KR20240044372A - 에어로졸 발생 장치 - Google Patents
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Abstract
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치는, 제 1 면, 제 1 면의 반대측의 제 2 면 및 상기 제 1 면과 제 2 면 사이의 사이드 면을 포함하고, 상기 제 1 면에 배치되는 마우스피스 단부를 포함하는, 바디, 상기 바디 내에 배치되고, 상기 마우스피스 단부에 연결되는 무화 영역, 상기 무화 영역에 연결되고, 에어로졸 형성 기재를 저장하는 저장부 및 상기 무화 영역에 연결되고, 표면파를 생성하는 표면파 발생부를 포함하고, 상기 표면파 발생부는, 상기 무화 영역으로 연장하는 압전기판 및 상기 압전기판 상에 배치되는 변환기를 포함하고, 상기 변환기는 전기신호를 표면파로 변환하고, 상기 표면파는 상기 무화 영역으로 제공되며, 상기 변환기는 빗살 무늬 형태를 가질 수 있다.
Description
본 개시는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
비연소 방식의 궐련에 대한 연구가 진행되고 있다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품을 가열하여 에어로졸을 발생시킨다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지 기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예에 따른 목적은 표면파를 이용하여 균일한 크기의 미세 에어로졸을 발생시킬 수 있는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 목적은 고점도의 액상을 비가열식으로 무화 시킬 수 있는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 목적은 고점도 액상의 풍부한 무화량을 구현할 수 있는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 목적은 고점도 액상의 무화를 가시화할 수 있는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치는, 제 1 면, 제 1 면의 반대측의 제 2 면 및 상기 제 1 면과 제 2 면 사이의 사이드 면을 포함하고 상기 제 1 면에 배치되는 마우스피스 단부를 포함하는 바디, 상기 바디 내에 배치되고 상기 마우스피스 단부에 연결되는 무화 영역, 상기 무화 영역에 연결되고 에어로졸 형성 기재를 저장하는 저장부 및 상기 무화 영역에 연결되고 표면파를 생성하는 표면파 발생부를 포함하고, 상기 표면파 발생부는, 상기 무화 영역으로 연장하는 압전기판 및 상기 압전기판 상에 배치되는 변환기를 포함하고, 상기 변환기는 전기신호를 표면파로 변환하고, 상기 표면파는 상기 무화 영역으로 제공되며, 상기 변환기는 빗살 무늬 형태를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치는, 제 1 면, 상기 제 1 면의 반대측의 제 2 면 및 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 사이드 면을 포함하고 상기 제 1 면에 배치되는 마우스피스 단부를 포함하는 바디, 상기 바디 내에 배치되고 상기 마우스피스 단부에 연결되는 무화 영역, 상기 무화 영역에 연결되고, 에어로졸 형성 기재를 저장하는 저장부 및 상기 무화 영역에 연결되고, 표면파를 생성하는 표면파 발생부를 포함하고, 상기 표면파 발생부는, 상기 무화 영역으로 연장하는 압전기판, 상기 압전기판 상에 배치되는 변환기 및 상기 변환기를 사이에 두고 상기 무화 영역의 반대 측에 배치되는 리플렉터를 포함하고, 상기 변환기는 전기신호를 표면파로 변환시키고, 상기 표면파는 상기 무화 영역으로 제공되고, 상기 리플렉터는 상기 변환기로부터의 표면파를 상기 무화 영역으로 반사 시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치에 의하면, 표면파를 이용하여 균일한 크기의 미세 에어로졸을 발생시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치에 의하면, 고점도의 액상을 비가열식으로 무화 시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치에 의하면, 고점도 액상의 풍부한 무화량을 구현할 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치에 의하면, 고점도 액상의 무화를 가시화할 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치의 블록도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치를 나타낸다.
도 7은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치의 표면파 발생부를 나타낸다.
도 8은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치의 표면파 발생부의 변환기 및 리플렉터를 나타낸다.
도 9는 도 8의 변환기의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치의 블록도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치를 나타낸다.
도 7은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치의 표면파 발생부를 나타낸다.
도 8은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치의 표면파 발생부의 변환기 및 리플렉터를 나타낸다.
도 9는 도 8의 변환기의 구성을 개략적으로 나타낸다.
실시 예들에서 사용되는 용어는 실시 예들에서의 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.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "적어도 어느 하나의"와 같은 표현이 배열된 구성요소들 앞에 있을 때, 배열된 각각의 구성이 아닌 전체 구성 요소들을 수식한다. 예를 들면, "a, b, 및 c 중 적어도 어느 하나"라는 표현은 a, b, c, 또는 a와 b, a와 c, b와 c, 또는 a와 b와 c를 포함하는 것으로 해석하여야 한다.
도 1 및 도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 관한 에어로졸 발생 장치(1)를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 발생 장치(1)는, 전원(11), 제어부(12), 센서(13), 히터(18) 및 카트리지(19) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전원(11), 제어부(12), 센서(13) 및 히터(18) 중 적어도 하나는 에어로졸 발생 장치의 바디(10) 내부에 배치될 수 있다. 바디(10)는 에어로졸 발생 물품인 스틱(S)이 삽입되도록 상측으로 개구된 공간을 제공할 수 있다. 상측으로 개구된 공간은 삽입공간으로 칭할 수 있다. 삽입공간은, 스틱(S)의 적어도 일부가 삽입 가능하도록, 바디(10)의 내부를 향해 소정 깊이만큼 함몰되어 형성될 수 있다. 삽입공간의 깊이는, 스틱(S)에서 에어로졸 생성 물질 및/또는 매질이 포함된 영역의 길이에 대응될 수 있다. 스틱(S)의 하단은 바디(10)의 내부에 삽입되고, 스틱(S)의 상단은 바디(10)의 외부로 돌출될 수 있다. 사용자는 외부로 노출된 스틱(S)의 상단을 입에 물고 공기를 흡입할 수 있다.
히터(18)는 스틱(S)을 가열할 수 있다. 히터(18)는 스틱(S)이 삽입되는 공간 주변에서, 상측으로 길게 연장될 수 있다. 예를 들어, 히터(18)는 내부에 중공을 포함하는 튜브 형태일 수 있다. 히터(18)는 삽입공간의 주변에 배치될 수 있다. 히터(18)는 삽입공간의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 히터(18)는 삽입공간 또는 삽입공간에 삽입된 스틱(S)을 가열할 수 있다. 히터(18)는, 전기 저항성 히터 및/또는 유도 가열식 히터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 히터(18)는 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(18)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(18)가 가열될 수 있다. 히터(18)는 전원(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(18)는 전원(11)으로부터 전류를 제공받아 직접적으로 발열될 수 있다.
예를 들어, 에어로졸 발생 장치(1)는 히터(18)를 둘러싸는 유도코일을 포함할 수 있다. 유도코일은 히터(18)를 발열시킬 수 있다. 히터(18)는 서셉터(susceptor)로서, 히터(18)는 유도코일을 통해 흐르는 AC 전류에 의해 발생된 자기장에 의해 발열될 수 있다. 자기장은 히터(18)를 관통하고, 히터(18) 내에 와전류를 발생시킬 수 있다. 전류는 히터(18)에 열을 발생시킬 수 있다.
한편, 스틱(S) 내부에 서셉터가 포함될 수 있고, 스틱(S) 내부의 서셉터는 유도코일을 통해 흐르는 AC 전류에 의해 발생된 자기장에 의해 발열될 수 있다.
카트리지(19)는 내부에 액체 상태, 고체 상태, 기체 상태 또는 겔(gel) 상태 등의 어느 하나의 상태를 갖는 에어로졸 생성 물질을 포함(contain)할 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(19)는 바디(10)에 일체로 형성되거나 바디(10)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 카트리지(19)는 바디(10)에 일체로 형성되고, 기류채널(CN)을 통해 삽입공간과 연통할 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 바디(10)의 일측에 공간이 형성되고, 카트리지(19)의 적어도 일부가 바디(10)에 일측에 형성된 공간에 삽입되어 카트리지(19)가 바디(10)에 장착될 수 있다. 기류채널(CN)은 카트리지의 일부 및/또는 바디(10)의 일부에 의해 정의될 수 있고, 카트리지(19)는 기류채널(CN)을 통해 삽입공간과 연통할 수 있다.
바디(10)는, 카트리지(19)가 삽입된 상태에서 외기가 바디(10)의 내부로 유입될 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 이때, 바디(10) 내로 유입된 외기는 카트리지(19)를 통과하여 사용자의 구강으로 유동할 수 있다.
카트리지(19)는, 에어로졸 생성 물질을 포함(contain)하는 저장부(C0) 및/또는 저장부(C0)의 에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터(24)를 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 물질을 함침(함유)하는 액체 전달 수단이 저장부(C0)의 내부에 배치될 수 있다. 여기서, 액체 전달 수단은, 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick) 등을 포함할 수 있다. 히터(24)의 전기 전도성 트랙은 액체 전달 수단을 감는 코일 형태의 구조 또는 액체 전달 수단의 일측에 접촉하는 구조로 형성될 수 있다. 히터(24)는 카트리지 히터(24)로 칭할 수 있다.
카트리지(19)는 에어로졸을 생성할 수 있다. 카트리지 히터(24)에 의해 액체 전달 수단이 가열됨에 따라, 에어로졸이 생성될 수 있다. 히터(18)에 의해 스틱(S)을 가열하여 에어로졸이 생성될 수 있다. 카트리지 히터(24) 및 히터(18)에 의해 생성된 에어로졸이 스틱(S)을 통과하는 동안 에어로졸에 담배 물질이 가미될 수 있으며, 담배 물질이 가미된 에어로졸이 스틱(S)의 일단을 통해 사용자의 구강으로 흡입될 수 있다.
에어로졸 발생 장치(1)는 카트리지 히터(24)만을 구비하고 바디(10)에는 히터(18)가 구비되지 않을 수 있다. 이때, 카트리지 히터(24)에 의해 생성된 에어로졸이 스틱(S)을 통과하면서 담배 물질이 가미되어 사용자의 구강으로 흡입될 수 있다.
에어로졸 발생 장치(1)는 캡(미도시)을 포함할 수 있다. 캡은 바디(10)에 결합된 카트리지(19)의 적어도 일부를 덮도록 바디(10)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 스틱(S)은 캡을 관통하여 바디(10)에 삽입될 수 있다.
전원(11)은, 에어로졸 발생 장치의 구성요소들이 동작하도록 전력을 공급할 수 있다. 전원(11)은 배터리라 칭할 수 있다. 전원(11)은, 제어부(12), 센서(13), 카트리지 히터(24), 히터(18) 중 적어도 어느 하나에 전력을 공급할 수 있다. 에어로졸 발생 장치(1)가 유도코일을 포함하는 경우, 전원(11)은 유도코일에 전력을 공급할 수 있다.
제어부(12)는 에어로졸 발생 장치 전반의 동작을 제어할 수 있다. 제어부는 인쇄회로기판(PCB)에 실장될 수 있다. 제어부(12)는 전원(11), 센서(13), 히터(18), 카트리지(19) 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(12)는 에어로졸 발생 장치에 설치된 디스플레이, 모터 등의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(12)는 에어로졸 발생 장치의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 발생 장치가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수 있다.
제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 결과를 분석하고, 이후 수행될 처리들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 동작이 개시 또는 종료되도록 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)가 소정의 온도까지 가열되거나 적절한 온도를 유지할 수 있도록 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다.
센서(13)는 온도 센서, 퍼프 센서, 삽입 감지 센서, 컬러 센서, 카트리지 감지 센서, 캡 감지 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 히터(18)의 온도, 전원(11)의 온도, 바디(10) 내외부의 온도 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 사용자의 퍼프(puff)를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 스틱(S)이 삽입공간에 삽입되었는지 여부를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 카트리지의 장착 여부를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 캡의 장착 여부를 센싱할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 개시의 실시 예들에 관한 에어로졸 발생 장치(1)를 도시한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 에어로졸 발생 장치(1)는, 바디(10) 및 카트리지(19)를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치(10)는, 전원(11), 제어부(12), 센서(13) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전원(11), 제어부(12) 및 센서(13) 중 적어도 하나는 바디(10) 내부에 배치될 수 있다. 바디(10)에는 에어로졸 생성 물품인 카트리지(19)가 장착될 수 있다. 사용자는 카트리지(19)의 일단에 구비된 마우스피스를 입에 물고 에어로졸을 흡입할 수 있다.
카트리지(19)는 내부의 챔버(C0)에 액체 상태, 고체 상태, 기체 상태 또는 겔(gel) 상태 등의 어느 하나의 상태를 갖는 에어로졸 생성 물질을 포함(contain)할 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(19)는 바디(10)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 카트리지(19)는 바디(10)에 삽입됨으로써, 바디(10)에 장착될 수 있다.
바디(10)는, 카트리지(19)가 삽입된 상태에서 외기가 바디(10)의 내부로 유입될 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 이때, 바디(10) 내로 유입된 외기는 카트리지(19)를 통과하여 기류채널(CN)을 통해 사용자의 구강으로 유동할 수 있다.
카트리지(19)는, 에어로졸 생성 물질을 포함(contain)하는 챔버(C0) 및/또는 챔버(C0)의 에어로졸 생성 물질을 가열하는 히터(24)를 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 물질을 함침(함유)하는 액체 전달 수단(25)이 챔버(C0)의 내부에 배치될 수 있다. 여기서, 액체 전달 수단(25)은, 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick) 등을 포함할 수 있다. 히터(24)의 전기 전도성 트랙은 액체 전달 수단(25)을 감는 코일 형태의 구조 또는 액체 전달 수단(25)의 일측에 접촉하는 구조로 형성될 수 있다. 히터(24)는 카트리지 히터로 칭할 수 있다.
카트리지(19)는 에어로졸을 생성할 수 있다. 카트리지 히터(24)에 의해 액체 전달 수단(25)이 가열됨에 따라, 에어로졸이 생성될 수 있다. 생성된 에어로졸이 기류채널(CN)을 통해 사용자의 구강으로 흡입될 수 있다.
기류채널(CN)은 카트리지(19)에 구비될 수 있다. 기류채널(CN)은 카트리지(19)의 히터(24)가 배치된 챔버와 카트리지 외부를 연통할 수 있다. 기류채널(CN)의 일단은 히터(24)가 배치된 챔버(C1)로 개구되고 타단은 마우스피스와 연통될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 기류채널(CN)은 카트리지(19)의 챔버(C0)의 일측에서 카트리지(19)의 길이 방향을 따라 길게 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 기류채널(CN)은 카트리지(10)의 챔버(C0)를 관통하여 카트리지(19)의 길이 방향을 따라 길게 연장될 수 있다.
전원(11)은, 에어로졸 발생 장치의 구성요소들이 동작하도록 전력을 공급할 수 있다. 전원(11)은 배터리라 칭할 수 있다. 전원(11)은, 제어부(12), 센서(13), 카트리지 히터(24) 중 적어도 어느 하나에 전력을 공급할 수 있다.
제어부(12)는 에어로졸 발생 장치 전반의 동작을 제어할 수 있다. 제어부는 인쇄회로기판(PCB)에 실장될 수 있다. 제어부(12)는 전원(11), 센서(13), 카트리지(19) 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(12)는 에어로졸 발생 장치에 설치된 디스플레이, 모터 등의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(12)는 에어로졸 발생 장치의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 발생 장치가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수 있다.
제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 결과를 분석하고, 이후 수행될 처리들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 카트리지 히터(24)의 동작이 개시 또는 종료되도록 카트리지 히터(24)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 카트리지 히터(24)가 소정의 온도까지 가열되거나 적절한 온도를 유지할 수 있도록 카트리지 히터(24)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다.
센서(13)는 온도 센서, 퍼프 센서, 카트리지 감지 센서, 움직임 감지 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 카트리지 히터(24)의 온도, 전원(11)의 온도, 바디(10) 내외부의 온도 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 사용자의 퍼프(puff)를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 카트리지의 장착 여부를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센서(13)는 에어로졸 발생 장치의 움직임을 센싱할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치(1)의 블록도이다.
에어로졸 발생 장치(1)는 전원(11), 제어부(12), 센서(13), 출력부(14), 입력부(15), 통신부(16), 메모리(17) 및 적어도 하나의 히터(18, 24)를 포함할 수 있다. 다만, 에어로졸 발생 장치(1)의 내부 구조는 도 5에 도시된 것에 제한되지 않는다. 즉, 에어로졸 발생 장치(1)의 설계에 따라, 도 5에 도시된 구성 중 일부가 생략되거나 새로운 구성이 더 추가될 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
센서(13)는 에어로졸 발생 장치(1)의 상태 또는 에어로졸 발생 장치(1) 주변의 상태를 감지하고, 감지된 정보를 제어부(12)에 전달할 수 있다. 제어부(12)는 상기 감지된 정보에 기초하여, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 동작 제어, 흡연의 제한, 스틱(S) 및/또는 카트리지(19)의 삽입 여부 판단, 알림 표시 등과 같은 다양한 기능들이 수행되도록 에어로졸 발생 장치(1)를 제어할 수 있다.
센서(13)는 온도 센서(131), 퍼프 센서(132), 삽입 감지 센서(133), 재사용 감지 센서(134), 카트리지 감지 센서(135), 캡 감지 센서(136), 움직임 감지 센서(137) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
온도 센서(131)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)가 가열되는 온도를 감지할 수 있다. 에어로졸 발생 장치(1)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도를 감지하는 별도의 온도 센서를 포함하거나, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18) 자체가 온도 센서의 역할을 수행할 수 있다.
온도 센서(131)는, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(131)는, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도 변화에 대응하여 저항 값이 변하는 저항소자를 포함할 수 있다. 온도에 따라 저항이 변하는 성질을 이용한 소자인 서미스터(thermistor) 등에 의하여 구현될 수 있다. 이때, 온도 센서(131)는, 저항소자의 저항 값에 대응하는 신호를, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도에 대응하는 신호로 출력할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(131)는, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 저항 값을 검출하는 센서로 구성될 수 있다. 이때, 온도 센서(131)는, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 저항 값에 대응하는 신호를, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도에 대응하는 신호로 출력할 수 있다.
온도 센서(131)는 전원(11)의 온도를 모니터링하도록 전원(11)의 주위에 배치될 수 있다. 온도 센서(131)는, 전원(11)에 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(131)는, 전원(11)인 배터리의 일면에 부착될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(131)는, 인쇄회로기판의 일면에 실장될 수 있다.
온도 센서(131)는 바디(10)의 내부에 배치되어 바디(10)의 내부 온도를 감지할 수 있다.
퍼프 센서(132)는 기류 패스의 다양한 물리적 변화에 기초하여 사용자의 퍼프를 감지할 수 있다. 퍼프 센서(132)는, 퍼프에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 퍼프 센서(132)는 압력센서일 수 있다. 퍼프 센서(132)는, 에어로졸 발생 장치의 내부 압력에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 에어로졸 발생 장치(1)의 내부 압력은, 기체가 유동하는 기류 패스의 압력에 대응할 수 있다. 퍼프 센서(132)는, 에어로졸 발생 장치(1)에서 기체가 유동하는 기류 패스에 대응하여 배치될 수 있다.
삽입 감지 센서(133)는 스틱(S)의 삽입 및/또는 제거를 감지할 수 있다. 삽입 감지 센서(133)는 스틱(S)이 삽입 및/또는 제거됨에 따른 신호 변화를 감지할 수 있다. 삽입 감지 센서(133)는 삽입공간의 주변에 설치될 수 있다. 삽입 감지 센서(133)는 삽입공간 내부의 유전율 변화에 따라 스틱(S)의 삽입 및/또는 제거를 감지할 수 있다. 예를 들어, 삽입 감지 센서(133)는 인덕티브 센서 및/또는 커패시턴스 센서일 수 있다.
인덕티브 센서는, 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있다. 인덕티브 센서의 코일은, 삽입공간에 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 전류가 흐르는 코일의 주변에서 자기장이 변화하는 경우, 패러데이의 전자기 유도 법칙(Faraday's law)에 따라, 코일에 흐르는 전류의 특성이 변할 수 있다. 여기서, 코일에 흐르는 전류의 특성은, 교류 전류의 주파수, 전류값, 전압값, 인덕턴스 값, 임피던스 값 등을 포함할 수 있다.
인덕티브 센서는, 코일에 흐르는 전류의 특성에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 인덕티브 센서는, 코일의 인덕턴스 값에 대응하는 신호를 출력할 수 있다.
커패시턴스 센서는, 도전체를 포함할 수 있다. 커패시턴스 센서의 도전체는, 삽입공간에 인접하게 배치될 수 있다. 커패시턴스 센서는, 주변의 전자기적 특성, 예컨대, 도전체 주변의 정전용량에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 금속 재질의 래퍼를 포함하는 스틱(S)이 삽입공간에 삽입되는 경우, 스틱(S)의 래퍼에 의해 도전체 주변의 전자기적 특성이 변할 수 있다.
재사용 감지 센서(134)는 스틱(S)의 재사용 여부를 감지할 수 있다. 재사용 감지 센서(134)는 컬러 센서일 수 있다. 컬러 센서는 스틱(S)의 색상을 감지할 수 있다. 컬러 센서는 스틱(S)의 외부를 감싸는 래퍼의 일부의 색상을 감지할 수 있다. 컬러 센서는, 물체로부터 반사된 빛에 기초하여, 물체의 색상에 대응하는 광학적 특성에 대한 값을 검출할 수 있다. 예를 들어, 광학적 특성은, 빛의 파장일 수 있다. 컬러 센서는, 근접 센서와 하나의 구성으로 구현될 수도 있고, 근접 센서와 구분되는 별도의 구성으로 구현될 수도 있다.
스틱(S)을 구성하는 래퍼 중 적어도 일부는, 에어로졸에 의해 색상이 변할 수 있다. 재사용 감지 센서(134)는, 삽입공간에 스틱(S)이 삽입되는 경우에 있어서, 에어로졸에 의해 색상이 변하는 래퍼 중 적어도 일부가 배치되는 위치에 대응하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 사용자에 의해 스틱(S)이 사용되기 이전에는, 래퍼 중 적어도 일부의 색상이 제1 색상일 수 있다. 이때, 에어로졸 발생 장치(1)에 의해 생성된 에어로졸이 스틱(S)을 통과하는 동안 래퍼 중 적어도 일부가 에어로졸에 의해 적셔짐에 따라, 래퍼 중 적어도 일부의 색상이 제2 색상으로 변경될 수 있다. 한편, 래퍼 중 적어도 일부의 색상은, 제1 색상에서 제2 색상으로 변경된 후 제2 색상으로 유지될 수 있다.
카트리지 감지 센서(135)는 카트리지(19)의 장착 및/또는 제거를 감지할 수 있다. 카트리지 감지 센서(135)는, 인덕턴스 기반의 센서, 정전 용량형 센서, 저항 센서, 홀 효과(hall effect)를 이용한 홀 센서(hall IC) 등에 의하여 구현될 수 있다.
캡 감지 센서(136)는 캡의 장착 및/또는 제거를 감지할 수 있다. 캡이 바디(10)로부터 분리되는 경우, 캡에 의해 덮여 있던 카트리지(19) 및 바디(10)의 일부가 외부에 노출될 수 있다. 캡 감지 센서(136)는 접촉 센서, 홀 센서(hall IC), 광학 센서 등에 의하여 구현될 수 있다.
움직임 감지 센서(137)는 에어로졸 발생 장치의 움직임을 감지할 수 있다. 움직임 감지 센서(137)는 가속도 센서 및 자이로(gyro) 센서 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
센서(13)는 전술한 센서(131 내지 137) 외에, 습도 센서, 기압 센서, 지자기 센서(magnetic sensor), 위치 센서(GPS), 근접 센서 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 각 센서들의 기능은 그 명칭으로부터 통상의 기술자가 직관적으로 추론할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략될 수 있다.
출력부(14)는 에어로졸 발생 장치(1)의 상태에 대한 정보를 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다. 출력부(14)는 디스플레이(141), 햅틱부(142) 및 음향 출력부(143) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 디스플레이(141)와 터치 패드가 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부(141)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다.
디스플레이(141)는 에어로졸 발생 장치(1)에 대한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 장치(1)에 대한 정보는 에어로졸 발생 장치(1)의 전원(11)의 충/방전 상태, 히터(18)의 예열 상태, 스틱(S) 및/또는 카트리지(19)의 삽입/제거 상태, 캡의 장착/제거 상태, 또는 에어로졸 발생 장치(1)의 사용이 제한되는 상태(예: 이상 물품 감지) 등의 다양한 정보를 의미할 수 있고, 디스플레이(141)는 상기 정보를 외부로 출력할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(141)는 LED 발광 소자 형태일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(141)는 액정 디스플레이 패널(LCD), 유기 발광 디스플레이 패널(OLED) 등일 수 있다.
햅틱부(142)는 전기적 신호를 기계적인 자극 또는 전기적인 자극으로 변환하여 에어로졸 발생 장치(1)에 대한 정보를 사용자에게 촉각적으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 햅틱부(142)는 초기 전력이 설정 시간동안 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 공급된 경우, 초기 예열의 완료에 대응하는 진동을 발생시킬 수 있다. 햅틱부(142)는 진동 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
음향 출력부(143)는 에어로졸 발생 장치(1)에 대한 정보를 사용자에게 청각적으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 음향 출력부(143)는 전기 신호를 음향 신호로 변환하여 외부로 출력할 수 있다.
전원(11)은 에어로졸 발생 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급할 수 있다. 전원(11)은 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있다. 또한, 전원(11)은 에어로졸 발생 장치(1) 내에 구비된 다른 구성들인 센서(13), 출력부(14), 입력부(15), 통신부(16) 및 메모리(17)의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 전원(11)은 충전이 가능한 배터리이거나 일회용 배터리일 수 있다. 예를 들어, 전원(11)은 리튬폴리머(LiPoly) 배터리일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 5에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 발생 장치(1)는 전원 보호 회로를 더 포함할 수 있다. 전원 보호 회로는 전원(11)과 전기적으로 연결되고 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
전원 보호 회로는 소정 조건에 따라 전원(11)에 대한 전로를 차단할 수 있다. 예를 들어, 전원 보호 회로는 전원(11)의 전압 레벨이 과충전에 대응하는 제1 전압 이상인 경우 전원(11)에 대한 전로를 차단할 수 있다. 예를 들어, 전원 보호 회로는 전원(11)의 전압 레벨이 과방전에 대응하는 제2 전압 미만인 경우 전원(11)에 대한 전로를 차단할 수 있다.
히터(18)는 전원(11)으로부터 전력을 공급받아 스틱(S) 내의 매질 또는 에어로졸 생성 물질을 가열할 수 있다. 도 5에 도시되지는 않았으나, 에어로졸 발생 장치(1)는 전원(11)의 전력을 변환하여 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 공급하는 전력 변환 회로(예: DC/DC 컨버터)를 더 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 장치(1)가 유도 가열 방식으로 에어로졸을 생성하는 경우, 에어로졸 발생 장치(1)는 전원(11)의 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 DC/AC 컨버터를 더 포함할 수 있다.
제어부(12), 센서(13), 출력부(14), 입력부(15), 통신부(16) 및 메모리(17)는 전원(11)으로부터 전력을 공급받아 기능을 수행할 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았으나, 전원(11)의 전력을 변환하여 각각의 구성요소들에 공급하는 전력 변환 회로, 예를 들면 LDO(low dropout) 회로 또는 전압 레귤레이터 회로를 더 포함할 수 있다. 또한 도 5에 도시되지는 않았으나, 전원(11)과 히터(18) 사이에 노이즈 필터가 구비될 수 있다. 노이즈 필터는 저역 통과 필터(low pass filter)일 수 있다. 저역 통과 필터는 적어도 하나의 인덕터와 커패시터를 포함할 수 있다. 저역 통과 필터의 차단 주파수는 전원(11)에서 히터(18)로 인가되는 고주파 스위칭 전류의 주파수에 대응할 수 있다. 저역 통과 필터에 의해, 삽입 감지 센서(133) 등과 같은 센서(13)에 고주파 노이즈 성분이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에서, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)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(18)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(18)는 유도 가열 방식의 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(18)는 코일에 의해 인가된 자기장을 통해 발열하여, 에어로졸 생성 물질을 가열하는 서셉터를 포함할 수 있다.
입력부(15)는 사용자로부터 입력된 정보를 수신하거나, 사용자에게 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 입력부(15)는 터치 패널일 수 있다. 터치 패널은, 터치를 감지하는 터치 센서를 적어도 하나 포함할 수 있다. 예를 들어, 터치 센서는, 정전용량 방식의 터치 센서(capacitive touch sensor), 저항막 방식의 터치 센서(resistive touch sensor), 초음파 방식의 터치 센서(surface acoustic wave touch sensor), 적외선 방식의 터치 센서(infrared touch sensor) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
디스플레이(141) 및 터치 패널은, 하나의 패널로 구현될 수 있다. 예를 들어, 터치 패널은, 디스플레이(141) 내에 삽입(on-cell type 또는 in-cell type)될 수 있다. 예를 들어, 터치 패널은, 디스플레이 패널(141) 상에 애드-온(add-on type)될 수 있다.
한편, 입력부(15)는 버튼, 키 패드, 돔 스위치 (dome switch), 조그 휠, 조그 스위치 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
메모리(17)는 에어로졸 발생 장치(1) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 제어부(12)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(17)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(17)는 에어로졸 발생 장치(1)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(16)는 다른 전자 장치와의 통신을 위한 적어도 하나의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(16)는 근거리 통신부 및 무선 통신부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
근거리 통신부(short-range wireless communication unit)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 통신부는 셀룰러 네트워크 통신부, 인터넷 통신부, 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN) 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 5에 도시되지는 않았으나, 에어로졸 발생 장치(1)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, 전원(11)을 충전할 수 있다.
제어부(12)는 에어로졸 발생 장치(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 일 실시 예에서, 제어부(1)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(12)는 전원(11)의 전력을 히터(18)에 공급하는 것을 제어함으로써 히터(18)의 온도를 제어할 수 있다. 제어부(12)는, 온도센서(131)가 센싱한 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도에 기초하여, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도를 제어할 수 있다. 제어부(12)는, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도에 기초하여, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 공급되는 전력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는, 메모리(17)에 저장된 온도 프로파일에 기초하여, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 대한 목표 온도를 결정할 수 있다.
에어로졸 발생 장치(1)는 전원(11)과 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18) 사이에서 전원(11)과 전기적으로 연결되는 전력공급회로(미도시)를 포함할 수 있다. 전력공급회로는 카트리지 히터(24), 히터(18) 또는 유도코일(181)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전력공급회로는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 스위칭 소자는, 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT), 전계 효과 트랜지스터(Field Effective Transistor, FET) 등에 의하여 구현될 수 있다. 제어부(12)는 전력공급회로를 제어할 수 있다.
제어부(12)는 전력공급회로의 스위칭 소자의 스위칭을 제어함으로써 전력 공급을 제어할 수 있다. 전력공급회로는 전원(11)에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터일 수 있다. 예를 들어, 인버터는, 복수의 스위칭 소자를 포함하는 풀 브릿지(full-bridge) 회로 또는 하프 브릿지(half-bridge) 회로로 구성될 수 있다.
제어부(12)는, 전원(11)으로부터 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 전력이 공급되도록, 스위칭 소자를 턴-온시킬 수 있다. 제어부(12)는, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 대한 전력의 공급이 차단되도록, 스위칭 소자를 턴-오프시킬 수 있다. 제어부(12)는, 스위칭 소자에 입력되는 전류 펄스의 주파수 및/또는 듀티비를 조절하여, 전원(11)에서 공급되는 전류를 조절할 수 있다.
제어부(12)는 전력공급회로의 스위칭 소자의 스위칭을 제어함으로써 전원(11)에서 출력되는 전압을 제어할 수 있다. 전력변환회로는, 전원(11)에서 출력되는 전압을 변환할 수 있다. 예를 들어, 전력변환회로는, 전원(11)에서 출력되는 전압을 강압하는 벅 컨버터(Buck-converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력변환회로는, 벅-부스트 컨버터(Buck-boost converter), 제너 다이오드 등을 통해 구현될 수 있다.
제어부(12)는, 전력변환회로에 포함된 스위칭 소자의 온/오프 동작을 제어하여 전력변환회로에서 출력되는 전압의 레벨을 조절할 수 있다. 스위칭 소자의 온(on) 상태가 지속되는 경우, 전력변환회로에서 출력되는 전압의 레벨은, 전원(11)에서 출력되는 전압의 레벨에 해당할 수 있다. 스위칭 소자의 온/오프 동작에 대한 듀티비는, 전원(11)에서 출력되는 전압에 대한 전력변환회로에서 출력되는 전압의 비에 대응할 수 있다. 스위칭 소자의 온/오프 동작에 대한 듀티비가 감소할수록, 전력변환회로에서 출력되는 전압의 레벨이 감소할 수 있다. 히터(18)는, 전력변환회로에서 출력되는 전압에 기초하여 가열될 수 있다.
제어부(12)는, 펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 방식 및 비례-적분-미분(Proportional-Integral-Differential, PID) 방식 중 적어도 하나의 방식을 이용하여, 히터(18)에 전력이 공급되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(12)는, PWM 방식을 이용하여, 소정 주파수 및 듀티비를 가지는 전류 펄스가 히터(18)에 공급되도록 제어할 수 있다. 제어부(12)는, 전류 펄스의 주파수 및 듀티비를 조절하여, 히터(18)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(12)는, 온도 프로파일에 기초하여, 제어의 목표가 되는 목표 온도를 결정할 수 있다. 제어부(12)는, 히터(18)의 온도와 목표 온도의 차이 값, 차이 값을 시간의 흐름에 따라 적분한 값 및 차이 값을 시간의 흐름에 따라 미분한 값을 통한 피드백 제어 방식인 PID 방식을 이용하여, 히터(18)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
제어부(12)는, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도가 기 설정된 제한 온도를 초과하는 것에 기초하여, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 대한 전력의 공급이 중단되도록 전력변환회로의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도가 기 설정된 제한 온도를 초과하는 것에 기초하여, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 공급되는 전력량을 일정 비율만큼 줄일 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 카트리지 히터(24)의 온도가 제한 온도를 초과하는 것에 기초하여 카트리지(19)에 수용된 에어로졸 생성 물질이 소진된 것으로 판단할 수 있고, 카트리지 히터(24)에 대한 전력 공급을 차단할 수 있다.
제어부(12)는, 전원(11)의 충방전을 제어할 수 있다. 제어부(12)는, 온도센서(131)의 출력 신호에 기초하여 전원(11)의 온도를 확인할 수 있다.
에어로졸 발생 장치(1)의 배터리단자에 전력선이 연결되는 경우, 제어부(12)는, 전원(11)의 온도가 전원(11)의 충전을 차단하는 기준인 제1 제한 온도 이상인지 여부를 확인할 수 있다. 제어부(12)는, 전원(11)의 온도가 제1 제한 온도 미만인 경우 기 설정된 충전 전류에 기초하여, 전원(11)이 충전되도록 제어할 수 있다. 제어부(12)는, 전원(11)의 온도가 제1 제한 온도 이상인 경우, 전원(11)의 충전을 차단할 수 있다.
에어로졸 발생 장치(1)의 전원이 온(on)된 상태에서, 제어부(12)는, 전원(11)의 온도가 전원(11)의 방전을 차단하는 기준인 제2 제한 온도 이상인지 여부를 확인할 수 있다. 제어부(12)는, 전원(11)의 온도가 제2 제한 온도 미만인 경우 전원(11)에 저장된 전력을 사용하도록 제어할 수 있다. 제어부(12)는, 전원(11)의 온도가 제2 제한 온도 이상인 경우, 전원(11)에 저장된 전력의 사용을 중단할 수 있다.
제어부(12)는 전원(11)에 저장된 전력에 대한 잔여 용량을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는, 전원(11)의 전압 및/또는 전류 센싱 값에 기초하여, 전원(11)의 잔여 용량을 산출할 수 있다.
제어부(12)는 삽입감지센서(133)를 통해, 삽입공간에 스틱(S)이 삽입되는지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(12)는, 삽입감지센서(133)의 출력 신호에 기초하여, 스틱(S)이 삽입된 것을 판단할 수 있다. 삽입공간에 스틱(S)이 삽입된 것으로 판단한 경우, 제어부(12)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 전력을 공급하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 메모리(17)에 저장된 온도 프로파일에 기초하여, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 전력을 공급할 수 있다.
제어부(12)는, 삽입공간에서 스틱(S)이 제거되는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 삽입감지 센서(133)를 통해 삽입공간에서 스틱(S)이 제거되는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 히터(18)의 온도가 제한 온도 이상인 경우 또는 히터(18)의 온도 변화 기울기가 설정 기울기 이상인 경우, 삽입공간에서 스틱(S)이 제거된 것으로 판단할 수 있다. 삽입공간에서 스틱(S)이 제거된 것으로 판단한 경우, 제어부(12)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 대한 전력의 공급을 차단할 수 있다.
제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 스틱(S)의 상태에 따라 히터(18)에 대한 전력 공급 시간 및/또는 전력 공급량을 제어할 수 있다. 제어부(12)는 룩-업 테이블(lookup table)에 기초하여, 커패시턴스 센서의 신호의 레벨이 포함되는 레벨 범위를 확인할 수 있다. 제어부(12)는, 확인된 레벨 범위에 따라, 스틱(S)에 대한 수분량을 판단할 수 있다.
스틱(S)이 과습 상태인 경우에, 제어부(12)는 히터(18)에 대한 전력 공급 시간을 제어하여, 일반적인 상태인 경우보다 스틱(S)의 예열 시간을 증가시킬 수 있다.
제어부(12)는 재사용 감지 센서(134)를 통해, 삽입공간에 삽입된 스틱(S)의 재사용 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는, 재사용 감지 센서의 신호의 센싱 값을 제1 색상이 포함되는 제1 기준 범위와 비교하고, 센싱 값이 제1 기준 범위에 포함되는 경우, 스틱(S)이 사용되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는, 재사용 감지 센서의 신호의 센싱 값을 제2 색상이 포함되는 제2 기준 범위와 비교하고, 센싱 값이 제2 기준 범위에 포함되는 경우, 스틱(S)이 사용된 것으로 판단할 수 있다. 스틱(S)이 사용된 것으로 판단되는 경우, 제어부(12)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 대한 전력의 공급을 차단할 수 있다.
제어부(12)는, 카트리지 감지 센서(135)를 통해, 카트리지(19)의 결합 및/또는 제거 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는, 카트리지 감지 센서의 신호의 센싱 값에 기초하여, 카트리지(19)의 결합 및 또는 제거 여부를 판단할 수 있다.
제어부(12)는 카트리지(19)의 에어로졸 생성 물질의 소진 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 전력을 인가하여 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)를 예열하고, 예열 구간에서 카트리지 히터(24)의 온도가 제한 온도를 초과하는지를 판단하여, 카트리지 히터(24)의 온도가 제한 온도를 초과하는 경우 카트리지(19)의 에어로졸 생성 물질이 소진된 것으로 판단할 수 있다. 카트리지(19)의 에어로졸 생성 물질이 소진된 것으로 판단한 경우, 제어부(12)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 대한 전력의 공급을 차단할 수 있다.
제어부(12)는, 카트리지(19)의 사용 가능 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 메모리(17)에 저장된 데이터에 기초하여 현재 퍼프 횟수가 카트리지(19)에 설정된 최대 퍼프 횟수 이상인 경우, 카트리지(19)의 사용이 불가한 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 히터(24)가 가열된 총 시간이 기 설정된 최대 시간 이상이거나 히터(24)에 공급된 총 전력량이 기 설정된 최대 전력량 이상인 경우, 카트리지(19)에 대한 사용이 불가한 것으로 판단할 수 있다.
제어부(12)는, 퍼프 센서(132)를 통해, 사용자의 흡입에 관한 판단을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는, 퍼프 센서의 신호의 센싱 값에 기초하여, 퍼프의 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 퍼프 센서(132)의 신호의 센싱 값에 기초하여, 퍼프의 세기를 판단할 수 있다. 퍼프 횟수가 기 설정된 최대 퍼프 횟수에 도달한 경우 또는 기 설정된 시간 이상 퍼프가 감지되지 않은 경우, 제어부(12)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 대한 전력의 공급을 차단할 수 있다.
제어부(12)는, 캡 감지 센서(136)를 통해, 캡의 결합 및/또는 제거 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는, 캡 감지 센서의 신호의 센싱 값에 기초하여, 캡의 결합 및 또는 제거 여부를 판단할 수 있다.
제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 출력부(14)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 퍼프 센서(132)를 통해 카운트된 퍼프 횟수가 기 설정된 횟수에 도달하면, 제어부(12)는 디스플레이(141), 햅틱부(142) 및 음향 출력부(143) 중 적어도 하나를 통해 사용자에게 에어로졸 발생 장치(1)가 곧 종료될 것을 예고할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 삽입공간에 스틱(S)이 존재하지 않는다는 판단에 기초하여 출력부(14)를 통해 사용자에게 알릴 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 카트리지(19) 및/또는 캡이 장착되지 않는다는 판단에 기초하여 출력부(14)를 통해 사용자에게 알릴 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도에 대한 정보를 출력부(14)를 통해 사용자에게 전달할 수 있다.
제어부(12)는, 소정의 이벤트 발생에 기초하여 메모리(17)에 발생된 이벤트에 대한 이력을 저장하고 업데이트할 수 있다. 이벤트는 에어로졸 발생 장치(1)에서 수행되는, 스틱(S)의 삽입 감지, 스틱(S)의 가열 개시, 퍼프 감지, 퍼프 종료, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 과열 감지, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 대한 과전압 인가 감지, 스틱(S)의 가열 종료, 에어로졸 발생 장치(1)의 전원 온/오프(on/off) 등의 동작, 전원(11)에 대한 충전 개시, 전원(11)의 과충전 감지, 전원(11)에 대한 충전 종료 등을 포함할 수 있다. 이벤트에 대한 이력은 이벤트가 발생한 일시, 이벤트에 대응하는 로그 데이터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 이벤트가 스틱(S)의 삽입 감지인 경우, 이벤트에 대응하는 로그 데이터는, 삽입감지센서(133)의 센싱 값 등에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 소정의 이벤트가 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 과열 감지인 경우, 이벤트에 대응하는 로그 데이터는, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)의 온도, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 인가된 전압, 카트리지 히터(24) 및/또는 히터(18)에 흐르는 전류 등에 대한 데이터를 포함할 수 있다.
제어부(12)는, 사용자의 이동 단말기와 같은 외부 장치와 통신 링크를 형성하도록 제어할 수 있다. 통신 링크를 통해 외부 장치로부터 인증에 관한 데이터를 수신하면, 제어부(12)는 에어로졸 발생 장치(1)의 적어도 하나의 기능의 사용에 대한 제한을 해제할 수 있다. 여기서, 인증에 관한 데이터는, 외부 장치에 대응하는 사용자에 대한 사용자 인증의 완료를 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 사용자는, 외부 장치를 통해 사용자 인증을 수행할 수 있다. 외부 장치는 사용자의 생일, 사용자를 나타내는 고유 번호 등에 기초하여 사용자 데이터가 유효한지를 판단하고, 외부 서버로부터 에어로졸 발생 장치(1)의 사용 권한에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 외부 장치는 사용 권한에 대한 데이터에 기초하여, 에어로졸 발생 장치(1)로 사용자 인증의 완료를 나타내는 데이터를 전송할 수 있다. 사용자 인증이 완료된 경우, 제어부(12)는, 에어로졸 발생 장치(1)의 적어도 하나의 기능의 사용에 대한 제한을 해제할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는, 사용자 인증이 완료된 경우, 히터(18)에 전력을 공급하는 가열 기능의 사용에 대한 제한을 해제할 수 있다.
제어부(12)는, 외부 장치와 형성된 통신 링크를 통해 외부 장치로 에어로졸 발생 장치(1)의 상태에 대한 데이터를 전송할 수 있다. 외부 장치는 수신된 상태 데이터에 기초하여, 외부 장치의 디스플레이를 통해 에어로졸 발생 장치(1)의 전원(11)의 잔여용량, 동작 모드 등을 출력할 수 있다.
외부 장치는 에어로졸 발생 장치(1)의 위치 검색을 개시하는 입력에 기초하여, 에어로졸 발생 장치(1)로 위치 검색 요청을 전송할 수 있다. 외부 장치로부터 위치 검색 요청을 수신하는 경우, 제어부(12)는 수신된 위치 검색 요청에 기초하여, 출력장치 중 적어도 하나가 위치 검색에 대응하는 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 위치 검색 요청에 대응하여 햅틱부(142)가 진동을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 위치 검색 요청에 대응하여 디스플레이(141)가 위치 검색 및 검색 종료에 대응하는 오브젝트를 출력할 수 있다.
제어부(12)는, 외부 장치로부터 펌웨어 데이터를 수신하면, 펌웨어 업데이트를 수행하도록 제어할 수 있다. 외부 장치는 에어로졸 발생 장치(1)의 펌웨어의 현재 버전을 확인하고, 펌웨어의 새로운 버전이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 외부 장치는 펌웨어 다운로드를 요청하는 입력이 수신되는 경우, 새로운 버전의 펌웨어 데이터를 수신하고, 새로운 버전의 펌웨어 데이터를 에어로졸 발생 장치(1)로 전송할 수 있다. 제어부(12)는 새로운 버전의 펌웨어 데이터를 수신함에 따라, 에어로졸 발생 장치(1)의 펌웨어 업데이트가 수행되도록 제어할 수 있다.
제어부(12)는, 통신부(16)를 통해 적어도 하나의 센서(13)의 센싱 값에 대한 데이터를 외부 서버(미도시)에 전송하고, 서버로부터 딥 러닝(deep learning) 등 머신 러닝(machine learning)을 통해 센싱 값을 학습하여 생성된 학습 모델을 수신 및 저장할 수 있다. 제어부(12)는, 서버로부터 수신된 학습 모델을 사용하여, 사용자의 흡입 패턴을 판단하는 동작, 온도 프로파일을 생성하는 동작 등을 수행할 수 있다. 제어부(12)는, 메모리(17)에 적어도 하나의 센서(13)의 센싱 값 데이터 및 인공신경망(ANN)을 학습하기 위한 데이터 등을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(17)는, 인공신경망(ANN)을 학습하기 위한, 에어로졸 발생 장치(1)에 구비된 각 구성에 대한 데이터베이스, 인공신경망(ANN) 구조를 이루는 웨이트(weight), 바이어스(bias)들을 저장할 수 있다. 제어부(12)는, 메모리(17)에 저장된, 적어도 하나의 센서(13)의 센싱 값에 대한 데이터, 사용자의 흡입 패턴, 온도 프로파일 등을 학습하여, 사용자의 흡입 패턴의 판단, 온도 프로파일의 생성 등에 사용되는 학습 모델을 적어도 하나 생성할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치(2)를 나타내고, 도 7은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치(2)의 표면파 발생부(28)를 나타낸다. 도 8은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치(2)의 표면파 발생부(280)의 변환기(282a)와 리플렉터(283)를 나타내고, 도 9는 도 8의 변환기의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 6을 참조하여, 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치(2)는 표면파(Surface Acoustic Wave)를 이용하여 저장부(29)에 저장된 액상을 에어로졸화 시킬 수 있다. 에어로졸 발생 장치(2)는 바디(20), 전원(21), 제어부(22), 표면파 발생부(28) 및 저장부(29)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 바디(20)는 제 1 면(201), 제 1 면(201)의 반대 측의 제 2 면(202) 및 제 1 면(201)과 제 2 면(202) 사이의 사이드 면(203)을 포함할 수 있다. 바디(20)의 제 1 면(201)에는 마우스피스 단부(ME)가 제공될 수 있다. 마우스피스 단부(ME)는 사용자가 에어로졸을 흡입하는데 사용될 수 있다. 일 예로, 마우스피스 단부(ME)는 사용자의 구부와 맞닿는 부분으로서, 에어로졸은 기류 채널(CN)을 통하여 마우스피스 단부(ME)를 거쳐 사용자에게 이행될 수 있다. 다른 예로, 마우스피스 단부(ME)는 에어로졸 발생 물품(예: 도 1 또는 도 2의 스틱(S))이 삽입되는 내부공간(삽입공간)으로 구성될 수 있다. 내부공간은 에어로졸 발생 물품이 삽입 가능하도록 바디(20)의 내부를 향해(예: 도 6에서 -X방향을 향해) 소정 깊이만큼 함몰되어 형성될 수 있다. 내부공간의 깊이는 에어로졸 발생 물품에서 에어로졸 생성 물질 및/또는 매질이 포함된 영역의 길이에 대응될 수 있다. 에어로졸 발생 물품의 상류는 바디(20) 내부에 삽입되고, 에어로졸 발생 물품의 하류는 바디(20)의 외부로 노출될 수 있다. 사용자는 외부로 노출된 에어로졸 발생 물품을 입에 물고 에어로졸을 흡입할 수 있다.
전원(21)은 에어로졸 발생 장치(2)의 구성요소들이 동작하도록 전력을 공급할 수 있다. 전원(21)은 배터리라 칭할 수 있다. 전원(21)은 제어부(22) 및 표면파 발생부(28) 중 적어도 어느 하나에 전력을 공급할 수 있다.
제어부(22)는 에어로졸 발생 장치(2) 전반의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(22)는 인쇄회로기판(PCB)에 실장될 수 있다. 제어부(22)는 전원(21) 및 표면파 발생부(28) 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(22)는 에어로졸 발생 장치(2)에 설치된 디스플레이, 모터 등의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(22)는 에어로졸 발생 장치(2)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 발생 장치(2)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수 있다.
일 실시 예에서, 저장부(29)는 적어도 하나 이상의 에어로졸 형성 기재를 저장할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 액체 상태, 고체 상태, 기체 상태, 겔(gel) 상태 등의 다양한 상태들 중 어느 하나의 상태를 갖는 에어로졸 생성 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 물질은 액상 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 액상 조성물은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다.
저장부(29) 및/또는 표면파 발생부(28)는 제어부(22)로부터 전달되는 전기 신호 또는 무선 신호 등에 의해 작동함으로써, 저장부(29) 내부의 에어로졸 형성 기재의 상(phase)은 표면파 발생부(28)에 의해 기체의 상으로 변환하여 에어로졸이 발생될 수 있다. 에어로졸은 에어로졸 형성 기재로부터 발생한 증기화된 입자 및 공기가 혼합된 상태의 기체를 의미할 수 있다.
저장부(29)는 에어로졸 형성 기재가 되는 기능성 물질을 저장할 수 있다. 기능성 물질은 기상, 액상, 고상 중 적어도 어느 하나의 형태로 저장부(29) 내부에 저장될 수 있다. 예를 들어, 기능성 물질은 니코틴, 글리세린, 프로필렌 글리콜, 멘솔 등의 향료 또는 천식, 만성폐쇄성질환 등과 같은 호흡계 질환 치료를 위한 약물, 아로마 등의 오일, 카페인, 타우린, 백신 등을 포함할 수 있다. 기능성 물질은 위에 기재된 예시들에 한정되지 않고, 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 저장부(29)는 복수로 구성될 수 있고, 복수의 저장부(29)에 저장되는 기능성 물질은 동일할 수 있고 다를 수도 있다. 예를 들어, 복수의 저장부(29)에 저장된 기능성 물질이 동일한 경우, 복수의 저장부(29) 중 하나가 전부 사용되었을 때, 나머지 저장부(29)는 스페어(spare) 역할을 할 수 있다. 복수의 저장부(29)에 저장된 기능성 물질이 상이한 경우, 사용자의 기호에 따라 복수의 저장부(29) 중 어느 하나를 선택하여 에어로졸화 시킬 수 있다.
저장부(29)는 바디(20) 내의 무화 영역(예: 도 7의 무화 영역(AA))에 인접하게 배치될 수 있다. 저장부(29)는 교체 가능할 수 있으며, 예를 들어, 저장부(29)는 사이드 면(203)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다. 이에 따라, 저장부(29)는 에어로졸 발생 장치(2)의 외관을 형성하는 바디(20)의 측면에서 교체 가능하여 사용자에게 편리함을 제공할 수 있다.
일 실시 예에서, 저장부(29)와 무화 영역 사이에는, 저장부(29)로부터의 에어로졸 형성 기재를 무화 영역으로 제공하는 미세 유로 형성부(미도시)가 더 포함될 수 있다. 미세 유로 형성부는 저장부(29)의 일 측과 연결된 미세 유로 입구 및 무화 영역을 향하는 미세 유로 출구를 포함할 수 있다.
미세 유로 형성부는 능동적이고 정량적으로 고점도의 액상(에어로졸 형성 기재)을 무화 영역으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 미세 유로 형성부는 포토리소그래피 및 소프트리소그래피 공정에 의해 투명한 탄성중합체인 PDMS(polydimethylsiloxane) 재질의 미세유로로 제작될 수 있다. 미세 유로 형성부의 미세 유로 입구는 튜브를 통해서 저장부(29)와 연결될 수 있으며, 펌프에 의해서 원하는 유량의 액상(에어로졸 형성 기재)의 정량 공급이 가능하다. 펌프와 미세 유로 입구 사이에는 마이크로유체 커넥터(microfluidic connector)가 구비될 수 있으며, 상기 마이크로유체 커넥터는 튜브가 액상의 이동에 장애 요인이 되는 것을 방지할 수 있다. 미세 유로 출구의 폭과 높이는 액상(에어로졸 형성 기재)의 액막의 두께를 작게 유지하도록 설정될 수 있다. 표면파 유도 에어로졸화에서의 주요 작동 변수는 액상의 물성치(예: 점도, 밀도, 표면장력 등), 액막의 폭과 높이, 및 인가되는 표면파의 주파수와 세기일 수 있으며, 이들을 고려하여 미세 유로 출구의 폭과 높이가 설정될 수 있다. 예를 들어, 미세 유로 출구의 폭과 높이는 200㎛및 100㎛로 설정될 수 있다.
표면파 발생부(28)는 무화 영역과 연결되고 표면파을 생성할 수 있다. 표면파 발생부(28)에 대해서는 도 7 내지 9를 참조하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
도 7을 참조하여, 표면파 발생부(28)는 무화 영역(AA)에 연결된 압전기판(281), 압전기판(281) 상에 배치되는 변환기(282)를 포함할 수 있다.
압전기판(281)은 전기적 에너지와 기계적 에너지를 상호 변환할 수 있는 압전물질을 포함할 수 있다. 압전기판(281)은 표면파가 전달되는 표면을 형성할 수 있다.
변환기(282; interdigital transducer)는 압전기판(281) 위에 배치될 수 있으며, 예를 들어 압전기판(281) 위에 증착될 수 있다. 변환기(282)는 전원(21) 및/또는 제어부(22)로부터 전달된 전기 신호를 표면파로 변환할 수 있다. 예를 들어, 변환기(282)는 반도체 식각공정을 통하여 손가락이 엇갈려 있는 형태(빗살무늬 형태)로 압전물질의 표면에 패터닝될 수 있고, 변환기(282)의 간격에 상응하는 작동주파수를 갖는 AC 전압이 해당 변환기(282)에 가해지면 압전기판(281)의 압전물질의 기계적 수축과 팽창을 통해서 압전기판(281)의 표면을 따라 진행하는 표면파가 발생될 수 있다. 변환기(282)를 통해 생성된 표면파는 상기 무화 영역(AA) 내에 음향장을 형성하여 상기 무화 영역(AA) 상에 제공된 저장부(예: 도 6의 저장부(29))로부터의 에어로졸 형성 기재를 에어로졸화 할 수 있다. 표면파에 의해 생성된 에어로졸은 그 입자의 크기가 미세하고 균일할 수 있다.
일 실시 예에서, 변환기(282)는 복수로 구성될 수 있다. 예를 들어, 변환기(282)는 제 1 변환기(282a) 및 제 2 변환기(282b)를 포함할 수 있다. 제 1 변환기(282a)와 제 2 변환기(282b)는 무화 영역(AA)을 사이에 두고 서로 마주보게 배치될 수 있다. 두 개의 변환기(제 1 변환기(282a) 및 제 2 변환기(282b))에서 각각 생성된 진행(travelling) 표면파가 만나 정상파(standing wave)를 형성하여 위상이 통일된 표면파의 진폭이 극대화될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 변환기(제 1 변환기(282a) 및 제 2 변환기(282b))의 간격은 약 65 내지 200λ로 설계되어, 정상 표면파가 잘 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 표면파 발생부(28)는 변환기(282)로부터의 표면파를 반사시키는 리플렉터(283)를 더 포함할 수 있다. 리플렉터(283)는 변환기(282)를 사이에 두고 무화 영역(AA)의 반대 측에 배치될 수 있다. 리플렉터(283)를 통해서 변환기(282)에서 양방향으로(예: 도 7에서 +/- Y방향) 생성되는 두 방향의 진행 표면파를 한 방향으로(예: 도 7에서, 제 1 변환기(282a)를 기준으로, -Y방향, 제 2 변환기(282b)를 기준으로 +Y방향) 집속 시킬 수 있다. 리플렉터(283)는 활용되는 표면파의 진폭을 극대화할 수 있다. 리플렉터(283)는 파동의 반사에 가장 효율적인 클로즈 타입(close type)으로 구성될 수 있다.
도 8을 참조하여, 변환기(예: 제 1 변환기(282a))와 리플렉터(283)는 이격될 수 있고, 이격 거리(d)는 변환기(282)의 전극 핑거(예: 도 9의 제 1 전극 핑거(28211) 또는 제 2 전극 핑거(28221)의 폭과 대응하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 변환기(282)의 전극의 끝단과 리플렉터(283) 사이의 간격인 이격 거리(d)는 파장의 1/4가 되도록 최소 수치로 설계하여 기판(예: 도 7의 압전기판(281)) 상에서의 음파 감쇄가 최소화되게 할 수 있다.
도 9를 참조하여, 변환기(282)는 제 1 전극 세트(2821) 및 제 2 전극 세트(2822)를 포함할 수 있다. 변환기(282)는 제 1 전극 세트(2821)와 제 2 전극 세트(2822)를 포함함으로써, 손가락이 엇갈린 형태와 같은 빗살 무늬 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 변환기(282)는 전극의 폭(λ/4)과 전극 간격(λ/4)이 동일한 빗살무늬 형태의 전극을 포함하도록 설계되어, 표면파 생성 소자의 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
제 1 전극 세트(2821)는 제 2 전극 세트(2822)의 제 2 버스 바(28222)를 향해 연장하는 복수의 제 1 전극 핑거들(28211)을 포함할 수 있다. 제 2 전극 세트(2822)는 제 1 전극 세트(2821)의 제 1 버스 바(28212)를 향해 연장하는 제 2 전극 핑거들(28221)을 포함할 수 있다. 제 1 전극 핑거(28211)와 제 2 전극 핑거(28221)는 교번적으로 배열될 수 있다.
일 실시 예에서, 제 1 전극 핑거(28211)와 제 2 전극 핑거(28221)는 등간격(λ/4)으로 배열될 수 있다. 제 1 전극 핑거(28211)의 폭(λ/4) 또는 제 2 전극 핑거(28221)의 폭(λ/4) 중 적어도 어느 하나는 제 1 전극 핑거(28211)와 제 2 전극 핑거(28221) 사이의 이격 거리(λ/4)와 동일할 수 있다.
제 1 전극 세트(2821)는 제 1 전극 핑거들(28211)이 연결된 제 1 버스 바(28212) 및 제 1 버스 바(28212)의 일 단에 연결된 제 1 전극 패드(28213)를 더 포함할 수 있다. 제 2 전극 세트(2822)는 제 2 전극 핑거들(28221)이 연결된 제 2 버스 바(28222) 및 제 2 버스 바(28222)의 일 단에 연결된 제 2 전극 패드(28223)를 더 포함할 수 있다. 제 1 버스 바(28212)와 제 2 버스 바(28222)는 서로 평행할 수 있다. 예를 들어, 제 1 버스 바(28212)는 제 1 전극 패드(28213)로부터 무화 영역(예: 도 7의 무화 영역(AA))을 향해 연장할 수 있고, 제 2 버스 바(28222)는 제 2 전극 패드(28223)로부터 무화 영역(예: 도 7의 무화 영역(AA))을 향해 연장할 수 있다.
일 실시 예에서, 변환기(232)는 타이타늄(Ti)/알루미늄(Al)/이산화규소(SiO2)/타이타늄(Ti)/알루미늄(Al)의 5층 금속 박막을 활용하여 제조됨으로써, 생성되는 표면파의 에너지효율이 극대화될 수 있다. 이때 이산화규소층은 전극을 보호하는 절연층으로서의 역할을 수행할 수 있다. 변환기(282)의 전극(제 1 전극 핑거(28211) 및/또는 제 2 전극 핑거(28221)) 부분의 두께보다 패드(제 1 패드(28213) 및/또는 제 2 패드(28223)) 및/또는 버스 바(제 1 버스 바(28212) 및/또는 제 2 버스 바(28222))의 두께가 두껍게 증착되어, 인가되는 전계가 최대한 변환기(282)에만 잘 형성될 수 있도록 할 수 있다.
예를 들어, 변환기(282)는 포토마스크를 바탕으로 다음과 같은 공정을 통해 제작될 수 있다. 액상의 무화 구현을 위해 수반되는 고전압으로 인한 기판파손을 방지하고자 내구도가 가장 좋은 Black LN 웨이퍼를 바탕으로 이를 황산과 과산화수소 용액을 활용하여 LN 웨이퍼의 세정(cleaning) 공정이 진행될 수 있다. 세정을 마친 웨이퍼에 네거티브 포토레지스트(Negative PR)를 활용하여 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 진행하며 이때 상기 제시된 1차 금속 패터닝 포토마스크를 활용하여 변환기 영역을 제외한 부분에 포토레지스트가 잔류하게 되고 변환기 영역은 디벨롭(Develop) 공정을 통해 포토레지스트가 제거 될 수 있도록 한다. 이후 전자 빔 증착(E-beam evaporation)을 통해 1차 금속 도포를 진행한 뒤 리프트 오프(lift off) 과정을 거쳐 변환기를 제외한 영역의 금속과 포토레지스트를 제거하는 과정을 거칠 수 있다. 이후 무화된 액체로부터의 변환기 손상을 방지하기 위해 이산화규소 패터닝 마스크를 활용하여 SiO2로 구성된 절연층을 형성하는 과정을 거칠 수 있다. 절연층 형성 이후 변환기 내 형성되는 저항을 최소화 하기 위해 2차 금속 패터닝 포토마스크를 활용하여 2차 금속 도포를 진행할 수 있고 전반적인 과정은 1차 금속도포와 동일하되 2차 금속도포 과정에서는 변환기의 패드 부분에 높은 높이를 갖도록 2차 금속 도포를 진행할 수 있다.
가열식 에어로졸 발생 장치(예: 가열식 인헤일러)의 경우에는, 약 250도의 온도 조건이 요구되어 고온으로 인해 사용되는 액상 흡입제의 변질이 우려될 수 있다. 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치(2)는 약 100도 이내에서 고점도 액상의 분무가 가능하여 액상의 에어로졸 형성 기재의 변질이 방지될 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치(2)에 의하면, 소음 발생을 줄일 수 있고, 풍부한 무화량을 구현할 수 있으며, 균일하고 작은 분무 입자를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치(2)는, 제 1 면(201), 제 1 면(201)의 반대측의 제 2 면(202) 및 상기 제 1 면(201)과 제 2 면(202) 사이의 사이드 면(203)을 포함하고 상기 제 1 면(201)에 배치되는 마우스피스 단부(ME)를 포함하는 바디(20), 상기 바디(20) 내에 배치되고 상기 마우스피스 단부(ME)에 연결되는 무화 영역(AA), 상기 무화 영역(AA)에 연결되고 에어로졸 형성 기재를 저장하는 저장부(29) 및 상기 무화 영역(AA)에 연결되고 표면파를 생성하는 표면파 발생부(28)를 포함하고, 상기 표면파 발생부(28)는, 상기 무화 영역(AA)으로 연장하는 압전기판(281) 및 상기 압전기판(281) 상에 배치되는 변환기(282)를 포함하고, 상기 변환기(282)는 전기신호를 표면파로 변환하고, 상기 표면파는 상기 무화 영역(AA)으로 제공되며, 상기 변환기(282)는 빗살 무늬 형태를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 변환기(282)는, 제 1 전극 세트(2821) 및 상기 제 1 전극 세트(2821)와 마주하는 제 2 전극 세트(2822)를 포함하고, 상기 제 1 전극 세트(2821)는, 상기 제 2 전극 세트(2822)를 향해 연장하는 복수의 제 1 전극 핑거들(28211)을 포함하고, 상기 제 2 전극 세트(2822)는, 상기 제 1 전극 세트(2821)를 향해 연장하는 복수의 제 2 전극 핑거들(28221)을 포함하며, 상기 제 1 전극 핑거(28211)와 상기 제 2 전극 핑거(28221)는 교번적으로 배열될 수 있다.
상기 제 1 전극 세트(2821)는, 상기 제 1 전극 핑거들(28211)이 연결된 제 1 버스 바(28212) 및 상기 제 1 버스 바(28212)의 일 단에 연결된 제 1 전극 패드(28213)를 더 포함하고, 상기 제 2 전극 세트(2822)는, 상기 제 2 전극 핑거들(28221)이 연결된 제 2 버스 바(28222) 및 상기 제 2 버스 바(28222)의 일 단에 연결된 제 2 전극 패드(28223)를 더 포함하며, 상기 제 1 버스 바(28212)와 상기 제 2 버스 바(28222)는 서로 평행할 수 있다.
상기 제 1 버스 바(28212)는 상기 제 1 전극 패드(28213)로부터 상기 무화 영역(AA)을 향해 연장하고, 상기 제 2 버스 바(28222)는 상기 제 2 전극 패드(28223)로부터 상기 무화 영역(AA)을 향해 연장할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제 1 전극 핑거들(28211)과 상기 제 2 전극 핑거들(28221)은 등간격으로 배열될 수 있다.
상기 제 1 전극 핑거(28211)의 폭 또는 상기 제 2 전극 핑거(28221)의 폭 중 적어도 어느 하나는 상기 제 1 전극 핑거(28211)와 상기 제 2 전극 핑거(28221) 사이의 이격 거리와 동일할 수 있다.
상기 표면파 발생부(28)는 상기 변환기(282)로부터의 표면파를 반사시키는 리플렉터(283)를 더 포함하고, 상기 리플렉터(283)는 상기 변환기(282)를 사이에 두고 상기 무화 영역(AA)의 반대 측에 배치될 수 있다.
상기 변환기(282)는 한 쌍으로 구성되고, 한 쌍의 변환기(282)는 상기 무화 영역(AA)을 사이에 두고 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 저장부(29)와 상기 무화 영역(AA) 사이에, 상기 저장부(29)로부터의 에어로졸 형성 기재를 상기 무화 영역(AA)으로 제공하는 미세 유로 형성부를 더 포함하고, 상기 미세 유로 형성부는, 상기 저장부(29)의 일 측과 연결되는 미세 유로 입구 및 상기 무화 영역(AA)을 향하는 미세 유로 출구를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치(2)는, 제 1 면(201), 상기 제 1 면(201)의 반대측의 제 2 면(202) 및 상기 제 1 면(201)과 상기 제 2 면(202) 사이의 사이드 면(203)을 포함하고, 상기 제 1 면(201)에 배치되는 마우스피스 단부(ME)를 포함하는 바디(20), 상기 바디(20) 내에 배치되고 상기 마우스피스 단부(ME)에 연결되는 무화 영역(AA), 상기 무화 영역(AA)에 연결되고 에어로졸 형성 기재를 저장하는 저장부(29) 및 상기 무화 영역(AA)에 연결되고 표면파를 생성하는 표면파 발생부(28)를 포함하고, 상기 표면파 발생부(28)는, 상기 무화 영역(AA)으로 연장하는 압전기판(281), 상기 압전기판(281) 상에 배치되는 변환기(282) 및 상기 변환기(282)를 사이에 두고 상기 무화 영역(AA)의 반대 측에 배치되는 리플렉터(282)를 포함하고, 상기 변환기(282)는 전기신호를 표면파로 변환시키고, 상기 표면파는 상기 무화 영역(AA)으로 제공되고, 상기 리플렉터(283)는 상기 변환기(282)로부터의 표면파를 상기 무화 영역(AA)으로 반사 시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 변환기(282)는 한 쌍으로 구성되고, 한 쌍의 변환기(282)는 상기 무화 영역(AA)을 사이에 두고 배치될 수 있다.
상기 변환기(282)와 상기 리플렉터(283)는 서로 이격될 수 있다.
상기 변환기(282)와 상기 리플렉터(283)의 이격 거리는 상기 변환기(282)의 전극 핑거(28211, 28221)의 폭과 대응하도록 설정될 수 있다.
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.
Claims (13)
- 제 1 면, 제 1 면의 반대측의 제 2 면 및 상기 제 1 면과 제 2 면 사이의 사이드 면을 포함하고, 상기 제 1 면에 배치되는 마우스피스 단부를 포함하는, 바디;
상기 바디 내에 배치되고, 상기 마우스피스 단부에 연결되는 무화 영역;
상기 무화 영역에 연결되고, 에어로졸 형성 기재를 저장하는 저장부; 및
상기 무화 영역에 연결되고, 표면파를 생성하는 표면파 발생부;
를 포함하고,
상기 표면파 발생부는,
상기 무화 영역으로 연장하는 압전기판; 및
상기 압전기판 상에 배치되는 변환기;
를 포함하고,
상기 변환기는 전기신호를 표면파로 변환하고, 상기 표면파는 상기 무화 영역으로 제공되며, 상기 변환기는 빗살 무늬 형태를 가지는,
에어로졸 발생 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 변환기는,
제 1 전극 세트;
상기 제 1 전극 세트와 마주하는 제 2 전극 세트;
를 포함하고,
상기 제 1 전극 세트는, 상기 제 2 전극 세트를 향해 연장하는 복수의 제 1 전극 핑거들을 포함하고,
상기 제 2 전극 세트는, 상기 제 1 전극 세트를 향해 연장하는 복수의 제 2 전극 핑거들을 포함하며,
상기 제 1 전극 핑거와 상기 제 2 전극 핑거는 교번적으로 배열되는,
에어로졸 발생 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극 세트는,
상기 제 1 전극 핑거들이 연결된 제 1 버스 바 및 상기 제 1 버스 바의 일 단에 연결된 제 1 전극 패드를 더 포함하고,
상기 제 2 전극 세트는,
상기 제 2 전극 핑거들이 연결된 제 2 버스 바 및 상기 제 2 버스 바의 일 단에 연결된 제 2 전극 패드를 더 포함하며,
상기 제 1 버스 바와 상기 제 2 버스 바는 서로 평행한,
에어로졸 발생 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 버스 바는 상기 제 1 전극 패드로부터 상기 무화 영역을 향해 연장하고,
상기 제 2 버스 바는 상기 제 2 전극 패드로부터 상기 무화 영역을 향해 연장하는,
에어로졸 발생 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극 핑거들과 상기 제 2 전극 핑거들은 등간격으로 배열되는,
에어로졸 발생 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 전극 핑거의 폭 또는 상기 제 2 전극 핑거의 폭 중 적어도 어느 하나는 상기 제 1 전극 핑거와 상기 제 2 전극 핑거 사이의 이격 거리와 동일한,
에어로졸 발생 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 표면파 발생부는 상기 변환기로부터의 표면파를 반사시키는 리플렉터를 더 포함하고,
상기 리플렉터는 상기 변환기를 사이에 두고 상기 무화 영역의 반대 측에 배치되는,
에어로졸 발생 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 변환기는 한 쌍으로 구성되고,
한 쌍의 변환기는 상기 무화 영역을 사이에 두고 배치되는,
에어로졸 발생 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 저장부와 상기 무화 영역 사이에, 상기 저장부로부터의 에어로졸 형성 기재를 상기 무화 영역으로 제공하는 미세 유로 형성부를 더 포함하고,
상기 미세 유로 형성부는,
상기 저장부의 일 측과 연결되는 미세 유로 입구; 및
상기 무화 영역을 향하는 미세 유로 출구;
를 포함하는,
에어로졸 발생 장치. - 제 1 면, 상기 제 1 면의 반대측의 제 2 면 및 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이의 사이드 면을 포함하고, 상기 제 1 면에 배치되는 마우스피스 단부를 포함하는, 바디;
상기 바디 내에 배치되고, 상기 마우스피스 단부에 연결되는 무화 영역;
상기 무화 영역에 연결되고, 에어로졸 형성 기재를 저장하는 저장부; 및
상기 무화 영역에 연결되고, 표면파를 생성하는 표면파 발생부;
를 포함하고,
상기 표면파 발생부는,
상기 무화 영역으로 연장하는 압전기판;
상기 압전기판 상에 배치되는 변환기; 및
상기 변환기를 사이에 두고 상기 무화 영역의 반대 측에 배치되는 리플렉터;
를 포함하고,
상기 변환기는 전기신호를 표면파로 변환시키고, 상기 표면파는 상기 무화 영역으로 제공되고, 상기 리플렉터는 상기 변환기로부터의 표면파를 상기 무화 영역으로 반사시키는,
에어로졸 발생 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 변환기는 한 쌍으로 구성되고,
한 쌍의 변환기는 상기 무화 영역을 사이에 두고 배치되는,
에어로졸 발생 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 변환기와 상기 리플렉터는 서로 이격되는,
에어로졸 발생 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 변환기와 상기 리플렉터의 이격 거리는 상기 변환기의 전극 핑거의 폭과 대응하도록 설정되는,
에어로졸 발생 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2023/015072 WO2024072123A1 (ko) | 2022-09-28 | 2023-09-27 | 에어로졸 발생 장치 |
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|---|---|---|---|
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- 2023-09-27 KR KR1020230130532A patent/KR20240044372A/ko unknown
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