WO2019066228A1 - 에어로졸 생성장치의 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법 및 그 에어로졸 생성장치 - Google Patents

에어로졸 생성장치의 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법 및 그 에어로졸 생성장치 Download PDF

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heater
battery
duty ratio
control signal
aerosol generating
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이재민
김영제
이현성
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주식회사 케이티앤지
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]

Definitions

  • the aerosol generating apparatus generally includes a heater for generating an aerosol by heating an aerosol generating substrate, and a separate main controller unit (MCU) is provided to control power supplied to the heater.
  • the heater of the aerosol generating device is heated by the power supplied by the battery and has a characteristic of being preheated until a target temperature sufficient to heat the aerosol generating substrate is reached.
  • the preheating time depends on the power supplied to the heater. When the voltage level of the battery is changed, the power that the battery can supply to the heater also changes, so that the preheating time of the heater is not constant. If the preheating time of the heater is not constant, the time required for the user to inhale the aerosol through the aerosol generating device is changed each time, and the thermal energy received by the aerosol generating substrate (cigarette or liquid) There is a different problem.
  • a method of controlling power of a battery supplied to a heater comprising: A status information holding step of holding the status information; And a duty ratio calculating step of calculating a duty ratio of a control signal for controlling power supplied to the heater based on the detected state information.
  • control signal may be a pulse width modulation (PWM) signal.
  • PWM pulse width modulation
  • the control unit 110 includes at least one processor.
  • a processor may be implemented as an array of a plurality of logic gates, or may be implemented as a combination of a general purpose microprocessor and a memory in which a program executable in the microprocessor is stored. It will be appreciated by those skilled in the art that the present invention may be implemented in other forms of hardware.
  • the vaporizer 180 may include, but is not limited to, a liquid reservoir, a liquid delivery means, and a heating element.
  • the liquid reservoir, the liquid delivery means and the heating element may be included in the aerosol generating device 10 as an independent module.
  • an apparatus 10 for generating aerosol according to the present invention includes a controller 110, a battery 120, a heater 130, a pulse width modulator processor 140, a display unit 150, a motor 160, , A storage device 170 and an FET 190.
  • the display unit 150 visually outputs various alarm messages generated in the aerosol generating apparatus 10 so that the user who uses the aerosol generating apparatus 10 can confirm the alarm messages.
  • the user can check the battery power shortage message or the heater overheat warning message output to the display unit 150 and take appropriate measures before the operation of the aerosol generator 10 is stopped or the aerosol generator 10 is damaged .
  • the FET (Field Effect Transistor) 190 receives a control signal from the control unit 110 and repeats an ON / OFF operation to adjust power supplied to the heater.
  • the FET 190 may be omitted from the aerosol generating apparatus 10 and if the FET 190 is omitted the signal output from the controller 110 or the pulse width modulator processing unit 140 may be passed directly to the heater do. The specific operation of the FET 190 will be described later with reference to FIG. 7 to FIG.
  • the voltage level and the duty ratio of the battery 120 vary depending on the power applied to the heater 130. More specifically, the duty ratio of the control signal increases as the supplied power value increases.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of a method of controlling power supplied to a heater according to the present invention.
  • FIG. 12 can be implemented through the aerosol generating apparatus 10 according to FIG. 6, and will be described below with reference to FIG. 6, and a description overlapping with that described in FIG. 6 will be omitted.
  • control unit 110 may be configured to detect the operation of the aerosol generating apparatus 10 after the aerosol generating apparatus 10 has been installed in the aerosol generating apparatus 10, It is possible to further grasp whether or not it is satisfied.
  • the control unit 110 determines whether the remaining capacity of the battery 120 exceeds a predetermined value or not, whether the aerosol generating apparatus 10 is mounted with the aerosol generating apparatus 10, Whether or not the aerosol generating apparatus 10 is in a normal state or not.

Abstract

본 발명의 일 실시 예는, 에어로졸 생성장치에 있어서, 에어로졸 생성기질을 가열하여 에어로졸을 생성시키는 히터 및 제어신호로 배터리에 의해 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 히터가 가열되기 시작하는 가열시작시점의 배터리의 상태정보를 파악하고, 상기 파악된 상태정보를 기초로 상기 제어신호의 듀티비(duty ratio)를 산출하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치를 개시한다.

Description

에어로졸 생성장치의 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법 및 그 에어로졸 생성장치
본 발명은 에어로졸 생성장치의 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법 및 그 에어로졸 생성장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 에어로졸 생성장치에 포함되는 히터의 전력을 배터리의 상태정보에 따라서 제어하는 방법과 그 방법을 구현하기 위한 에어로졸 생성장치에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 내의 에어로졸 생성 물질이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 가열식 궐련 또는 가열식 에어로졸 생성장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
에어로졸 생성장치는 일반적으로 에어로졸 생성기질을 가열하여 에어로졸을 생성시키는 히터(heater)를 포함하고 있으며, 히터에 공급되는 전력을 제어하기 위해서 별도의 메인컨트롤러유닛(MCU: Main Controller Unit)을 두고 있다. 에어로졸 생성장치의 히터는 배터리가 공급하는 전력에 의해 가열되며, 에어로졸 생성기질을 가열하기에 충분한 목표온도에 도달할 때까지 예열되는 특성을 갖는다. 일반적으로 예열시간은 히터에 공급되는 전력에 따라 달라지며, 배터리의 전압레벨이 달라지면 배터리가 히터에 공급할 수 있는 전력도 달라져서 히터의 예열시간도 일정하지 않게 된다. 히터의 예열시간이 일정하지 않으면, 에어로졸 생성장치를 통해서 에어로졸을 흡입하려는 사용자가 대기하는 시간이 매번 달라질 뿐만 아니라 에어로졸 생성기질(궐련이나 액상)이 받는 열에너지도 일정하지 않게 되어 사용자의 흡연만족감도 매번 달라지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 히터의 예열시간을 배터리의 상태와 상관없이 균일하게 보장할 수 있게 하는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 에어로졸 생성장치를 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 에어로졸 생성장치에 있어서, 에어로졸 생성기질을 가열하여 에어로졸을 생성시키는 히터; 제어신호로 배터리에 의해 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 히터가 가열되기 시작하는 가열시작시점의 배터리의 상태정보를 파악하고, 상기 파악된 상태정보를 기초로 상기 제어신호의 듀티비(duty ratio)를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 방법은, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법에 있어서, 상기 히터가 가열되기 시작하는 가열시작시점의 배터리의 상태정보를 파악하는 상태정보파악단계; 및 상기 파악된 상태정보를 기초로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어신호의 듀티비를 산출하는 듀티비산출단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예는, 상기 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 생성장치에 따르면, 배터리의 상태나 종류와 상관없이 언제나 일정한 예열시간을 확보할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 에어로졸 생성장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 4는 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치의 일 예의 블록도를 도식적으로 타낸 도면이다.
도 5는 고정된 펄스폭변조 듀티로 예열할 때의 히터의 온도곡선을 배터리의 전압별로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치의 일 예의 블록도를 도식적으로 타낸 도면이다.
도 7은 제어부로부터 출력되는 제어신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 전력값에 따른 배터리 전압과 듀티비의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 히터의 저항 값 및 듀티비 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 10은 배터리 상태정보에 따라 유동적인 듀티비를 갖는 제어신호로 히터에 전력을 공급했을 때의 히터의 예열시간을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 배터리 상태정보에 따라 유동적인 듀티비를 갖는 제어신호로 히터에 전력을 공급했을 때의 히터의 온도증가 그래프를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 에어로졸 생성기질을 가열하여 에어로졸을 생성시키는 히터 및 제어신호로 배터리에 의해 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 히터가 가열되기 시작하는 가열시작시점의 배터리의 상태정보를 파악하고, 상기 파악된 상태정보를 기초로 상기 제어신호의 듀티비(duty ratio)를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 배터리의 상태정보로부터 추출된 상기 배터리의 전압값을 기초로 상기 제어신호의 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 생성장치에서 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 모듈 전체의 등가 임피던스에 따라서 다르게 기설정된 배터리의 최소사용전압값을 기초로 상기 제어신호의 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 듀티비는 상기 전압값의 제곱에 반비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 히터에 기공급된 전력 및 소정의 상기 히터의 저항값 중 적어도 하나를 더 고려하여 상기 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 상태정보를 분석하여 상기 배터리의 잔여 용량을 추정하고, 상기 추정된 잔여용량을 기초로 상기 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 에어로졸 생성장치는, 상기 제어신호의 듀티비에 따라서 온오프(ON-OFF) 동작을 수행하여 배터리의 전력이 상기 히터에 인가되도록 제어하는 전계효과 트랜지스터(FFT: Field Effect Transistor)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 가열시작시점에서의 제1듀티비에 따른 제어신호로 상기 히터에 전력이 공급되도록 제어하고, 상기 히터가 목표온도에 도달하기 전에 상기 배터리의 상태정보가 미리 설정된 범위를 초과하여 변경되면, 상기 변경된 시점에서의 제2듀티비를 산출하여 상기 산출된 제2듀티비에 따른 제어신호로 상기 히터에 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제어신호는 펄스폭변조(PWM) 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 방법은, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법으로서, 상기 히터가 가열되기 시작하는 가열시작시점의 배터리의 상태정보를 파악하는 상태정보파악단계; 및 상기 파악된 상태정보를 기초로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어신호의 듀티비를 산출하는 듀티비산출단계를 포함한다.
상기 방법에 있어서, 상기 듀티비산출단계는, 상기 배터리의 상태정보로부터 추출된 상기 배터리의 전압값을 기초로 상기 제어신호의 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 듀티비산출단계는, 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 모듈 전체의 등가 임피던스에 따라서 다르게 기설정된 배터리의 최소사용전압값을 기초로 상기 제어신호의 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 듀티비는 상기 전압값의 제곱에 반비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 듀티비산출단계는, 상기 히터에 기공급된 전력 및 소정의 상기 히터의 저항값 중 적어도 하나를 더 고려하여 상기 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 듀티비산출단계는, 상기 상태정보를 분석하여 상기 배터리의 잔여 용량을 추정하고, 상기 추정된 잔여용량을 기초로 상기 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법은, 전계효과 트랜지스터(FFT: Field Effect Transistor)가 상기 제어신호의 상기 산출된 듀티비에 따라서 온오프(ON-OFF) 동작을 수행하여 배터리의 전력이 상기 히터에 인가되도록 제어하는 스위칭제어단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 가열시작시점에서의 제1듀티비에 따른 제어신호로 상기 히터에 전력이 공급되도록 제어하고, 상기 히터가 목표온도에 도달하기 전에 상기 배터리의 상태정보가 미리 설정된 범위를 초과하여 변경되면, 상기 변경된 시점에서의 제2듀티비를 산출하여 상기 산출된 제2듀티비에 따른 제어신호로 상기 히터에 전력이 공급되도록 제어하는 전력제어단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 제어신호는 펄스폭변조(PWM) 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예는, 상기 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시 예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시 예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시 예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징을 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 에어로졸 생성장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성장치(10)는 배터리(120), 제어부(110) 및 히터(130)를 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 에어로졸 생성장치(10)는 증기화기(180)를 더 포함한다. 또한, 에어로졸 생성장치(10)의 내부 공간에는 궐련(200)이 삽입될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 에어로졸 생성장치(10)에는 본 실시 예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 1 내지 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성장치(10)에 더 포함될 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에는 에어로졸 생성장치(10)에 히터(130)가 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 히터(130)는 생략될 수도 있다.
도 1에는 배터리(120), 제어부(110) 및 히터(130)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 배터리(120), 제어부(110), 증기화기(180) 및 히터(130)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 증기화기(180) 및 히터(130)가 병렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 에어로졸 생성장치(10)의 내부 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 생성장치(10)의 설계에 따라, 배터리(120), 제어부(110), 히터(130) 및 증기화기(180)의 배치는 변경될 수 있다.
궐련(200)이 에어로졸 생성장치(10)에 삽입되면, 에어로졸 생성장치(10)는 히터(130) 및/또는 증기화기(180)를 작동시켜, 궐련(200) 및/또는 증기화기(180)로부터 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 히터(130) 및/또는 증기화기(180)에 의하여 발생된 에어로졸은 궐련(200)을 통과하여 사용자에게 전달된다.
필요에 따라, 궐련(200)이 에어로졸 생성장치(10)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 생성장치(10)는 히터(130)를 가열할 수 있다.
배터리(120)는 에어로졸 생성장치(10)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(120)는 히터(130) 또는 증기화기(180)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(110)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(120)는 에어로졸 생성장치(10)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(110)는 에어로졸 생성장치(10)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(110)는 배터리(120), 히터(130) 및 증기화기(180)뿐 만 아니라 에어로졸 생성장치(10)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(110)는 에어로졸 생성장치(10)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성장치(10)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(110)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
히터(130)는 배터리(120)로부터 공급된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들어, 궐련이 에어로졸 생성장치(10)에 삽입되면, 히터(130)는 궐련의 외부에 위치할 수 있다. 따라서, 가열된 히터(130)는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.
히터(130)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(130)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(130)가 가열될 수 있다. 그러나, 히터(130)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성장치(10)에 기설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 다른 예로, 히터(130)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 히터(130)에는 궐련을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 궐련은 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 히터(130)는 관 형 가열 요소, 판 형 가열 요소, 침 형 가열 요소 또는 봉 형의 가열 요소를 포함할 수 있으며, 가열 요소의 모양에 따라 궐련(200)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성장치(10)에는 히터(130)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(130)들은 궐련(200)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 궐련(200)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(130)들 중 일부는 궐련(200)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 궐련(200)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(130)의 형상은 도 1 내지 도 3에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
증기화기(180)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 궐련(200)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 증기화기(180)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성장치(10)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(180)에 의하여 생성된 에어로졸이 궐련을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(180)는 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소는 독립적인 모듈로서 에어로졸 생성장치(10)에 포함될 수도 있다.
액체 저장부는 액상 조성물을 저장할 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. 액체 저장부는 증기화기(180)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(180)와 일체로서 제작될 수도 있다.
예를 들어, 액상 조성물은 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 또는 비타민 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미제는 사용자에게 다양한 향미 또는 풍미를 제공할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 비타민 혼합물은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C 및 비타민 E 중 적어도 하나가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 액상 조성물은 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다.
액체 전달 수단은 액체 저장부의 액상 조성물을 가열 요소로 전달할 수 있다. 예를 들어, 액체 전달 수단은 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
가열 요소는 액체 전달 수단에 의해 전달되는 액상 조성물을 가열하기 위한 요소이다. 예를 들어, 가열 요소는 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 가열 요소는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있고, 액체 전달 수단에 감기는 구조로 배치될 수 있다. 가열 요소는, 전류 공급에 의해 가열될 수 있으며, 가열 요소와 접촉된 액체 조성물에 열을 전달하여, 액체 조성물을 가열할 수 있다. 그 결과, 에어로졸이 생성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(180)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 에어로졸 생성장치(10)는 배터리(120), 제어부(110), 히터(130) 및 증기화기(180) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성장치(10)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성장치(10)는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 궐련 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성장치(10)는 궐련(200)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출 될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.
도 1 내지 도 3에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성장치(10)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성장치(10)의 배터리(120)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 에어로졸 생성장치(10)가 결합된 상태에서 히터(130)가 가열될 수도 있다.
궐련(200)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 궐련(200)은 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제 1 부분과 필터 등을 포함하는 제 2 부분으로 구분될 수 있다. 또는, 궐련(200)의 제 2 부분에도 에어로졸 생성 물질이 포함될 수도 있다. 예를 들어, 과립 또는 캡슐의 형태로 만들어진 에어로졸 생성 물질이 제 2 부분에 삽입될 수도 있다.
에어로졸 생성장치(10)의 내부에는 제 1 부분의 전체가 삽입되고, 제 2 부분은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성장치(10)의 내부에 제 1 부분의 일부만 삽입될 수도 있고, 제 1 부분의 전체 및 제 2 부분의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 제 2 부분을 입으로 문 상태에서 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 제 1 부분을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제 2 부분을 통과하여 사용자의 입으로 전달된다.
일 예로서, 외부 공기는 에어로졸 생성장치(10)에 형성된 적어도 하나의 공기 통로를 통하여 유입될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성장치(10)에 형성된 공기 통로의 개폐 및/또는 공기 통로의 크기는 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 이에 따라, 무화량, 끽연감 등이 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 다른 예로서, 외부 공기는 궐련(200)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 궐련(200)의 내부로 유입될 수도 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 궐련(200)의 일 예에 대하여 설명한다.
도 4는 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 궐련(200)은 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)를 포함한다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 제 1 부분(210)은 담배 로드(210)를 포함하고, 제 2 부분(220)은 필터 로드(220)를 포함한다.
도 4에는 필터 로드(220)가 단일 세그먼트로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 필터 로드(220)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 필터 로드(220)는 에어로졸을 냉각하는 제 1 세그먼트 및 에어로졸 내에 포함된 소정의 성분을 필터링하는 제 2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 필터 로드(220)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트를 더 포함할 수 있다.
궐련(200)은 적어도 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼(240)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로서, 궐련(200)은 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로서, 궐련(200)은 2 이상의 래퍼(240)들에 의하여 중첩적으로 포장될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 래퍼에 의하여 담배 로드(210)가 포장되고, 제 2 래퍼에 의하여 필터 로드(220)가 포장될 수 있다. 그리고, 개별 래퍼에 의하여 포장된 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)가 결합되고, 제 3 래퍼에 의하여 궐련(200) 전체가 재포장될 수 있다. 만약, 담배 로드(210) 또는 필터 로드(220) 각각이 복수의 세그먼트들로 구성되어 있다면, 각각의 세그먼트가 개별 래퍼에 의하여 포장될 수 있다. 그리고, 개별 래퍼에 의하여 포장된 세그먼트들이 결합된 궐련(200) 전체가 다른 래퍼에 의하여 재포장될 수 있다.
담배 로드(210)는 에어로졸 생성 물질을 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물질은 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 담배 로드(210)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 또한, 담배 로드(210)에는, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이, 담배 로드(210)에 분사됨으로써 첨가할 수 있다.
담배 로드(210)는 다양하게 제작될 수 있다. 예를 들어, 담배 로드(210)는 시트(sheet)로 제작될 수도 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(210)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(210)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 담배 로드(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(210)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 담배 맛을 향상시킬 수 있다. 또한, 담배 로드(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 유도 가열식 히터에 의해 가열되는 서셉터로서의 기능을 할 수 있다. 이때, 도면에 도시되지는 않았으나, 담배 로드(210)는 외부를 둘러싸는 열 전도 물질 이외에도 추가의 서셉터를 더 포함할 수 있다.
필터 로드(220)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 한편, 필터 로드(220)의 형상에는 제한이 없다. 예를 들어, 필터 로드(220)는 원기둥 형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형(type) 로드일 수도 있다. 또한, 필터 로드(220)는 리세스 형(type) 로드일 수도 있다. 만약, 필터 로드(220)가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(220)는 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 일 예로서, 필터 로드(220)에 가향액이 분사될 수도 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터 로드(220)의 내부에 삽입될 수도 있다.
또한, 필터 로드(220)에는 적어도 하나의 캡슐(230)이 포함될 수 있다. 여기에서, 캡슐(230)은 향미를 발생시키는 기능을 수행할 수도 있고, 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 캡슐(230)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싼 구조일 수 있다. 캡슐(230)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
만약, 필터 로드(220)에 에어로졸을 냉각하는 세그먼트가 포함될 경우, 냉각 세그먼트는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 냉각 세그먼트는 순수한 폴리락트산 만으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또는, 냉각 세그먼트는 복수의 구멍들이 뚫린 셀룰로오스 아세테이트 필터로 제작될 수 있다. 그러나, 냉각 세그먼트는 상술한 예에 한정되지 않고, 에어로졸이 냉각되는 기능을 수행할 수 있다면, 제한 없이 해당될 수 있다.
한편, 도 4에는 도시되지 않았으나, 일 실시 예에 따른 궐련(200)은 전단 필터를 더 포함할 수 있다. 전단 필터는 담배 로드(210)에 있어서, 필터 로드(220)에 대향하는 일측에 위치한다. 전단 필터는 담배 로드(210)가 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있으며, 흡연 중에 담배 로드(210)로부터 액상화된 에어로졸이 에어로졸 발생 장치(도 1 내지 도 3의 10)로 흘러들어가는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 고정된 펄스폭변조 듀티로 예열할 때의 히터의 온도곡선을 배터리의 전압별로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리의 전압레벨이 4.2V일 때, 3.5V일 때 및 3.0V일 때 각각 서로 다른 예열양상을 나타내는 것을 알 수 있다. 먼저, 배터리의 초기전압이 4.2V일 때의 예열곡선(510)을 참조하면, 고정된 펄스폭변조 듀티(PWM duty)에 따라서, 히터에 공급되는 전력이 상대적으로 높게 결정되어, 예열되기 시작한 지 약 7초가 경과한 후에 히터의 온도가 목표온도인 400도에 도달하는 것을 알 수 있다. 이어서, 배터리의 초기전압이 3.5V일 때의 예열곡선(530)을 참조하면, 예열되기 시작한 지 약 10초가 경과한 후에 히터의 온도가 목표온도인 400도에 도달하며, 배터리의 초기전압이 3.0V일 때의 예열곡선(550)을 참조하면, 예열되기 시작한 지 약 14초가 경과한 후에 히터의 온도가 목표온도인 400도에 도달하는 것을 알 수 있다.
도 5와 같이 배터리의 전압 레벨에 상관없이 고정된 펄스폭변조 듀티를 사용하는 제어신호를 통해 히터에 전력을 공급하면, 배터리 전압레벨에 따라 예열 시간 및 온도 상승 기울기에 차이가 발생하며, 이러한 예열시간의 차이는 에어로졸 생성기질이 받는 열에너지의 차이를 유발하여, 사용자에게 일관된 흡연경험을 제공할 수 없으므로, 본 발명은 배터리의 상태정보를 기초로 한 전력제어를 함으로써, 위와 같은 문제를 해소하고자 한다.
도 6은 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치의 일 예의 블록도를 도식적으로 타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치(10)는 제어부(110), 배터리(120), 히터(130), 펄스폭변조기처리부(140), 디스플레이부(150), 모터(160), 저장장치(170) 및 FET(190)를 포함하는 것을 알 수 있다.
제어부(110)는 에어로졸 생성장치(10)에 포함되어 있는 배터리(120), 히터(130), 펄스폭변조기처리부(140), 디스플레이부(150), 모터(160), 저장장치(170) 및 FET(190)들을 총괄적으로 제어한다. 도 6에 도시되어 있지는 않지만, 실시 예에 따라서, 제어부(110)는 사용자의 버튼입력이나 터치입력을 수신하는 입력수신부(미도시) 및 사용자단말과 같은 외부 통신 장치와 통신을 수행할 수 있는 통신부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
배터리(120)는 히터(130)에 전력을 공급하며, 히터(130)에 공급되는 전력의 크기는 제어부(110)에서 출력되는 제어신호에 의해 조절될 수 있다.
히터(130)는 전류가 인가되면 고유 저항에 의해 발열을 하고, 에어로졸 생성기질이 가열된 히터에 접촉(결합)되면, 사용자가 흡입가능한 에어로졸이 생성될 수 있다.
펄스폭변조기처리부(140)는 히터(130)에 PWM(pulse width modulation)신호를 전달하는 방식을 통해서, 제어부(110)가 히터(130)에 공급되는 전력을 제어할 수 있도록 한다. 실시 예에 따라서, 펄스폭변조기처리부(140)는 제어부(110)에 포함되는 방식으로 구현될 수도 있다.
디스플레이부(150)는 에어로졸 생성장치(10)에서 발생되는 각종 알람메시지(Alarm message)를 시각적으로 출력하여 에어로졸 생성장치(10)를 사용하는 사용자가 확인할 수 있게 한다. 사용자는 디스플레이부(150)에 출력되는 배터리 전력부족 메시지나 히터의 과열경고메시지 등을 확인하고 에어로졸 생성장치(10)의 동작이 멈추거나 에어로졸 생성장치(10)가 파손되기 전에 적절한 조치를 취할 수 있게 된다.
모터(160)는 제어부(110)에 의해 구동되어 에어로졸 생성장치(10)가 사용할 준비가 되었다는 사실을 사용자가 촉각을 통해 인지할 수 있도록 한다.
저장장치(170)는 제어부(110)가 히터(130)에 공급되는 전력을 적절하게 제어하여, 에어로졸 생성장치(10)를 사용하는 사용자에게 다양한 풍미를 제공하도록 하기 위한 각종 정보를 저장하고 있다. 저장장치(170)는 플래시 메모리(flash memory)처럼 비휘발성 메모리로 구성될 수 있을 뿐만 아니라, 더 빠른 데이터 입출력(I/O)속도를 확보하기 위해서 통전시에만 한시적으로 데이터를 저장하는 휘발성 메모리로 구성될 수도 있다.
FET(Field Effect Transistor)(190)는 제어부(110)로부터 제어신호를 받아서 온오프(ON-OFF)동작을 반복하여 히터에 제공되는 전력을 조정하는 기능을 수행한다. 실시 예에 따라서, FET(190)는 에어로졸 생성장치(10)에서 생략될 수도 있으며, FET(190)가 생략되면 제어부(110) 또는 펄스폭변조기처리부(140)로부터 출력되는 신호는 히터에 직접 전달된다. FET(190)의 구체적인 동작에 대해서는, 도 7 내지 도 11에서 후술하기로 한다.
도 7은 제어부로부터 출력되는 제어신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제어부(110)에서 배터리에 인가되는 전력을 구동하기 위한 펄스폭변조 신호(PWM signal)는 일정한 듀티비를 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 배터리의 전압레벨을 기초로 히터에 공급되는 전력을 제어하는 에어로졸 생성장치의 동작과정에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
Figure PCTKR2018008338-appb-M000001
수학식 1은 배터리(120)의 실효전압 Veff를 정의하는 수학식이다. 수학식 1에서 VB는 배터리 전압, T1, T2는 각각 시간축에서 서로 다른 특정시점을 의미한다. 수학식 1에서 확인되는 바와 같이, 특정한 시점의 시간간격 T2에서 T1사이의 실효전압 Veff는 배터리 전압 VB가 떨어지더라도 듀티비 D를 조정해서 일정하게 유지할 수 있다.
Figure PCTKR2018008338-appb-M000002
수학식 2는 듀티비를 정의하는 수학식이다. 듀티비(Duty Ratio)는 특정한 소자나 모듈에 전류가 주기적인 펄스형태로 공급될 때, 해당 소자에 전류가 흐른 시간과 전류가 흐르지 않은 시간의 합에 대한 전류가 흐른 시간의 비율을 의미한다. 실시 예에 따라서, 듀티비는 전류뿐만 아니라 전압에 대해서도 정의될 수 있다. 수학식 2에서 T1(710)은 히터에 대한 제어신호가 히터에 전달되는 시점, T2(730)는 제어신호의 한 주기가 종료되는 시점, T3(750) 펄스형태의 제어신호에서 전류(전압)가 히터에 공급되다가 끊기는 시점을 의미한다. 제어신호는 제어부(110)에 의해 산출된 듀티비에 따라 소정의 전압 VB를 소정의 시간(T2-T1)동안 유지시키도록 생성된다.
Figure PCTKR2018008338-appb-M000003
수학식 3은 배터리(120)에 인가되는 전력을 정의하는 수학식이다. 수학식 3에서 RH는 히터(130)의 저항값을 의미한다. 수학식 3에서 확인되는 바와 같이, 히터(130)에 인가되는 전력은 배터리(120)의 전압, 배터리(120)의 저항 및 히터(130)에 인가되는 전력전달신호(제어신호)의 듀티비에 의존하므로, 배터리(120)의 전압 VB가 작아지더라도 듀티비를 상승시킴으로써 전력을 일정한 값으로 유지할 수 있다.
Figure PCTKR2018008338-appb-M000004
수학식 4는 수학식 3를 듀티비에 대해서 정리한 수학식이다. 수학식 4에서 확인되는 바와 같이, 히터(130)에 인가되는 전력전달신호의 듀티비는 히터(130)에 인가되는 전력, 히터(130)의 저항값에 비례하고, 배터리(120)의 전압의 제곱에 반비례한다.
Figure PCTKR2018008338-appb-M000005
수학식 5는 수학식 4에서 설명한 듀티비의 다른 예에 대한 수학식이다. 수학식 5에서 KP는 비례상수, Vmin은 배터리(120)의 사용전압의 최소값, PWMmax는 PWM 듀티의 최대값, VC는 현재 시점의 배터리(120)의 전압 레벨을 의미한다.
먼저, 비례상수 KP는 실험적으로 결정되는 상수값으로서, 듀티비 D가 일정범위의 값을 가질 수 있도록 조정하는 수로 정의된다. Vmin은 배터리(120)의 사용전압의 최소값으로서, 배터리(120)마다 갖고 있는 고유한 설계특성에 따르거나, 에어로졸 생성장치(10)에서 배터리(120)로부터 전력을 공급받는 모듈 전체의 등가 임피던스(equivalent impedance)에 따라 기설정되는 전압값을 의미하고, 배터리(120)는 최소한 Vmin만큼의 전압을 출력전압으로서 출력할 수 있게 된다. PWMmax는 PWM 듀티비의 최대값으로서, 0.9에서 1사이의 값 중에서 임의로 선택될 수 있다. VC는 현재 시점의 배터리(120)의 전압 레벨을 의미하고, 여기서 현재라고 하는 시점은 히터가 가열되기 시작한 시점 외에 다양한 시점이 될 수도 있다.
수학식 5는 본 발명에 따른 효과를 부각시키기 위해 수학식 4를 더 일반화시킨 수식이며, 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치(10)에 포함되는 제어부(110)는 수학식 5를 통해서 제어신호의 듀티비를 산출하고, 산출된 듀티비에 따른 제어신호를 히터에 전달함으로써, 본 발명에 따르면, 배터리(120)의 상태와 상관없이 언제나 일정한 예열시간을 보장할 수 있게 된다. 수학식 4에서 확인되는 바와 같이, 히터(130)의 저항값 RH나 배터리 전압 VB가 변동되더라도 듀티비를 조정해서 히터(130)로 인가되는 전력을 일정하게 유지할 수 있다.
제어부(110)는 가열되기 시작하는 가열시작시점의 배터리(120)의 상태정보를 파악하고, 파악된 상태정보를 기초로 제어신호의 듀티비를 산출할 수 있다. 여기서, 제어부(110)가 산출하는 제어신호의 듀티비는 수학식 5에 의해 산출된 듀티비를 의미하고, 배터리(120)의 상태정보는 시점이 고정되었을 때 배터리(120)로부터 출력되는 배터리(120)의 상태를 파악할 수 있는 정보를 포괄하는 개념으로서, 배터리(120)의 전압값, 배터리(120)가 생산되었을 당시의 최대축전량, 배터리(120)의 잔존 용량, 배터리(120) 자체의 고유한 식별정보나 배터리 수명과 직접적으로 관련된 정보를 모두 포함할 수 있다.
일 예로서, 제어부(110)는 배터리의 상태정보로부터 추출된 배터리의 전압값을 기초로 제어신호의 듀티비를 산출할 수도 있다. 이때의 배터리의 전압값은 히터가 배터리가 공급하는 전력에 의해서 가열되기 시작하는 시점의 전압값을 의미한다.
다른 일 예로서, 제어부(110)는 배터리로부터 전력을 공급받는 모듈 전체의 등가 임피던스에 따라서 미리 설정된 배터리의 최소사용전압값을 기초로, 제어신호의 듀티비를 산출할 수도 있다. 여기서, 배터리의 최소사용전압값은 수학식 5에서 Vmin을 의미하고, 에어로졸 생성장치(10)나 배터리의 설계에 따라서 결정되는 고유한 값으로서, 배터리(120) 또는 저장장치(170)로부터 획득될 수 있다.
전술한 예와 또 다른 예로서, 제어부(110)는 배터리(120)의 상태정보를 분석하여 배터리의 잔여 용량을 추정하고, 추정된 잔여용량을 기초로 하여 듀티비를 산출할 수도 있다. 이때, 제어부(110)는 배터리(120)의 현재 시점의 전압값을 이용하여 배터리(120)의 잔존 용량을 추정할 수 있으며, 배터리의 전압값을 이용하여 배터리의 잔존 용량을 추정하는 방법으로서, 일본 공개특허공보 제2003-307557호에 기재된 것과 같이 널리 알려진 방식을 채용할 수 있다.
전술한 예와 또 다른 예로서, 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치(10)는 제어부(110)가 제어신호의 듀티비를 산출하면, 그 듀티비에 따라서 온오프(ON-OFF) 동작을 수행하여 배터리(120)의 전력이 히터(130)에 인가되도록 하는 FET(190)를 포함할 수도 있다. 보다 구체적으로, 제어부(110)의 제어신호를 수신한 펄스폭변조기처리부(140)가 제어신호의 펄스폭을 변조하는 방식으로 듀티값을 변화시킨 펄스폭변조신호를 FET(190)에 입력하면, 펄스폭변조신호의 듀티값에 따라서 FET(190)가 온오프(ON-OFF)동작을 반복적으로 수행하는 과정을 통해 히터(130)에 전력을 인가하게 된다. 이때의 듀티값은 배터리(120)의 상태정보와 상관없이 히터(130)에 일정한 전력을 가할 수 있도록 하는 값으로서, 수학식 5에 의해 산출된 값이다.
전술한 예와 또 다른 선택적 일 실시 예로서, 제어부(110)는 가열시작시점에서의 제1듀티비에 따른 제어신호로 히터(130)에 전력이 공급되도록 제어하고, 히터(130)가 목표온도에 도달하기 전에 배터리(120)의 상태정보가 미리 설정된 범위를 초과하여 변경되면, 변경된 시점에서의 제2듀티비를 산출하여, 제2듀티비에 따른 제어신호로 히터(130)에 전력이 공급되도록 제어할 수도 있다. 본 선택적 실시 예에서, 제어부(110)는 히터(130)의 온도뿐만 아니라 배터리(120)의 전압레벨도 실시간으로 모니터링하며, 히터(130)의 온도가 목표온도에 도달하기 전에 배터리(120)의 전압레벨이 미리 설정된 범위를 초과하여 떨어지면, 히터(130)에 인가되는 전력이 떨어지지 않도록 실시간으로 듀티비를 소정값만큼 상승시키게 된다.
여기서, 제1듀티비는 히터가 가열되기 시작한 가열시작시점에서의 배터리의 전압 레벨에 따라 산출된 듀티비이고, 제2듀티비는 히터가 가열되어 목표온도에 도달하기 전에 배터리의 전압 레벨이 급격히 하강할 당시의 배터리의 전압레벨에 따라 산출된 듀티비를 의미한다.
배터리 전압은 방전되는 정전용량에 따라서 전압 레벨이 서서히 하강하다가, 특정한 시점에서 급격히 방전하면서 전압 레벨이 급격히 떨어지는 특성이 있다. 따라서, 수학식 5와 함께 설명한 것처럼, 배터리 전압 레벨이 하강함에 따라서, 배터리(120)에서 히터(130)로 인가되는 전압도 점차 낮아지는 경향을 보이며, 제어부(110)는 배터리(120)의 전압 레벨이 급격히 떨어지면 배터리(120)의 상태정보가 미리 설정된 범위를 초과하여 변경된 것으로 판단하여, 제어신호의 듀티비를 상향조정함으로써, 히터(130)에 인가되는 전력이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다.
도 8은 전력값에 따른 배터리 전압과 듀티비의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 히터(130)에 인가되는 전력에 따라서 배터리(120)의 전압 레벨과 듀티비가 달라지는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 제어신호의 듀티비는 공급 전력값이 크면 클수록 증가하게 된다.
도 9는 히터의 저항 값 및 듀티비 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제어신호의 듀티비는 히터의 저항값이 크면 클수록 증가하는 경향을 보인다.
도 8 및 도 9를 종합해 보면, 제어신호의 듀티비는 배터리의 전압레벨과 같은 배터리의 상태정보, 히터의 저항값, 히터에 공급되는 공급 전력 중 적어도 하나를 고려하여 산출될 수 있으며, 이는 수학식 1 내지 5를 통해 이미 설명한 바 있다.
도 10은 배터리 상태정보에 따라 유동적인 듀티비를 갖는 제어신호로 히터에 전력을 공급했을 때의 히터의 예열시간을 도식적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 종래와 같이 최소 3V 최대 4.2V의 전압 레벨을 갖는 배터리에 의해 히터에 전력이 인가되고, 이때의 전력은 배터리의 상태정보를 고려하지 않고 고정된 듀티비에 따른 제어신호를 통해 히터에 인가되었다고 간주한다. 전술한 수학식 3에 따르면, 듀티비 D와 히터의 저항 RH는 상수값으로 볼 수 있으므로, 결국 히터에 공급되는 전력은 배터리의 전압 레벨이 높을 때에 더 높아지게 되어, 배터리의 전압 레벨이 상대적으로 더 낮을 때보다 예열시간이 대폭 감소하게 된다. 일 예로서, 종래의 예열시간곡선(1010)에 따르면, 배터리의 전압 레벨이 4.2V일 때의 히터의 예열시간은 약 7초 정도에 불과하나, 배터리의 전압 레벨이 3.0V일 때의 히터의 예열시간은 약 14초라는 것을 알 수 있다.
반면, 본 발명에 따라 히터가 가열되기 시작한 시점의 배터리의 상태정보(전압레벨)에 따라 제어신호의 듀티비를 산출하고, 산출된 듀티비를 갖는 제어신호에 따라 히터에 전력을 인가한 경우, 본 발명에 따른 예열시간곡선(1030)에 따라서, 배터리의 전압 레벨과 상관없이 14초의 예열시간을 유지하는 것을 알 수 있다.
도 11은 배터리 상태정보에 따라 유동적인 듀티비를 갖는 제어신호로 히터에 전력을 공급했을 때의 히터의 온도증가 그래프를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 11을 도 5와 비교하면, 배터리 상태정보에 따라 산출되는 유동적인 듀티비의 제어신호로 히터에 전력을 공급함에 따라서, 히터를 가열하기 시작한 시점의 배터리의 전압 레벨이 4.2V, 3.5V, 3.0V일 때 히터가 목표온도에 도달하는 데에 걸리는 시간이 약 14초로 동일한 수준임을 알 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 12는 도 6에 따른 에어로졸 생성장치(10)를 통해 구현될 수 있으므로, 이하에서는 도 6을 참조하여 설명하기로 하며, 도 6에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
에어로졸 생성장치(10)의 제어부(110)는 에어로졸 생성장치(10)의 동작을 감지하고, 히터(130)를 가열하기 시작한다(S1210). 보다 구체적으로, 제어부(110)는 에어로졸 생성장치(10)의 동작을 다양한 방식으로 감지할 수 있다. 일 예로서, 제어부(110)는 사용자가 에어로졸 생성장치(10)에 구비되어 있는 동작버튼을 누르는 것을 에어로졸 생성장치(10)의 동작으로 인식할 수 있다.
다른 예로서, 제어부(110)는 에어로졸 생성장치(10)에 에어로졸 생성기질이 장착되는 것을 에어로졸 생성장치(10)의 동작으로 인식할 수도 있다. 이때, 에어로졸 생성기질은 에어로졸 생성장치(10)의 유형에 따라서, 궐련 또는 액상 카트리지가 될 수 있다.
단계 S1210의 선택적 일 실시 예로서, 제어부(110)는 에어로졸 생성장치(10)의 동작을 감지하기 위해서, 에어로졸 생성기질이 에어로졸 생성장치(10)에 장착된 후에 에어로졸 생성장치(10)가 사용조건을 만족했는지 여부를 추가로 파악할 수도 있다. 제어부(110)는 배터리(120)의 잔여 용량이 미리 설정된 값을 초과하는지 여부, 에어로졸 생성장치(10)에 에어로졸 생성기질이 장착되면서 에어로졸 생성장치(10)를 구성하는 모듈간의 연결상태 또는 조립상태가 정상인지 여부 등을 체크하여 에어로졸 생성장치(10)가 사용조건을 만족한 상태인지 파악할 수 있다.
이어서, 제어부(110)는 히터(130)를 가열하기 시작한 가열시작시점의 배터리(120)의 상태정보를 파악한다(S1230). 실시 예에 따라서, 제어부(110)는 가열시작시점 외에 배터리(120)의 전압 레벨이 미리 설정된 범위를 초과하여 하강한 시점의 배터리(120)의 상태정보를 더 파악할 수 있다는 것은 이미 설명한 바 있다.
제어부(110)는 단계 S1230에서 파악한 배터리(120)의 상태정보를 기초로 제어신호의 듀티비를 산출한다(S1250). 단계 S1250에서 산출되는 듀티비는 수학식 5에 따라 배터리(120)의 사용전압최소값, 히터가 가열되기 시작한 시점의 배터리(120)의 전압레벨 등에 의해 달라질 수 있다.
제어부(110)는 단계 S1250에서 산출한 듀티비에 따른 제어신호를 히터에 송신하여 히터(130)가 가열되도록 제어한다(S1270). 단계 S1270에서 히터(130)는 단계 S1230에서의 배터리(120)의 상태정보(전압 레벨)와 상관없이 동일한 예열시간을 거쳐서 목표온도에 도달하게 되며, 동일한 예열시간을 통해서 에어로졸 생성기질에 균일한 열에너지가 가해지게 됨에 따라, 사용자는 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치(10)를 통해서 일관된 흡연경험을 할 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 사용자에게 흡입가능한 에어로졸이나 향미를 제공하는 에어로졸 생성장치나 향미흡인기에 적용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 에어로졸 생성장치에 있어서,
    에어로졸 생성기질을 가열하여 에어로졸을 생성시키는 히터 및
    제어신호로 배터리에 의해 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 히터가 가열되기 시작하는 가열시작시점의 배터리의 상태정보를 파악하고,
    상기 파악된 상태정보를 기초로 상기 제어신호의 듀티비(duty ratio)를 산출하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 상태정보로부터 추출된 상기 배터리의 전압값을 기초로 상기 제어신호의 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 생성장치에서 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 모듈 전체의 등가 임피던스에 따라서 다르게 기설정된 배터리의 최소사용전압값을 기초로 상기 제어신호의 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  4. 제2항에 있어서
    상기 듀티비는 상기 전압값의 제곱에 반비례하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  5. 제1항에 있어서
    상기 제어부는,
    상기 히터에 기공급된 전력 및 소정의 상기 히터의 저항값 중 적어도 하나를 더 고려하여 상기 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 상태정보를 분석하여 상기 배터리의 잔여 용량을 추정하고,
    상기 추정된 잔여용량을 기초로 상기 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성장치는,
    상기 제어신호의 듀티비에 따라서 온오프(ON-OFF) 동작을 수행하여 배터리의 전력이 상기 히터에 인가되도록 제어하는 전계효과 트랜지스터(FFT: Field Effect Transistor)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가열시작시점에서의 제1듀티비에 따른 제어신호로 상기 히터에 전력이 공급되도록 제어하고,
    상기 히터가 목표온도에 도달하기 전에 상기 배터리의 상태정보가 미리 설정된 범위를 초과하여 변경되면, 상기 변경된 시점에서의 제2듀티비를 산출하여 상기 산출된 제2듀티비에 따른 제어신호로 상기 히터에 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어신호는 펄스폭변조(PWM) 신호인 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  10. 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 히터가 가열되기 시작하는 가열시작시점의 배터리의 상태정보를 파악하는 상태정보파악단계; 및
    상기 파악된 상태정보를 기초로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어신호의 듀티비를 산출하는 듀티비산출단계를 포함하는, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 듀티비산출단계는,
    상기 배터리의 상태정보로부터 추출된 상기 배터리의 전압값을 기초로 상기 제어신호의 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 하는, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 듀티비산출단계는,
    상기 배터리로부터 전력을 공급받는 모듈 전체의 등가 임피던스에 따라서 다르게 기설정된 배터리의 최소사용전압값을 기초로 상기 제어신호의 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 하는, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법.
  13. 제11항에 있어서
    상기 듀티비는 상기 전압값의 제곱에 반비례하는 것을 특징으로 하는, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법.
  14. 제10항에 있어서
    상기 듀티비산출단계는,
    상기 히터에 기공급된 전력 및 소정의 상기 히터의 저항값 중 적어도 하나를 더 고려하여 상기 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 하는, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 듀티비산출단계는,
    상기 상태정보를 분석하여 상기 배터리의 잔여 용량을 추정하고,
    상기 추정된 잔여용량을 기초로 상기 듀티비를 산출하는 것을 특징으로 하는, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 방법은,
    전계효과 트랜지스터(FFT: Field Effect Transistor)가 상기 제어신호의 상기 산출된 듀티비에 따라서 온오프(ON-OFF) 동작을 수행하여 배터리의 전력이 상기 히터에 인가되도록 제어하는 스위칭제어단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 가열시작시점에서의 제1듀티비에 따른 제어신호로 상기 히터에 전력이 공급되도록 제어하고,
    상기 히터가 목표온도에 도달하기 전에 상기 배터리의 상태정보가 미리 설정된 범위를 초과하여 변경되면, 상기 변경된 시점에서의 제2듀티비를 산출하여 상기 산출된 제2듀티비에 따른 제어신호로 상기 히터에 전력이 공급되도록 제어하는 전력제어단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 제어신호는 펄스폭변조(PWM) 신호인 것을 특징으로 하는, 히터에 공급되는 배터리의 전력을 제어하는 방법.
  19. 제10항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
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