KR20230175087A - 에어로졸 생성 장치 및 방법 - Google Patents

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김태훈
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한정호
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치는, 궐련이 삽입되는 수용공간을 갖는 준외관부를 포함하는 본체, 준외관부와 탈착 가능하게 결합되는 카트리지, 카트리지의 일 면과 대향되도록 준외관부의 일 면에 배치되는 안테나, 안테나의 정전용량 값을 감지하는 센서, 및 센서와 전기적으로 연결되는 제어부를 포함한다. 제어부는, 정전용량 값에 기초하여, 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량 및 카트리지의 탈착 여부를 결정한다.

Description

에어로졸 생성 장치 및 방법{Device and method for generating aerosol}
본 개시는 에어로졸 생성 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 정전용량 센서로 카트리지의 탈착 여부 및 카트리지의 액상 잔량을 검출할 수 있는 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련을 대체하는 흡연 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 내의 에어로졸 생성 물질이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 가열식 궐련 또는 가열식 에어로졸 생성 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
에어로졸 생성 장치는 에어로졸을 생성하기 위해 카트리지를 포함할 수 있다. 카트리지는 에어로졸 생성 물질을 저장하는 저장부 및 에어로졸 생성 물질을 기화시키는 무화부를 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 장치가 안전하고, 정상적으로 동작하기 위해서는 카트리지의 탈착 여부 및 카트리지의 액상 잔량 정보가 요구될 수 있다.
본 개시는 낮은 소비전력으로 카트리지 탈착 여부 및 카트리지의 액상 잔량 정보를 얻을 수 있는 에어로졸 생성 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 개시는 카트리지의 기울기에 따른 액상 잔량 정보의 오차를 보정할 수 있는 에어로졸 생성 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
실시예들을 통해 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치는, 궐련이 삽입되는 수용공간을 갖는 준외관부를 포함하는 본체, 상기 준외관부와 탈착 가능하게 결합되는 카트리지, 상기 카트리지의 일 면과 대향되도록 상기 준외관부의 일 면에 배치되는 안테나, 상기 안테나의 정전용량 값을 감지하는 센서, 및 상기 센서와 전기적으로 연결되는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 정전용량 값에 기초하여, 상기 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량 및 상기 카트리지의 탈착 여부를 결정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 동작 방법은, 궐련이 삽입되는 수용공간을 갖는 준외관부를 포함하는 본체, 상기 준외관부와 탈착 가능하게 결합되는 카트리지, 상기 카트리지의 일 면과 대향되도록 상기 준외관부의 일 면에 배치되는 안테나, 및 상기 안테나의 정전용량 값을 감지하는 센서를 포함하는 에어로졸 생성 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 안테나에 구동 신호를 인가하는 단계, 상기 안테나로부터 상기 구동 신호에 대응한 감지 신호를 수신하는 단계, 및 상기 감지 신호에 기초하여, 상기 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량 및 상기 카트리지의 탈착 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 에어로졸 생성 장치 및 방법은 카트리지 센서를 이용하여 카트리지 탈착 여부 및 카트리지의 액상 잔량 정보를 얻을 수 있다.
실시예들에 의한 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 에어로졸 생성 물품이 삽입된 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 외관을 개략적으로 나타내는 분해 측면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 내부 구성 요소들을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 일부 구성 요소들의 분해도이다.
도 5a는 안테나 커버의 일 면을 나타내는 도면이다.
도 5b는 안테나 커버의 타 면을 나타내는 도면이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 6b 내지 도 6d는 일 실시예에 따른 센서의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질(또는, 액상)의 잔량에 따른 정전 용량의 총량의 변화를 나타낸 그래프들이다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록도이다.
도 9는 에어로졸 생성 장치에서 에어로졸 생성 물질의 잔량 검출과 본체의 탈착 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
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 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 에어로졸 생성 물품이 삽입된 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치(100)는 커버(1000) 및 본체(1100)를 포함할 수 있다.
커버(1000)는 본체(1100)의 일측 단부에 결합됨으로써 본체(1100)와 커버(1000)가 함께 에어로졸 생성 장치(100)의 외관을 형성할 수 있다. 본체(1100)에 결합된 커버(1000)의 상면에는 궐련(200)이 삽입될 수 있는 외부구멍(1000h)이 형성될 수 있다.
본체(1100)는 에어로졸 생성 장치(100)의 외관의 일부분을 형성하며, 에어로졸 생성 장치(100)의 구성 요소들을 수용하고 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 본체(1100)의 내부에는 배터리(미도시), 프로세서(미도시) 및/또는 히터(미도시)가 수용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본체(1100)는 외부구멍(1000h)을 통해 삽입된 궐련(200)을 수용할 수 있다.
본체(1100)와 커버(1000)는 열을 잘 전달하지 않는 플라스틱 소재나, 표면에 열차단 물질이 코팅된 금속소재로 제작될 수 있다. 본체(1100)와 커버(1000)는 예를 들어 사출성형 방식이나, 3D 프린팅 방식이나, 사출성형으로 제작된 소형 부속을 조립하는 방식으로 제작될 수 있다.
본체(1100)와 커버(1000)의 사이에는 본체(1100)와 커버(1000)의 결합 상태를 유지하기 위한 유지 장치(미도시)가 설치될 수 있다. 유지 장치는 예를 들어 돌기와 홈을 포함할 수 있다. 돌기가 홈에 삽입된 상태를 유지함으로써 커버(1000)와 본체(1100)의 결합 상태가 유지될 수 있으며, 사용자의 입력이 가해질 수 있는 조작버튼에 의해 돌기가 이동하여, 돌기가 홈으로부터 분리되는 구조가 이용될 수도 있다.
본체(1100)에 결합된 커버(1000)의 상면에는　궐련(200)이 삽입될 수 있는 외부구멍(1000h)이 형성될 수 있다. 또한 커버(1000)의 상면에서 외부구멍(1000h)에 인접한 위치에 레일(1000r)이 형성될 수 있다. 레일(1000r)에는 커버(1000)의 상면을 따라 슬라이딩 이동 가능한 도어(1000d)가 설치될 수 있다. 도어(1000d)는 레일(1000r)을 따라 직선적으로 슬라이딩 이동할 수 있다. 커버(1000)의 상면은 도어(1000d)의 이동 경로를 따라 개구가 형성된 상판(1000t)이 배치될 수 있다.
도어(1000d)는 레일(1000r)을 따라　이동함으로써,　궐련(200)이 커버(1000)를 통과하여 본체(1100)에 삽입될 수 있게 하는 외부구멍(1000h)을 외부로 노출시키는 기능을 한다.
도어(1000d)에 의해 외부구멍(1000h)이 외부로 노출되면, 사용자가　궐련(200)을 외부구멍(1000h)과 삽입구멍(미도시)에 삽입시켜　궐련(200)을 커버(1000)의 내부에 형성된 수용통로(미도시)에 장착할 수 있다.
레일(1000r)은 오목한 홈 형상을 갖지만, 실시예는 레일(1000r)의 형상에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 레일(1000r)은 볼록한 형상을 가질 수도 있고, 직선형이 아니라 곡선형으로 연장될 수도 있다.
본체(1100)에는 조작 버튼(1100bu)이 설치될 수 있다. 조작 버튼(1100bu)이 조작됨에 따라　에어로졸　생성 장치(100)의 동작이 제어될 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 외관을 개략적으로 나타내는 분해 측면도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치(100)는 커버(1000), 본체(1100), 버튼(1200) 및 카트리지(2000)를 포함할 수 있다.
본체(1100)는　궐련(200)이 삽입되고, 카트리지(2000)가 결합되는 준외관부(1100a)와, 내부에 설치되는 각종 부품들을 지지하고 보호하는 하부 케이스(1100b)로 구성될 수 있다. 이하에서, 본체(1100)라는 기재는 준외관부(1100a)와 하부 케이스(1100b)를 모두 포함하는 의미이다.
커버(1000)는 본체(1100)와의 결합이 해제되어 본체(1100)로부터 분리될 수 있다. 예를 들어 커버(1000)는 본체(1100)로부터 +z 방향으로 분리될 수 있다. 커버(1000)가 본체(1100)로부터 분리되면, 본체(1100)의 준외관부(1100a), 버튼(1200) 및 카트리지(2000)가 외부에 노출될 수 있다.
버튼(1200)은 적어도 일부가 준외관부(1100a)의 외부에 노출되도록 배치되며, 사용자의 입력에 따라 본체(1100)와 카트리지(2000)의 사이의 체결 관계를 해제하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 버튼(1200)에 사용자의 입력이 가해지면 카트리지(2000)가 준외관부(1100a)로부터 탈착될 수 있다.
카트리지(2000)는 에어로졸 생성 물질이 저장되며, 준외관부(1100a)의 일측 단부에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
에어로졸 생성 물질은 액체 상태, 고체 상태, 기체 상태, 겔(gel) 상태 등의 다양한 상태들 중 어느 하나의 상태를 가질 수 있다. 에어로졸 생성 물질은 액상 조성물을 포함할 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.
카트리지(2000)는 본체(1100)로부터 전달되는 전기 신호 또는 무선 신호 등에 의해 작동함으로써, 카트리지(2000) 내부의 에어로졸 생성 물질의 상(phase)을 기체의 상으로 변환하여 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수 있다. 에어로졸은 에어로졸 생성 물질로부터 발생한 증기화된 입자 및 공기가 혼합된 상태의 기체를 의미할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 카트리지(2000)는 프로세서(미도시) 및/또는 배터리(미도시)를 포함하는 본체(1100)와 결합하여 에어로졸 생성 장치의 구성 요소로서 적용될 수 있다. 예를 들어, 카트리지(2000)에 포함된 가열 요소(미도시)는 본체(1100)와 전기적으로 연결되어 배터리로부터 전력을 공급받고, 프로세서에 의해 전력 공급이 제어될 수 있다.
즉, 카트리지(2000)를 포함하는 에어로졸 생성 장치(100)에서 가열 요소에 전력이 공급 및 제어됨으로써, 카트리지(2000)에 저장된 액상 또는 겔 상태의 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸이 생성될 수 있다.
즉, 카트리지(2000)를 포함하는 에어로졸 생성 장치는 카트리지(2000)에 저장된 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 삽입된 궐련(도 1의 200)을 가열하여 에어로졸을 생성할 수도 있다. 이에 따라, 하이브리드 형태의 에어로졸 생성 장치가 구현될 수 있다.
도 2에서는 카트리지(2000)가 준외관부(1100a)의 측면에서 접근하여 본체(1100)에 결합되는 모습을 묘사하나, 카트리지(2000)와 본체(1100)의 결합 방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 카트리지(2000)는 커버(1000)와 같이 본체(1100)로부터 +z 방향으로 이격된 위치에서 -z 방향으로 접근하여 본체(1100)에 결합될 수도 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 내부 구성 요소들을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치(100)의 내부 공간에는 히터(110), 배터리(120), 인쇄 회로 기판(130), 안테나(140), 안테나 커버(150), 연결 통로(160), 및 카트리지(2000)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치(100)는 궐련(200)이 삽입될 수 있는 수용통로(1100p)를 포함할 수 있다. 궐련(200)의 적어도 일부는 수용통로(1100p)를 통해 에어로졸 생성 장치(100)의 내부에 삽입 또는 수용될 수 있다.
카트리지(2000)는 에어로졸 생성 물질을 저장하는 저장부(2100) 및 에어로졸 생성 물질을 기화시키는 무화부(2200)를 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)는 카트리지(2000)를 통해 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성할 수 있다. 카트리지(2000)에 의해 생성되는 에어로졸은 사용자에게 전달될 수 있다.
에어로졸 생성 물질은 액상 조성물 및 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 액상 조성물은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다. 예를 들면, 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 있고, 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 제한되는 것은 아니다.
에어로졸 형성제는 에어로졸 생성 장치(100)로부터 제공되는 에어로졸의 연무량을 증대시킬 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 형성제는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 에어로졸 형성제에는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질이 함유될 수 있고, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이 더 포함될 수도 있다.
저장부(2100)는 에어로졸 생성 물질을 저장할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)에 대한 흡연이 수행되는 경우, 에어로졸 생성 장치(100)로부터 생성되는 에어로졸이 사용자에게 전달될 수 있고, 그에 따라 저장부(2100)에 저장되는 에어로졸 생성 물질이 소모되어 저장부(2100)에 에어로졸 생성 물질이 잔류하는 양이 감소할 수 있다.
에어로졸 생성 물질의 잔량이 변경되는 경우 에어로졸 생성 물질을 기화시키기 위한 가열 특성 또한 변경될 것이 요구될 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 물질의 잔량이 부족한 경우 흡연 도중에 에어로졸의 제공이 중단되거나, 에어로졸 생성 장치(100)로부터 에어로졸이 생성되지 않을 수 있다. 따라서, 저장부(2100)의 내부의 에어로졸 생성 물질의 잔량이 검출될 것이 요구될 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(100)의 본체(1100)에는 궐련(200)을 가열시키기 위한 히터(110)를 포함하는 바, 커버(도 1의 1000)가 제거된 상태에서 히터(110)가 동작하는 경우, 사용자가 화상을 당할 위험이 있다. 따라서, 본체(1100)와 커버(1000)의 결합 여부가 검출될 것이 요구될 수 있다.
저장부(2100)는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 저장부(2100)는 액상의 에어로졸 생성 물질을 저장하기 위한 내부 공간 및 내부 공간을 이루는 벽면들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 저장부(2100)는 바닥면, 천장면 및 측면들로 구성되는 내부 공간을 갖는 기둥 형상일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 저장부(2100)는 액상의 에어로졸 생성 물질을 저장할 수 있는 다른 형상으로 구현될 수도 있다.
무화부(2200)는 에어로졸 생성 물질을 기화시킬 수 있다. 무화부(2200)는 저장부(2100)에 저장되는 에어로졸 생성 물질을 가열함으로써 에어로졸 생성 물질을 기화시킬 수 있다. 예를 들면, 무화부(2200)는 에어로졸 생성 물질을 저장부(2100)의 외부로 이송하고, 외부로 이송되는 에어로졸 생성 물질을 가열할 수 있다.
무화부(2200)는 액상 전달 수단 및 가열 요소를 포함할 수 있다. 액상 전달 수단은 에어로졸 생성 물질을 저장부(2100)의 외부로 이송하기 위한 수단일 수 있고, 가열 요소는 액상 전달 수단에 의해 저장부(2100)의 외부로 전달되는 에어로졸 생성 물질을 가열하기 위한 요소일 수 있다. 예를 들면, 액상 전달 수단은 에어로졸 생성 물질을 저장부(2100)의 외부로 이송하는 심지(wick)일 수 있고, 가열 요소는 심지를 따라 이송되는 에어로졸 생성 물질을 가열하는 코일(coil)일 수 있다.
구체적으로, 심지는 모세관 현상을 통해 에어로졸 생성 물질을 이송하는 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유 및 다공성 세라믹 중 적어도 하나일 수 있고, 코일은 심지에 권선되는 형상으로 배치되고, 공급되는 전류에 의해 발열하는 니크롬선 등과 같은 전도성 필라멘트를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
카트리지(2000)는 에어로졸 생성 장치(100)로부터 탈부착될 수 있다. 카트리지(2000)는 에어로졸 생성 장치(100)에 결합되어 에어로졸을 생성할 수 있고, 에어로졸 생성 장치(100)로부터 분리될 수도 있다. 예를 들면, 카트리지(2000)는 에어로졸 생성 장치(100)가 사용됨에 따라 주기적으로 교환되는 소모품일 수 있다. 카트리지(2000)의 저장부(2100)에 저장되는 에어로졸 생성 물질이 전부 소모되는 경우 사용자에 의해 카트리지(2000)는 교환될 수 있다.
히터(110)는 준외관부(1100a)의 내부 공간에 위치하며, 수용통로(1100p)를 통해 준외관부(1100a)의 내부로 삽입되는 궐련(200)을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있다.
궐련(200)의 가열에 의해 생성된 증기화된 입자와 수용통로(1100p)를 통해 준외관부(1100a)의 내부 공간으로 유입된 공기가 혼합되어 에어로졸이 생성될 수 있다.
일 예시에서, 히터(110)는 유도 가열식 히터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 히터(110)는 전력이 공급됨에 따라 교번적인 자기장을 생성하는 코일(또는 ‘전기 전도성 코일’) 및 코일에서 생성되는 교번적인 자기장에 의해 열을 발생하는 서셉터를 포함할 수 있다. 서셉터는 준외관부(1100a)의 내부에 삽입되는 궐련(200)의 외주면의 적어도 일부를 감싸도록 배치되어, 삽입된 궐련(200)을 가열할 수 있다.
다른 예시에서, 히터(110)는 전기 저항성 히터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 히터(110)는 준외관부(1100a)의 내부에 삽입되는 궐련(200)의 외주면의 적어도 일부를 감싸도록 배치되는 필름 히터를 포함할 수 있다. 필름 히터는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 필름 히터가 열을 발생하여 준외관부(1100a)에 삽입된 궐련(200)을 가열할 수 있다.
또 다른 예시에서, 히터(110)는 준외관부(1100a)에 삽입되는 궐련(200)의 내부를 가열할 수 있는 침 형 히터, 봉 형 히터 및 관 형 히터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상술한 히터(110)는 예를 들어, 궐련(200)의 적어도 일 영역에 삽입되어, 궐련(200)의 내부를 가열할 수 있다.
히터(110)는 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 궐련(200)의 지정된 온도까지 가열할 수 있다면 히터(110)의 실시예는 가변될 수 있다. 본 개시에서 ‘지정된 온도’는 궐련(200)에 포함된 에어로졸 생성 물질이 가열되어 에어로졸을 생성할 수 있는 온도를 의미할 수 있다. 지정된 온도는 에어로졸 생성 장치(100)에 기 설정된 온도일 수 있으나, 해당 온도는 에어로졸 생성 장치(100)의 종류 및/또는 사용자의 조작에 의해 변경될 수도 있다.
일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치(100)는 준외관부(1100a)의 내부에 안테나(140) 및 안테나 커버(150)를 포함할 수 있다. 카트리지(2000)의 정전 용량을 측정하는 안테나(140)는 측정의 정확도를 높이기 위하여, 직접적으로 에어로졸 생성 물질과 접촉하지 않도록 카트리지(2000)와 이격된 공간에 배치될 수 있다. 또한 측정의 정확도를 높이기 위하여, 안테나(140)는 직접적으로 외부에 노출되지 않도록 준외관부(1100a)의 내부에 배치될 수 있다.
안테나(140)는 카트리지(2000)의 일 면과 대향되도록 준외관부(1100a)의 일 면에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따른 안테나(140)는 단일 전극으로 구성될 수 있다. 안테나(140)에 의해 카트리지(2000)의 정전 용량의 총량이 측정될 수 있고, 측정된 정전 용량의 총량으로부터 커버(1000)와 본체(1100) 사이의 결합 여부 및 에어로졸 생성 물질의 잔량을 판단할 수 있다.
안테나(140)에 대한 구조적인 예시는 도 5a 및 도 5b에서 후술하고, 안테나(140) 및 센서(도 6a의 SS)에 의한 카트리지(2000)의 정전 용량의 총량 검출 방법은 도 6a 내지 도 6d에서 후술한다.
안테나 커버(150)는 안테나(140)를 외부로부터 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 안테나 커버(150)는 안테나(140)의 적어도 일 영역을 감싸도록 배치되어 안테나 커버(150)가 준외관부(1100a)의 외부에 노출되지 않게 함으로써, 안테나(140)를 외부 충격 또는 외부 이물질(예: 액적, 먼지 등)으로부터 보호할 수 있다.
안테나 커버(150)의 일 측면의 형태는 이와 접하는 카트리지(2000)의 일 측면의 형태에 대응되도록 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 안테나 커버(150)안테나 커버(150)의 일 측면의 형태와 대응하도록 인서트 성형된 안테나(140)는 카트리지(2000)와의 거리를 최소화할 수 있다. 안테나(140)와 카트리지(2000) 사이의 거리가 가까울수록 안테나(140)의 에어로졸 생성 물질의 잔량의 측정의 정확도가 높아질 수 있다.
안테나(140)의 에어로졸의 잔량의 측정의 정확도가 높을수록, 보다 균질인 에어로졸이 생성될 수 있다. 일 실시예에 따른 안테나(140)는 카트리지(2000)의 내부의 에어로졸 생성 물질의 잔량을 측정하고 이에 기초하여 제어부 는 배터리(120)로부터 무화부(2200)에 공급되는 전력을 공급함으로써, 보다 균질인 에어로졸이 생성될 수 있다. 생성된 보다 균질인 에어로졸은 연결 통로(160)를 따라 궐련(200)을 통하여 외부로 배출되어, 사용자는 보다 좋은 품질의 흡연 경험을 제공받을 수 있다.
에어로졸 생성 장치(100)는 배터리(120) 및 인쇄 회로 기판(130)을 더 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)에 포함되는 배터리(120) 및 인쇄 회로 기판(130)은 에어로졸 생성 장치(100)의 하단에 배치될 수 있다. 다만, 이에 한정할 것은 아니고 설계에 따라 에어로졸 생성 장치(100)에 배치되는 구성 요소들의 위치는 변경될 수 있다. 또한, 도 3에 도시되는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 에어로졸 생성 장치(100)에 더 포함될 수도 있다.
배터리(120)는 리튬인산철(LiFePO4) 배터리일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 배터리(120)는 산화 리튬 코발트(LiCoO2) 배터리, 리튬타탄산염 배터리 등일 수도 있다.
배터리(120)는 무화부(2200)에 전력을 공급할 수 있다. 무화부(2200)가 심지 및 코일을 포함하는 경우, 배터리(120)는 심지를 둘러싸는 코일에 전력을 공급하여 심지를 따라 이송되는 에어로졸 생성 물질을 가열할 수 있다. 또한, 배터리(120)는 안테나(140) 및 인쇄 회로 기판(130)이 동작하기 위해 요구되는 전력을 안테나(140) 및 인쇄 회로 기판(130)에 공급할 수 있다.
인쇄 회로 기판(130)은 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장되는 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 인쇄 회로 기판(130)은 복수 개의 프로세싱 엘리먼트들(processing elements)로 구성될 수도 있다. 또한, 인쇄 회로 기판(130)은 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있다.
인쇄 회로 기판(130)에 배치되는 프로세서는 안테나(140)에 의해 측정되는 카트리지(2000)의 정전 용량에 기초하여 에어로졸 생성 물질의 잔량을 검출할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 안테나(140)로부터 카트리지(2000)의 정전 용량에 관한 데이터를 수신할 수 있고, 수신된 카트리지(2000)의 정전 용량에 관한 데이터에 기초하여 카트리지(2000)에 저장된 에어로졸 생성 물질의 잔량(또는 ‘잔량 수준’)을 도출할 수 있다. 프로세서는 측정한 정전 용량들에 의해 카트리지(2000)의 내부에서 에어로졸 생성 물질이 존재하는 부분을 결정할 수 있다.
프로세서는 다양한 방식으로 에어로졸 생성 물질의 잔량을 검출할 수 있다. 에어로졸 생성 물질의 잔량의 수준에 따라 카트리지(2000)의 정전 용량 측정치가 실험적으로 미리 결정될 수 있고, 프로세서는 정전 용량 및 잔량 수준 간의 대응 관계에 관한 데이터베이스를 기반으로, 정전 용량을 입력 받아 카트리지(2000) 내에 저장된 에어로졸 생성 물질의 잔량 수준을 출력할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 프로세서는 측정되는 정전 용량에 기초하여 잔량 수준을 계산하는 알고리즘에 따라 카트리지(2000) 내에 저장된 에어로졸 생성 물질의 잔량 수준을 도출할 수도 있다.
연결 통로(160)는 준외관부(1100a)의 내부 공간에 배치될 수 있으며, 궐련(200)과 카트리지(2000)를 유체 연통(또는 유체 연결)할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 연결 통로(160)는 카트리지(2000)에서 발생한 에어로졸이 궐련(200)을 통하여 외부로 배출될 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 연결 통로(160)는 “L”자 형상으로 형성되어, 궐련(200)과 카트리지(2000)를 유체 연동할 수 있도록 배치될 수 있으나, 연결 통로(160)의 형상이 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
연결 통로(160)의 상술한 배치 구조에 의해 궐련(200)과 카트리지(2000)가 유체 연통할 수 있으며, 그 결과 카트리지(2000)에서 발생한 에어로졸은 연결 통로(160)의 내부로 유입되어, 궐련(200)을 통과한 후, 에어로졸 생성 장치(100)의 외부로 배출될 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 일부 구성 요소들의 분해도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치(100)는 준외관부(1100a)의 내부 공간에 밀봉부(170), 카트리지 결합 부재(180), 및 전기적 연결 부재(190)를 포함할 수 있다.
밀봉부(170)는 카트리지(2000)에서 발생한 에어로졸이 연결 통로(160)를 통해서 수용통로(1100p)로 이동하는 과정에서 발생되는 누액(leakage)을 방지할 수 있다. 예를 들어, 카트리지(2000)에서 발생한 에어로졸은 연결 통로(160)의 내부로 유입된 후, 연결 통로(160)를 따라 이동하여 궐련(200)이 수용된 수용통로(1100p)로 이동할 수 있다. 에어로졸이 연결 통로(160)를 따라 이동하는 과정에서 적어도 일부의 에어로졸이 연결 통로(160)의 외부로 누출될 수 있는데, 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치(100)는 카트리지(2000)와 연결 통로(160)의 사이에 배치되는 밀봉부(170)를 통해 에어로졸의 누출을 방지할 수 있다.
카트리지(2000)는 준외관부(1100a)로부터 탈부착될 수 있다. 카트리지(2000)의 내부의 에어로졸 생성 물질이 모두 소진된 경우 사용자는 카트리지(2000)를 교체할 수 있다.
에어로졸 생성 장치(100)는 카트리지(2000)를 준외관부(1100a)의 일 영역에 결합시키기 위한 카트리지 결합 부재(180)를 포함할 수 있다. 카트리지(2000)가 에어로졸 생성 장치(100)에 결합 시 카트리지 결합 부재(180)는 카트리지(2000)를 에어로졸 생성 장치(100)에 고정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 안테나 커버(150)는 안테나(140)의 일 면과 접할 수 있고 안테나 커버(150)는 안테나(140)와 카트리지(2000)의 사이에 배치될 수 있다. 카트리지 결합 부재(180)는 카트리지(2000)와 함께 안테나(140) 및 안테나 커버(150)를 에어로졸 생성 장치(100)에 고정할 수 있다.
전기적 연결 부재(190)는 안테나(140)와 준외관부(1100a)의 하부에 배치된 인쇄 회로 기판(130)을 연결할 수 있다. 인쇄 회로 기판(130)은 프로세서(또는, 제어부)를 포함할 수 있고, 프로세서는 전기적 연결 부재(190)를 통해 안테나(140)와 연결될 수 있다. 상술한 전기적 연결을 통해 프로세서는 안테나(140)로부터 카트리지(2000)의 정전 용량에 관한 감지 신호를 수신하고, 수신된 감지 신호에 기초하여 에어로졸 생성 물질의 잔량을 검출할 수 있다.
도 5a는 안테나 커버의 일 면을 나타내는 도면이다. 도 5b는 안테나 커버의 타 면을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일 실시예에 따른 안테나(140)는 안테나(140)의 적어도 일 측면이 안테나 커버(150)에 접하도록 배치될 수 있다. 안테나(140)의 일 측면의 전체가 안테나 커버(150)에 접하도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 안테나(140)의 일 측면의 전체가 안테나 커버(150)에 의해 둘러싸지도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 안테나(140)와 안테나 커버(150)는 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(140)가 안테나 커버(150)의 적어도 일 영역에 인서트 성형(또는 '인서트 사출')됨에 따라, 안테나(140)와 안테나 커버(150)가 일체로 형성될 수 있다. 안테나(140)가 안테나 커버(150)에 인서트 성형됨에 따라, 안테나(140)의 일 측면의 전부가 안테나 커버(150)에 접하도록 배치될 수 있다. 즉, 안테나(140)의 일 측면은 안테나 커버(150)의 일 측면과 대향하도록 배치될 수 있다.
안테나(140) 및 커버(310)는 인서트 성형할 수 있는 소재(또는 '재료')로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 인서트 성형이 이루어질 수 있도록 안테나(140)는 메탈(metal) 소재로 이루어지고, 안테나 커버(150)는 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다. 다만, 안테나(140) 및 안테나 커버(150)의 소재는 이에 한정될 것은 아니다.
일 실시예에 따른 안테나(140) 및 안테나 커버(150)는 결합 부재(도 4의 180)가 통과할 수 있는 홈(GR) 및 밀봉부(도 4의 170)가 통과할 수 있는 구멍(HL)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 안테나(140)는 단일 전극으로 구성될 수 있다. 단일 전극은 z 방향을 따라 연장되는 판 형상의 전극일 수 있다. 일 실시예에 따른 단일 전극은 카트리지(2000)의 저장부(2100)의 일 측면의 면적에 대응하는 면적을 가짐으로써, 카트리지(330)의 내부의 에어로졸 생성 물질의 잔량에 대한 측정의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 단일 전극은 일 단에 접속부(141)를 포함할 수 있다. 접속부(141)는 안테나 커버(150)로부터 히터(도 3의 110)를 향하는 방향(도 3의 +x 방향)으로 돌출될 수 있다. 접속부(141)의 일 영역은 안테나(140)와 연결되고, 접속부(141)의 다른 영역은 전기적 연결 부재(도 4의 190)와 연결될 수 있다.
안테나(140)에 의해 측정된 카트리지(2000)의 정전 용량에 관한 정보는 접속부(141) 및 전기적 연결 부재(190)를 통하여 인쇄 회로 기판(도 3의 130)에 포함된 센서(도 6a의 SS) 및 제어부(도 6a의 CTR)에 제공될 수 있다.
도 6a는 일 실시예에 따른 센서를 설명하기 위한 도면이다. 도 6b 내지 도 6d는 일 실시예에 따른 센서의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 7a 및 도 7b는 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질(또는, 액상)의 잔량에 따른 정전 용량의 총량의 변화를 나타낸 그래프들이다.
도 6a를 참조하면, 일 실시예에 따른 센서(SS)는 송신부(TDC), 수신부(TRC), 및 출력인터페이스부(INF)를 포함할 수 있다.
송신부(TDC)는 안테나(140)로 구동 신호를 공급하도록 구성될 수 있다. 송신부(TDC)는 제1 기간 동안 안테나(140)로 구동 신호를 공급하도록 구성될 수 있다.
수신부(TRC)는 안테나(140)로부터 감지 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 수신부(TRC)는 제1 기간 이후의 제2 기간 동안 안테나(140)로부터 감지 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제1 기간과 제2 기간은 서로 중첩되지 않을 수 있다.
출력인터페이스부(INF)는 감지 신호를 제어부(CRT)로 전송하도록 구성될 수 있다. 출력인터페이스부(INF)는 제2 기간 동안 제어부(CRT)로 감지 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.
송신부(TDC)는 전원 공급기(PSP) 및 제1 스위치(SW1)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 전원 공급기(PSP)와 안테나(140)를 연결할 수 있다. 전원 공급기(PSP)는 구동 신호(VDD) 또는 초기화 신호(VSS)를 공급할 수 있다. 구동 신호(VDD)의 전압 레벨은 초기화 신호(VSS)의 전압 레벨보다 클 수 있다. 예를 들어, 전원 공급기(PSP)는 제3 스위치(SW3)가 턴-온될 때 출력 단자로 구동 신호(VDD)를 공급하고, 제4 스위치(SW4)가 턴-온될 때 출력 단자로 초기화 신호(VSS)를 공급할 수 있다.
수신부(TRC)는 적분기(ITG) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 적분기(ITG)는 안테나(140)에 충전된 전하량에 대응하는 전압 레벨의 전압 신호를 출력 단자(OUT1)로 출력할 수 있다. 즉, 적분기(ITG)는 일종의 센서 채널로써 기능할 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 적분기(ITG)와 안테나(140)를 연결할 수 있다.
예를 들어, 적분기(ITG)는 증폭기(AMP), 커패시터(Ca), 및 리셋 스위치(SWr)를 포함할 수 있다. 증폭기(AMP)는 제2 스위치(SW2)와 연결된 제1 입력 단자(IN1), 기준 전압(Vref)을 수신하는 제2 입력 단자(IN2), 및 출력 단자(OUT1)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 증폭기(AMP)는 연산 증폭기(Operational Amplifier)일 수 있다. 예를 들어, 제1 입력 단자(IN1)는 반전 단자이고, 제2 입력 단자(IN2)는 비반전 단자일 수 있다. 기준 전압(Vref)의 전압 레벨은 초기화 신호(VSS)의 전압 레벨보다 크고, 구동 신호(VDD)의 전압 레벨보다 작을 수 있다. 커패시터(Ca)는 제1 입력 단자(IN1) 및 출력 단자(OUT1)를 연결할 수 있다. 리셋 스위치(SWr)는 제1 입력 단자(IN1) 및 출력 단자(OUT1)를 연결할 수 있다.
출력인터페이스부(INF)는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 아날로그 디지털 변환기(ADC)는 적분기(ITG)의 출력 신호를 수신할 수 있다. 아날로그 디지털 변환기(ADC)는 적분기(ITG)가 출력한 아날로그 전압 레벨을 디지털 값으로 변환하여 제어부(CTR)로 출력할 수 있다.
제어부(CTR)는 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 출력 신호를 수신할 수 있다. 제어부(CTR)는 수신된 디지털 값을 이용하여 안테나(140)의 정전 용량을 산출할 수 있다.
도 6b를 참조하여, 안테나(140)를 충전(charging)하는 제1 기간을 설명한다.
전원 공급기(PSP)는 제1 기간 동안 안테나(140)로 구동 신호(VDD)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 제3 스위치(SW3)가 제1 기간 동안 턴-온됨으로써, 전원 공급기(PSP)는 안테나(140)로 구동 신호(VDD)를 공급할 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 제1 기간 동안 전원 공급기(PSP)와 안테나(140)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 제1 스위치(SW1)는 제1 기간 동안 턴-온될 수 있다. 따라서, 제1 기간 동안 안테나(140)에 구동 신호(VDD)가 인가될 수 있다. 이때, 제2 스위치(SW2)는 제1 기간 동안 적분기(ITG)와 안테나(140)를 전기적으로 분리시킬 수 있다. 즉, 제2 스위치(SW2)는 제1 기간 동안 턴-오프 상태일 수 있다.
이때, 카트리지(2000) 내의 에어로졸 생성 물질(또는, 액상)의 잔량에 따라서, 안테나(140)와 카트리지(2000) 사이의　자기　정전　용량이 달라질 수 있고, 안테나(140)에 충전되는 전하량에 차이가 발생하게 된다.
도 4 및 도 7a를 참조하면, 안테나(140)와 카트리지(2000) 사이의　정전 용량의 총량은 카트리지(2000)의 저장부(2100)에 저장된 에어로졸 생성 물질의 양에 의존할 수 있다. 예를 들어,　정전 용량은 저장부(2100)에 저장된 에어로졸 생성 물질의 양이 감소함에 따라 감소될 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 안테나(140)와 카트리지(2000) 사이의 자기 정전 용량의 총량은 저장부(2100)에 에어로졸 생성 물질이 절반 이상 남은 경우 완만히 감소하고, 저장부(2100)에 에어로졸 생성 물질이 절반 미만 남은 경우 상대적으로 급격히 감소할 수 있다. 구체적으로, 저장부(2100)가 에어로졸 생성물질로 가득 채워진 경우 안테나(140)와 카트리지(2000) 사이의　정전 용량의 총량은 100[pF]이고, 저장부(2100)가 에어로졸 생성물질로 절반 정도 채워진 경우 안테나(140)와 카트리지(2000) 사이의　정전 용량의 총량은 90[pF]이고, 저장부(2100)가 비어있는 경우 안테나(140)와 카트리지(2000) 사이의　정전 용량의 총량은 5[pF]에 수렴할 수 있다. 이 때, 저장부(2100)에 에어로졸 생성 물질이 전혀 없는 경우라도 카트리지(2000) 자체와 안테나(2000) 사이에 정전 용량을 가질 수 있다. 이 때의 정전 용량(예: 5[pF])을 임계값으로 설정하여, 카트리지(2000)와 본체(1100)의 결합 여부의 기준으로 삼을 수 있다.
다시 도 6c을 참조하여, 안테나(140)를 감지(Sensing)하는 제2 기간을 설명한다.
제2 스위치(SW2)는 제1 기간 이후의 제2 기간 동안 적분기(ITG)와 안테나(140)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 제2 스위치(SW2)는 제2 기간 동안 턴-온 상태일 수 있다.
적분기(ITG)는 제2 기간 동안 안테나(140)로부터 감지 신호(SI)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 적분기(ITG)는 안테나(140)에 충전된 전하량에 대응하는 전압 신호를 출력 단자(OUT1)로 출력할 수 있다. 제2 기간의 종료 시점에서, 안테나(140)의 전압 레벨은 기준 전압(Vref)의 전압 레벨과 동일할 수 있다.
이때, 제1 스위치(SW1)는 제2 기간 동안 전원 공급기(PSP)와 안테나(140)를 전기적으로 분리시킬 수 있다. 즉, 제1 스위치(SW1)는 제2 기간 동안 턴-오프 상태일 수 있다.
아날로그 디지털 변환기(ADC)는 적분기(ITG)로부터 수신한 전압 신호를 디지털 값으로 변환하여 제어부(CTR)로 전송하고, 제어부(CTR)는 수신한 디지털 값을 이용하여 안테나(140)의 정전 용량의 총량을 산출할 수 있다. 이 때, 안테나(140)의 정전 용량의 총량은 단일 전극과 에어로졸 생성 물질 사이의 정전 용량의 총량을 의미한다.
도 7b를 참조하면, 제어부(CTR)는, 정전 용량의 총량이 제1 범위(예: 100[pF] 내지 92[pF])에 해당하는 경우 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제1 레벨(LV1)로 결정하고, 정전 용량 총량이 제2 범위(예: 92[pF] 내지 70[pF])에 해당하는 경우 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제2 레벨(LV2)로 결정하고, 정전용량의 총량이 제3 범위(예: 70[pF] 내지 5[pF])에 해당하는 경우 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제3 레벨(LV3)로 결정할 수 있다. 이 때, 제1 범위, 제2 범위, 및 제3 범위 순으로 대응되는 정전 용량이 큰 경우, 제1 레벨(LV1), 제2 레벨(LV2), 및 제3 레벨(LV3) 순으로 에어로졸 생성 물질의 잔량이 많은 것으로 결정할 수 있다.
도 7b에 도시된 실시예서는 에어로졸 생성 물질의 잔량을 산술적으로 균등하게 나누어, 제1 레벨(LV1), 제2 레벨(LV2), 및 제3 레벨(LV3)로 구분하였다. 즉, 제1 레벨(LV1), 제2 레벨(LV2), 및 제3 레벨(LV3) 간의 간격은 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 레벨들 간의 간격은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 동일한 가열 프로파일이 적용될 수 있는 잔량 구간 별로 구분함으로써, 레벨들 간의 간격이 상이하게 설정될 수도 있다.
제어부(도 6a의 CTR)는 에어로졸 생성 물질의 잔량(즉, 제1 레벨(LV1), 제2 레벨(LV2), 및 제3 레벨(LV3))에 기초하여 배터리(도 3의 120)로부터 무화부(2200)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 심지 및 코일을 포함하는 무화부(2200)에 관하여, 에어로졸 생성 물질의 잔량의 수준이 높은 경우(예: 제1 레벨(LV1), 제2 레벨(LV2)) 에어로졸 생성 물질이 심지를 따라 카트리지(2000)의 외부로 이송되는 속도가 빠를 수 있고, 에어로졸 생성 물질의 잔량의 수준이 낮은 경우(예: 제3 레벨(LV3)), 에어로졸 생성 물질이 심지를 따라 카트리지(2000)의 외부로 이송되는 속도가 느릴 수 있다.
그에 따라, 에어로졸 생성 물질이 이송되는 속도가 빠른 경우에는 코일에 보다 많은 전력이 공급될 것이, 에어로졸 생성 물질이 이송되는 속도가 느린 경우에는 코일에 보다 적은 전력이 공급될 것이 요구될 수 있다.
에어로졸 생성 물질이 이송되는 속도에 부합하도록 전력의 공급이 제어되지 않는 경우 에어로졸 생성 장치(100)로부터 불균질하게 에어로졸이 생성될 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 물질이 이송되는 속도가 느린 경우 전력의 공급을 감소시키지 않으면 심지가 탈 수 있어 문제될 수 있다. 제어부(도 6a의 CTR)는 에어로졸 생성 물질의 잔량의 수준에 기초하여 코일에 공급되는 전력을 제어함으로써 에어로졸 생성 장치(100)로부터 생성되는 에어로졸의 양을 균질하게 유지함으로써, 에어로졸 품질을 향상시킬 수 있다.
제어부(CTR)는, 정전 용량의 총량이 기 설정된 임계값(예: 5[pF]) 이하인 경우, 카트리지(2000)가 준외관부(1100a)(또는, 본체(1100))와 분리된 것으로 결정할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치(100)는 카트리지(2000) 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량을 검출하는 센서(도 6a의 SS)를 이용하여, 잔량 검출뿐만 아니라 카트리지(2000)와 본체(1100)의 결합 여부까지 동시에 검출하므로, 소비전력을 감소시키는 효과를 기대할 수 있다. 카트리지(2000)가 본체(1100)에 장착되었는지 여부를 카트리지(2000)의 연결 전극들 사이에 전류가 흐르는지 여부로 판단하는 실시예의 경우에는, 히터(도 3의 110)의 전원을 이용하여 전극들에 전류를 공급하므로, 추가적인 소비전력이 발생하기 때문이다.
일 실시예에 따른 제어부(CTR)는 커버(도 1의 1000)가 본체(도 1의 1100)로부터 분리된 경우, 에어로졸 생성 장치(100)의 전원이 턴-온된 경우, 및 에어로졸 생성 장치(100)의 전원이 턴-오프된 경우 중 어느 하나에 해당하는 경우 안테나(140) 및 센서(SS)를 이용하여 카트리지(2000)의 정전 용량의 총량을 감지할 수 있다. 즉, 사용자가 에어로졸 생성 장치(100)를 사용하지 않는 기간을 활용하여, 카트리지(2000)의 탈착 여부 및 카트리지(2000) 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량을 체크할 수 있다.
다시 도 6d를 참조하여, 안테나(140)를 초기화(Initializing)하는 제3 기간을 설명한다.
제1 스위치(SW1)는 제2 기간 이후의 제3 기간 동안 전원 공급기(PSP)와 안테나(140)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 제1 스위치(SW1)는 제3 기간 동안 턴-온 상태일 수 있다.
전원 공급기(PSP)는 제3 기간 동안 안테나(140)로 초기화 신호(VSS)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 제4 스위치(SW4)가 제3 기간 동안 턴-온됨으로써, 전원 공급기(PSP)는 안테나(140)로 초기화 신호(VSS)를 공급할 수 있다. 이에 따라, 제3 기간의 종료 시점에서 안테나(140)의 전압 레벨은 초기화 신호(VSS)의 전압 레벨과 동일할 수 있다. 예를 들어, 초기화 신호(VSS)의 전압 레벨은 기준 전압(Vref)의 전압 레벨보다 낮을 수 있다.
또한, 제3 기간 동안 리셋 스위치(SWr)가 턴-온됨으로써 커패시터(Ca)의 전하량을 초기화시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 리셋 스위치(SWr)는 제3 기간이 아닌 다른 기간에서 턴-온될 수도 있다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록도이다.
에어로졸 생성 장치(8000)는 제어부(8100), 센싱부(8200), 출력부(8300), 배터리(8400), 히터(8500), 사용자 입력부(8600), 메모리(8700) 및 통신부(8800)를 포함할 수 있다. 다만, 에어로졸 생성 장치(8000)의 내부 구조는 도 8에 도시된 것에 제한되지 않는다. 즉, 에어로졸 생성 장치(8000)의 설계에 따라, 도 8에 도시된 구성 중 일부가 생략되거나 새로운 구성이 더 추가될 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
센싱부(8200)는 에어로졸 생성 장치(8000)의 상태 또는 에어로졸 생성 장치(8000) 주변의 상태를 감지하고, 감지된 정보를 제어부(8100)에 전달할 수 있다. 제어부(8100)는 상기 감지된 정보에 기초하여, 히터(8500)의 동작 제어, 흡연의 제한, 에어로졸 생성 물품(예: 궐련, 카트리지 등)의 삽입 여부 판단, 알림 표시 등과 같은 다양한 기능들이 수행되도록 에어로졸 생성 장치(8000)를 제어할 수 있다.
센싱부(8200)는 온도 센서(8220), 삽입 감지 센서(8240) 및 퍼프 센서(8260) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
온도 센서(8220)는 히터(8500)(또는, 에어로졸 생성 물질)가 가열되는 온도를 감지할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(8000)는 히터(8500)의 온도를 감지하는 별도의 온도 센서를 포함하거나, 히터(8500) 자체가 온도 센서의 역할을 수행할 수 있다. 또는, 온도 센서(8220)는 배터리(8400)의 온도를 모니터링하도록 배터리(8400)의 주위에 배치된 것일 수도 있다.
삽입 감지 센서(8240)는 에어로졸 생성 물품의 삽입 및/또는 제거를 감지할 수 있다. 예를 들어, 삽입 감지 센서(8240)는 필름 센서, 압력 센서, 광 센서, 저항성 센서, 용량성 센서, 유도성 센서 및 적외선 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 에어로졸 생성 물품이 삽입 및/또는 제거됨에 따른 신호 변화를 감지할 수 있다.
퍼프 센서(8260)는 기류 통로 또는 기류 채널의 다양한 물리적 변화에 기초하여 사용자의 퍼프를 감지할 수 있다. 예를 들어, 퍼프 센서(8260)는 온도 변화, 유량(flow) 변화, 전압 변화 및 압력 변화 중 어느 하나에 기초하여 사용자의 퍼프를 감지할 수 있다.
센싱부(8200)는 전술한 센서(8220 내지 8260) 외에, 온/습도 센서, 기압 센서, 지자기 센서(magnetic sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자이로스코프 센서, 위치 센서(예컨대, GPS), 근접 센서, 및 RGB 센서(illuminance sensor) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 각 센서들의 기능은 그 명칭으로부터 통상의 기술자가 직관적으로 추론할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략될 수 있다.
출력부(8300)는 에어로졸 생성 장치(8000)의 상태에 대한 정보를 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다. 출력부(8300)는 디스플레이부(8320), 햅틱부(8340) 및 음향 출력부(8360) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 디스플레이부(8320)와 터치 패드가 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부(8320)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다.
디스플레이부(8320)는 에어로졸 생성 장치(8000)에 대한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(8000)에 대한 정보는 에어로졸 생성 장치(8000)의 배터리(8400)의 충/방전 상태, 히터(8500)의 예열 상태, 에어로졸 생성 물품의 삽입/제거 상태 또는 에어로졸 생성 장치(8000)의 사용이 제한되는 상태(예: 이상 물품 감지) 등의 다양한 정보를 의미할 수 있고, 디스플레이부(8320)는 상기 정보를 외부로 출력할 수 있다. 디스플레이부(8320)는 예를 들면, 액정 디스플레이 패널(LCD), 유기 발광 디스플레이 패널(OLED) 등일 수 있다. 또한, 디스플레이부(8320)는 LED 발광 소자 형태일 수도 있다.
햅틱부(8340)는 전기적 신호를 기계적인 자극 또는 전기적인 자극으로 변환하여 에어로졸 생성 장치(8000)에 대한 정보를 사용자에게 촉각적으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 햅틱부(8340)는 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
음향 출력부(8360)는 에어로졸 생성 장치(8000)에 대한 정보를 사용자에게 청각적으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 음향 출력부(8360)는 전기 신호를 음향 신호로 변환하여 외부로 출력할 수 있다.
배터리(8400)는 에어로졸 생성 장치(8000)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급할 수 있다. 배터리(8400)는 히터(8500)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(8400)는 에어로졸 생성 장치(8000) 내에 구비된 다른 구성들(예: 센싱부(8200), 출력부(8300), 사용자 입력부(8600), 메모리(8700) 및 통신부(8800))의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 배터리(8400)는 충전이 가능한 배터리이거나 일회용 배터리일 수 있다. 예를 들어, 배터리(8400)는 리튬폴리머(LiPoly) 배터리일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
히터(8500)는 배터리(8400)로부터 전력을 공급받아 에어로졸 생성 물질을 가열할 수 있다. 도 8에 도시되지는 않았으나, 에어로졸 생성 장치(8000)는 배터리(8400)의 전력을 변환하여 히터(8500)에 공급하는 전력 변환 회로(예: DC/DC 컨버터)를 더 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(8000)가 유도 가열 방식으로 에어로졸을 생성하는 경우, 에어로졸 생성 장치(8000)는 배터리(8400)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 DC/AC 컨버터를 더 포함할 수 있다.
제어부(8100), 센싱부(8200), 출력부(8300), 사용자 입력부(8600), 메모리(8700) 및 통신부(8800)는 배터리(8400)로부터 전력을 공급받아 기능을 수행할 수 있다. 도 8에 도시되지는 않았으나, 배터리(8400)의 전력을 변환하여 각각의 구성요소들에 공급하는 전력 변환 회로, 예를 들면 LDO(low dropout) 회로 또는 전압 레귤레이터 회로를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 히터(8500)는 임의의 적합한 전기 저항성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 적합한 전기 저항성 물질은 타이타늄, 지르코늄, 탄탈럼, 백금, 니켈, 코발트, 크로뮴, 하프늄, 나이오븀, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 갈륨, 망간, 철, 구리, 스테인리스강, 니크롬 등을 포함하는 금속 또는 금속 합금일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 히터(8500)는 금속 열선(wire), 전기 전도성 트랙(track)이 배치된 금속 열판(plate), 세라믹 발열체 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
다른 실시 예에서, 히터(8500)는 유도 가열 방식의 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(8500)는 코일에 의해 인가된 자기장을 통해 발열하여, 에어로졸 생성 물질을 가열하는 서셉터를 포함할 수 있다.
사용자 입력부(8600)는 사용자로부터 입력된 정보를 수신하거나, 사용자에게 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입력부(8600)는 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(접촉식 정전 용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지 방식, 표면 초음파 전도 방식, 적분식 장력 측정 방식, 피에조 효과 방식 등), 조그 휠, 조그 스위치 등이 있을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도 8에 도시되지는 않았으나, 에어로졸 생성 장치(8000)는 USB(universal serial bus) 인터페이스 등과 같은 연결 인터페이스(connection interface)를 더 포함하고, USB 인터페이스 등과 같은 연결 인터페이스를 통해 다른 외부 장치와 연결하여 정보를 송수신하거나, 배터리(8400)를 충전할 수 있다.
메모리(8700)는 에어로졸 생성 장치(8000) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 제어부(8100)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(8700)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, random access memory) SRAM(static random access memory), 롬(ROM, read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 메모리(8700)는 에어로졸 생성 장치(8000)의 동작 시간, 최대 퍼프 횟수, 현재 퍼프 횟수, 적어도 하나의 온도 프로 파일 및 사용자의 흡연 패턴에 대한 데이터 등을 저장할 수 있다.
통신부(8800)는 다른 전자 장치와의 통신을 위한 적어도 하나의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(8800)는 근거리 통신부(8820) 및 무선 통신부(8840)를 포함할 수 있다.
근거리 통신부(short-range wireless communication unit)(8820)는 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(ultra wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
무선 통신부(8840)는 셀룰러 네트워크 통신부, 인터넷 통신부, 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN) 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 무선 통신부(8840)는 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI)를 이용하여 통신 네트워크 내에서 에어로졸 생성 장치(8000)를 확인 및 인증할 수도 있다.
제어부(8100)는 에어로졸 생성 장치(8000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 제어부(8100)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
제어부(8100)는 배터리(8400)의 전력을 히터(8500)에 공급하는 것을 제어함으로써 히터(8500)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(8100)는 배터리(8400)와 히터(8500) 사이의 스위칭 소자의 스위칭을 제어함으로써 전력 공급을 제어할 수 있다. 다른 예에서, 제어부(8100)의 제어 명령에 따라 가열직접회로가 히터(8500)에 대한 전력 공급을 제어할 수도 있다.
제어부(8100)는 센싱부(8200)에 의해 감지된 결과를 분석하고, 이후 수행될 처리들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(8100)는 센싱부(8200)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 히터(8500)의 동작이 개시 또는 종료되도록 히터(8500)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 다른 예를 들어, 제어부(8100)는 센싱부(8200)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 히터(8500)가 소정의 온도까지 가열되거나 적절한 온도를 유지할 수 있도록 히터(8500)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다.
제어부(8100)는 센싱부(8200)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 출력부(8300)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 퍼프 센서(8260)를 통해 카운트 된 퍼프 횟수가 기 설정된 횟수에 도달하면, 제어부(8100)는 디스플레이부(8320), 햅틱부(8340) 및 음향 출력부(8360) 중 적어도 하나를 통해 사용자에게 에어로졸 생성 장치(8000)가 곧 종료될 것을 예고할 수 있다.
도 9는 에어로졸 생성 장치에서 에어로졸 생성 물질의 잔량 검출과 본체의 탈착 여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치(100)의 동작 방법은, 안테나(140)에 구동 신호를 인가하는 단계(S100), 안테나(140)로부터 감지 신호를 수신하는 단계(S200), 및 감지 신호에 기초하여, 카트리지(2000) 내의 에어로졸 생성 물질(또는, 액상) 잔량 및 카트리지(2000)의 탈착 여부를 결정하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
이 때, 에어로졸 생성 장치(100)는 궐련(200)이 삽입되는 수용공간(1100p)을 갖는 준외관부(1100a)를 포함하는 본체(1100), 준외관부(1100a)와 탈착 가능하게 결합되는 카트리지(2000), 카트리지(2000)의 일 면과 대향되도록 준외관부(1100a)의 일 면에 배치되는 안테나(140), 및 안테나(140)의 정전용량 값을 감지하는 센서(SS)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 안테나(140)는 단일 전극으로 구성될 수 있다. 단일 전극은 z 방향을 따라 연장되는 판 형상의 전극일 수 있다. 복수의 페어 전극들 대신 단일 전극을 안테나(140)로 이용함으로써, 에어로졸 생성 장치(100)의 기울기에 무관하게 안테나(140)와 카트리지(2000) 사이의 정전 용량의 총량을 보다 정확하게 산출할 수 있다.
일 실시예에 따른 단일 전극은 카트리지(2000)의 저장부(2100)의 일 측면의 면적에 대응하는 면적을 가짐으로써, 카트리지(330)의 내부의 에어로졸 생성 물질의 잔량에 대한 측정의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 단일 전극은 일 단에 접속부(141)를 포함할 수 있다. 접속부(141)는 안테나 커버(150)로부터 히터(도 3의 110)를 향하는 방향(도 3의 +x 방향)으로 돌출될 수 있다. 접속부(141)의 일 영역은 안테나(140)와 연결되고, 접속부(141)의 다른 영역은 전기적 연결 부재(도 4의 190)와 연결될 수 있다.
안테나(140)에 의해 측정된 카트리지(2000)의 정전 용량에 관한 정보는 접속부(141) 및 전기적 연결 부재(190)를 통하여 인쇄 회로 기판(도 3의 130)에 포함된 센서(도 6a의 SS) 및 제어부(도 6a의 CTR)에 제공될 수 있다.
일 실시예에 따른 센서(SS)는 송신부(TDC), 수신부(TRC), 및 출력인터페이스부(INF)를 포함할 수 있다.
송신부(TDC)는 안테나(140)로 구동 신호를 공급하도록 구성될 수 있다. 송신부(TDC)는 제1 기간 동안 안테나(140)로 구동 신호를 공급하도록 구성될 수 있다. 송신부(TDC)는 전원 공급기(PSP), 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다.
수신부(TRC)는 안테나(140)로부터 감지 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 수신부(TRC)는 제1 기간 이후의 제2 기간 동안 안테나(140)로부터 감지 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제1 기간과 제2 기간은 서로 중첩되지 않을 수 있다. 수신부(TRC)는 적분기(ITG) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 적분기(ITG)는 증폭기(AMP), 커패시터(Ca), 및 리셋 스위치(SWr)를 포함할 수 있다.
출력인터페이스부(INF)는 감지 신호를 제어부(CRT)로 전송하도록 구성될 수 있다. 출력인터페이스부(INF)는 제2 기간 동안 제어부(CRT)로 감지 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 출력인터페이스부(INF)는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다.
안테나(140)에 구동 신호를 인가하는 단계(S100)에서, 전원 공급기(PSP)는 제1 기간 동안 안테나(140)로 구동 신호(VDD)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 제3 스위치(SW3)가 제1 기간 동안 턴-온됨으로써, 전원 공급기(PSP)는 안테나(140)로 구동 신호(VDD)를 공급할 수 있다. 이때, 카트리지(2000) 내의 에어로졸 생성 물질(또는, 액상)의 잔량에 따라서, 안테나(140)와 카트리지(2000) 사이의　자기　정전　용량이 달라질 수 있고, 안테나(140)에 충전되는 전하량에 차이가 발생하게 된다.
안테나(140)로부터 감지 신호를 수신하는 단계(S200)에서, 제2 스위치(SW2)는 제1 기간 이후의 제2 기간 동안 적분기(ITG)와 안테나(140)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 제2 스위치(SW2)는 제2 기간 동안 턴-온 상태일 수 있다. 적분기(ITG)는 제2 기간 동안 안테나(140)로부터 감지 신호(SI)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 적분기(ITG)는 안테나(140)에 충전된 전하량에 대응하는 전압 신호를 출력 단자(OUT1)로 출력할 수 있다. 아날로그 디지털 변환기(ADC)는 적분기(ITG)로부터 수신한 전압 신호를 디지털 값으로 변환하여 제어부(CTR)로 전송하고, 제어부(CTR)는 수신한 디지털 값을 이용하여 안테나(140)의 정전 용량의 총량을 산출할 수 있다. 이 때, 안테나(140)의 정전 용량의 총량은 단일 전극과 에어로졸 생성 물질 사이의 정전 용량의 총량을 의미한다.
감지 신호에 기초하여, 카트리지(2000) 내의 에어로졸 생성 물질(또는, 액상) 잔량 및 카트리지(2000)의 탈착 여부를 결정하는 단계(S300)에서, 제어부(CTR)는, 정전 용량의 총량이 제1 범위(예: 100[pF] 내지 92[pF])에 해당하는 경우 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제1 레벨(LV1)로 결정하고, 정전 용량 총량이 제2 범위(예: 92[pF] 내지 70[pF])에 해당하는 경우 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제2 레벨(LV2)로 결정하고, 정전용량의 총량이 제3 범위(예: 70[pF] 내지 5[pF])에 해당하는 경우 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제3 레벨(LV3)로 결정할 수 있다. 이 때, 제1 범위, 제2 범위, 및 제3 범위 순으로 대응되는 정전 용량이 큰 경우, 제1 레벨(LV1), 제2 레벨(LV2), 및 제3 레벨(LV3) 순으로 에어로졸 생성 물질의 잔량이 많은 것으로 결정할 수 있다.
제어부(도 6a의 CTR)는 에어로졸 생성 물질의 잔량(즉, 제1 레벨(LV1), 제2 레벨(LV2), 및 제3 레벨(LV3))에 기초하여 배터리(도 3의 120)로부터 무화부(2200)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 심지 및 코일을 포함하는 무화부(2200)에 관하여, 에어로졸 생성 물질의 잔량의 수준이 높은 경우(예: 제1 레벨(LV1), 제2 레벨(LV2)) 에어로졸 생성 물질이 심지를 따라 카트리지(2000)의 외부로 이송되는 속도가 빠를 수 있고, 에어로졸 생성 물질의 잔량의 수준이 낮은 경우(예: 제3 레벨(LV3)), 에어로졸 생성 물질이 심지를 따라 카트리지(2000)의 외부로 이송되는 속도가 느릴 수 있다.
그에 따라, 에어로졸 생성 물질이 이송되는 속도가 빠른 경우에는 코일에 보다 많은 전력이 공급될 것이, 에어로졸 생성 물질이 이송되는 속도가 느린 경우에는 코일에 보다 적은 전력이 공급될 것이 요구될 수 있다.
에어로졸 생성 물질이 이송되는 속도에 부합하도록 전력의 공급이 제어되지 않는 경우 에어로졸 생성 장치(100)로부터 불균질하게 에어로졸이 생성될 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 물질이 이송되는 속도가 느린 경우 전력의 공급을 감소시키지 않으면 심지가 탈 수 있어 문제될 수 있다. 제어부(도 6a의 CTR)는 에어로졸 생성 물질의 잔량의 수준에 기초하여 코일에 공급되는 전력을 제어함으로써 에어로졸 생성 장치(100)로부터 생성되는 에어로졸의 양을 균질하게 유지함으로써, 에어로졸 품질을 향상시킬 수 있다.
제어부(CTR)는, 정전 용량의 총량이 기 설정된 임계값(예: 5[pF]) 이하인 경우, 카트리지(2000)가 준외관부(1100a)(또는, 본체(1100))와 분리된 것으로 결정할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치(100)는 카트리지(2000) 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량을 검출하는 센서(도 6a의 SS)를 이용하여, 잔량 검출뿐만 아니라 카트리지(2000)와 본체(1100)의 결합 여부까지 동시에 검출하므로, 소비전력을 감소시키는 효과를 기대할 수 있다. 카트리지(2000)가 본체(1100)에 장착되었는지 여부를 카트리지(2000)의 연결 전극들 사이에 전류가 흐르는지 여부로 판단하는 실시예의 경우에는, 히터(도 3의 110)의 전원을 이용하여 전극들에 전류를 공급하므로, 추가적인 소비전력이 발생하기 때문이다.
일 실시예에 따른 제어부(CTR)는 커버(도 1의 1000)가 본체(도 1의 1100)로부터 분리된 경우, 에어로졸 생성 장치(100)의 전원이 턴-온된 경우, 및 에어로졸 생성 장치(100)의 전원이 턴-오프된 경우 중 어느 하나에 해당하는 경우 안테나(140) 및 센서(SS)를 이용하여 카트리지(2000)의 정전 용량의 총량을 감지할 수 있다. 즉, 사용자가 에어로졸 생성 장치(100)를 사용하지 않는 기간을 활용하여, 카트리지(2000)의 탈착 여부 및 카트리지(2000) 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량을 체크할 수 있다.
일 실시 예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
상술한 실시 예들에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정해져야 할 것이며, 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위에 있는 모든 차이점은 청구범위에 의해 정해지는 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 에어로졸 생성 장치
140: 안네나
150: 안테나 커버
SS: 센서
TDC: 송신부
TRC: 수신부
INF: 출력인터페이스부
1000: 커버
1100: 본체
200: 궐련
2000: 카트리지
2100: 저장부
2200: 무화부

Claims (15)

  1. 궐련이 삽입되는 수용공간을 갖는 준외관부를 포함하는 본체;
    상기 준외관부와 탈착 가능하게 결합되는 카트리지;
    상기 카트리지의 일 면과 대향되도록 상기 준외관부의 일 면에 배치되는 안테나;
    상기 안테나의 정전용량 값을 감지하는 센서; 및
    상기 센서와 전기적으로 연결되는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 정전용량 값에 기초하여, 상기 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량 및 상기 카트리지의 탈착 여부를 결정하는 에어로졸 생성 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 준외관부의 일 면을 구성하는 안테나 커버의 제1 면에 배치되고, 상기 카트리지의 일 면은 상기 제1 면의 반대면인 상기 안테나 커버의 제2 면에 접하도록 배치되는 에어로졸 생성 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 안테나는 메탈 소재이고, 상기 안테나 커버는 플라스틱 소재이며, 상기 안테나와 상기 안테나 커버는 인서트 성형을 통해 형성되는 에어로졸 생성 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 카트리지의 높이에 대응되는 단일 전극으로 구성되는 에어로졸 생성 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 센서는,
    상기 단일 전극에 구동 신호를 인가하는 송신부;
    상기 단일 전극으로부터 감지 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 감지 신호를 상기 제어부로 전송하는 출력인터페이스부;를 포함하는 에어로졸 생성 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 감지 신호에 기초하여 상기 단일 전극과 상기 에어로졸 생성 물질 사이의 정전용량의 총량을 산출하는 에어로졸 생성 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 정전용량의 총량이 기 설정된 임계값 이하인 경우, 상기 카트리지가 상기 준외관부와 분리된 것으로 결정하는 에어로졸 생성 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 정전용량의 총량이 제1 범위에 해당하는 경우 상기 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제1 레벨로 결정하고, 상기 정전용량 총량이 제2 범위에 해당하는 경우 상기 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제2 레벨로 결정하고, 상기 정전용량의 총량이 제3 범위에 해당하는 경우 상기 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제3 레벨로 결정하고, 에어로졸 생성 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 범위, 상기 제2 범위, 및 상기 제3 범위 순으로 대응되는 정전용량이 큰 경우, 상기 제1 레벨, 상기 제2 레벨, 및 상기 제3 레벨 순으로 상기 에어로졸 생성 물질의 잔량이 많은 에어로졸 생성 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 에어로졸 생성 물질을 저장하는 저장부 및 상기 에어로졸 생성 물질을 기화시키는 무화부를 포함하는 에어로졸 생성 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 본체와 탈착 가능하게 결합되는 커버를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 커버가 상기 본체로부터 분리된 경우, 전원 턴-온 시, 및 전원 턴-오프 시 중 어느 하나에 해당하는 경우 상기 센서를 이용하여 상기 정전용량 값을 감지하는 에어로졸 생성 장치.
  12. 궐련이 삽입되는 수용공간을 갖는 준외관부를 포함하는 본체, 상기 준외관부와 탈착 가능하게 결합되는 카트리지, 상기 카트리지의 일 면과 대향되도록 상기 준외관부의 일 면에 배치되는 안테나, 및 상기 안테나의 정전용량 값을 감지하는 센서를 포함하는 에어로졸 생성 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 안테나에 구동 신호를 인가하는 단계;
    상기 안테나로부터 상기 구동 신호에 대응한 감지 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 감지 신호에 기초하여, 상기 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량 및 상기 카트리지의 탈착 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 에어로졸 생성 장치의 동작 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량 및 상기 카트리지의 탈착 여부를 결정하는 단계는 상기 감지 신호에 기초하여 상기 단일 전극과 상기 에어로졸 생성 물질 사이의 정전용량의 총량을 산출하는 단계를 포함하는 에어로졸 생성 장치의 동작 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량 및 상기 카트리지의 탈착 여부를 결정하는 단계는, 상기 정전용량의 총량이 기 설정된 임계값 이하인 경우, 상기 카트리지가 상기 준외관부와 분리된 것으로 결정하는 에어로졸 생성 장치의 동작 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질의 잔량 및 상기 카트리지의 탈착 여부를 결정하는 단계는, 상기 정전용량의 총량이 제1 범위에 해당하는 경우 상기 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제1 레벨로 결정하고, 상기 정전용량 총량이 제2 범위에 해당하는 경우 상기 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제2 레벨로 결정하고, 상기 정전용량의 총량이 제3 범위에 해당하는 경우 상기 에어로졸 생성 물질의 잔량을 제3 레벨로 결정하고, 에어로졸 생성 장치의 동작 방법.
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