KR20240015189A - 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치 - Google Patents
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Abstract
실시예는 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 에어로졸 형성 물품이 가열되는 히터 파이프의 일측에 연통되는 기류 통로를 가열하여 가열된 인입 공기가 히터 파이프 내로 유입시키는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
실시예인 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치는 상측이 삽입구를 통하여 개방되어 에어로졸 형성 물품이 삽입되거나 분리되는 삽입 공간이 형성되며 삽입 공간의 하측면에 공기 흡입구가 형성된 제 1 파이프와, 제 1 파이프의 공기 흡입구와 연통하며, 외부의 공기가 인입되는 기류 통로를 구비하는 제 2 파이프와, 제 1 파이프를 가열하는 제 1 파이프 가열부와, 제 2 파이프를 가열하는 제 2 파이프 가열부와, 전원부와, 전원부로부터의 전원을 프로세서로부터의 제어 신호에 따라 제 1 및 제 2 파이프 가열부 각각에 공급하거나 차단하는 전원 공급부와, 시간별로 또는 퍼프별로 제 1 파이프 가열부의 제 1 가열 동작을 위한 제 1 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하며, 기류 통로 내의 인입 공기의 가열을 수행하는 제 2 파이프 가열부의 제 2 가열 동작을 위한 제 2 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하는 프로세서를 포함하여 구성된다.
실시예인 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치는 상측이 삽입구를 통하여 개방되어 에어로졸 형성 물품이 삽입되거나 분리되는 삽입 공간이 형성되며 삽입 공간의 하측면에 공기 흡입구가 형성된 제 1 파이프와, 제 1 파이프의 공기 흡입구와 연통하며, 외부의 공기가 인입되는 기류 통로를 구비하는 제 2 파이프와, 제 1 파이프를 가열하는 제 1 파이프 가열부와, 제 2 파이프를 가열하는 제 2 파이프 가열부와, 전원부와, 전원부로부터의 전원을 프로세서로부터의 제어 신호에 따라 제 1 및 제 2 파이프 가열부 각각에 공급하거나 차단하는 전원 공급부와, 시간별로 또는 퍼프별로 제 1 파이프 가열부의 제 1 가열 동작을 위한 제 1 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하며, 기류 통로 내의 인입 공기의 가열을 수행하는 제 2 파이프 가열부의 제 2 가열 동작을 위한 제 2 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하는 프로세서를 포함하여 구성된다.
Description
실시예는 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 에어로졸 형성 물품이 가열되는 히터 파이프의 일측에 연통되는 기류 통로를 가열하여 가열된 인입 공기가 히터 파이프 내로 유입시키는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
에어로졸은 대기 중에 부유상태로 존재하는 액체 또는 고체의 작은 입자로 보통 0.001 ~ 1.0 ㎛의 크기를 갖는다. 특히 여러 종류의 궐련으로부터 유래하는 에어로졸을 다양한 목적으로 사람이 흡입하는 경우가 있다.
도 1은 종래 기술의 에어로졸 발생장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면 에어로졸 발생장치(10)는 전류를 인가하면 저항에 의해 발열을 하는 히터(14)와 상기 히터(14)에 순간적으로 높은 전력을 공급할 수 있는 배터리(16)와 상기 히터(14)를 제어하기 위한 마이크로컨트롤러(15)를 포함한다. 상기 히터(14)는, 공간(13)에 수용된 일정 온도 이상 가열시 기화하는 물질(기화 물질)이 포함된 기화재를 가열하여 에어로졸을 발생시킨다. 예를 들어, 흡입 물질이 함침되거나 표면에 묻혀진 종이로 채워진 궐련(11)를 개구(12)를 통해 상기 공간(13)에 삽입하면 상기 히터(14)가 가열되어 궐련(11) 내부의 흡입 물질을 기화시키면 사용자가 궐련(11)의 필터부를 통해 기화되는 흡입 물질을 흡입할 수 있게 된다. 하지만 상기와 같이 궐련(11)의 내부를 가열하는 방식은 궐련(11)의 내부는 효과적으로 가열할 수 있으나 궐련(11)의 외부 및 외부 근처는 가열이 잘 되지 않는 부분이 있는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0109705호에는 에어로졸 발생 기재가 삽입될 수 있는 내열성 파이프와, 파이프의 표면에 형성되는 발열 패턴 및 발열 패턴 회로의 양 단에 형성되어, 전원선이 납땜될 수 있는 패드부를 포함하는 에어로졸 발생장치의 히터 구조가 개시되어 있다. 하지만 상기와 같은 히터 구조에서 내열성 파이프에 삽입된 에어로졸 발생 기재의 외부를 가열하는 방식은 에어로졸 발생 기재의 외부 및 외부 근처의 부분은 효과적으로 가열할 수 있지만 에어로졸 발생 기재의 내부 중심 부분은 가열이 잘 되지 않는 문제점이 있다.
실시예는 에어로졸 형성 물품이 가열되는 히터 파이프의 일측에 연통되는 기류 통로를 가열하여 가열된 인입 공기가 히터 파이프 내로 유입되도록 하여 에어로졸의 특성(연무량, 타격감, 맛의 향상)을 개선하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예인 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치는 상측이 삽입구를 통하여 개방되어 에어로졸 형성 물품이 삽입되거나 분리되는 삽입 공간이 형성되며 삽입 공간의 하측면에 공기 흡입구가 형성된 제 1 파이프와, 제 1 파이프의 공기 흡입구와 연통하며, 외부의 공기가 인입되는 기류 통로를 구비하는 제 2 파이프와, 제 1 파이프를 가열하는 제 1 파이프 가열부와, 제 2 파이프를 가열하는 제 2 파이프 가열부와, 전원부와, 전원부로부터의 전원을 프로세서로부터의 제어 신호에 따라 제 1 및 제 2 파이프 가열부 각각에 공급하거나 차단하는 전원 공급부와, 시간별로 또는 퍼프별로 제 1 파이프 가열부의 제 1 가열 동작을 위한 제 1 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하며, 기류 통로 내의 인입 공기의 가열을 수행하는 제 2 파이프 가열부의 제 2 가열 동작을 위한 제 2 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하는 프로세서를 포함하여 구성된다.
또한, 프로세서는 제 1 가열 동작의 수행 중에, 기설정된 시간이나 기설정된 퍼프 순서에만 제 2 가열 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 프로세서는 제 1 가열 동작의 초기 영역 및 후반 영역 중의 적어도 하나 이상의 영역에서 제 2 가열 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 초기 영역은 1~60초의 범위이거나 퍼프 순서 0 ~ 3번째까지이고, 후반 영역은 (종료 시간-50) ~ 종료 시간까지의 범위이거나 퍼프 순서 (마지막-2) ~ 마지막 번째까지인 것이 바람직하다.
또한, 프로세서는 5~20% 범위에 속하는 듀티비를 지닌 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하여 제 2 가열 동작을 수행하며, 제 2 가열 동작에 의한 제 2 파이프 내의 온도는 130~330℃ 범위에 속하는 것이 바람직하다.
또한, 프로세서는 제 2 가열 동작을 위해, 초기 영역이나 후반 영역 중의 어느 하나 이상 영역에서 일정한 양수의 목표 듀티를 지닌 제어 신호나 일정한 양수의 목표 듀티와 제로(0)인 듀티 사이에서 스위칭하는 제어 신호를 전원 공급부에 인가하는 것이 바람직하다.
또한, 프로세서는 스위칭하는 제어 신호를 clock 신호 또는 PWM 신호를 이용하여 생성하는 것이 바람직하다.
또한, 스위칭하는 제어 신호의 주기는 10~3,000ms 범위에 속하는 것이 바람직하다.
또한, 프로세서는 매 퍼프별로 제 2 가열 동작을 수행하도록 하는 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 것이 바람직하다.
또한, 에어로졸 발생 장치는 제 2 파이프 내의 온도를 감지하는 온도 센서를 구비하고, 프로세서는 온도 센서로부터의 온도 감지값과 목표 온도를 이용하여 제 2 파이프 가열부가 가열 동작하도록 전원 공급부로 제어 신호를 생성하여 인가하는 것이 바람직하다.
실시예는 에어로졸 형성 물품이 가열되는 파이프의 일측에 연통되는 기류 통로를 가열하여 가열된 인입 공기가 파이프 내로 유입되도록 하여 에어로졸의 특성(연무량, 타격감, 맛의 향상)을 개선하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술의 에어로졸 발생장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 에어로졸 발생 장치의 개략적인 수직 단면도이다.
도 4는 도 2의 에어로졸 발생 장치의 제어 장치 구성도이다.
도 5는 도 4의 프로세서에 저장되는 제 1 및 제 2 온도 프로파일(TP1, TP2)와 제 3 온도 프로파일(TP3)의 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 제 3 온도 프로파일(TP3)의 다양한 실시예들이다.
도 7은 도 2의 에어로졸 발생 장치의 성능 그래프들이다.
도 8은 도 4의 프로세서에 저장되는 제 1 및 제 2 온도 프로파일(TP1, TP2)와 매 퍼프별 제 3 온도 프로파일의 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 에어로졸 발생 장치의 개략적인 수직 단면도이다.
도 4는 도 2의 에어로졸 발생 장치의 제어 장치 구성도이다.
도 5는 도 4의 프로세서에 저장되는 제 1 및 제 2 온도 프로파일(TP1, TP2)와 제 3 온도 프로파일(TP3)의 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 제 3 온도 프로파일(TP3)의 다양한 실시예들이다.
도 7은 도 2의 에어로졸 발생 장치의 성능 그래프들이다.
도 8은 도 4의 프로세서에 저장되는 제 1 및 제 2 온도 프로파일(TP1, TP2)와 매 퍼프별 제 3 온도 프로파일의 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서, 실시예들은 도면을 통하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 설명되는 실시예들은 그 실시예들의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
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본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성(또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
실시예에서, 에어로졸 형성 물품은 일련의 적층 구조인 필터부와, 냉각부와, 에어로졸 형성 기재층(예를 들면, 각초, 향료, 니코틴, VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜) 등 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 혼합 물질임)을 포함한다. 또한, 에어로졸 형성 물품은 필터부와 냉각부 및 에어로졸 형성 기재층의 외측면을 둘러 감싸는 랩핑부를 포함하여 구성된다. 에어로졸 형성 물품은 종래의 전자담배용 궐련, 필터 등을 포함한다.
도 2는 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치의 개략적인 사시도이고, 도 3은 도 2의 에어로졸 발생 장치의 개략적인 수직 단면도이다.
도 2에서 에어로졸 발생 장치(200)는 에어로졸 형성 물품(110)이 삽입된 상태에서 히팅 디바이스에 의해 에어로졸 형성 물품(110)이 가열되어 에어로졸이 발생되는데, 전력 공급 수단으로서 배터리(BAT)와, 제어 장치가 장착되는 기판부(PCB)를 내부의 수용 공간에 수용하는 케이스(202)를 구비한다. 케이스(202)는 에어로졸 형성 물품(110)이 분리되거나 삽입되는 삽입구(122)를 구비한다. 제어 장치는 배터리(200)로부터 전원이 히팅 디바이스에 공급되도록 하여 에어로졸 형성 물품(110)을 가열하게 된다.
실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(200)는 상측이 삽입구(122)를 통하여 개방되어 에어로졸 형성 물품이 삽입되거나 분리되는 삽입 공간(S)이 형성되며 삽입 공간(S)의 하측면(124)에 공기 흡입구(126)가 형성된 제 1 파이프(120)와, 공기 흡입구(126)와 연통하며, 외부의 공기가 인입되는 기류 통로(142)를 구비하는 제 2 파이프(140)와, 제 1 파이프(120)의 상단에 장착되어 대응하는 삽입 공간(S)의 상층 영역을 가열하는 제 1 가열부(250)와, 제 1 파이프(120)의 하단에 장착되어 대응하는 삽입 공간(S)의 하층 영역을 가열하는 제 2 가열부(252)와, 공기 흡입구(126)에 근접하여 제 2 파이프(140)의 내부나 외부에 장착되어 대응하는 기류 통로(142)(즉, 기류 통로(142) 내의 인입 공기)를 가열하는 제 3 가열부(254)를 포함하여 구성된다.
제 1 및 제 2 가열부(250), (252) 또는 제 3 가열부(254)는 열선이 포함된 필름 히터, PTC 방식의 열선을 포함하거나, 열선이 포함된 세라믹 등으로 구현되는 저항 가열 소자일 수 있다. 또는, 제 1 및 제 2 가열부(250), (252) 또는 제 3 가열부(254)는 유도 가열 코일로 구현되고, 제 1 파이프(120) 또는 제 2 파이프(140)가 강자성체인 서셉터로 이루어짐으로써, 유도 가열 방식이 적용될 수도 있다. 제 1 및 제 2 가열부(250), (252)은 단일의 가열부로 구성될 수도 있다. 제 3 가열부(254)는 광학적 열 에너지 생성 수단일 수도 있다.
본 실시예에서, 히팅 디바이스는 제 1 및 제 2 가열부(250), (252) 및 제 3 가열부(254)와, 제 1 및 제 2 파이프(120), (140) 등을 포함하여 구성된다.
에어로졸 발생장치(200)의 케이스(202)에는 외부의 공기가 유입될 수 있는 홀(미도시됨)을 구비할 수 있으며, 홀을 통해 외부 공기(인입 공기)가 제 2 파이프(140)에 구비된 기류 통로(142)로 이송되어 제 3 가열부(254)에 의해 가열된다. 제 3 가열부(254)에 의해 가열된 인입 공기는 공기 흡입구(126)을 통해 에어로졸 형성 물품(110)으로 안내되어 에어로졸 형성 물품(110)의 저측면의 중앙 영역과 그 인근 영역부터 상측 방향으로 가열된다.
도 4는 도 2의 에어로졸 발생 장치의 제어 장치 구성도이다.
에어로졸 발생 장치(200)는 사용자로부터의 입력(예를 들면, 전원 온/오프 등)을 획득하여 프로세서(290)에 인가하는 입력부(220)와, 프로세서(290)로부터의 정보(예를 들면, 전원 상태 등)를 인가 받아 표시하는 표시부(225)와, 충전 가능한 배터리를 구비하여 전원을 전원 공급부(240)와 프로세서(290) 등에 공급하는 전원부(230)와, 전원부(230)로부터 전원을 공급 받아 프로세서(290)의 제어에 의해 가열부(270)로 공급하거나 공급 차단하는 전원 공급부(예를 들면, FET 등)(240)와, 전원 공급부(240)로부터 전원을 공급 받아 저항 가열이나 유도 가열 방식 등에 의해 열 에너지를 생성하여 삽입 공간(S)으로 전달하거나 확산시키는 상술된 제 1 및 제 2 가열부(250, 252)와, 전원 공급부(240)로부터 전원을 공급 받아 저항 가열이나 유도 가열 방식 등에 의해 열 에너지를 생성하여 기류 통로(142)로 전달하거나 확산시켜 기류 통로(142) 내의 인입 공기를 가열시키는 상술된 제 3 가열부(254)와, 케이스의 기류 통로(142) 상에 장착되어 사용자의 퍼프에 의해 변화되는 기류 통로(142) 내의 압력 등을 감지하여 퍼프 감지값을 생성하여 프로세서(290)에 인가하는 퍼프 감지 센서(260)와, 가열 공간의 온도를 감지하여 제 1 온도 감지값을 프로세서(290)에 인가하는 제 1 온도 센서(264)와, 기류 통로(142) 내부나 인근에 장착되어 제 3 가열부(254)에 의해 가열되는 기류 통로(142) 내의 온도(인입 공기의 온도)를 감지하여 제 2 온도 감지값을 프로세서(290)에 인가하는 제 2 온도 센서(266)와, 상술된 구성요소들을 제어하여 에어로졸 형성 물품에 대한 가열 동작을 수행하여 에어로졸 발생 기능을 수행하며, 전원 공급부(240)를 제어하여 제 1 및 제 2 가열부(250, 252) 각각으로의 전원 공급 및 전원 차단을 수행하는 삽입 공간(S)에 대한 가열 동작(제 1 가열 동작)과, 전원 공급부(240)를 제어하여 제 3 가열부(254)로의 전원 공급 및 전원 차단을 수행하는 기류 통로(142)(인입 공기)에 대한 가열 동작(제 2 가열 동작)을 수행하여 에어로졸 발생 기능을 수행하는 프로세서(290) 등을 포함하여 구성된다. 다만, 입력부(220)와, 표시부(225)와, 전원부(230)와, 제 1 내지 제 3 가열부(250~254), 퍼프 감지 센서(260) 및 제 1 및 제 2 온도 센서(264), (266) 등은 본 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 인식되는 기술에 해당하여, 그 상세한 설명이 생략된다. 에어로졸 발생 장치(200)의 제어 장치는 케이스에 장착된다.
전원 공급부(240)는 제 1 내지 제 3 가열부(250~254) 각각에 연결되며 전원부(230)로부터의 전원을 공급하거나 차단하는 제 1 내지 제 3 서브 전원 공급부들로 구성될 수도 있고, 단일의 스위칭 소자나 복수의 스위칭 소자들로 구성될 수 있다. 프로세서(290)는 제어 신호(예를 들면, PWM 신호나 EN 신호 등)를 생성하여 전원 공급부(240)에 인가하여 제 1 내지 제 1 내지 제 3 가열부(250~254) 각각으로의 전원 공급 및 전원 차단을 독립적으로 수행한다.
프로세서(290)는 제 1 가열 동작을 수행하기 위해, 제 1 가열부(250)에 대한 제 1 온도 프로파일(TP1)과, 제 2 가열부(252)에 대한 제 2 온도 프로파일(TP2)를 저장하고, 에어로졸의 연무량이나, 타격감, 맛이 떨어지는 구간을 보정하거나 보완하기 위한 제 2 가열 동작을 수행하기 위해 제 3 가열부(254)에 대한 제 3 온도 프로파일(TP3)을 저장한다.
제 1 및 제 2 온도 프로파일(TP1), (TP2) 및 제 3 온도 프로파일(TP3) 각각은 시간별 또는 퍼프별 목표 온도(또는 목표 온도에 대응하는 듀티)를 포함하고 있다. 프로세서(290)는 전원부(230)로부터 전원이 공급된 상태에서, 제 1 내지 제 3 온도 프로파일(TP1), (TP2), (TP3) 각각에 따른 제어 신호들을 생성하여 전원 공급부(240)에 인가하여 제 1 내지 제 3 가열부(250), (252), (254) 각각에서의 가열 동작이 수행되도록 한다. 프로세서(290)는 상술된 바와 같이, 제 1 및 제 2 온도 프로파일(TP1), (TP2) 각각에 대응하는 제어 신호를 이용하는 직접 듀티 제어에 따라서 제 1 가열 동작을 수행하거나, 제 3 온도 프로파일(TP3)에 대응하는 제어 신호를 이용하여 직접 듀티 제어에 따라서 제 2 가열 동작을 수행할 수 있다. 직접 듀티 제어 시에는 시간(구간)별 또는 퍼프별 목표 온도에 대응하는 제어 신호에 포함되는 듀티비가 일정하게 고정되거나 유지되거나, 특정 듀티비들 사이에서 스위칭된다.
다른 실시예로서, 프로세서(290)는 제 1 온도 센서(264)로부터의 제 1 온도 감지값을 인가 받아, 제 1 온도 감지값이 제 1 및 제 2 온도 프로파일(TP1), (TP2) 각각에 대응하거나 동일하도록 하는 제어 신호를 생성하여 전원 공급부(240)에 인가하여 제 1 가열 동작을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(290)는 제 2 온도 센서(266)로부터의 제 2 온도 감지값을 인가 받아, 제 2 온도 감지값이 제 3 온도 프로파일(TP3)에 대응하거나 동일하도록 하는 제어 신호를 생성하여 전원 공급부(240)에 인가하여 제 2 가열 동작을 수행할 수 있다. 위와 같이, 프로세서(290)는 온도 제어에 따라서, 제 1 및 제 2 가열 동작을 수행할 수 있으며, 시간(구간)별 또는 퍼프별 목표 온도는 일정하게 고정되거나 유지된다.
직접 듀티 제어 방식 및 온도 제어 방식에서, 프로세서(290)는 제 3 가열부(254)에서의 가열 동작을 위해, 듀티비가 5~20% 범위에 속하는 듀티를 포함하는 제어 신호를 전원 공급부(240)로 공급한다. 또한, 프로세서(290)는 제 3 가열부(254)의 가열 동작에 의한 제 2 온도 감지값이 130~330℃의 범위에 속하는 온도에 도달되도록 하는 제어 신호를 생성하여 전원 공급부(240)에 인가한다. 제 3 가열부(254)의 제어 온도 범위(130~330℃)는 에어로졸 형성 기재의 기화 온도가 고려되어 설정된다.
하기에서, 프로세서(290)가 수행하는 제 1 및 제 2 가열 동작에 대해서 상세하게 설명된다.
도 5는 도 4의 프로세서에 저장되는 제 1 및 제 2 온도 프로파일(TP1, TP2)와 제 3 온도 프로파일(TP3)의 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
본 실시예에서, 제 1 온도 프로파일(TP1)의 목표 온도 및 목표 듀티가 제 2 온도 프로파일(TP2)의 목표 온도 및 목표 듀티 이상인 구간을 전반 구간이라 하고, 제 1 온도 프로파일(TP1)의 목표 온도 및 목표 듀티가 제 2 온도 프로파일(TP2)의 목표 온도 및 목표 듀티 미만인 구간을 후반 구간으로 지정된다. 도 5에서, 1개피의 흡연 시간이나 에어로졸 발생 시간인 전체 구간(예를 들면, 0~260초, 퍼프 횟수 13회) 중에서 전반 구간은 0~163초(0~8퍼프)이고, 후반 구간은 164~260초(9~13 퍼프)이다.
프로세서(290)는 연무량이나 타격감 또는 맛이 떨어지는 구간에서, 제 3 가열부(254)에 의한 가열이 수행되도록, 제 3 온도 프로파일(TP3)은 전반 구간에서의 초기 영역에서의 제 1 서브 가열 동작과, 후반 구간에서의 후반 영역에서의 제 2 서브 가열 동작을 포함하는 제 2 가열 동작을 수행할 수 있다. 도 5에서, 제 1 서브 가열 동작은 대략 1~60초(퍼프 순서 0~3번째)인 초기 영역에서 수행되고, 제 2 서브 가열 동작은 대략 210~260초(퍼프 순서 11~13번째)인 후반 영역에서 수행된다.
전반 구간에서의 초기 영역에서 에어로졸 형성 물품이 상온에서부터 가열되므로, 제 1 가열부(250)의 가열 동작만으로는 제 1 온도 감지값이 니코틴 기화온도(대략 100℃)에는 도달하나, 글리세린 기화온도(대략 240℃)에는 도달되지 못하기에, 프로세서(290)는 제 1 서브 가열 동작을 수행하여 제 3 가열부(254)를 가열 동작시켜 이러한 문제를 보완한다.
또한, 후반 구간에서의 후반 영역에서, 제 1 온도 감지값이 니코틴 기화온도 및 글리세린 기화온도에 도달되고, 에어로졸 형성 물품 내에 니코틴과 글리세린이 잔량이 크기 않으므로, 프로세서(290)는 제 2 서브 가열 동작을 수행하여 잔존하는 니코틴과 글리세린 대부분이 에어로졸화되도록 제 3 가열부(254)를 가열 동작시키는 것이다.
또한, 프로세서(290)는 제 1 서브 가열 동작과 같이, 해당 초기 영역에서 일정한 양수의 목표 듀티(0%을 초과함)를 지닌 제어 신호를 인가할 수도 있고, 제 2 서브 가열 동작과 같이, 일정한 양수의 목표 듀티(0%를 초과함)와 제로(0)인 듀티 사이에서 주기적으로 또는 비주기적으로 스위칭하는 제어 신호를 인가할 수도 있다. 제 2 가열 동작 시에, 프로세서(290)는 온도 및 소모 전류를 낮추기 위해 내장된 오실레이터 등의 clock 신호 또는 PWM 신호를 이용하여 제어하되, 제 3 가열부(254)에서의 순간적인 온도 상승이 일어날 수 있기에, 이러한 듀티가 스위칭되는 제어 신호를 clock 신호 또는 PWM 신호를 이용하여 생성하여 인가함으로써, 소비 전류의 감소와 온도 상승을 지연시킨다. 이러한 듀티가 스위칭되는 제어 신호의 주기는 10~3,000ms 범위에 속하는 것이 바람직하다. 상술된 제 1 서브 가열 동작에서의 제어 신호와, 제 2 서브 가열 동작에서의 제어 신호는 서로 다른 서브 가열 동작에도 적용될 수 있다.
도 6은 제 3 온도 프로파일(TP3)의 다양한 실시예들이다.
도 6의 (A)에서의 제 3 온도 프로파일(TP3)은, 도 5에서와 다르게, 제 1 서브 가열 동작이 수행되는 초기 영역에서, 듀티비들 사이에서 스위치되는 제어 신호를 포함하고, 제 2 서브 가열 동작이 수행되는 후반 영역에서, 일정한 목표 듀티(듀티비)를 지니는 제어 신호를 포함하고 있다.
도 6의 (B)에서의 제 3 온도 프로프일(TP3)은, 도 5에서와 다르게, 제 1 및 제 2 서브 가열 동작들이 각각 수행되는 영역에서 일정한 목표 듀티를 지니는 제어 신호를 포함하고 있다.
도 6의 (C)에서의 제 3 온도 프로파일(TP3)은, 도 5에서와 다르게, 제 1 서브 가열 동작을 위한 제어 신호를 포함하지 않고, 제 2 서브 가열 동작만이 수행되는 영역에서 일정한 목표 듀티를 지니는 제어 신호를 포함하고 있다.
도 6의 (D)에서의 제 3 온도 프로파일(TP3)은, 도 5에서와 다르게, 제 2 서브 가열 동작을 위한 제어 신호를 포함하지 않고, 제 1 서브 가열 동작만이 수행되는 영역에서 일정한 목표 듀티를 지니는 제어 신호를 포함하고 있다.
도 7은 도 2의 에어로졸 발생 장치의 성능 그래프들이다.
도 7의 (A)는 퍼프별 센서리를 나타내는 막대 그래프와 꺽은선 그래프이다. 여기서, 프로세서(290)는 제 1 가열 동작을 흡연 시간 또는 에어로졸 발생 시간 동안 계속 수행하고, 제 2 가열 동작이 수행되는 경우에는 ON이고, 제 2 가열 동작이 수행되지 않는 경우에는 OFF이다.
먼저, 막대 그래프는 사용자가 에어로졸 형성 물품을 에어로졸 발생 장치에 삽입하고, 프로세서(290)가 제 1 및/또는 제 2 가열 동작을 수행할 경우의 상대적인 연무량을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 전반 구간의 초기 영역(C1) 및 후반 구간의 후반 영역(C2)에서, 제 1 및 제 2 가열 동작이 수행된 경우의 상대적인 연무량이 제 1 가열 동작만이 수행된 경우의 상대적인 연무량보다 더 큼이 확인된다.
또한, 꺽은선 그래프는 사용자가 에어로졸 형성 물품을 에어로졸 발생 장치에 삽입하고, 프로세서(290)가 제 1 및/또는 제 2 가열 동작을 수행할 경우의 사용자의 목에 가해지는 에어로졸의 느낌(또는 타격감)을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 전반 구간의 초기 영역(C1) 및 후반 구간의 후반 영역(C2)에서, 제 1 및 제 2 가열 동작이 수행된 경우의 느낌이 제 1 가열 동작만이 수행된 경우의 느낌보다 더 큼이 확인된다.
도 7의 (B)는 퍼프별 연무량(TPM: Total Particulate Matter)을 질량(mg)으로 표시한 것으로, 전반 구간의 초기 영역(C1) 및 후반 구간의 후반 영역(C2)에서, 제 1 및 제 2 가열 동작이 수행된 경우의 퍼프별 연무량이 제 1 가열 동작만이 수행된 경우의 연무량보다 더 큼이 확인된다.
도 8은 도 4의 프로세서에 저장되는 제 1 및 제 2 온도 프로파일(TP1, TP2)와 매 퍼프별 제 3 온도 프로파일의 일 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
상술된 실시예들에서, 프로세서(290)는 시간별로, 또는 시간에 대응하는 퍼프들에서 제 3 온도 프로파일(TP3)을 이용하므로, 제 2 가열 동작이 수행되지 않는 퍼프들이 존재할 수 있다.
반면에, 도 8에서는 매 퍼프별 제 3 온도 프로파일(TP3-1)을 이용하여 매 퍼프마다 제 2 가열 동작을 수행하기 위한 제어를 수행한다. 따라서, 프로세서(290)는 모든 퍼프에서 제 2 가열 동작을 수행하며, 매 퍼프별로 제 1 가열 동작과 제 2 가열 동작이 동시에 수행되는 구간과, 제 1 가열 동작만이 수행되는 구간이 존재한다.
제 3 온도 프로파일(TP3-1)는 각 퍼프별로 제 2 가열 동작의 수행 및 수행 정지를 위한 듀티비를 포함한다. 도시된 바와 같이, 각 퍼프별로의 목표 온도는 대략 230℃이고, 그 목표 온도에 대응하는 목표 듀티는 약 10% 내외이다.
본 실시예에서, 1 퍼프는 대략 20초로 설정된다. 제 3 온도 프로파일(TP3-1)는 각 퍼프에서의 제 2 가열 동작의 ON 시간을 포함하여, 본 실시예에서, 1~20초의 범위에 속한다. 도 8에서는 ON 시간이 10초로 설정된 경우, 각 퍼프의 시작 전부터 퍼프의 시작 후까지 제 2 가열 동작이 수행된다. 예를 들면, 에어로졸 발생 장치의 예열 동작이 0~20초까지 수행되고, 21~40초가 제1퍼프이고 41~60초가 제2퍼프에 해당된다. 제 2 퍼프의 경우, 프로세서(290)는 제 3 온도 프로파일(TP3-1)에 따라서, 제 2 퍼프에서의 제 2 가열 동작을 35~45초 동안 수행한다.
이러한 매 퍼프별로 제 2 가열 동작이 수행되므로, 각 퍼프에서의 연무량이나 타격감 등의 유지될 수 있는 효과가 있다.
다양한 실시 예에 따른 장치(예: 프로세서 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 메모리가 될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체(optical media)(예: CD-ROM, DVD(Digital Versatile Disc), 자기-광 매체(magnetoopticalmedia)(예: 플롭티컬 디스크(floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM, RAM, 또는 플래시 메모리 등)등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시 예에 따른 프로세서 또는 프로세서에 의한 기능들은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상술한 특정의 바람직한 실시예들에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
110: 에어로졸 형성 물품
200: 에어로졸 발생 장치
Claims (10)
- 상측이 삽입구를 통하여 개방되어 에어로졸 형성 물품이 삽입되거나 분리되는 삽입 공간이 형성되며 삽입 공간의 하측면에 공기 흡입구가 형성된 제 1 파이프와;
제 1 파이프의 공기 흡입구와 연통하며, 외부의 공기가 인입되는 기류 통로를 구비하는 제 2 파이프와;
제 1 파이프를 가열하는 제 1 파이프 가열부와;
제 2 파이프를 가열하는 제 2 파이프 가열부와;
전원부와;
전원부로부터의 전원을 프로세서로부터의 제어 신호에 따라 제 1 및 제 2 파이프 가열부 각각에 공급하거나 차단하는 전원 공급부와;
시간별로 또는 퍼프별로 제 1 파이프 가열부의 제 1 가열 동작을 위한 제 1 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하며, 기류 통로 내의 인입 공기의 가열을 수행하는 제 2 파이프 가열부의 제 2 가열 동작을 위한 제 2 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하는 프로세서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치. - 제 1 항에 있어서,
프로세서는 제 1 가열 동작의 수행 중에, 기설정된 시간이나 기설정된 퍼프 순서에만 제 2 가열 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치. - 제 2 항에 있어서,
프로세서는 제 1 가열 동작의 초기 영역 및 후반 영역 중의 적어도 하나 이상의 영역에서 제 2 가열 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치. - 제 3 항에 있어서,
초기 영역은 1~60초의 범위이거나 퍼프 순서 0 ~ 3번째까지이고, 후반 영역은 (종료 시간-50) ~ 종료 시간까지의 범위이거나 퍼프 순서 (마지막-2) ~ 마지막 번째까지인 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
프로세서는 5~20% 범위에 속하는 듀티비를 지닌 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하여 제 2 가열 동작을 수행하며, 제 2 가열 동작에 의한 제 2 파이프 내의 온도는 130~330℃ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
프로세서는 제 2 가열 동작을 위해, 초기 영역이나 후반 영역 중의 어느 하나 이상 영역에서 일정한 양수의 목표 듀티를 지닌 제어 신호나 일정한 양수의 목표 듀티와 제로(0)인 듀티 사이에서 스위칭하는 제어 신호를 전원 공급부에 인가하는 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치. - 제 6 항에 있어서,
프로세서는 스위칭하는 제어 신호를 clock 신호 또는 PWM 신호를 이용하여 생성하는 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치. - 제 6 항에 있어서,
스위칭하는 제어 신호의 주기는 10~3,000ms 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치. - 제 1 항에 있어서,
프로세서는 매 퍼프별로 제 2 가열 동작을 수행하도록 하는 제어 신호를 생성하여 전원 공급부에 인가하는 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
에어로졸 발생 장치는 제 2 파이프 내의 온도를 감지하는 온도 센서를 구비하고,
프로세서는 온도 센서로부터의 온도 감지값과 목표 온도를 이용하여 제 2 파이프 가열부가 가열 동작하도록 전원 공급부로 제어 신호를 생성하여 인가하는 것을 특징으로 하는 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치.
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| KR1020220092150A KR20240015189A (ko) | 2022-07-26 | 2022-07-26 | 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220092150A KR20240015189A (ko) | 2022-07-26 | 2022-07-26 | 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치 |
Publications (1)
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| KR20240015189A true KR20240015189A (ko) | 2024-02-05 |
Family
ID=89904143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220092150A KR20240015189A (ko) | 2022-07-26 | 2022-07-26 | 인입 공기 가열을 이용한 에어로졸 발생 장치 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20240015189A (ko) |
-
2022
- 2022-07-26 KR KR1020220092150A patent/KR20240015189A/ko unknown
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