KR20240047923A - 에어로졸 발생물품 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

에어로졸 발생물품 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 시스템 Download PDF

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KR20240047923A
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aerosol
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control unit
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정용미
서만석
김문원
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주식회사 케이티앤지
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Abstract

일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품은, 매질 세그먼트 및 상기 매질 세그먼트의 하류에 배치되는 하류 세그먼트를 포함하고, 상기 하류 세그먼트의 외면에는 천공이 형성되고, 상기 천공은 상기 에어로졸 발생 물품의 둘레 방향을 따라서 배열되어 천공 열을 형성하고, 상기 둘레 방향을 따르는 상기 천공의 폭과 상기 폭에 수직한 상기 천공의 길이의 비율은 10:1보다 작거나 같을 수 있다.

Description

에어로졸 발생물품 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 시스템 {Aerosol Generating Article and Aerosol Generating System including the same}
아래의 다양한 실시 예들은 에어로졸 발생물품 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 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 에어로졸 발생 물품 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸의 온열감을 감소시키고자 한다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸의 공기 희석율을 증가시키고자 한다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 시스템은 제조 비용의 실질적인 상승 없이 온열감 감소를 구현하고자 한다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생물품은, 매질 세그먼트 및 상기 매질 세그먼트의 하류에 배치되는 하류 세그먼트를 포함하고, 상기 하류 세그먼트의 외면에는 천공이 형성되고, 상기 천공은 상기 에어로졸 발생 물품의 둘레 방향을 따라서 배열되어 천공 열을 형성하고, 상기 둘레 방향을 따르는 상기 천공의 폭 방향과 상기 폭 방향에 수직한 상기 천공의 길이 방향의 비율은 10:1보다 작거나 같을 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 시스템은, 에어로졸 발생 물품, 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 제어부, 상기 에어로졸 발생 물품이 수용되는 내부공간, 액상 조성물 또는 상기 에어로졸 발생 물품을 가열하는 히터를 포함하는 에어로졸 발생 장치를 포함하고, 상기 에어로졸 발생 물품은, 상류 필터 세그먼트, 상기 상류 필터 세그먼트의 하류에 배치되는 매질 세그먼트, 상기 매질 세그먼트의 하류에 배치되는 냉각 세그먼트 및 상기 냉각 세그먼트의 하류에 배치되는 하류 필터 세그먼트를 포함하고, 상기 냉각 세그먼트의 외면에는 천공이 형성되고, 상기 냉각 세그먼트의 둘레 방향을 따르는 상기 천공의 폭 방향과 상기 폭 방향에 수직한 상기 천공의 길이 방향의 비율은 10:1보다 작거나 같을 수 있다.
일 실시 예에 따르는 에어로졸 발생 물품 및 에어로졸 발생 시스템에 따르면, 에어로졸의 온열감을 감소시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르는 에어로졸 발생 물품 및 에어로졸 발생 시스템에 따르면, 공기 희석율을 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르는 에어로졸 발생 물품 및 에어로졸 발생 시스템에 따르면, 에어로졸 발생 물품의 제조 비용을 실질적으로 증가시키지 않으면서 온열감 감소를 구현할 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생물품 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 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 장치를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 관한 에어로졸 발생 장치의 블록도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품을 나타낸다.
도 10은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품의 희석율을 나타낸다.
도 11은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품의 첫 퍼프 온도를 나타낸다.
도 12는 서로 다른 천공의 형상을 나타낸다.
도 13은 도 12의 서로 다른 천공의 형상에 따른 희석율 및 온도를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
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 내지 도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 관한 에어로졸 발생 장치를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 실시 예들에 관한 에어로졸 발생 장치는, 전원(11), 제어부(12), 센서(13) 및 히터(18) 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 공간에서, 상측으로 길게 연장될 수 있다. 예를 들어, 히터(18)는 관 형 가열 요소, 판 형 가열 요소, 침 형 가열 요소 또는 봉 형의 가열 요소를 포함할 수 있다. 히터(18)는 스틱(S)의 하부에 삽입될 수 있다. 히터(18)는, 전기 저항성 히터 및/또는 유도 가열식 히터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 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)와 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(18)는 전원(11)으로부터 전류를 제공받아 직접적으로 발열될 수 있다.
예를 들어, 히터(18)는 다중 히터일 수 있다. 히터(18)는 제1 히터(18A)와 제2 히터(18B)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 히터(18A,18B)는 길이 방향을 따라 나란히 배치될 수 있다. 제1 및 제2 히터(18A,18B)는 순차적으로 가열될 수 있고, 동시에 가열될 수도 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 에어로졸 발생 장치는 히터(18)를 둘러싸는 유도코일(181)을 포함할 수 있다. 유도코일(181)은 히터(18)를 발열시킬 수 있다. 히터(18)는 서셉터(susceptor)로서, 히터(18)는 유도코일(181)을 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.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 스틱(S) 내부에 서셉터(SS)가 포함될 수 있고, 스틱(S) 내부의 서셉터(SS)는 유도코일(181)을 통해 흐르는 AC 전류에 의해 발생된 자기장에 의해 발열될 수 있다. 서셉터(SS)는 스틱(S) 내부에 배치되고, 에어로졸 발생 장치와는 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 서셉터(SS)는 스틱(S)과 함께 삽입공간에 삽입되고 스틱(S)과 함께 삽입공간에서 이탈될 수 있다. 스틱(S) 내부의 서셉터(SS)에 의해 스틱(S)이 가열될 수 있다. 이때, 에어로졸 발생 장치에는 히터(18)가 구비되지 않을 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), 히터(18) 중 적어도 어느 하나에 전력을 공급할 수 있다. 전원(11)은 유도코일(181)에 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) 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다. 제어부는(12)는 유도코일(181)의 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, 히터(18)의 동작이 개시 또는 종료되도록 히터(18)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 히터(18)가 소정의 온도까지 가열되거나 적절한 온도를 유지할 수 있도록 히터(18)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다.
센서(13)는 온도 센서, 퍼프 센서, 삽입 감지 센서, 가속도 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 에어로졸 발생 장치의 움직임을 센싱할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 개시의 실시 예들에 관한 에어로졸 발생 장치(1)를 도시한 것이다.
도 4를 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)와 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 4를 참조하면, 카트리지(19)는 바디(10)에 일체로 형성되고, 기류채널(CN)을 통해 삽입공간과 연통할 수 있다.
예를 들어, 도 5를 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 6 및 도 7은 본 개시의 실시 예들에 관한 에어로졸 발생 장치(1)를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 에어로졸 발생 장치는, 전원(11), 제어부(12), 센서(13) 및 히터(18) 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, 도 6을 참조하면, 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)와 전기적으로 연결될 수 있다. 히터(18)는 전원(11)으로부터 전류를 제공받아 직접적으로 발열될 수 있다. 히터(18)는 중공 형상의 히터로써 삽입공간에 삽입된 스틱(S)의 적어도 일부를 감싸도록 배치되어 삽입된 스틱(S)의 외부를 가열하거나, 침형, 봉형, 관형 등의 형상의 히터로써 삽입공간에 삽입된 스틱(S)의 내부에 삽입되어 내부를 가열할 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면, 에어로졸 발생 장치는 히터(18)를 둘러싸는 유도코일(181)을 포함할 수 있다. 유도코일(181)은 히터(18)를 발열시킬 수 있다. 히터(18)는 서셉터(susceptor)로서, 히터(18)는 유도코일(181)을 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 유도코일(181)을 통해 흐르는 AC 전류에 의해 발생된 자기장에 의해 발열될 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), 히터(18) 중 적어도 어느 하나에 전력을 공급할 수 있다. 에어로졸 발생 장치(1)가 유도코일(181)을 포함하는 경우, 전원(11)은 유도코일(181)에 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) 중 적어도 어느 하나의 동작을 제어할 수 있다. 제어부는(12)는 유도코일(181)의 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, 히터(18)의 동작이 개시 또는 종료되도록 히터(18)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 센서(13)에 의해 감지된 결과에 기초하여, 히터(18)가 소정의 온도까지 가열되거나 적절한 온도를 유지할 수 있도록 히터(18)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다.
센서(13)는 온도 센서, 퍼프 센서, 삽입 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.
도 8은, 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 1에 도시된 것에 제한되지 않는다. 즉, 에어로졸 발생 장치(1)의 설계에 따라, 도 1에 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 8에는 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 8에 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 8에 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 8에 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 9는 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품(110)을 나타낸다. 도 10은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품의 희석율을 나타내고, 도 11은 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품의 첫 퍼프 온도를 나타낸다. 도 12는 서로 다른 천공의 형상을 나타내고, 도 13은 도 12의 서로 다른 천공의 형상에 따른 희석율 및 온도를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 9를 참조하여, 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생물품(110)은 상류 필터 세그먼트(111), 상기 상류 필터 세그먼트(111)의 하류에 배치되는 매질 세그먼트(112), 상기 매질 세그먼트(112)의 하류에 배치되는 냉각 세그먼트(113) 및 상기 냉각 세그먼트(113)의 하류에 배치되는 하류 필터 세그먼트(114)를 포함할 수 있다. 냉각 세그먼트(113)와 하류 필터 세그먼트(114)는 하류 세그먼트를 구성할 수 있다.
상류 필터 세그먼트(111), 매질 세그먼트(112), 냉각 세그먼트(113) 및 하류 필터 세그먼트(114)는 길이방향을 따라서 차례로 결합될 수 있고, 하류 필터 세그먼트(114) 측의 에어로졸 발생물품(110)의 단부는 구부가 접촉하는 부분이 될 수 있다. 여기서, 길이방향은 상류 필터 세그먼트(111)로부터 매질 세그먼트(112), 냉각 세그먼트(113)를 거쳐 하류 필터 세그먼트(114)로 이어지는 에어로졸의 흐름 방향과 평행한 방향(예: 도 9에서 +X방향)으로 규정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상류 필터 세그먼트(111)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 또한, 상류 필터 세그먼트(111)는 종이 필터 및 다공성 성형물 등으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상류 필터 세그먼트(111)의 길이는 4 ~ 15mm가 될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상류 필터 세그먼트(111)는 유색 처리될 수 있거나, 가향 처리될 수 있다.
또는, 상류 필터 세그먼트(111)는 무화 세그먼트로 구성될 수 있다. 상기 무화 세그먼트에 충진된 보습제는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 상기 무화 세그먼트는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 또한, 상기 무화 세그먼트는, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액을 함유할 수 있다. 상기 무화 세그먼트로 인하여, 에어로졸 발생 장치에 별도의 증기화기가 구비되지 않고도 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 이 경우에는 에어로졸 발생 장치(예: 도 4 또는 도 5의 에어로졸 발생 장치(1))에서 증기화기(예: 도 4 또는 도 5의 카트리지(19))는 생략될 수 있고, 히터(예: 도 1, 2 및 4 내지 8의 히터(18))가 상기 무화 세그먼트를 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 상기 무화 세그먼트에서 생성된 에어로졸은 상대적으로 높은 온도를 가질 수 있지만, 매질 세그먼트(112)를 통과한 후 냉각 세그먼트(113)에서 냉각이 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 매질 세그먼트(112)는 캐비티(cavity)를 포함할 수 있고, 상기 캐비티에는 매질이 충진될 수 있다. 예를 들어, 매질 세그먼트(112)에 충진된 매질 기재는, 판상엽, 담배 각초, 과립형 담배(담배 과립) 중 적어도 어느 하나의 성분을 포함할 수 있다. 또는 매질 세그먼트(112)에 충진된 매질 기재는, 카페인, 타우린, 약리물질, 향물질 또는 감미료와 같은 기능성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 매질 세그먼트(112)의 길이는 6mm 내지 18mm의 범위 내에서 적절한 길이가 채용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일반적으로, 담배 과립은 다른 유형의 담배 물질(e.g. 각초, 판상엽 담배 등)보다 수분 및/또는 에어로졸 형성제 함량이 현저하게 적기 때문에, 가시적인 연기의 발생을 크게 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 에어로졸 발생 장치(1)의 무연 기능이 용이하게 구현될 수 있다. 다만, 담배 과립의 직경, 밀도, 충진 율, 구성 물질의 조성비, 가열 온도 등은 다양할 수 있으며, 이는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 담배 과립의 직경은 약 0.3mm 내지 1.2mm일 수 있다. 이러한 수치 범위 내에서 담배 과립의 적절한 경도와 제조 용이성이 보장되고, 캐비티 내에서 와기류 발생 확률이 증가될 수 있다.
또한, 매질 세그먼트(112)는 글리세린 등과 같은 에어로졸 발생 물질을 포함할 수 있다. 또한, 매질 세그먼트(112)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 또한, 매질 세그먼트(112)에는, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이, 매질 세그먼트(112)에 분사됨으로써 첨가될 수 있다.
일 실시 예에서, 냉각 세그먼트(113)는 매질 세그먼트(112)를 통과한 에어로졸을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 냉각 세그먼트(113)는 셀룰로오스 아세테이트로 제작되며, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형태의 구조물일 수 있다. 예를 들어, 냉각 세그먼트(113)는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 가소제(예를 들어, 트리아세틴)를 가하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 냉각 세그먼트(113)는 종이로 제작되며, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형태의 구조물일 수 있다. 냉각 세그먼트(113)에 포함된 중공의 직경은 4mm 내지 8mm의 범위 내에서 적절한 직경이 채용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 냉각 세그먼트(113)의 길이는 4mm 내지 30mm의 범위 내에서 적절한 길이가 채용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 냉각 세그먼트(113)는 상술한 예에 한정되지 않고, 에어로졸이 냉각되는 기능을 수행할 수 있다면, 제한 없이 해당될 수 있다.
일 실시 예에서, 하류 필터 세그먼트(114)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 예를 들어, 하류 필터 세그먼트(114)는 적어도 하나의 향 캡슐을 포함하는 필터로 구성될 수 있고, 하류 필터 세그먼트(114)는 적어도 하나의 향 캡슐이 삽입된 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 또한, 하류 필터 세그먼트(114)는 가향 물질이 혼합된 필터로 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 에어로졸 발생 물품(110)은 적어도 하나의 래퍼(115)에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼(115)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 래퍼(115)는 열 전도성이 높은 재질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 래퍼(1151)에 의하여 상류 필터 세그먼트(111)가 포장되고, 제 2 래퍼(1152)에 의하여 매질 세그먼트(112)가 포장되고, 제 3 래퍼(1153)에 의하여 냉각 세그먼트(113)가 포장되고, 제 4 래퍼(1154)에 의하여 하류 필터 세그먼트(114)가 포장될 수 있다. 그리고, 제 5 래퍼(1155)에 의하여 에어로졸 발생 물품(110) 전체가 재포장될 수 있다.
일 실시 예에서, 제 1 래퍼(1151)는 알루미늄 성분을 포함할 수 있다. 제 1 래퍼(1151)는 일반적인 필터 권지에 알루미늄 호일과 같은 금속 호일이 결합된 것일 수 있다. 예를 들어, 제 1 래퍼(1151)의 전체 두께는 40um~80um의 범위 내에 포함될 수 있다. 또한, 제1 래퍼(1151)의 금속 호일의 두께는 6um~20um의 범위 내에 포함될 수 있다.
일 실시 예에서, 제 2 래퍼(1152) 및 제 3 래퍼(1153)는 다공질 권지로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제 2 래퍼(1152)의 다공도는 35000CU일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제 2 래퍼(1152)의 두께는 70um~80um의 범위 내에 포함될 수 있다. 또한, 제 2 래퍼(1152)의 평량은 20g/m2~25g/m2의 범위 내에 포함될 수 있다.
예를 들어, 제 2 래퍼(1152)는 알루미늄 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 래퍼(1152)는 일반적인 필터 권지에 알루미늄 호일과 같은 금속 호일이 결합된 것일 수 있다. 또한, 제 2 래퍼(1152)는 멸균지(MFW)로 제작될 수 있다.
일 실시 예에서, 제 3 래퍼(1153)의 다공도는 35000CU일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 제 3 래퍼(1153)의 두께는 70um~80um의 범위 내에 포함될 수 있다. 또한, 제 3 래퍼(1153)의 평량은 20g/m2~25g/m2의 범위 내에 포함될 수 있다.
일 실시 예에서, 제 4 래퍼(1154)는 PLA 합지로 제작될 수 있다. 여기에서, PLA 합지는 종이 층, PLA 층 및 종이 층을 포함하는 3겹의 종이를 의미한다. 예를 들어, 제 4 래퍼(1154)의 두께는 100um~120um의 범위 내에 포함될 수 있다. 또한, 제 4 래퍼(1154)의 평량은 80g/m2~100g/m2의 범위 내에 포함될 수 있다.
일 실시 예에서, 제 5 래퍼(1155)는 멸균지(MFW)로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제 5 래퍼(1155)의 평량은 57g/m2~63g/m2의 범위 내에 포함될 수 있다. 또한, 제 5 래퍼(1155)의 두께는 64um~70um의 범위 내에 포함될 수 있다.
일 실시 예에서, 냉각 세그먼트(113)에는 천공(116)이 형성될 수 있다. 천공(116)은 냉각 세그먼트(113)를 둘러싸는 영역에 형성될 수 있으며, 복수의 천공(116)들이 열을 이루면서 냉각 세그먼트(113) 둘레에 형성될 수 있다. 또는, 상기 천공(116)은 하류 필터 세그먼트(114)를 둘러싸는 영역에 형성될 수도 있으며, 복수의 천공(116)들이 열을 이루면서 하류 필터 세그먼트(114) 둘레에 형성될 수 있다.
에어로졸 발생 물품(110) 외부의 공기는 천공(116)을 통해서 도입되고, 외부로부터 도입된 공기는 냉각 세그먼트(113) 또는 하류 필터 세그먼트(114)를 지나는 에어로졸과 접촉하여 에어로졸의 냉각을 수행할 수 있다. 또한, 외부로부터 도입된 공기에 의해서 에어로졸이 적절한 수준으로 희석될 수 있다.
예를 들어, 에어로졸 발생 물품(110)에서 온라인 천공(예: 레이저 천공) 방식을 적용하기 때문에 라인(line) 형태의 천공(116) 열이 생길 수 있다.
일 실시 예에서, 천공(116)의 폭과 길이의 비율은 10:1보다 작거나 같을 수 있다. 여기서, 천공(116)의 폭은 천공(116)을 형성하는 하나의 홀에서 냉각 세그먼트(113)의 둘레 방향으로의 최대 길이로 규정될 수 있다. 천공(116)의 길이는 상기 천공(116)의 폭에 수직한 최대 길이로 규정될 수 있으며, 천공(116)을 형성하는 하나의 홀에서 냉각 세그먼트(113)의 길이 방향(예: 도 9에서 +/-X방향)으로의 최대 길이로 규정될 수 있다.
일 실시 예에서, 천공(116)의 폭과 길이의 비율은 1:1보다 크거나 같을 수 있다. 냉각 세그먼트(113)의 둘레로 천공(116) 열을 따라 형성된 천공(116)의 개수는 8 내지 16개일 수 있다.
일 실시 예에서, 천공(116)은 원형, 사각형, 타원형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
도 10을 참조하여, 도 10의 그래프의 가로 축은 천공(116)의 폭과 길이의 비율을 나타내고, 세로 축은 공기 희석율(air dilution rate: %)을 나타낸다.
도 10에서, 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 10:1보다 큰 경우(예: 도 10에서 15:1)에서는 공기 희석율이 대략 60% 정도로 유지되면서 큰 변화가 없음을 알 수 있다. 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 10:1 이하에서부터 희석율은 증가함을 알 수 있다. 이러한 희석율은 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 1:1일 때까지 대략 80% 이상으로 지속적으로 증가하거나 유지되는 경향을 나타낸다. 한편, 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 1:1 미만으로 내려가면 희석율의 증가는 나타나지 않음을 알 수 있다. 특히, 천공(116)의 개수의 12개인 경우에서, 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 1:1 미만으로 작아지게 될 때 희석율은 약 80%에서 약 70%로 감소함을 알 수 있다.
도 11을 참조하여, 도 11의 그래프의 가로 축은 천공(116)의 폭과 길이의 비율을 나타내고, 세로 축은 첫 퍼프 시의 온도(℃)를 나타낸다.
도 11에서, 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 10:1보다 큰 경우(예: 도 11에서 15:1)에서는 온도가 대략 60℃ 이상으로 비교적 뜨거운 상태임을 알 수 있다. 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 10:1 이하에서부터 온도가 감소함을 알 수 있다. 이러한 온도의 감소는 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 1:1일때까지 대략 40℃ 정도까지 지속적으로 감소하거나 유지되는 경향을 나타낸다. 한편, 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 1:1 미만으로 내려가면 온도의 감소가 나타나지 않음을 알 수 있다. 특히, 천공(116)의 개수가 12개인 경우에서, 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 1:1 미만으로 작아지게 될 때 온도는 오히려 50℃ 미만에서 50℃ 이상으로 증가함을 알 수 있다.
따라서, 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품(110)은 공기 희석율은 증가시키면서 구부 온열감은 효과적으로 감소시켰다.
도 12는 서로 다른 천공(116)의 형상을 나타내고, 도 13은 도 12의 서로 다른 천공의 형상에서의 희석율과 온도를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 12의 (a)는 천공(116)이 원형으로 형성된 경우이고 이 경우의 천공(116)의 폭과 길이의 비율은 1:1일 수 있다. 도 12의 (b)는 천공(116)의 폭이 길이에 비해 큰 비교예를 나타내고, 예를 들어 천공(116)의 폭과 길이의 비율은 10:1보다 클 수 있다. 도 12의 (a)와 (b)에서의 천공(116)의 면적은 동일하다. 도 13의 (a)는 도 12의 (a)에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내고, 도 13의 (b)는 도 12의 (b)에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 13을 참조하여, 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품(110)의 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 10:1 내지 1:1일 때 외부 공기의 도입과 순환이 활발히 일어났고 이로 인해서 공기 희석율을 증가시키고 온열감(온도)를 감소시켰다.
동일한 천공(116) 면적을 기준으로, 천공(116)의 폭과 길이의 비율이 10:1 내지 1:1인 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생물품에서(도 13의 (a)), 외부 공기의 유입 패스의 저항이 작으므로 공기 유입량이 늘어나 희석율이 증가하였다. 또한, 비교예(도 13의 (b))에 비해 20%가량 온도가 감소하였다.
이는, 천공(116)의 폭과 길이 비율로 규정되는 공동(space) 형태의 공기 패스의 형태와 공기 유입구의 모양에 기인한다. 라인 형태인 비교예의 경우에는 에어 커튼과 같은 유선의 공기 유입 모습이 나타나는데, 이는 매질로부터 냉각 세그먼트(113)로 들어오는 뜨거운 에어로졸과 섞이는 특성을 약화시킬 수 있다. 이에 비해, 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품(110)의 천공(116)의 구조/형상의 경우에는, 공기의 덩어리가 유입되어 일부 공기들이 냉각 세그먼트(113)의 중공 튜브 내 공동에서 효과적으로 상류로부터의 에어로졸과 혼합되는 모습을 보여준다. 구부에서의 온열감은 평균 온도가 낮더라도 일부의 특정 에어로졸의 온도가 뜨겁다면 전체적으로 뜨겁게 느껴질 수 있다. 평균 온도와 온도 분포의 높낮이가 함께 낮아져야 구부에서의 뜨거움을 느끼지 않을 것이고, 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품(110)의 천공(116)의 구조/형상은 뜨거운 에어로졸과 차가운 공기를 효과적으로 혼합하여 이를 구현할 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생물품(110)는 연소식 궐련과는 다른 비연소식으로 가열되므로, 에어로졸 발생물품(110)에서는 천공(116)을 통해 에어로졸의 온열감(온도)을 감소시키는 것이 중요하다. 예를 들어, 보습제를 사용하여 무화가 이루어지는 경우, 보습제가 무화하면서 뜨거운 온열감이 함께 발생하는데, 이는 사용자에게 불쾌한 경험을 유발시킬 수 있다. 일 실시 예에 따른 에어로졸 발생물품(110)은 이러한 온열감을 효과적으로 낮추면서 공기 희석율은 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생물품(110)은 천공(1161)의 구조/형상만으로 효과적으로 온열감을 제어할 수 있으므로, 재료비의 상승과 같은 제조 비용의 증가를 유발하지 않을 수 있다.
일 실시 예에 따른 에어로졸 발생 물품(110)은, 매질 세그먼트(112) 및 상기 매질 세그먼트(112)의 하류에 배치되는 하류 세그먼트를 포함하고, 상기 하류 세그먼트의 외면에는 천공(116)이 형성되고, 상기 천공(116)은 상기 에어로졸 발생 물품(110)의 둘레 방향을 따라서 배열되어 천공(116) 열을 형성하고, 상기 둘레 방향을 따르는 상기 천공의 폭과 상기 폭에 수직한 상기 천공의 길이의 비율은 10:1보다 작거나 같을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 천공(116)의 폭과 길이의 비율은 1:1보다 크거나 같을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 천공(116) 열을 따라 형성된 천공의 개수는 8 내지 16개일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 하류 세그먼트는, 상기 매질 세그먼트(112)의 하류에 배치되는 냉각 세그먼트)113 및 상기 냉각 세그먼트(113)의 하류에 배치되는 하류 필터 세그먼트(114)를 포함하고, 상기 천공(116)은 상기 냉각 세그먼트(113) 또는 상기 하류 필터 세그먼트(114) 중 적어도 어느 하나의 둘레를 따라 배열될 수 있다.
상기 매질 세그먼트(112)의 상류에 배치되는 상류 필터 세그먼트(111)가 더 포함될 수 있다.
상기 냉각 세그먼트(113)는 길이방향의 중공을 포함하는 튜브 형태의 구조를 가질 수 있다.
상기 천공(116)은 원형, 사각형, 타원형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
상기 매질은 판상엽, 담배 각초, 카페인, 타우린, 약리물질, 향물질 또는 감미료 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 다른 에어로졸 발생 시스템은, 에어로졸 발생 물품(110) 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 제어부(12), 상기 에어로졸 발생 물품(110)이 수용되는 내부공간, 액상 조성물 또는 상기 에어로졸 발생 물품을 가열하는 히터(18)를 포함하는 에어로졸 발생 장치(1)를 포함하고, 상기 에어로졸 발생 물품(110)은, 상류 필터 세그먼트(111), 상기 상류 필터 세그먼트(111)의 하류에 배치되는 매질 세그먼트(112), 상기 매질 세그먼트(112)의 하류에 배치되는 냉각 세그먼트(113) 및 상기 냉각 세그먼트(113)의 하류에 배치되는 하류 필터 세그먼트(114)를 포함하고, 상기 냉각 세그먼트(113)의 외면에는 천공(116)이 형성되고, 상기 냉각 세그먼트(113)의 둘레 방향을 따르는 상기 천공(116)의 폭과 상기 폭에 수직한 상기 천공의 길이의 비율은 10:1보다 작거나 같을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 천공(116)의 폭과 길이의 비율은 1:1보다 크거나 같을 수 있다.
상기 천공(116)은 복수로 구성되고, 상기 냉각 세그먼트(113)의 둘레 방향을 따라 배열되어 천공(116) 열을 형성할 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 (11)

  1. 에어로졸 발생 물품에 있어서,
    매질 세그먼트; 및
    상기 매질 세그먼트의 하류에 배치되는 하류 세그먼트;
    를 포함하고,
    상기 하류 세그먼트의 외면에는 천공이 형성되고,
    상기 천공은 상기 에어로졸 발생 물품의 둘레 방향을 따라서 배열되어 천공 열을 형성하고,
    상기 둘레 방향을 따르는 상기 천공의 폭과 상기 폭에 수직한 상기 천공의 길이의 비율은 10:1보다 작거나 같은,
    에어로졸 발생 물품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 천공의 폭과 길이의 비율은 1:1보다 크거나 같은,
    에어로졸 발생 물품.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 천공 열을 따라 형성된 천공의 개수는 8 내지 16개인,
    에어로졸 발생 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 하류 세그먼트는,
    상기 매질 세그먼트의 하류에 배치되는 냉각 세그먼트; 및
    상기 냉각 세그먼트의 하류에 배치되는 하류 필터 세그먼트;
    를 포함하고,
    상기 천공은 상기 냉각 세그먼트 또는 상기 하류 필터 세그먼트 중 적어도 어느 하나의 둘레를 따라 배열되는,
    에어로졸 발생물품.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 매질 세그먼트의 상류에 배치되는 상류 필터 세그먼트를 더 포함하는,
    에어로졸 발생 물품.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각 세그먼트는 길이방향의 중공을 포함하는 튜브 형태의 구조를 가지는,
    에어로졸 발생 물품.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 천공은 원형, 사각형, 타원형 중 어느 하나의 형상을 가지는,
    에어로졸 발생 물품.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 매질은 판상엽, 담배 각초, 카페인, 타우린, 약리물질, 향물질 또는 감미료 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    에어로졸 발생 물품.
  9. 에어로졸 발생 시스템에 있어서,
    에어로졸 발생 물품; 및
    적어도 하나의 프로세서를 포함하는 제어부, 상기 에어로졸 발생 물품이 수용되는 내부공간, 액상 조성물 또는 상기 에어로졸 발생 물품을 가열하는 히터를 포함하는 에어로졸 발생 장치;
    를 포함하고,
    상기 에어로졸 발생 물품은,
    상류 필터 세그먼트;
    상기 상류 필터 세그먼트의 하류에 배치되는 매질 세그먼트;
    상기 매질 세그먼트의 하류에 배치되는 냉각 세그먼트; 및
    상기 냉각 세그먼트의 하류에 배치되는 하류 필터 세그먼트;
    를 포함하고,
    상기 냉각 세그먼트의 외면에는 천공이 형성되고,
    상기 냉각 세그먼트의 둘레 방향을 따르는 상기 천공의 폭과 상기 폭에 수직한 상기 천공의 길이의 비율은 10:1보다 작거나 같은,
    에어로졸 발생 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 천공의 폭과 길이의 비율은 1:1보다 크거나 같은,
    에어로졸 발생 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 천공은 복수로 구성되고, 상기 냉각 세그먼트의 둘레 방향을 따라 배열되어 천공 열을 형성하는,
    에어로졸 발생 시스템.
KR1020230130503A 2022-10-05 2023-09-27 에어로졸 발생물품 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 시스템 KR20240047923A (ko)

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