닛 및 방법에 관한 것이다.

Description

에어로졸 생성 장치
본 개시 내용은 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다. 개시 내용은 특히, 자납형 및 저온일 수 있는 휴대용 에어로졸 생성 장치에 적용될 수 있다. 그러한 장치는, 담배 또는 다른 적합한 에어로졸 기재 재료를 전도, 대류 및/또는 복사에 의해서, 연소시키기보다는 가열하여 흡입용 에어로졸을 생성할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 더 안전하고, 더 신뢰 가능하며, 보다 콤팩트하다.
통상적인 담배 제품, 예를 들어 시가렛, 시가, 시가릴로 및 권연(rolling tobacco)의 흡연을 중단하고자 하는 습관성 흡연자를 돕기 위한 보조 기구로서 위험이 감소되거나 또는 위험이 개선된 장치(기화기로도 알려짐)의 인기 및 사용이 지난 몇 년 동안 빠르게 증가해 왔다. 통상적인 담배 제품에서 담배를 연소시키는 것과는 대조적으로, 에어로졸성 물질을 가열 또는 가온(warm)하는 다양한 장치 및 시스템이 이용될 수 있다.
일반적으로 이용 가능한 위험이 감소되거나 또는 위험이 개선된 장치는 가열 기재 에어로졸 생성 장치 또는 비-연소 가열 장치이다. 이러한 유형의 장치는, 일반적으로 습한 잎 담배 또는 다른 적합한 에어로졸성 재료를 포함하는 에어로졸 기재를 일반적으로 150℃ 내지 300℃ 범위의 온도로 가열함으로써 에어로졸 또는 증기를 생성한다. 에어로졸 기재를 태우거나 연소시키지 않고 가열하는 것은, 사용자가 원하는 성분은 포함하지만, 태우고 연소시킬 때 발생하는 독성 및 발암성 부산물은 포함하지 않는, 에어로졸을 방출한다. 또한, 담배 또는 다른 에어로졸성 재료를 가열함으로써 생성되는 에어로졸은 일반적으로, 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있는, 태움 및 연소로부터 발생하는 탄맛 또는 쓴맛을 포함하지 않고, 따라서 그러한 기재는, 좀 더 사용자의 구미에 맞는 연기 및/또는 증기를 생성하기 위해 그러한 재료에 일반적으로 첨가되는 설탕 및 다른 첨가제를 필요로 하지 않는다.
공지된 에어로졸 생성 장치는 일반적으로 소모성 에어로졸 생성 기재를 수용하기 위한 가열 챔버, 전원, 및 전원으로부터 가열 챔버로의 전력의 공급을 제어하기 위한 제어 회로소자를 포함한다. 그러한 장치의 하나의 알려진 문제는, 장치 내에서 가열 챔버가 전원 및 제어 회로소자에 불가피하게 근접하는 것에 의해서 전원 및 전자 회로소자의 원치 않는 가열을 유발할 수 있다는 것이다. 이러한 가열은 이러한 열-민감성 전자 구성요소를 손상시킬 수 있고, 열 시효(thermal aging)로 인해서 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 극단적인 경우에, 가열되지 않도록 설계된 구성요소가 너무 고온이 되면, 심지어 화재 또는 폭발의 위험이 있다.
또한 더 콤팩트하고, 사용자 친화적인 에어로졸 생성 장치를 제공하는 것에 대한 동기가 증가하고 있다. 그러나, 그러한 장치의 크기를 줄이는 것은 필연적으로 민감한 전자 구성요소를 열원에 더 가깝게 근접시키고 전술한 열 관리 문제를 악화시킨다. 통상적으로, 이러한 장치의 가열 챔버로부터의 열 소산을 제한하기 위해서 가열 챔버 주위에 단열 층이 제공된다. 사실상, 사용자가 장치를 잡기 위해서 이용하는 모든 표면이 적절한 온도로 유지되어 장치를 안전하게 취급할 수 있도록 보장하기 위해서, 충분한 단열이 제공되어야 한다. 또한, 더 두꺼운 단열 층은, 가열 챔버로부터 열이 소산될 때 손실되는 열이 감소되기 때문에, 장치의 효율성을 증가시키는 것으로 보일 것이다. 따라서, 더 두꺼운 단열 층을 제공하려는 경향이 있다. 그러나, 장치 및 장치의 사용자를 보호하는 데 필요한 두꺼운 절연 층은 에어로졸 생성 장치의 부피를 제한하고 그러한 장치를 작게 만드는 것을 제한한다.
본 발명의 목적은 전술한 문제를 해결하고 안전성 및/또는 신뢰성이 개선된 콤팩트한 에어로졸 생성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따라, 에어로졸 생성 장치가 제공되고, 그러한 에어로졸 생성 장치는 가열 챔버; 가열 챔버; 및 열전 전지(thermoelectric cell)를 포함하고; 에어로졸 생성 장치는 전력을 열전 전지에 공급하도록 구성되고, 열전 전지는, 전력이 열전 전지에 공급될 때, 열이 열전 전지에 의해서 열전 전지를 통해 가열 챔버에 전달되도록 배치된다.
"열전 전지"는 펠티에 효과로 인해서 전압이 공급될 때 열을 전달하도록 구성되는 장치이다. 그러한 열전 전지는 또한, 장치의 상이한 표면들이 상이한 온도들일 때, 제베크 효과(Seebeck effect) 하에서 전압을 생성할 수 있으나, 이러한 효과는 후술되는 장점을 달성하는 데 있어서 요구되지 않는다. 열전 전지는 열전대(전기 접합으로 형성된 두 개의 상이한 전기 전도체) 또는 하나가 n-타입 반도체이고 다른 하나가 p-타입 반도체인 2개의 반도체의 필라(pillar)를 포함할 수 있으며, 그러한 필라는 전기적으로 병렬로 배치된다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 열전 전지는, 텔루르화 비스무트, 텔루르화 납, 규소-게르마늄, 및 비스무트-안티몬(Bi-Sb)을 포함하는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 열전 전지는, 열을 전달하여 에어로졸 생성 장치의 가열 챔버로부터 멀리 열을 소산시키는 것에 능동적으로 대응하여 가열 챔버로부터 멀어지는 열의 순 유동을 감소시키는 것으로 볼 수 있다. 청구된 "능동적" 장치는, 단열이 단순히 낮은 열 전도도로 인해서 열의 통과를 제한하는, 통상적인 장치에 존재하는 단열의 "피동적" 작용과 대비될 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 생성 장치, 그리고 특히 비-연소 가열 장치는 상당한 장점을 제공한다.
첫 번째로, 열전 전지는 (오븐으로도 일반적으로 지칭되는) 가열 챔버 내로 열을 공급하도록 구성된다. 따라서, 열전 전지는 가열 챔버 내로의 순 열 유동을 증가시킬 수 있고, 사용 중에(즉, 에어로졸을 방출하기 위해서 에어로졸 기재가 가열 챔버 내에서 가열될 때) 가열 챔버로부터 멀리 열이 소산 또는 유동하는 것에 대응할 수 있고/있거나 방지할 수 있다. 사용 중에 가열 챔버로부터 멀리 열이 순 유동하는 것을 감소시키거나 방지하는 것에 의해서, 에어로졸 생성 장치의 안전성 및 신뢰성이 증가된다. 특히, 적은 열이 에어로졸 생성 장치의 다른 구성요소에 도달할 것이고, 이러한 구성요소에 미치는 열 시효의 영향이 상당히 감소될 수 있다.
또한, 열전 전지는, 통상적인 에어로졸 생성 장치 내의 단열 층 대신, 또는 그에 더하여 사용될 수 있다. 따라서, 단열 층을 이용하는 열의 피동적인 관리가 열전 전지에 의해서 제공되는 "능동적" 단열에 의해서 대체 또는 보충될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 다시 말해서, 통상적인 장치와 달리, 본 발명에 따른 에어로졸 생성 장치는 단열 층을 포함하지 않을 수 있다. 단열 층을 회피하는 것 또는 그러한 층의 크기를 줄이는 것에 의해서, 에어로졸 생성 장치가 보다 콤팩트하게 제조될 수 있다.
또한, 열전 전지가 열을 가열 챔버에 공급하기 때문에, 이는 에어로졸 생성 장치 내의 가열기 대신 이용될 수 있거나, 그러한 가열기의 요건을 경감할 수 있다. 이는, 가열기의 크기가 감소될 수 있게 하고 에어로졸 생성 장치의 크기가 감소될 수 있게 한다. 또한, 임의의 가열기의 수명 및 신뢰성이 증가될 수 있다.
마찬가지로, 열이 에어로졸 장치 내의 가열 챔버로부터 멀리 소산되는 것이 능동적으로 방지되기 때문에, 장치는 특히 에너지 효율적으로 제조될 수 있다. 전원의 요건이 감소될 수 있다. 예를 들어, 배터리와 같은 전원이 더 작게 설계될 수 있고/있거나 더 긴 수명을 제공할 수 있다.
그에 따라, 본 발명에 따른 에어로졸 생성 장치는 더 안전하고, 더 신뢰 가능하며, 더 에너지 효율적이고, 보다 콤팩트하다.
에어로졸 생성 장치는, 일부 실시형태에서, "가열식 담배 장치", "비-연소 가열식 담배 장치", "담배 제품을 증기화하기 위한 장치" 등으로 지칭될 수 있고, 이는 이러한 효과를 달성하기에 적합한 장치로서 해석된다. 본원에서 개시된 특징은, 임의의 에어로졸 기재를 기화시키도록 설계된 장치에 동일하게 적용될 수 있다.
본원에서 설명되는 바와 같은 가열 챔버는 에어로졸 기재를 수용하도록 구성되고, 상기 에어로졸 기재가 에어로졸을 방출하거나 생성하는 온도까지 가열되도록 구성된다. 예를 들어, 가열 챔버는 미리-패키지화된 기재 캐리어 내의 에어로졸 기재를 수용하도록 배치될 수 있다. 기재 캐리어는 넓게 보면 시가렛과 유사할 수 있고, 적합한 방식으로 배치된 에어로졸 기재를 갖는 관형 영역을 갖는다. 필터, 증기 수집 영역, 냉각 영역, 및 다른 구조체가 또한 일부 설계에 포함될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 기재를 제 위치에 고정시켜서 좀 더 시가렛 등과 유사하도록, 종이 또는 다른 가요성의 평면형 재료(예를 들어, 호일)의 외부 층이 또한 제공될 수 있다. 기재 캐리어는 가열 챔버 내에 피팅될(fit) 수 있거나, 가열 챔버보다 길 수 있고, 그에 따라 기재 캐리어는, 가열 챔버 내에 피팅될 때, 에어로졸 생성 장치로부터 돌출될 수 있다. 그러한 실시형태에서, 에어로졸은, 에어로졸 생성 장치용 마우스피스로서 작용하는 기재 캐리어로부터 직접적으로 제공될 수 있다.
열전 전지는 열 수용 표면 및 열 방출 표면을 포함할 수 있고, 전력이 열전 전지에 공급될 때, 열이 열 수용 표면으로부터 열 방출 표면으로 전달된다. 열 방출 표면이 열 수용 표면과 가열 챔버 사이에 제공되도록, 열전 전지가 바람직하게 배치된다. 그에 따라, 열전 전지에 의해서 전달되는 열은 열전 전지에 의해서 가열 챔버를 향해서 운반된다.
전술한 바와 같이, 에너지의 공급에 응답하는 열전 전지를 통한 열의 능동적인 전달은 사용 중에 고온의 가열 챔버로부터 멀어지는 열의 임의의 확산 또는 소산에 대비될 것이다. 다시 말해서, 열전 전지는 열 방출 표면으로부터 열 수용 표면으로의 열의 순 유동을 감소시키는 것으로 보일 수 있다. 특히 바람직한 예에서, 열전 전지는 사용 중에 열전 전지를 통한 열의 소산에 완전히 대응하기에 충분한 열을 전달할 수 있고, 그에 따라 열 수용 표면으로부터 열 방출 표면으로 그리고 가열 챔버 내로의 순 유동 또는 열 또는 열의 순 유동이 없다.
바람직하게는, 열 방출 표면은 가열 챔버의 벽과 접촉되어 배치되거나 벽의 적어도 일부를 형성한다. 다시 말해서, 열 방출 표면은 가열 챔버에 인접하여 형성될 수 있거나 그 경계를 형성할 수 있다. 따라서, 열은 열전 전지로부터 가열 챔버로 효율적으로 전달될 수 있다.
바람직하게는, 열 방출 표면은 가열 챔버의 적어도 하나의 벽의 표면 릴리프(surface relief)에 일치된다. 이는 마찬가지로 열이 열전 전지로부터 가열 챔버로 효율적으로 전달될 수 있게 한다. 바람직하게는, 열전 전지는 가열 챔버를 둘러싸도록 구성된다.
일부 예에서, 열전 전지는 가요성을 가질 수 있고, 그에 따라 열전 전지는 에어로졸 생성 장치의 조립 중에 적어도 하나의 벽의 형상에 일치되도록 제조될 수 있다. 대안적으로, 열전 전지는 열전 전지의 희망 형태에 매칭되도록 또는 그에 상응하도록 제조될 수 있다.
바람직하게는, 가열 챔버는 원통형이고, 열 방출 표면은 가열 챔버 주위에서 원주방향으로 연장된다. 예를 들어, 열전 전지는 가열 챔버의 전체 원주 주위에서(즉, 열전 전지가 원통형이 되도록, 그리고 가열 챔버를 동심적으로 둘러싸도록) 연장될 수 있거나, (예를 들어, 열전 전지가 반-원형 횡단면을 가지는 경우에) 가열 챔버의 원주의 일부 주위에서만 연장될 수 있다.
열전 전지가 가열 챔버의 경계에 또는 그에 가까이 근접하여 제공되고/되거나 열전 전지가 가열 챔버의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성되는, 전술한 예에 의해서 제공되는 추가 장점은, 가열 챔버 내의 열 프로파일 및 열 분포가 사용 중에 개선된다는 것이다. 예를 들어, 가열 챔버를 통한 온도가 보다 일정해질 수 있다. 따라서, 예를 들어 에어로졸 기재의 가열을 보다 일정하게 하는 것에 의해서, 에어로졸 기재에 인가되는 열이 또한 개선될 수 있다. 이는, 에어로졸 생성 장치에 의해서 생성되는 에어로졸의 일관성 및 풍미를 개선할 수 있고, 각각의 소모성 에어로졸 기재로부터 생산되는 에어로졸의 양을 최대화할 수 있고 그에 의해서 주어진 소모성 에어로졸 기재의 수명을 증가시킬 수 있다.
추가적인 예에서, 에어로졸 생성 장치는, 각각이 전술한 임의의 특징을 포함하고 상응 이점을 제공하는, 복수의 열전 전지를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 가열 챔버는 소모성 에어로졸 생성 기재를 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 가열 챔버는 담배 스틱과 같은 고체 소모성 에어로졸 생성 기재(즉, 에어로졸 기재)를 수용하고 가열하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 수용되는 에어로졸 기재에 상응하도록, 가열 챔버의 형상이 구성된다. 이는 가열 챔버의 벽과 원통형 에어로졸 기재 사이의 간극을 최소화하고, 가열 챔버로부터 에어로졸 기재로의 열 전달을 개선한다. 전술한 원통형 가열 챔버는, 담배 스틱과 같은 원통형 에어로졸 기재를 수용하고 가열하는 데 있어서 특히 적합하다. 그러나, 이는 필수적인 것이 아니고, 가열 챔버 및 소모품이 다른 형태를 취할 수 있다. 예를 들어 소모품이 SIM 카드 또는 포드(pod)의 형태일 수 있고/있거나 가열 챔버가 실질적으로 직사각형 횡단면일 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 생성 장치는, 가열 챔버의 내부 온도를 제어하기 위해서 열전 전지에 의해서 전달되는 열을 조절하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다. 일부 예에서, 제어 유닛은 폐쇄 루프 제어 방법을 적용하도록 구성된다. 그러한 방법을 이용하여, 제어 유닛은 가열 챔버의 내부 온도를 미리 결정된 온도에서 유지할 수 있다. 그러나, 특정의 바람직한 예에서, 제어 유닛은, 가열 챔버의 내부 온도가 시간에 따라 및/또는 사용 중에 변경되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛은, 주어진 에어로졸 기재가 사용될 때, 가열 챔버의 내부 온도를 증가시키도록 구성될 수 있다. 이는, 사용을 통한 에어로졸 기재의 풍미 고갈을 보상할 수 있다. 따라서, 장치에 의해서 생성되는 에어로졸이 보다 일관적일 수 있다. 제어 유닛은 열전 전지에 공급되는 전력 또는 열전 전지의 동작 매개변수를 제어하여, 가열 챔버의 내부 온도를 조절하는 데 도움을 줄 수 있다.
특히 바람직한 예에서, 제어 유닛은 가열 챔버의 내부 온도를 150 내지 350℃, 더 바람직하게는 190 내지 310℃, 보다 더 바람직하게는 230 내지 260℃의 범위 내에서 유지하도록 구성된다. 이러한 숫자는 매우 다양한 에어로졸 기재와 함께 사용하기에 적합하고, 담배(예를 들어, 촉촉한 잎 담배)를 포함하는 에어로졸 기재로부터 에어로졸 또는 증기를 생성하는 데 있어서 특히 적합하다.
바람직하게는, 에어로졸 생성 장치는 가열 챔버에 열을 공급하도록 구성된 가열기를 포함한다. 가열기(예를 들어, 박막 가열기 및/또는 저항 가열기)는 에어로졸 생성 장치에 의해서 공급되는 전력을 수용할 수 있고 상기 전력을 열로 변환할 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 생성 장치는, 가열 챔버의 내부 온도를 제어하기 위해서 가열기에 의해서 가열 챔버에 공급되는 열을 조절하도록 구성된 제어 유닛(즉, 제어기)을 포함한다. 특히 바람직한 예에서, 제어 유닛은 (예를 들어, 해당 구성요소에 공급되는 전력 및/또는 상기 구성요소의 동작 매개변수를 변경하는 것에 의해서) 가열기 및 열전 전지 모두에 의해서 공급되는 열을 조절하여 가열 챔버 내에서 적절한 온도를 유지할 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 생성 장치는 하나 이상의 온도 센서를 더 포함하고, 각각의 온도 센서는: 가열 챔버의 내부 온도, 열전 전지의 표면의 온도, 및/또는 가열기의 온도 중 하나를 측정하도록 구성된다. 온도 센서(들)는 열전 전지의 열 방출 표면 및/또는 열 수용 표면의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 온도 센서(들)는, 예를 들어, 열전대 또는 서미스터를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제어 유닛은 상기 하나 이상의 온도 센서 중의 온도 센서로부터 온도 측정치를 수신하도록 구성되고, 상기 온도 측정치를 기초로 가열 챔버의 내부 온도를 조절하도록 추가로 구성된다. 그에 따라, 가열 챔버의 내부 온도가 정확하게 제어될 수 있고, 그에 따라 성능, 안전성 및 신뢰성을 높일 수 있다. 대안적으로, 제어 유닛은, 경험에 의해서 결정된 값과 같은, 미리 결정된 값을 기초로 열전 전지 및/또는 가열기를 제어하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 생성 장치는 열전 전지에 전력을 공급하도록 구성된 전원을 포함한다. 전원은 또한, (비제한적으로) 가열기 및/또는 제어 유닛을 비롯한, 에어로졸 생성 장치의 임의의 추가적인 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 바람직하게는, 에어로졸은 배터리와 같은 내부 전원을 포함한다. 그러나, 대안적으로, 전원은, 에어로졸이 외부 공급원으로부터 전력을 수용할 수 있게 하는 연결부일 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 생성 장치는 내부 프레임을 포함하고, 내부 프레임은 가열 챔버, 열전 전지, 가열기, 및 제어 유닛 중의 적어도 하나를 프레임 내에서 유지하도록 배치된다. 이러한 방식으로, 장치의 구성요소는 장치의 하우징 내의 위치에서 확실하게 유지될 수 있다. 또한, 프레임의 제공은 구성요소가 정확한 재현 가능 위치에서 유지될 수 있게 하고, 이는 배터리와 같은 민감한 전자 구성요소에 대한 열 전달을 감소시키는 위치에서 구성요소가 정확하게 유지될 수 있게 함으로써 열 관리를 보조한다.
본 발명의 추가적인 양태에 따라, 전술한 본 발명의 제1 양태에 따른 에어로졸 생성 장치에서 이용하기에 적합한 제어 유닛이 제공되고, 제어 유닛은 가열 챔버의 내부 온도를 조절하기 위해서 열전 전지에 의해서 전달되는 열을 제어하도록 구성된다. 제어 유닛은 본 발명의 제1 양태를 참조하여 전술한 제어 유닛의 임의의 선택적인 특징을 포함할 수 있고, 상응 장점을 제공할 수 있다.
예를 들어, 제어 유닛은 가열 챔버의 내부 온도를 150 내지 350℃, 더 바람직하게는 190 내지 310℃, 보다 더 바람직하게는 230 내지 260℃의 범위 내에서 유지하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 제어 유닛은 또한 가열 챔버의 내부 온도를 제어하기 위해서 가열기에 의해서 가열 챔버에 공급되는 열을 조절하도록 구성된다.
선택적으로, 제어 유닛은 상기 하나 이상의 온도 센서로부터 온도 측정치를 수신하도록 구성되고, 추가로 상기 온도 측정치를 기초로 가열 챔버의 내부 온도를 제어하도록 구성된다. 상기 온도 센서(들)는: 가열 챔버의 내부 온도, 열전 전지의 표면의 온도, 및/또는 가열기의 온도 중 하나를 측정하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 제어 유닛은 폐쇄 루프 제어를 이용하여 가열 챔버의 내부 온도를 제어하도록 구성된다.
선택적으로, 제어 유닛은, 전원으로부터 열전 전지 및/또는 가열기에 공급되는 전력; 및/또는 열전 전지 및/또는 가열기의 동작 매개변수를 조절하도록 구성된다.
본 발명의 추가적인 양태에 따라, 전술한 본 발명의 제1 양태에 따른 에어로졸 생성 장치를 제어하는 방법이 제공되고, 그러한 방법은 가열 챔버의 내부 온도를 조절하기 위해서 열전 전지를 통해서 전달되는 열을 제어하는 단계를 포함한다. 방법은, 본 발명의 선행 양태들 중 어느 하나를 참조하여 설명된 바와 같은 제어 유닛에 의해서 수행될 수 있다.
방법은, 가열 챔버의 내부 온도를 150 내지 350℃, 더 바람직하게는 190 내지 310℃, 보다 더 바람직하게는 230 내지 260℃의 범위 내에서 유지하기 위해서 열전 전지를 통해서 전달되는 열을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 방법은, 가열 챔버의 내부 온도를 제어하기 위해서 가열기에 의해서 가열 챔버에 공급되는 열을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 방법은 하나 이상의 온도 센서로부터 온도 측정치를 수신하는 단계 및 (예를 들어, 열전 장치에 의해서 가열 챔버에 공급되는 열 및/또는 상기 온도 측정치를 기초로 하는 열을 조절하는 것에 의해서) 상기 온도 측정치를 기초로 가열 챔버의 내부 온도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 온도 센서(들)는: 가열 챔버의 내부 온도, 열전 전지의 표면의 온도, 및/또는 가열기의 온도 중 하나를 측정하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 방법은: 전원으로부터 열전 전지 및/또는 가열기에 공급되는 전력; 및/또는 열전 전지 및/또는 가열기의 동작 매개변수를 조절 또는 수정하는 단계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 방법은 폐쇄 루프 제어를 이용하여 가열 챔버의 내부 온도를 제어하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 방법은: 온도 측정치(예를 들어, 전술한 온도 센서 중 하나로부터의 온도 측정치)를 수신하는 단계; 온도 측정치를 희망 온도(예를 들어, 미리 결정된 희망 온도)와 비교하는 단계; 및 이러한 비교의 결과를 기초로, 열전 전지에 의해서 가열 챔버에 전달되는 열 및/또는 가열기에 의해서 가열 챔버에 공급되는 열을 수정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서에 의해서 측정되는 실제 온도가 희망 온도보다 높은 경우에, 열전 전지에 의해서 전달되는 열 및/또는 가열기에 의해서 공급되는 열이 (예를 들어, 이러한 구성요소에 공급되는 전력을 수정하는 것에 의해서 또는 그 동작 매개변수를 변경하는 것에 의해서) 감소될 수 있다. 그러한 폐쇄 루프 제어 방법은 안전성 및 신뢰성을 개선할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 방법은 미리 결정된 양의 시간 동안 및/또는 미리 결정된 전력으로 가열기 및/또는 열전 전지를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
이제 본 발명의 구체적인 예에 대해 이하의 도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 에어로졸 생성 장치의 2개의 개략적인 횡단면을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 추가적인 에어로졸 생성 장치의 개략적인 횡단면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 추가적인 에어로졸 생성 장치의 개략적인 횡단면을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 추가적인 에어로졸 생성 장치의 개략적인 횡단면을 도시한다.
도 1a 및 도 2는, 각각의 에어로졸 생성 장치(10, 20)의 가열 챔버(12, 22)가 연장되는 길이방향에 평행한 평면을 따른 횡단면으로 에어로졸 생성 장치(10, 20)의 2개의 예를 도시한다. 도 1b는, 가열 챔버(12)가 연장되는 길이방향에 수직인 평면을 통해서 연장되는 라인 A-A를 따른 추가적인 횡단면으로, 도 1a의 에어로졸 생성 장치(10)를 도시한다.
에어로졸 생성 장치(10, 20)의 각각은, 장치(10)를 유지할 수 있는 하우징(11, 21)을 포함한다. 각각의 하우징(11, 21) 내에는 가열 챔버(12, 22)가 제공되고, 가열 챔버(12, 22)는 개방 단부(12a, 22a)를 통해서 에어로졸 기재(즉, 담배 스틱과 같이 가열될 때 에어로졸을 방출하는 고체 소모성 에어로졸 생성 기재)를 수용하도록 구성된다. 가열 챔버(12, 22)는, 에어로졸이 에어로졸 기재로부터 생성되는 온도(예를 들어, 많은 에어로졸 기재에서 150 내지 350℃)까지 가열되도록 구성된다. 따라서, 가열 챔버(12, 22)는 오븐으로서 작용한다. 각각의 가열 챔버(12, 22) 주위에는 (일반적으로 펠티에 전지, 펠티에 냉각기, 또는 열전 냉각기로도 지칭되는) 원통형 열전 전지(13, 23)가 제공된다. 따라서, 각각의 원통형 열전 전지(13, 23)는 각각의 가열 챔버(12, 22)를 둘러싸고, 상기 가열 챔버(12, 22) 주위에서 동심적으로 제공된다. 에어로졸 생성 장치(10, 20)의 각각은 가열 챔버(12)에 열을 공급하도록 구성된 가열기(14, 24)(예를 들어, 저항 가열기), 각각의 가열 챔버(12, 22)의 내부 온도를 조절하도록 구성된 제어 유닛(15, 25), 및 각각의 장치(10, 20)의 전기 구성요소에 전력을 공급하도록 구성된 배터리(16, 26)를 더 포함한다. 도 1a 및 도 2의 이러한 구성요소들 사이의 라인에 의해서 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 에어로졸 생성 장치(10, 20)의 열전 전지(13, 23), 가열기(14, 24), 제어 유닛(15, 25) 및 배터리(16, 26)가 전기적으로 연결된다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 에어로졸 생성 장치(10)는 세장형이고, 펜 또는 스틱 형상이다. 이러한 장치(10)의 가열 챔버(12)는 배터리(16)와 실질적으로 동축적으로 제공된다(그에 따라 가열 챔버(12) 및 배터리(16)는 단부-대-단부로 배치된다). 이러한 배치는 가열 챔버(12)로부터 에어로졸 생성 장치(10)의 나머지 전기 구성요소로의 열 전달을 감소시키고, 그에 의해서 신뢰성 및 안전성을 개선한다. 대조적으로, 도 2에 도시된 에어로졸 생성 장치(20)는, 더 큰 종횡비를 갖는, 상자 형상이다. 도시된 바와 같이, 도 2의 에어로졸 생성 장치(20)는, 장치(20)의 전체적인 부피를 최소화하기 위해서 (가열 챔버(22) 및 배터리(26)가 평행한 방향들을 따라서 연장되도록 그리고 배터리(26)가 가열 챔버(22)에 대해서 측방향으로 오프셋되도록) 배터리(26)와 나란히 배치되는 가열 챔버(22)를 포함한다.
이러한 에어로졸 생성 장치(10, 20) 모두에서, 열전 전지(13, 23)는 전력을 온도 구배로 변환하도록 구성되어, 전력이 공급될 때 2개의 대향 표면들(13a 및 13b, 23a 및 23b) 사이에서 열을 전달한다. 구체적으로, 열전 전지(13, 23)의 각각은, 동작 중에 열을 흡수 또는 수용하는 열 수용 표면(13a, 23a) 및 열을 공급하거나 방출하는 열 방출 표면(13b, 23b)을 포함한다. 열 방출 표면(13b, 23b)이 원통형 또는 관 형상의 열전 전지(12, 23)의 내부 표면을 형성하는 한편, 열 수용 표면(13a, 23a)이 열전 전지의 외부 표면에 배치되도록, 열전 전지(13, 23)의 각각이 배치된다.
도 1a 및 도 1b의 에어로졸 생성 장치(10)에서, 열 방출 표면(13b)은 가열 챔버(12)의 경계를 형성한다(즉, 그에 따라 열 방출 표면(13b)은 가열 챔버(12)의 원통형 벽을 형성한다). 이러한 제1 에어로졸 생성 장치(10)의 가열기(14)는 가열 챔버(12)의 폐쇄 단부(12b)에 제공된다.
도 2의 에어로졸 생성 장치(20)에서, 가열기(24)는 원통형이고 열전 전지(23)와 가열 챔버(22) 사이에 제공된다. 따라서, 열전 전지(23)는 가열 챔버(22) 및 가열기(24) 모두의 주위에서 동심적으로 제공된다. 도시된 바와 같이, 원통형 열전 전지(23)는 가열 챔버(22)를 둘러싸고 원통형 가열 챔버(22)의 표면 릴리프에 일치된다.
도 1a 및 도 2에 도시된 가열기(15, 25)의 배치는 본질적으로 각각의 에어로졸 생성 장치(10, 20)의 형태와 관련되지 않는다. 펜-형상의 에어로졸 생성 장치가, 가열 챔버 주위에 동심적으로 배치된 가열기를 구비할 수 있는 반면, 상자-형상의 에어로졸 생성 장치는, 그 가열 챔버의 일 단부에서 가열기를 구비할 수 있다. 유사하게, 열전 전지는 가열 챔버의 길이의 일부만을 따라서 및/또는 가열 챔버의 단부에 제공될 수 있다.
도 1a 및 도 1b, 그리고 도 2의 에어로졸 생성 장치(10, 20)는 유사한 방식으로 동작되도록 의도된다. 첫 번째로, 에어로졸 기재가 에어로졸 생성 장치(10, 20)의 가열 챔버(12, 22) 내로 삽입된다. 두 번째로, 에어로졸 생성 장치(10, 20)는, 에어로졸이 에어로졸 기재로부터 방출되는 온도까지 가열 챔버(12, 22)를 가열하도록 구성된다. 이를 달성하기 위해서, 제어 유닛(15, 25)은 가열 챔버(12, 22)를 가열하도록 가열기(14, 24)에 지시한다. 선택적으로, 제어 유닛(15, 25)은 또한 열을 열 수용 표면(13a, 23a)으로부터 열 방출 표면(13b, 23b)으로 전달하도록, 그에 의해서 (도 2의 에어로졸 생성 장치 내의 가열기(24)를 통해서) 열을 가열 챔버(12, 22)를 향해서 그 내부로 전달하도록 열전 전지(13, 23)에 지시할 수 있다. 많은 유형의 에어로졸 기재에서, 가열 챔버(12, 22)의 온도는 150℃ 내지 350℃로 상승된다.
사용 중에, 가열 챔버(12, 22)의 내부 온도는 에어로졸 생성 장치(10, 20)에 의해서 미리 결정된 온도에서, 또는 미리 결정된 온도 범위 내에서 유지될 수 있다. 대안적으로, 내부 온도가 변경될 수 있다(예를 들어, 에어로졸 기재의 풍미 고갈을 보상하기 위해서, 내부 온도가 사용 중에 또는 사용들 사이에서 증가될 수 있다). (통상적인 장치에서 단열 층에 의해서 제공되는 열 전달의 피동적인 제한과 대비되는 것으로서), 열전 전지(13, 23)를 이용하여, 고온의 가열 챔버(12, 22)로부터 멀어지는 열의 소산 또는 전달을 능동적으로 방지하거나 그에 대응할 수 있다. 열전 전지(13, 23)는 열을 그 자체를 통해서 가열 챔버(12, 22)를 향해서 전달하도록 동작되며, 그에 따라 열전 전지(13, 23)를 통한 가열 챔버(12, 22)로부터 외측으로의 열의 순 유동을 감소 또는 방지한다. 선택적으로, 가열기(14, 24)가 동작되어 열을 가열 챔버(12, 22)에 공급할 수 있고 그에 따라 가열 챔버(12, 22)로부터 소산된 임의의 열을 대체할 수 있다. 열전 전지(13, 23) 및/또는 가열기(14, 24)의 동작은 제어 유닛(15, 25)에 의해서 제어 또는 조절된다. 제어 유닛(15, 25)은 미리 결정된(예를 들어, 경험적인) 값을 기초로, 및/또는 하나 이상의 온도 센서(미도시)에 의해서 제공되는 가열 챔버(12, 24), 열전 전지(13, 23), 또는 가열기(14, 24)의 온도 측정치를 기초로 제어될 수 있다.
제어 유닛(15, 25)은 온도 센서로부터의 연속적인 또는 주기적인 온도 측정치를 기초로 폐쇄 루프 제어 체계를 적용할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(15, 25)은 측정된 온도를 미리 결정된 희망 온도와 비교할 수 있고, 이러한 비교의 결과를 기초로, 열전 전지(13, 23)에 의해서 전달된 열 및/또는 가열기(15, 25)에 의해서 공급되는 열을 조정하여 가열 챔버(12, 22)의 온도를 수정할 수 있다.
선택적으로, 에어로졸 생성 장치(10, 20)의 각각은 캡(미도시)을 포함하고, 그러한 캡은 각각의 가열 챔버(12, 22)의 개방 단부(12a, 22a)를 선택적으로 폐쇄하도록 구성된다. 그러한 캡은 가열 챔버(12, 22) 내에서 열을 유지하도록 및/또는 사용되지 않을 때 이물질이 가열 챔버(12, 22)에 진입하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하여, 예시적인 에어로졸 생성 장치의 추가적인 특징을 설명할 것이다. 이러한 도면은, 가열 챔버(32, 42)가 연장되는 방향에 수직으로 연장되는 평면을 따른 개략적 횡단면으로 2개의 추가적인 에어로졸 생성 장치(30, 40)를 도시한다. 이러한 에어로졸 생성 장치(30, 40)는, 복수의 열전 전지를 포함하는 장치의 예이다.
도 3은 직사각형 횡단면을 갖는 하우징(41)을 갖는 에어로졸 생성 장치(30)를 도시한다. 에어로졸 생성 장치(30)는 원형 횡단면을 갖는 가열 챔버(32)를 포함하고, 가열 챔버(32)는 원형 외부 벽(32a)을 포함한다. 에어로졸 생성 장치(30)는 2개의 열전 전지(33, 37)를 더 포함한다. 열전 전지(33, 37)는 가열 챔버(32)의 대향 측면들에 배치되고, 그 각각은 가열 챔버(32)의 일부 주위에서 원주방향으로 연장된다. 각각의 열전 전지(33, 37)는 열 수용 표면(33a, 37a) 및 대향되는 열 방출 표면(33b, 37b)을 포함한다. 각각의 열전 전지(33, 37)는, 상기 열전 전지(33, 37)가 전력을 수용할 때, 열을 열 수용 표면(33a, 37a)으로부터 열 방출 표면(33b, 37b)을 통해서 그리고 가열 챔버(32) 내로 전달하도록 구성된다. 각각의 열전 전지(33, 37)의 열 방출 표면(33b, 37b)은 가열 챔버의 외부 벽(32a)과 접촉되게 형성되고, 이러한 외부 벽(32a)의 원형 형상에 일치되며, 그에 따라 각각의 열전 전지(33, 37)로부터 가열 챔버(32)로의 열 전달을 최대화한다.
도 4는, 직사각형 횡단면을 또한 가지는 추가적인 에어로졸 생성 장치(40)를 도시한다. 에어로졸 생성 장치(40)는 직사각형 횡단면을 갖는 가열 챔버(42)를 포함한다. 따라서, 가열 챔버(42)는, SIM 카드 형태의 에어로졸 기재와 같이 직사각형 횡단면을 갖는 에어로졸 기재를 수용하는 데 매우 적합하다. 에어로졸 생성 장치(40)는 가열 챔버(42)의 대향 측면들 상에 배치된 2개의 열전 전지(43, 47)를 더 포함한다. 각각의 열전 전지(43, 47)는 열 수용 표면(43a, 47a) 및 대향되는 열 방출 표면(43b, 47b)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 열전 전지(43, 47)의 열 방출 표면(43b, 47b)은 가열 챔버(42)의 대향 벽들을 형성한다(즉, 그에 따라 열 방출 표면(43b, 47b)의 각각은 가열 챔버(42)의 경계를 형성한다). 각각의 열전 전지(43, 47)는, 상기 열전 전지(43, 47)가 전력을 수용할 때, 열을 열 수용 표면(43a, 47a)으로부터 열 방출 표면(43b, 47b)을 통해서 그리고 가열 챔버(42) 내로 전달하도록 구성된다. 따라서, 열전 전지(43, 47)를 통해서 전달되는 열은 에어로졸 생성 장치(40)의 가열 챔버(42)에 직접적으로 진입한다.
도 3 및 도 4에 도시된 에어로졸 생성 장치(30, 40)는 또한 도 1a, 도 1b 및 도 2의 장치(10, 20)를 참조하여 전술한 임의의 구성요소, 특징, 기능 및 장점을 공유할 수 있다. 예를 들어, 바람직한 구현예에서, 에어로졸 생성 장치(30, 40)는, 적어도, 열전 전지(33, 37, 43, 47)에 전력을 공급하도록 구성된 배터리 및 열전 전지(33, 37, 43, 47)의 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함한다.
도 3 및 도 4에 도시된 에어로졸 생성 장치(30, 40)의 각각은, 각각의 가열 챔버(32, 42)의 대체로 대향하는 측면들 상에 배치되는 2개의 열전 전지(33 및 37, 43 및 47)를 포함한다. 그러나, 이는 필수적인 것이 아니고, 또한 에어로졸 생성 장치는 장치의 가열 챔버의 길이를 따라서 상이한 위치들에 배치되거나 가열 챔버의 둘레 주위의 상이한 위치들에 위치되는 복수의 열전 전지를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 에어로졸 생성 장치(10, 20, 30, 40)의 각각은 단열 층을 포함하지 않는다. 그 대신, 전술한 바와 같이, 열 소산은 열전 전지(13, 23, 33, 37, 43, 47)에 의해서 능동적으로 제한된다. 따라서, 전술한 에어로졸 생성 장치(10, 20, 30, 40)가 특히 콤팩트하게 제조된다.

Claims (15)

  1. 에어로졸 생성 장치로서,
    가열 챔버; 및
    열전 전지
    를 포함하고;
    상기 에어로졸 생성 장치는 전력을 상기 열전 전지에 공급하도록 구성되고, 상기 열전 전지는, 전력이 상기 열전 전지에 공급될 때, 열이 상기 열전 전지에 의해서 상기 열전 전지를 통해 상기 가열 챔버에 전달되도록, 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전 전지는 열 수용 표면 및 열 방출 표면을 포함하고, 전력이 상기 열전 전지에 공급될 때, 열이 상기 열 수용 표면으로부터 상기 열 방출 표면으로 전달되는, 에어로졸 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열 방출 표면은 상기 가열 챔버의 벽과 접촉되어 배치되거나 벽의 적어도 일부를 형성하는, 에어로졸 생성 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 열 방출 표면은 상기 가열 챔버의 적어도 하나의 벽의 표면 릴리프에 일치되는, 에어로졸 생성 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 챔버는 원통형이고, 상기 열 방출 표면은 상기 가열 챔버 주위에서 원주방향으로 연장되는, 에어로졸 생성 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 챔버는 소모성 에어로졸 생성 기재를 수용하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 챔버의 내부 온도를 제어하기 위해서 상기 열전 전지에 의해서 전달되는 열을 조절하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 가열 챔버의 내부 온도를 150 내지 350℃, 더 바람직하게는 190 내지 310℃, 보다 더 바람직하게는 230 내지 260℃의 범위 내에서 유지하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    열을 상기 가열 챔버에 공급하도록 구성되는 가열기를 더 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 종속될 때, 상기 제어 유닛은 상기 가열 챔버의 내부 온도를 제어하기 위해서 상기 가열기에 의해서 상기 가열 챔버에 공급되는 열을 조절하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 온도 센서를 더 포함하고, 각각의 온도 센서는, 상기 가열 챔버의 내부 온도, 상기 열전 전지의 표면의 온도, 및/또는 상기 가열기의 온도 중 하나를 측정하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 종속될 때, 상기 제어 유닛은 상기 하나 이상의 온도 센서 중의 온도 센서로부터 온도 측정치를 수신하도록 구성되고, 추가로 상기 온도 측정치를 기초로 상기 가열 챔버의 내부 온도를 조절하도록 구성되는, 에어로졸 생성 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전 전지에 전력을 공급하도록 구성된 전원을 더 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 에어로졸 생성 장치에서 이용하기에 적합한 제어 유닛으로서, 상기 제어 유닛은, 상기 가열 챔버의 내부 온도를 조절하기 위해서 상기 열전 전지에 의해서 전달되는 열을 제어하도록 구성되는, 제어 유닛.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 에어로졸 생성 장치를 제어하는 방법으로서,
    상기 가열 챔버의 내부 온도를 조절하기 위해서 상기 열전 전지를 통해서 전달되는 열을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
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