KR20240056133A - 에어로졸 발생장치 - Google Patents

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이재혁
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Abstract

본 발명은 에어로졸 발생장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 궐련의 정전용량 변화를 감지하여 가열을 제어할 수 있는 에어로졸 발생장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치는 에어로졸 형성기재를 구비하는 궐련이 인입되는 파이프와; 파이프에 인입된 궐련을 가열하는 히터와; 히터에 전력을 공급하는 배터리와; 배터리로부터 히터에 전력을 공급하도록 제어하는 마이크로컨트롤러;를 포함하되, 파이프에 인입된 궐련에 삽입되게 설치되는 적어도 한 쌍의 전극과; 적어도 한 쌍의 전극과 연결되는 정전용량 감지부;를 포함하고, 마이크로컨트롤러는 정전용량 감지부와 연결되어, 정전용량 감지부에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련에 구비되는 에어로졸 형성기재의 수분량을 판단한다.

Description

에어로졸 발생장치{AEROSOL GENERATOR}
본 발명은 에어로졸 발생장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 궐련의 정전용량 변화를 감지하여 가열을 제어할 수 있는 에어로졸 발생장치에 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 사람이 흡입하는 경우가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 에어로졸 발생장치(10)는 전류를 인가하면 저항에 의해 발열을 하는 히터(14)와, 히터(14)에 순간적으로 높은 전력을 공급할 수 있는 배터리(16)와, 히터(14)를 제어하기 위한 제어부(15)를 포함한다. 히터(14)는, 공동(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)을 개구(12)를 통해 공동(13)에 삽입하면 히터(14)가 가열되어 궐련(11) 내부의 흡입 물질을 기화시키면 사용자가 궐련(11)의 필터부를 통해 기화되는 흡입 물질을 흡입할 수 있게 된다.
상술한 종래 기술에서는 에어로졸 발생장치(10)를 구동해서 기설정된 시간에 도달하면 사용이 종료되기 때문에 사용자가 궐련(11)으로부터 에어로졸을 충분히 흡입하지 못한 상태에서 사용이 종료될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 사용이 끝난 궐련(11)의 재사용을 방지할 수 있는 기능이 없어서, 사용이 끝난 궐련(11)을 재사용하는 경우 탄맛이 발생할 수 있으며, 히터(14)가 과열될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 궐련의 수분량의 변화를 판단하여 가열을 제어할 수 있는 에어로졸 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 궐련의 수분량을 판단하여 재사용 궐련 여부를 인식할 수 있는 에어로졸 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 궐련의 수분량의 변화에 따라 퍼프 횟수를 인식하고 가열을 제어할 수 있는 에어로졸 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치는 에어로졸 형성기재를 구비하는 궐련이 인입되는 파이프와; 파이프에 인입된 궐련을 가열하는 히터와; 히터에 전력을 공급하는 배터리와; 배터리로부터 히터에 전력을 공급하도록 제어하는 마이크로컨트롤러;를 포함하되, 파이프에 인입된 궐련에 삽입되게 설치되는 적어도 한 쌍의 전극과; 적어도 한 쌍의 전극과 연결되는 정전용량 감지부;를 포함하고, 마이크로컨트롤러는 정전용량 감지부와 연결되어, 정전용량 감지부에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련에 구비되는 에어로졸 형성기재의 수분량을 판단한다.
또한, 실시예에 따라 히터는 저항 가열 방식 히터로 제공된다.
또한, 실시예에 따라 히터와 배터리 사이에는 마이크로컨트롤러와 연결되어 마이크로컨트롤러에 의해 제어되는 전력 조절 수단을 포함한다.
또한, 실시예에 따라 파이프는 서셉터(susceptor)로 제공되고, 히터는 서셉터와 이격되어 서셉터를 감싸게 설치되는 인덕션 코일을 포함하는 유도 가열 방식 히터로 제공된다.
또한, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러는 정전용량 감지부에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련에 구비되는 에어로졸 형성기재의 수분량의 변화를 판단하여 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어한다.
또한, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러는 가열 초기 소정 시간 동안 정전용량 감지부에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련에 구비되는 에어로졸 형성기재의 수분량을 판단하여 재사용 궐련 여부를 판별한다.
또한, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러는 재사용 궐련으로 판별한 경우 히터의 가열을 중지하도록 제어한다.
또한, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러는 정전용량 감지부에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련에 구비되는 에어로졸 형성기재의 수분량의 변화를 판단하여 퍼프(puff) 여부 및 퍼프 횟수를 인식하고, 잔여 수분량을 판단하여 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어한다.
본 발명의 실시예에 따르면 궐련에 삽입되는 적어도 한 쌍의 전극을 이용하여 궐련의 정전용량 변화를 감지하고, 수분량의 변화를 판단하여 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 궐련의 정전용량 변화를 감지하고, 수분량을 판단하여 재사용 궐련 여부를 인식할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 궐련의 정전용량 변화를 감지하고, 수분량의 변화에 따라 퍼프 횟수를 인식하고 잔여 수분량을 판단하여 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생장치의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도의 일 예을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 정전용량 변화에 따른 수분량을 판단하는 원리를 설명하기 위한 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도의 다른 예을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 정전용량 변화에 따른 수분량을 판단하여 재사용 궐련 여부를 판별하는 원리를 설명하기 위한 그래프,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 정전용량 변화에 따른 수분량의 판단과 퍼프 여부 및 퍼프 횟수 인식 원리를 설명하기 위한 그래프.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도의 일 예을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 정전용량 변화에 따른 수분량을 판단하는 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도 2와 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치(100)는 에어로졸 형성기재(101a)를 구비하는 궐련(101)이 인입되는 파이프(102)와, 파이프(102)에 인입된 궐련(101)을 가열하는 히터(103)와, 히터(103)에 전력을 공급하는 배터리(104)와, 배터리(104)로부터 히터(103)에 전력을 공급하도록 제어하는 마이크로컨트롤러(105)를 포함한다. 또한, 파이프(102)에 인입된 궐련(101)에 삽입되게 설치되는 적어도 한 쌍의 전극(106, 107)과, 적어도 한 쌍의 전극(106, 107)과 연결되는 정전용량 감지부(108)를 포함한다. 마이크로컨트롤러(105)는 정전용량 감지부(108)와 연결되어, 정전용량 감지부(108)에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련(101)에 구비되는 에어로졸 형성기재(101a)의 수분량을 판단한다. 예를 들어 궐련(101)에 구비되는 에어로졸 형성기재(101a)는 액상을 머금은 각초 또는 액상을 포함한 에어로졸 형성매질 또는 겔상 에어로졸 매질을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성기재(101a)에서는 궐련(101)이 가열함에 따라 에어로졸이 발생하기 때문에 소정 시간 동안 수분량이 증가하였다가 수분량이 점차 감소하는데, 수분량이 변화함에 따라 에어로졸 형성기재(101a)에 삽입된 전극(106)과 전극(107) 사이의 정전용량이 변화하게 된다. 전극(106) 및 전극(107)과 연결되는 정전용량 감지부(108)는 전극(106)과 전극(107)으로부터 발생하는 전위값을 읽어서 정전용량을 감지한다. 예를 들어 정전용량 감지부(108)는 AD컨버터를 구비하고, 감지 신호로서 ADC 신호를 마이크로컨트롤러(105)에 입력한다. 실시예에 따라 히터(103)의 열에 의해 전극(106)과 전극(107)으로부터 발생하는 전위값에 편차가 발생할 수 있으므로 정전용량 감지부(108)는 전극(106)과 전극(107)으로부터 발생하는 전위값을 읽어서, 전위값에 소정의 보정값을 적용할 수도 있다. 도 4를 참조하면 일반 궐련(101)의 경우 가열을 하여 수분량이 증가할수록 정전용량 변화에 따라 전위값이 낮아지고, ADC값이 낮아지게 된다. 마이크로컨트롤러(105)는 정전용량 감지부(108)로부터 입력되는 ADC 신호의 ADC값을 기설정된 ADC값에 따른 수분량에 대한 데이터와 비교하여 에어로졸 형성기재(101a)의 수분량을 판단할 수 있다. 실시예에 따라 히터(103)는 저항 가열 방식 히터로 제공되며, 히터(103)는 파이프(102) 외측 또는 파이프(102) 내측에 설치될 수 있다. 예를 들어 히터(103)는 필름 히터를 적용할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 히터(103)와 배터리(104) 사이에는 마이크로컨트롤러(105)와 연결되어 마이크로컨트롤러(105)에 의해 제어되는 전력 조절 수단(109)을 포함한다. 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(105)는 정전용량 감지부(109)에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련(101)에 구비되는 에어로졸 형성기재(101a)의 수분량의 변화를 판단하여 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어한다. 예를 들어 전력 조절 수단(109)에는 FET를 포함하고, 마이크로컨트롤러(105)는 전력 조절 수단(109)에 PWM 신호를 송출하여, 전력 조절 수단(109)에 포함된 FET가 마이크로컨트롤러(105)로부터 입력되는 PWM 신호의 듀티(Duty)에 따라 온-오프(on-off)되면서, 배터리(104)로부터 히터(103)에 공급하는 전력을 조절하여 히터(103)의 가열 온도를 제어할 수 있다. 따라서, 마이크로컨트롤러(105)에서 전력 조절 수단(109)에 송출하는 PWM 신호의 듀티(Duty)를 조절하여 가열 온도를 제어할 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러(105)는 전력 조절 수단(109)에 송출하는 PWM 신호의 송출 시간을 조절하여 가열 시간을 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도의 다른 예을 도시한 도면이다.
도 2와 도 5를 참조하면, 실시예에 따라 파이프(102)는 서셉터로 제공되고, 히터(103)는 서셉터와 이격되어 서셉터를 감싸게 설치되는 인덕션 코일(103a)을 포함하는 유도 가열 방식 히터로 제공된다. 서셉터는 자기장에 의해 와류(eddy current)를 발생시켜 열에너지를 방출하는 물질로 이루어진다. 예를 들어 히터(103)는 전원승압회로(103c)와 인덕션 로직(103b) 및 인덕션 코일(103a)을 포함하며, 마이크로컨트롤러(105)는 전원승압회로(103c)를 제어하여 배터리(104)로부터 공급된 직류 전압을 전원승압회로(103c)가 유도 가열을 위해 증폭시켜서 인덕션 로직(103b)으로 직류 전류를 공급한다. 전원승압회로(103c)는 유도 가열을 위한 전원으로서 배터리(104)를 사용했을 때 서셉터를 유도 가열하기 위해 안정적인 전원 공급을 위해 적용된다. 마이크로컨트롤러(105)는 또한 인덕션 로직(103b)에 PWM 신호를 입력한다. 인덕션 로직(103b)은 마이크로컨트롤러(105)에서 입력하는 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하면서 전원승압회로(103c)로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하고 인덕션 코일(103a)에 공급해서 인덕션 코일(103a)에서 교번 자기장이 발생하고, 인덕션 코일(103a)에서 발생한 교번 자기장은 서셉터가 유도 가열되도록 한다. 마이크로컨트롤러(105)의 제어에 의해 서셉터로 제공되는 파이프(102)가 유도 가열됨에 따라 파이프(102)에 인입된 궐련(101)이 가열될 수 있다. 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(105)는 정전용량 감지부(108)에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련(101)에 구비되는 에어로졸 형성기재(101a)의 수분량의 변화를 판단하여 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어한다. 예를 들어 마이크로컨트롤러(105)에서 인덕션 로직(103b)에 입력하는 PWM 신호의 듀티(Duty)를 조절하여 가열 온도를 제어할 수 있다. 또한, 예를 들어 마이크로컨트롤러(105)는 인덕션 로직(103b)에 입력하는 PWM 신호의 입력 시간을 조절하여 가열 시간을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 정전용량 변화에 따른 수분량을 판단하여 재사용 궐련 여부를 판별하는 원리를 설명하기 위한 그래프이다. 도 2 내지 도 5와 도 6을 참조하면, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(105)는 가열 초기 소정 시간 동안 정전용량 감지부(108)에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련(101)에 구비되는 에어로졸 형성기재(101a)의 수분량을 판단하여 재사용 궐련 여부를 판별한다. 도 6에 도시된 바와 같이 재사용 궐련의 경우 가열을 해도 수분량의 변화가 거의 없으며, 정상 궐련은 초기 가열 구간(A)에서 급격히 수분량이 증가한다. 예를 들어 마이크컨트롤러(105)는 가열 초기 소정 시간(예를 들어 15초) 동안 정전용량 감지부(108)에서 입력되는 ADC 신호의 ADC값에 따라 궐련(101)에 구비되는 에어로졸 형성기재(101a)의 수분량을 판단하여 수분량의 변화가 기설정한 오차 범위 이내이면 재사용 궐련으로 판단한다. 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(105)는 재사용 궐련으로 판별한 경우 히터의 가열을 중지하도록 제어한다. 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(105)에서 전력 조절 수단(109)에 PWM 신호를 송출하지 않아 히터(103)의 가열을 중지하도록 제어할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러는 인덕션 로직(103b)에 PWM 신호를 입력하지 않아 가열을 중지하도록 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 정전용량 변화에 따른 수분량의 판단과 퍼프 여부 및 퍼프 횟수 인식 원리를 설명하기 위한 그래프이다..
도 2 내지 도 5와 도 7을 참조하면, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(105)는 정전용량 감지부(108)에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련(101)에 구비되는 에어로졸 형성기재(101a)의 수분량의 변화를 판단하여 퍼프 여부 및 퍼프 횟수를 인식하고, 잔여 수분량을 판단하여 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어한다. 도 7에 도시된 바와 같이 퍼프가 발생하면 사용자가 에어로졸을 흡입함에 따라 수분량이 급격히 감소하고 가열에 의해 수분량이 증가하게 된다. 마이크컨트롤러(105)는 정전용량 감지부(108)에서 입력되는 ADC 신호의 ADC값에 따라 궐련(101)에 구비되는 에어로졸 형성기재(101a)의 수분량을 판단하여 수분량이 급격히 감소했다가 증가하면 퍼프가 발생한 것으로 판단하고, 퍼프 횟수를 카운트하여, 퍼프 여부 및 퍼프 횟수를 인식할 수 있다. 또한, 예를 들어 마이크로컨트롤러(105)는 퍼프 발생후 수분량의 증가 속도를 산출하고, 수분량이 감소하기 직전의 수분량을 판단하여, 퍼프없이 가열했을 경우 궐련의 수분량 데이터와 비교하여 감소한 수분량(A, B, C, D)을 인식하여 잔여 수분량을 판단할 수 있으며, 잔여 수분량에 따라 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어한다. 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(105)에서 전력 조절 수단(109)에 송출하는 PWM 신호의 듀티(Duty)를 조절하여 가열 온도를 제어할 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러(105)는 전력 조절 수단(109)에 송출하는 PWM 신호의 송출 시간을 조절하여 가열 시간을 제어할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(105)에서 인덕션 로직(103b)에 입력하는 PWM 신호의 듀티(Duty)를 조절하여 가열 온도를 제어할 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러(105)는 인덕션 로직(103b)에 입력하는 PWM 신호의 입력 시간을 조절하여 가열 시간을 제어할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (8)

  1. 에어로졸 형성기재를 구비하는 궐련이 인입되는 파이프와;
    파이프에 인입된 궐련을 가열하는 히터와;
    히터에 전력을 공급하는 배터리와;
    배터리로부터 히터에 전력을 공급하도록 제어하는 마이크로컨트롤러;를 포함하되,
    파이프에 인입된 궐련에 삽입되게 설치되는 적어도 한 쌍의 전극과;
    적어도 한 쌍의 전극과 연결되는 정전용량 감지부;를 포함하고,
    마이크로컨트롤러는 정전용량 감지부와 연결되어, 정전용량 감지부에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련에 구비되는 에어로졸 형성기재의 수분량을 판단하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    히터는 저항 가열 방식 히터로 제공되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    히터와 배터리 사이에는 마이크로컨트롤러와 연결되어 마이크로컨트롤러에 의해 제어되는 전력 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    파이프는 서셉터로 제공되고, 히터는 서셉터와 이격되어 서셉터를 감싸게 설치되는 인덕션 코일을 포함하는 유도 가열 방식 히터로 제공되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    마이크로컨트롤러는 정전용량 감지부에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련에 구비되는 에어로졸 형성기재의 수분량의 변화를 판단하여 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    마이크로컨트롤러는 가열 초기 소정 시간 동안 정전용량 감지부에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련에 구비되는 에어로졸 형성기재의 수분량을 판단하여 재사용 궐련 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  7. 제6항에 있어서,
    마이크로컨트롤러는 재사용 궐련으로 판별한 경우 히터의 가열을 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    마이크로컨트롤러는 정전용량 감지부에서 입력되는 감지 신호에 따라 궐련에 구비되는 에어로졸 형성기재의 수분량의 변화를 판단하여 퍼프 여부 및 퍼프 횟수를 인식하고, 잔여 수분량을 판단하여 가열 온도 및/또는 가열 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
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