WO2020017783A1 - 에어로졸 생성장치의 히터의 오버슛을 방지하는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 에어로졸 생성장치 - Google Patents

에어로졸 생성장치의 히터의 오버슛을 방지하는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 에어로졸 생성장치 Download PDF

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upper limit
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이재민
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    • A24F40/465—Shape or structure of electric heating means specially adapted for induction heating

Definitions

  • the present invention relates to a method for preventing overshoot of a heater of an aerosol generating device and an aerosol generating device for implementing the method, and more particularly, to improve the preheating speed without generating an overshoot of a heater of an aerosol. It relates to a method and an aerosol generating device for implementing the method.
  • the aerosol generating apparatus generally includes a heater for heating the aerosol generating substrate to generate an aerosol, and has a separate main controller unit (MCU) to control the power supplied to the heater.
  • MCU main controller unit
  • the temperature of the heater rises rapidly, causing the heater to be heated to a temperature far exceeding the target temperature of the heater. Phenomenon occurs.
  • the overshoot may not only damage the various modules constituting the aerosol generating device but also provide an unpleasant smoking experience for the user inhaling the aerosol.
  • the present invention has been made in an effort to provide a method for preventing overshoot of a heater of an aerosol-generating device by controlling the temperature of the heater differently for each section, and to provide an aerosol-generating device for implementing the method.
  • an apparatus for generating an aerosol comprising: a heater for generating an aerosol by heating an aerosol generating substrate; And a controller configured to control the power supplied to the heater, wherein the controller controls the power supplied to the heater in a first manner until the temperature of the heater reaches an upper limit value of a preheating temperature section.
  • the electric power supplied to the heater may be controlled in a second manner until the temperature rises from the upper limit value to the target temperature.
  • the method according to another embodiment of the present invention for solving the technical problem in the method for controlling the power supplied to the heater, the first method until the temperature of the heater reaches the upper limit of the preheating temperature range A first method control step of controlling power supplied to the heater; And a second method control step of controlling power supplied to the heater in a second method up to a target temperature higher than the upper limit value when the temperature of the heater reaches the upper limit value.
  • An embodiment of the present invention may provide a computer readable recording medium storing a program for implementing the method.
  • the present invention not only the overshoot of the heater of the aerosol generating device is generated, but also the preheating speed is secured faster than when the main controller unit of the aerosol generating device controls the power supplied to the heater by the conventional PID control method. can do.
  • 1 to 3 are diagrams showing examples in which a cigarette is inserted into the aerosol generating device.
  • FIG. 4 is a view showing an example of a cigarette.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a block diagram of an example of an aerosol generating device according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a graph for describing a method of controlling a temperature of a heater of an aerosol generating device for each section.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a method of controlling power supplied to a heater according to the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating another example of a method of controlling power supplied to a heater according to the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating still another example of a method of controlling power supplied to a heater according to the present invention.
  • FIG. 10 is a graph illustrating a method of controlling a temperature of a heater of an aerosol generating device for each section.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a method of controlling a temperature of a heater of each aerosol-generating device according to the present invention for each section.
  • 12 is a flowchart illustrating an example in which the controller determines the length of the temperature reduction section.
  • 13 is a flowchart illustrating an example in which the controller determines the length of the temperature holding section.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a graph for explaining a difference between a method of controlling a temperature of a heater by dividing a preheating section and a maintaining section, and a problem of a method of classifying and controlling a section in comparison with a conventional method of classifying a heater.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a graph for explaining an example of adjusting a target temperature according to an exemplary embodiment.
  • 16 is a diagram illustrating a graph for describing another example of adjusting a target temperature according to some embodiments.
  • 17 is a graph illustrating a cumulative value obtained by accumulating a difference value between a heater temperature and a target temperature over time according to some embodiments.
  • FIG. 18 is a graph illustrating an example in which a target temperature is adjusted based on a change in a cumulative value according to some embodiments.
  • 19 is a graph illustrating another example of adjusting a target temperature based on a change in a cumulative value according to some embodiments.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating a method of controlling a temperature of a heater for heating a cigarette accommodated in an aerosol-generating device according to some embodiments.
  • an apparatus for generating an aerosol comprising: a heater for generating an aerosol by heating an aerosol generating substrate; And a controller configured to control the power supplied to the heater, wherein the controller controls the power supplied to the heater in a first manner until the temperature of the heater reaches an upper limit value of a preheating temperature section.
  • the electric power supplied to the heater may be controlled in a second manner until the temperature rises from the upper limit value to the target temperature.
  • control unit may control the power supplied to the heater in the first manner until the temperature of the heater reaches the upper limit value from the lower limit value of the preheating temperature section.
  • the first method may be characterized in that the output voltage range of the battery is grasped and the heater is heated up to an upper limit of the preheat temperature section according to the upper limit of the output voltage range.
  • control unit characterized in that for controlling the heater to be heated by the pulse width modulation (PWM) control of the fixed output to the upper limit of the output voltage range.
  • PWM pulse width modulation
  • the first method may be a pulse width modulation (PWM) control method of a fixed output
  • the second method may be a proportional integral differential (PID) control method.
  • PWM pulse width modulation
  • PID proportional integral differential
  • the lower limit value may be a temperature value arbitrarily selected at 160 degrees to 220 degrees Celsius
  • the upper limit value may be a temperature value arbitrarily selected at 250 degrees to 310 degrees Celsius.
  • the ratio of the upper limit value to the target temperature may be a predetermined value.
  • the ratio may be characterized in that the value is arbitrarily selected between 0.65 and 0.95.
  • control unit measures the time for controlling the power supplied to the heater in the first manner with a timer, and predicted as the time when the temperature of the heater reached the upper limit based on the measured result.
  • the power supplied to the heater may be controlled in the second manner.
  • the method according to another embodiment of the present invention for solving the technical problem in the method for controlling the power supplied to the heater, the first method until the temperature of the heater reaches the upper limit of the preheating temperature range A first method control step of controlling power supplied to the heater; And a second method control step of controlling power supplied to the heater in a second method up to a target temperature higher than the upper limit value when the temperature of the heater reaches the upper limit value.
  • the method may further include determining a heater temperature to determine whether the temperature of the heater is lower than a lower limit of the preheating temperature range.
  • the first method control step may include: when the temperature of the heater is lower than the lower limit, The power supplied to the heater may be controlled in the first manner until the temperature of the heater reaches the upper limit.
  • the first method may be characterized in that the output voltage range of the battery is grasped and the heater is heated up to an upper limit of the preheating temperature section of the heater according to the upper limit of the output voltage range.
  • the first method may be characterized in that the heater is controlled to be heated by pulse width modulation (PWM) control of the fixed output to the maximum value of the output voltage range.
  • PWM pulse width modulation
  • the first method may be a fixed output pulse width modulation (PWM) control method
  • the second method may be a proportional integral differential (PID) control method
  • the lower limit value may be a temperature value arbitrarily selected at 160 degrees to 220 degrees Celsius
  • the upper limit value may be a temperature value arbitrarily selected at 250 degrees to 310 degrees Celsius.
  • the ratio of the upper limit value to the target temperature may be a predetermined value.
  • the ratio may be characterized in that the value arbitrarily selected between 0.65 and 0.95.
  • the first method control step the time for controlling the power supplied to the heater in the first method is measured by a timer
  • the second method control step based on the measured time
  • the power supplied to the heater may be controlled by the second method.
  • An embodiment of the present invention may provide a computer readable recording medium storing a program for implementing the method.
  • 1 to 3 are diagrams showing examples in which a cigarette is inserted into the aerosol generating device.
  • the aerosol generating device 10 includes a battery 120, a controller 110, and a heater 130. 2 and 3, the aerosol generating device 10 further includes a vaporizer 180. In addition, a cigarette 200 may be inserted into the internal space of the aerosol generating device 10.
  • the components related to the present embodiment are illustrated in the aerosol generating device 10 shown in FIGS. 1 to 3. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that the general purpose components other than the components illustrated in FIGS. 1 to 3 may be further included in the aerosol generating device 10. .
  • the heater 130 is included in the aerosol generating device 10 in FIGS. 2 and 3, the heater 130 may be omitted as necessary.
  • FIG. 1 illustrates that the battery 120, the controller 110, and the heater 130 are arranged in a line.
  • FIG. 2 illustrates that the battery 120, the controller 110, the vaporizer 180, and the heater 130 are arranged in a line.
  • FIG. 3 shows that the vaporizer 180 and the heater 130 are arranged in parallel.
  • the internal structure of the aerosol generating device 10 is not limited to that shown in Figs. In other words, the arrangement of the battery 120, the controller 110, the heater 130, and the vaporizer 180 may be changed according to the design of the aerosol generating device 10.
  • the aerosol generating device 10 When the cigarette 200 is inserted into the aerosol generating device 10, the aerosol generating device 10 operates the heater 130 and / or the vaporizer 180, the cigarette 200 and / or vaporizer 180 Can generate aerosol. The aerosol generated by the heater 130 and / or the vaporizer 180 passes through the cigarette 200 and is delivered to the user.
  • the aerosol generating apparatus 10 may heat the heater 130.
  • the battery 120 supplies power used to operate the aerosol generating device 10.
  • the battery 120 may supply power so that the heater 130 or the vaporizer 180 may be heated, and may supply power necessary for the control unit 110 to operate.
  • the battery 120 may supply power required to operate a display, a sensor, a motor, and the like installed in the aerosol generating device 10.
  • the controller 110 controls the overall operation of the aerosol generating device 10. Specifically, the control unit 110 controls the operation of the battery 120, the heater 130 and the vaporizer 180, as well as other components included in the aerosol generating device 10. In addition, the controller 110 may determine whether each of the components of the aerosol generating device 10 is in an operable state.
  • the controller 110 includes at least one processor.
  • a processor may be implemented as an array of multiple logic gates, or as a combination of a general purpose microprocessor and a memory in which a program that can be executed in the microprocessor is stored.
  • a general purpose microprocessor and a memory in which a program that can be executed in the microprocessor is stored.
  • the present embodiment may be implemented in other forms of hardware.
  • the heater 130 may be heated by the power supplied from the battery 120.
  • the heater 130 may be located outside the cigarette.
  • the heated heater 130 may raise the temperature of the aerosol generating material in the cigarette.
  • the heater 130 may be an electric resistance heater.
  • the heater 130 may include an electrically conductive track, and the heater 130 may be heated as a current flows in the electrically conductive track.
  • the heater 130 is not limited to the above-described example and may be applied without limitation as long as it can be heated to a desired temperature.
  • the desired temperature may be preset in the aerosol generating device 10, or may be set to a desired temperature by the user.
  • the heater 130 may be an induction heating heater.
  • the heater 130 may include an electrically conductive coil for heating the cigarette in an induction heating method, and the cigarette may include a susceptor that may be heated by an induction heating heater.
  • the heater 130 may include a tubular heating element, a plate heating element, a needle heating element, or a rod-shaped heating element, and may define the inside or the outside of the cigarette 200 according to the shape of the heating element. Can be heated.
  • a plurality of heaters 130 may be disposed in the aerosol generating device 10.
  • the plurality of heaters 130 may be disposed to be inserted into the cigarette 200 or may be disposed outside the cigarette 200.
  • some of the plurality of heaters 130 may be disposed to be inserted into the cigarette 200, and the others may be disposed outside the cigarette 200.
  • the shape of the heater 130 is not limited to the shape shown in FIGS. 1 to 3, and may be manufactured in various shapes.
  • the vaporizer 180 may generate an aerosol by heating the liquid composition, and the generated aerosol may be delivered to the user through the cigarette 200.
  • the aerosol generated by the vaporizer 180 may move along the air flow passage of the aerosol generating device 10, and the air flow passage passes the aerosol generated by the vaporizer 180 through the cigarette to the user. It can be configured to be.
  • vaporizer 180 may include, but is not limited to, a liquid reservoir, liquid delivery means, and heating element.
  • the liquid reservoir, liquid delivery means and heating element may be included in the aerosol generating device 10 as an independent module.
  • the liquid reservoir may store the liquid composition.
  • the liquid composition may be a liquid comprising a tobacco containing material comprising a volatile tobacco flavor component, or may be a liquid comprising a non tobacco component.
  • the liquid reservoir may be manufactured to be detachable / attached from the vaporizer 180, or may be manufactured integrally with the vaporizer 180.
  • the liquid composition may include water, solvents, ethanol, plant extracts, flavors, flavorings, or vitamin mixtures.
  • Fragrance may include, but is not limited to, menthol, peppermint, spearmint oil, various fruit flavor components, and the like.
  • Flavoring agents may include ingredients that can provide a variety of flavors or flavors to a user.
  • the vitamin mixture may be a mixture of at least one of vitamin A, vitamin B, vitamin C and vitamin E, but is not limited thereto.
  • Liquid compositions can also include aerosol formers such as glycerin and propylene glycol.
  • the liquid delivery means may deliver the liquid composition of the liquid reservoir to the heating element.
  • the liquid delivery means may be, but is not limited to, a wick such as cotton fibers, ceramic fibers, glass fibers, porous ceramics.
  • the heating element is an element for heating the liquid composition delivered by the liquid delivery means.
  • the heating element may be a metal heating wire, a metal hot plate, a ceramic heater, or the like, but is not limited thereto.
  • the heating element may be composed of a conductive filament such as nichrome wire, and may be arranged in a structure wound around the liquid delivery means. The heating element may be heated by a current supply and may transfer heat to the liquid composition in contact with the heating element, thereby heating the liquid composition. As a result, aerosols can be produced.
  • the vaporizer 180 may be referred to as a cartomizer or an atomizer, but is not limited thereto.
  • the aerosol generating device 10 may further include general components in addition to the battery 120, the controller 110, the heater 130, and the vaporizer 180.
  • the aerosol generating device 10 may include a display capable of outputting visual information and / or a motor for outputting tactile information.
  • the aerosol generating device 10 may include at least one sensor (puff sensor, temperature sensor, cigarette insert sensor, etc.).
  • the aerosol generating device 10 may be manufactured in a structure in which external air may be introduced or internal gas may flow out even when the cigarette 200 is inserted.
  • the aerosol generating device 10 may be configured with a separate cradle system.
  • the cradle may be used to charge the battery 120 of the aerosol generating device 10.
  • the heater 130 may be heated while the cradle and the aerosol generating device 10 are coupled to each other.
  • the cigarette 200 may be similar to a general combustion cigarette.
  • the cigarette 200 may be divided into a first part including an aerosol generating material and a second part including a filter and the like.
  • the aerosol generating material may also be included in the second portion of the cigarette 200.
  • an aerosol generating material made in the form of granules or capsules may be inserted into the second part.
  • the entirety of the first portion may be inserted into the aerosol generating device 10, and the second portion may be exposed to the outside. Alternatively, only a part of the first part may be inserted into the aerosol generating device 10, or an entirety of the first part and a part of the second part may be inserted.
  • the user can inhale the aerosol in the state of the door with the second part in the mouth. At this time, the aerosol is generated by the external air passing through the first portion, the generated aerosol is passed through the second portion to the user's mouth.
  • the outside air may be introduced through at least one air passage formed in the aerosol generating device 10.
  • opening and closing of the air passage formed in the aerosol generating device 10 and / or the size of the air passage may be adjusted by the user. Accordingly, the atomization amount, smoking feeling, etc. can be adjusted by the user.
  • the outside air may be introduced into the cigarette 200 through at least one hole formed in the surface of the cigarette 200.
  • FIG. 4 is a view showing an example of a cigarette.
  • the cigarette 200 includes a tobacco rod 210 and a filter rod 220.
  • the first portion 210 described above with reference to FIGS. 1 to 3 includes a tobacco rod 210, and the second portion 220 includes a filter rod 220.
  • the filter rod 220 may be composed of a plurality of segments.
  • filter rod 220 may include a first segment that cools the aerosol and a second segment that filters certain components included in the aerosol.
  • the filter rod 220 may further include at least one segment that performs another function.
  • the cigarette 200 may be wrapped by at least one wrapper 240.
  • the wrapper 240 may be formed with at least one hole through which external air flows or internal gas flows out.
  • the cigarette 200 may be packaged by one wrapper 240.
  • the cigarette 200 may be overlaid by two or more wrappers 240.
  • the tobacco rod 210 may be packaged by the first wrapper, and the filter rod 220 may be packaged by the second wrapper.
  • the tobacco rod 210 and the filter rod 220 packaged by the individual wrappers may be combined, and the entire cigarette 200 may be repackaged by the third wrapper. If each of the tobacco rod 210 or the filter rod 220 is composed of a plurality of segments, each segment may be wrapped by a separate wrapper. In addition, the entire cigarette 200 to which the segments wrapped by the individual wrappers are combined may be repackaged by another wrapper.
  • Tobacco rod 210 includes an aerosol generating material.
  • the aerosol generating material may include, but is not limited to, at least one of glycerin, propylene glycol, ethylene glycol, dipropylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol and oleyl alcohol.
  • tobacco rod 210 may contain other additive materials such as flavoring agents, wetting agents and / or organic acids.
  • the tobacco rod 210 may be added by spraying a perfume liquid such as menthol or a moisturizer onto the tobacco rod 210.
  • the tobacco rod 210 may be manufactured in various ways.
  • the tobacco rod 210 may be made of a sheet or may be made of a strand.
  • the tobacco rod 210 may be made of chopped tobacco.
  • the tobacco rod 210 may be surrounded by a heat conducting material.
  • the heat conducting material may be, but is not limited to, a metal foil such as aluminum foil.
  • the heat conducting material surrounding the tobacco rod 210 may evenly disperse heat transmitted to the tobacco rod 210 to improve the thermal conductivity applied to the tobacco rod, thereby improving tobacco taste.
  • the heat conducting material surrounding the tobacco rod 210 may function as a susceptor heated by an induction heated heater. At this time, although not shown in the figure, the tobacco rod 210 may further include an additional susceptor in addition to the heat conducting material surrounding the outside.
  • the filter rod 220 may be a cellulose acetate filter.
  • the shape of the filter rod 220 is not limited.
  • the filter rod 220 may be a cylindrical type rod, or may be a tube type rod including a hollow therein.
  • the filter rod 220 may be a recess type rod. If the filter rod 220 is composed of a plurality of segments, at least one of the plurality of segments may be manufactured in a different shape.
  • the filter rod 220 may be manufactured so that flavor is generated.
  • the fragrance liquid may be injected into the filter rod 220, or a separate fiber coated with the fragrance liquid may be inserted into the filter rod 220.
  • the filter rod 220 may include at least one capsule 230.
  • the capsule 230 may perform a function for generating a flavor, or may perform a function for generating an aerosol.
  • the capsule 230 may have a structure in which a liquid containing perfume is wrapped in a film.
  • Capsule 230 may have a spherical or cylindrical shape, but is not limited thereto.
  • the cooling segment may be made of a polymer material or a biodegradable polymer material.
  • the cooling segment may be made of pure polylactic acid only, but is not limited thereto.
  • the cooling segment can be made of a cellulose acetate filter having a plurality of holes.
  • the cooling segment is not limited to the above-described example, and may be applied without limitation as long as the aerosol can perform a function of cooling.
  • the cigarette 200 may further include a shear filter.
  • the shear filter is located on one side of the tobacco rod 210 opposite the filter rod 220.
  • the shear filter may prevent the tobacco rod 210 from escaping to the outside and prevent the liquefied aerosol from the tobacco rod 210 from flowing into the aerosol-generating device (10 of FIGS. 1 to 3) during smoking. have.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a block diagram of an example of an aerosol generating device according to the present invention.
  • the aerosol generating device 10 includes a control unit 110, a battery 120, a heater 130, a pulse width modulation processor 140, a display unit 150, and a motor 160. It can be seen that the storage device 170 is included.
  • the controller 110 includes the battery 120, the heater 130, the pulse width modulation processor 140, the display 150, the motor 160, and the storage device 170 included in the aerosol generating device 10. Overall control. Although not illustrated in FIG. 5, according to an embodiment, the controller 110 may communicate with an external communication device such as an input receiver (not shown) and a user terminal for receiving a user's button input or touch input. It may further include (not shown). Although not shown in FIG. 5, the controller 110 may further include a module for performing proportional integral differential control (PID) on the heater 130.
  • PID proportional integral differential control
  • the battery 120 supplies power to the heater 130, and the magnitude of the power supplied to the heater 130 may be adjusted by the controller 110.
  • the heater 130 generates heat by the intrinsic resistance when a current is applied, and when the aerosol generating substrate contacts (couples) the heated heater, an aerosol may be generated.
  • the pulse width modulation processor 140 may allow the controller 110 to control the power supplied to the heater 130 through a method of transmitting a pulse width modulation (PWM) signal to the heater 130.
  • PWM pulse width modulation
  • the pulse width modulation processor 140 may be implemented in a manner included in the controller 110.
  • the display unit 150 visually outputs various alarm messages generated by the aerosol generating device 10 so that a user who uses the aerosol generating device 10 may check.
  • the user may check the battery power shortage message or the overheat warning message of the heater output to the display unit 150 and take appropriate measures before the operation of the aerosol generating device 10 is stopped or the aerosol generating device 10 is damaged. Will be.
  • the motor 160 is driven by the control unit 110 to allow the user to recognize through touch that the aerosol generating device 10 is ready for use.
  • the storage device 170 stores various information for the controller 110 to appropriately control the power supplied to the heater 130 to provide various flavors to the user who uses the aerosol generating device 10.
  • the first or second method described below is one of control methods for controlling the power supplied to the heater by the controller 110, and is stored in the storage device 170 and then called by the controller 110. It may be transmitted to the control unit 110 by.
  • the information stored in the storage device 170 includes a temperature profile, a control reference ratio, and a reference, which the controller 110 refers to in order to appropriately control the temperature of the heater as time passes.
  • the control value may be stored in advance, and the information may be transmitted to the controller 110 at the request of the controller 110.
  • the storage device 170 may not only be configured as a nonvolatile memory like a flash memory, but also as a volatile memory that temporarily stores data only when energized in order to secure a faster data input / output (I / O) speed. It may be configured.
  • a method of controlling the power supplied to the heater 130 by the controller 110 according to the present invention will be described later with reference to FIG. 6 for convenience of description.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a graph for describing a method of controlling a temperature of a heater of an aerosol generating device for each section.
  • FIG. 6 is a section boundary lines 610a and 610b representing a preheating temperature section, a temperature change curve 630 of a heater according to a conventional PWM control method, and a temperature change curve of a heater according to a conventional PID control method. It can be seen that 650 and the temperature change curve 670 of the heater according to the present invention.
  • the horizontal axis represents second and the vertical axis represents Celsius temperature.
  • the section boundary lines 610a and 610b representing the preheating temperature section represent the lower limit value and the upper limit value of the preheating temperature section in the present invention, respectively.
  • the lower limit of the preheating temperature range is 190 degrees
  • the upper limit of the preheating temperature range is 280 degrees
  • 190 degrees and 280 degrees are exemplary values according to the preferred embodiment of the present invention.
  • the lower limit and the upper limit of the interval may vary.
  • the lower limit value of the preheating temperature section may be selected at any temperature between 160 degrees and 220 degrees
  • the upper limit value of the preheating temperature section may be selected at any temperature between 250 degrees and 310 degrees.
  • the temperature of the heater rises at a rapid rate and after about 7 to 8 seconds has elapsed, the temperature rises to about 390 degrees and then gradually decreases. Able to know.
  • the overshoot occurs after the temperature of the heater reaches the target temperature.
  • the temperature of the heater slowly rises, so that the overshoot does not occur, but the temperature of the heater is 340, which is the target temperature of the heater, compared to other control methods. It can be seen that it takes more time to reach the figure.
  • the temperature change curve 670 of the heater according to the present invention has a faster preheating speed than when controlling the power supplied to the heater using only the PID control method, and controls the power supplied to the heater using only the fixed PWM control method. There is a characteristic that no overshoot is generated.
  • the controller 110 controls the temperature control method of the heater 130 by dividing it into a preheating temperature section and a temperature holding section.
  • the controller 110 controls the power supplied to the heater in the first method in the preheating temperature section. More specifically, the controller 110 controls the power supplied to the heater in the first manner until the temperature of the heater reaches the upper limit of the preheating temperature section.
  • the controller 110 may control the power supplied to the heater in a first manner until the temperature of the heater reaches the upper limit value from the lower limit value of the preheating temperature section.
  • the control unit 110 is limited to the starting point for controlling the heater in the first method from the lower limit value of the preheating temperature section, so that the control unit 110 controls the power supplied to the heater in the first method.
  • the point of view is clear.
  • the preheating temperature section is a range of temperatures consisting of a lower limit value and an upper limit value. Referring to FIG. 6, it can be seen that the lower limit value of the preheating temperature section may be 190 degrees, and the upper limit value of the preheating temperature section may be 280 degrees. According to an embodiment, the lower limit value and the upper limit value of the preheating temperature section may be other values in addition to the aforementioned 190 degrees and 280 degrees.
  • the first method may be a pulse width modulation (PWM) control method of a fixed output.
  • PWM pulse width modulation
  • the controller 110 may determine the output voltage range of the battery 120 and heat up to an upper limit of the preheating temperature range of the heater according to the upper limit of the output voltage range. Since the battery 120 has a characteristic in which an output voltage range is changed according to a failure or power storage amount, the controller 110 determines an output voltage range of the battery 120 and heats the heater as quickly as possible according to an upper limit of the output voltage range. As a result, it is possible to control the preheating speed faster than the conventionally known heater control method.
  • the controller 110 When the controller 110 senses that the temperature of the heater reaches the upper limit of the preheating temperature range, the controller 110 controls the power supplied to the heater in a second manner until the temperature of the heater reaches the target temperature at the upper limit of the preheating period. .
  • the target temperature is a temperature required for the heater to directly or indirectly contact the aerosol generating material to generate the aerosol, which is higher than the upper limit of the preheating temperature range.
  • the target temperature may be 340 degrees Celsius, and in some embodiments, the target temperature may be lower or higher than 340 degrees.
  • the second method means a method of controlling power supplied to the heater, which is distinguished from the first method.
  • the first scheme is a pulse width modulation (PWM) control scheme
  • the second scheme may be a proportional integral differential (PID) control scheme.
  • the control unit 110 receives the temperature profile and the proportional integral derivative control method stored in the storage device 170, and then rapidly rises to the upper limit of the preheating temperature section. Proportional integral control is performed to reach the target temperature at a relatively slow rate. More specifically, the controller 110 may appropriately adjust gains of the proportional term, the integral term, and the derivative term in order to raise the temperature of the heater to the target temperature without causing an overshoot of the heater. .
  • the storage device 170 stores various kinds of information necessary for performing proportional integral derivative control.
  • the various types of information stored in the storage device 170 include not only exemplary numerical values of the gain values of the proportional term, the integral term, and the derivative term for proportional integral derivative control, but also suitable at that time when the heater reaches a specific temperature at a specific point in time. Logic or algorithms for calculating the gain may also be included.
  • the controller 110 may know that the temperature of the heater has reached the upper limit of the preheating temperature range through a temperature sensor or a timer.
  • the controller 110 reads the value of the temperature sensor connected to the heater to know that the temperature of the heater has reached the upper limit of the preheat temperature section.
  • the controller 110 measures a time for controlling the power supplied to the heater in the first manner through a built-in or wired timer, and predicts the time when the temperature of the heater reaches the upper limit based on the measured result.
  • the method of controlling the power supplied to the heater may be changed from the first method to the second method.
  • the controller 110 can calculate the temperature of the heater that is increased in proportion to the amount of power supplied to the heater.
  • the time taken to reach the upper limit of the preheat temperature section can be calculated from the current temperature of.
  • control unit 110 is based on the ratio of the upper limit value of the preheating temperature section to the target temperature is a preset value, until the temperature of the heater reaches the target temperature from the upper limit of the preheating temperature section. It is also possible to control the power supplied to the heater in two ways. For example, if the ratio of the upper limit value of the preheating temperature section to the target temperature (hereinafter referred to as “control reference ratio”) is 0.8 and the upper limit value of the preheating temperature section is 240 degrees, the controller 110 controls the temperature of the heater to 240 degrees to 300 degrees. By the second method until the power supplied to the heater is controlled.
  • control reference ratio is an exemplary value according to a preferred embodiment of the present invention, and may vary depending on the embodiment, and the same is true for the upper limit of the preheating temperature range of 240 degrees.
  • control reference ratio may be any value between 0.65 and 0.95.
  • Equation 1 is an example of equations used by the controller 110 to determine a time point for changing the control method from the first method to the second method.
  • T2 is the temperature of the heater at the time when the control unit 110 starts to control the power supplied to the heater in the second manner, and means an upper limit value of the preheating temperature range
  • T3 is a target temperature of the heater
  • Is a proportional variable ranging from 1.5 to 2.5.
  • a is a variable that varies according to a control signal transmission period in which the controller 110 transmits a power control signal to the heater.
  • a is an experimentally determined value and has a characteristic of increasing in proportion to a control signal transmission period, and is stored in a table state corresponding to each control signal transmission period in the storage device 170, and then stored in a table state. Called by the call, it is used to calculate T2.
  • the controller 110 transmits a power control signal to the heater at intervals of 10 milliseconds, and controls the power supplied to the heater in a fixed PWM control method for a fast preheating speed of the heater
  • the target temperature is experimentally set. Overshoot of 10% occurs.
  • the controller 110 needs to change the power control scheme for the heater in advance before the heater reaches the target temperature.
  • the proportional variable a is determined to be 2, and if the target temperature of the heater is 300 degrees, the control unit 110 controls the power control method.
  • the time point at which is changed is a time point when the temperature of the heater reaches 240 degrees according to Equation 1. Since the proportional constant a has a characteristic of increasing in proportion to the control signal transmission cycle, the longer the control signal transmission cycle is, the longer the control unit 110 changes the power control scheme from the first scheme to the second scheme. It is the time when the temperature of is lower than 240 degrees.
  • the proportional constant when the control signal transmission period is 100 milliseconds is 2.5, the controller 110 may change the power control method for the heater from the first method to the second method at 225 degrees.
  • the control unit 110 controls the power supplied to the heater in the first method
  • the control method is changed to the second method.
  • the control unit included in the aerosol generating device according to the present invention can accurately grasp the time point that can maximize the two advantages of fast preheating speed and prevention of overshoot of the heater.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a method of controlling power supplied to a heater according to the present invention.
  • the controller 110 periodically detects a temperature of the heater (S710).
  • the controller 110 determines whether the detected temperature of the heater 130 is smaller than the lower limit of the preheating section (S720), and if the temperature of the heater 130 is smaller than the lower limit of the preheating section, the controller 130 sets the heater 130 to be the first. Heating in a manner starts to increase the temperature of the heater 130 (S730).
  • steps S710 and S720 may be omitted, in which case, the controller 110 controls the power supplied to the heater in the first manner from the time when the heater 130 starts to be heated.
  • step S730 the controller 110 determines whether the current temperature of the heater 130 reaches the upper limit of the preheating section (S740), and if the current temperature of the heater 130 reaches the upper limit of the preheating section, the heater The control method of the power supplied to the 130 is switched from the first method to the second method, and the heater 130 is controlled to continue to be heated (S750).
  • the first scheme may be a fixed output PWM control scheme and the second scheme may be a PID control scheme.
  • the controller 110 determines whether the current temperature of the heater 130 reaches the target temperature (S760), and if the current temperature of the heater 130 reaches the target temperature, the controller 130 of the heater 130 is controlled through the second method. The temperature is controlled to maintain the target temperature (S770).
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating another example of a method of controlling power supplied to a heater according to the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an exemplary embodiment in which the controller 110 determines a power control method of a heater based on a timer instead of a temperature sensor.
  • the controller 110 periodically detects a temperature of the heater (S810).
  • the controller 110 determines whether the detected temperature of the heater 130 is smaller than the lower limit of the preheating section (S820), and if the temperature of the heater 130 is smaller than the lower limit of the preheating section, the controller 130 sets the heater 130 to be the first. Heating in a manner starts to increase the temperature of the heater 130 (S830).
  • steps S810 and S820 may be omitted, in which case, the controller 110 controls the power supplied to the heater 130 in a first manner from the time when the heater 130 starts to be heated.
  • the controller 110 grasps the difference between the upper limit value of the present temperature and the preheating temperature section, and calculates a time (hereinafter referred to as an "upper limit reaching time") from the present temperature to the upper limit value of the preheating temperature section (S840). .
  • the controller 110 determines whether the upper limit reaching time has elapsed (S850). If the upper limit reaching time has elapsed, the control unit 110 switches the control method of power supplied to the heater 130 from the first method to the second method, and the heater 130 ) Is continuously heated to increase the temperature of the heater 130 to the target temperature (S860). In operation S860, the controller 110 may calculate a time (hereinafter, "target temperature reached time") that takes the time for the temperature of the heater 130 to reach the target temperature after reaching the upper limit value of the preheating temperature section.
  • target temperature reached time a time that takes the time for the temperature of the heater 130 to reach the target temperature after reaching the upper limit value of the preheating temperature section.
  • the controller 110 determines whether the target temperature reaching time has elapsed (S870). If the target temperature reaching time has elapsed, the controller 110 continuously maintains the heater temperature at the target temperature through the second method (S880). In step S880, if the second method is the PID control method, the control unit 110 may properly adjust the PID gain values (proportional term, integral term, differential term) before and after reaching the target temperature.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating still another example of a method of controlling power supplied to a heater according to the present invention.
  • FIG. 9 uses the target temperature and the proportional variable as shown in Equation 1 to determine the upper limit value of the preheating temperature range for the controller 110 to switch the power control scheme to the second scheme in FIG. Is a view for explaining a process using.
  • the controller 110 heats the heater 130 in a first manner (S730), and calculates a ratio between a current temperature of the heater 130 and a target temperature of the heater 130 (S910).
  • the controller 110 determines whether the ratio between the current temperature of the heater 130 and the target temperature of the heater 130 is equal to a preset value (S920), and the current temperature of the heater 130 and the target of the heater 130 are determined. If the ratio with the temperature is the same as the preset value, the temperature of the heater is controlled by switching the control method of the power supplied to the heater from the first method to the second method and controlling the battery 120 to continue heating the heater 130. Raise (S750).
  • the preset value in step S920 may be 0.8, or may be a specific value determined according to Equation (1).
  • the controller 110 is heated in the first manner so that the temperature of the heater 130 is increased. Control to be sufficiently raised (S930).
  • FIG. 10 is a graph illustrating a method of controlling a temperature of a heater of an aerosol generating device for each section.
  • FIG. 10 is a section boundary lines 1010a, 1010b, and 1010c for explaining each section divided according to a temperature of a heater, a temperature change curve 1030 of a heater according to a conventional method, and the present invention. It can be seen that including the temperature change curve 1050 of the heater.
  • the horizontal axis represents second and the vertical axis represents Celsius temperature.
  • the control unit tends to use proportional integral derivative control in order to prevent the temperature of the heater from rising to an excessively high temperature during the preheating process.
  • the controller controls the temperature of the heater through the non-integral derivative control
  • the temperature of the heater is gradually increased through a unique feedback algorithm of the proportional integral derivative, and the heater is preheated from 0 to 20 seconds. Only after roughing of section a will the target temperature of the heater reach 300 degrees.
  • the control unit enters the holding section a for maintaining the temperature of the heater at 300 degrees.
  • the control unit changes the power control method of the control unit at the boundary point between the preheating section a and the temperature holding section a.
  • the temperature of the heater is controlled by adjusting gains of the proportional term, the integral term, and the derivative term according to the characteristics of the proportional integral derivative control itself.
  • the temperature of the heater in the preheating section a steadily increases, and reaches a target temperature of 300 degrees in 20 seconds, and thus the temperature holding section a You can see it invading. It is apparent that the time (20 seconds) for the heater to reach the target temperature may vary according to the material of the heater and the output voltage of the battery, and the target temperature of the heater (300 degrees) may also vary according to the aerosol generating substrate.
  • the control unit 110 may use a pulse width modulation (PWM) method having a fixed output level without using the proportional integral control method in the preheating section b.
  • PWM pulse width modulation
  • the temperature reduction section is a section that does not appear in the temperature change curve 1030 of the heater according to the conventional method, and when the overshoot occurs in the heater that quickly reaches the target temperature and the heater temperature exceeds the target temperature, the temperature of the heater Means a section in which the controller 110 controls the power supplied to the heater to lower the target temperature back to the target temperature.
  • the conventional method there is no temperature reduction section because no overshoot occurs in the heater, but according to the present invention, a power control process of the controller 110 for quickly removing the overshoot phenomenon of the heater is included. There is this.
  • the control unit 110 enters the temperature holding section b to maintain the temperature of the heater constant.
  • it is possible to significantly shorten the preheating time has the advantage of ensuring a sufficient amount of aerosol early to provide to the user.
  • the preheating section, the temperature reduction section, and the temperature holding section may be collectively referred to as a first stage, a second stage, a third stage, or a first section, a second section, and a third section in that the control method and the section characteristics are different from each other. .
  • the controller 110 controls the temperature control method of the heater 130 by dividing it into a preheating section, a temperature reduction section, and a temperature holding section.
  • the preheating section means when the temperature of the heater is less than the predetermined target temperature, and the time is constant even if the user keeps the power of the aerosol generating device 100 turned off or the power of the aerosol generating device 100 is turned on. Since the electric power is not supplied to the heater after the above, the temperature of the heater becomes lower than the target temperature and is defined as a section for heating it again.
  • the controller 110 may be configured to quickly supply power to the heater using the maximum output in accordance with the status of the battery in the preheating section.
  • the state of the battery refers to a word that includes a factor that directly affects the amount of power that the battery supplies power to the heater, such as the output voltage level of the battery, the amount of storage of the battery.
  • the controller 110 may control the temperature of the heater to increase rapidly through a pulse width modulation (PWM) method having a fixed size when controlling the power supply of the battery to the heater in the preheating section.
  • PWM pulse width modulation
  • the preheating section b of the aerosol generating device 100 according to the present invention is shown in 4 seconds in FIG. 6, the length of the preheating section b may be longer or shorter depending on the specific configuration included in the aerosol generating device 100. have.
  • the controller 110 may change the method of controlling the power supplied to the heater from the method corresponding to the preheating section to the method corresponding to the temperature reduction section.
  • the method corresponding to the preheating section and the method corresponding to the temperature sensing section may be stored in the storage device 170 as a temperature profile for the heater, and then transferred to the controller 110 by a call of the controller 110.
  • the temperature reduction section means a section in which the controller 110 controls the temperature of the heater to be lowered, and the temperature at which the overshoot generated heater is lowered is the target temperature. Referring to FIG. 10, it may be 300 degrees.
  • the control unit 110 receives the temperature profile stored in the storage device 170 and the proportional integral derivative control scheme to perform the proportional integral derivative control for lowering the elevated heater temperature to the target temperature. More specifically, in order to lower the temperature of the heater that already exceeds the target temperature, it is possible to perform control of a method of appropriately adjusting the gain value of the derivative term.
  • the gain values of the proportional term, the integral term, and the derivative term for the proportional integral derivative control stored in the storage device 170 are not only experimentally pre-quantized, but also proportional to calculate a suitable gain value at a specific temperature of the heater at a specific point in time.
  • a gain value calculation module (not shown) for integral differential control may be included in the storage device 170.
  • the control unit 110 includes a temperature sensor for periodically or non-periodically measuring the temperature of the heater to distinguish between the preheating section and the temperature reduction section, and also includes a timer for measuring the length of time of the preheating section and the temperature reduction section. .
  • the temperature of the heater collected by the control unit 110 and the length of time of the preheating section and the temperature reduction section are first stored in the storage device 170 and then read again by a call of the control unit 110, and then the control unit 110 It can be used to calculate specific control parameters.
  • the controller 110 controls to maintain the temperature of the heater at the target temperature when the heater, which has been overshooted, is lowered to the target temperature during the temperature reduction section. As described above, the controller 110 maintains the temperature of the heater at the target temperature.
  • the interval can be defined as the temperature maintenance interval.
  • the controller 110 controls the power supplied to the heater using the proportional integral control method while maintaining the temperature of the heater at the target temperature. When the preset time elapses, the controller 110 recognizes that the temperature maintenance section is finished and supplies the heater with the heater. Control to cut off the power supplied.
  • the controller 110 may calculate the control reference ratio based on at least two of the lengths of time between the preheating section, the temperature reduction section, and the temperature maintaining section, and control the power supplied to the heater based on the control reference ratio.
  • Equation 2 is an equation for an example of the control reference ratio that can be calculated by the controller 110.
  • k1 denotes a control reference ratio
  • t1 denotes a length of time for the preheating section
  • t2 denotes a length of time for the temperature reduction section.
  • the controller 110 may calculate a control reference ratio according to Equation 2, and adjust the time length of the temperature reduction section appropriately based on the calculated control reference ratio.
  • Equation 3 is an equation for an example in which the controller 110 compares the control reference ratio with a preset comparison control value.
  • k1 represents a control reference ratio calculated according to Equation 2
  • C1 represents a preset comparison control value to be compared with the control reference ratio.
  • the comparison control value may be stored in the storage device 170 and then transferred to the control unit 110 at the request of the control unit 110, and may be updated as necessary.
  • the comparison control value may be two.
  • the comparison control value of 2 means that when Equation 2 and Equation 3 are combined, the time length of the temperature reduction section should be longer than half of the time length of the preheating section.
  • the controller 110 may calculate how many seconds the temperature reduction section should be maintained based on the time length of the preheating section fixed as a constant value. More specifically, the controller 110 may consider whether the length of the temperature reduction section should be maintained for at least seconds in determining the gain values of the proportional term, the integral term, and the derivative term in order to perform proportional integral derivative control.
  • the controller 110 calculates and updates the control reference ratio again based on the time length of the preheating section and the temperature reduction section that have already been determined, and updates the control reference ratio to the updated control reference ratio. Therefore, the temperature maintenance section can be maintained.
  • Equation 4 is an equation for another example of the control reference ratio that can be calculated by the controller. More specifically, in Equation 4, k2 means updated control reference ratio (hereinafter referred to as "update control reference ratio") after k1, t2 denotes the length of time for the temperature reduction section, and t3 denotes the length of time for the temperature maintenance section. .
  • the controller 110 may calculate the control reference ratio according to Equation 4, and may appropriately adjust the length of time between the temperature maintenance sections based on the calculated control reference ratio.
  • Equation 5 is an equation for another example of the update control reference ratio that can be calculated by the controller.
  • K2 used in Equation 5 represents the update control reference ratio
  • t1 to t3 represent the length of time between the preheating section, the temperature reduction section, and the temperature holding section, respectively.
  • the controller 110 may calculate and update the control reference ratio according to Equation 4 or Equation 5, and appropriately adjust the length of time between the temperature maintenance sections based on the updated control reference ratio.
  • Equation 6 is an equation for an example in which the controller 110 compares the update control reference ratio with a preset comparison control value.
  • k2 is an update control reference ratio calculated according to Equation 4 or (5), and C2 means a comparison control value preset to be compared with the update control reference ratio.
  • the comparison control value may be stored in the storage device 170 and then transferred to the control unit 110 at the request of the control unit 110, and may be updated as necessary.
  • the comparison control value may be one.
  • the comparison control value of 1 means that when the equations 4 and 6 are combined, the length of time between the temperature holdings should be longer than the length of the temperature reduction section.
  • the comparison control value of 1 means that the length of time between the temperature holdings should be longer than the sum of the lengths of time between the preheating section and the temperature reduction section.
  • the controller 110 may selectively use the update control reference ratio according to Equation 4 or 5 in order to appropriately adjust the gain value of the proportional integral derivative.
  • the carbonization of the medium generated when the temperature of the heater is maintained in a high state can be minimized. According to the present invention, not only can the user quickly provide a sufficient amount of aerosol with a short preheating time, but also minimize the carbonization of the medium, thereby providing the user with high satisfaction with inhalation of the aerosol.
  • the controller may determine the length of time between the temperature reduction section and the temperature holding section and control the temperature of the heater for each section through Equation 2, Equation 3, Equation 4 and Equation 6. In another exemplary embodiment, the controller may determine the length of time between the temperature reduction section and the temperature maintenance section and control the temperature of the heater for each section through Equation 2, Equation 3, Equation 5 and Equation 6. . As described above, the length of the temperature reduction section and the temperature maintenance section depends on the time length of the preheating section, and the time length of the preheating section may vary depending on the material of the heater and the initial temperature of the heater.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a method of controlling a temperature of a heater of each aerosol-generating device according to the present invention for each section.
  • the controller senses the temperature of the heater (S1110), and determines whether the detected heater temperature is smaller than the preset target temperature (S1120).
  • the controller controls the heater to be heated by entering the preheating section (S1130).
  • the controller determines whether the heater overshoot is detected by monitoring the temperature of the heater periodically or non-periodically through the temperature sensor (S1140), and when the overshoot of the heater is detected, the controller controls the temporal length of the preheating section and the temperature reduction section.
  • the preparation rate is calculated (S1150).
  • the controller determines the time length of the temperature reduction section based on the calculated control reference ratio and controls the temperature of the heater to fall during the temperature reduction section (S1160).
  • the controller may control the power supplied to the heater based on a result of comparing the control reference ratio with a preset comparison control value.
  • the control unit determines whether the temperature reduction section is finished through the temperature of the heater or the temperature reduction period (S1170), and if the temperature reduction period is completed, the control reference ratio is based on at least two or more of the preheating section, the temperature reduction section, and the temperature holding period. It is calculated (S1180).
  • the controller may use at least one of a temperature sensor or a timer to determine the end of the temperature reduction section.
  • the control unit updates the control reference ratio calculated in step S1150 with the control reference ratio calculated in step S1180, determines the length of time between temperature holdings based on the updated control reference ratio, and accordingly, the temperature of the heater during the temperature holding period is set to the target temperature.
  • the control is maintained as (S1190).
  • 12 is a flowchart illustrating an example in which the controller determines the length of the temperature reduction section.
  • FIG. 12 is a diagram for describing an exemplary embodiment of steps S1140 to S1170 of FIG. 11, and for the convenience of description, the following description will be provided with reference to FIG. 11.
  • the controller calculates a control reference ratio based on the time length of the preheating section and the temperature reduction section (S1150).
  • the control unit compares the control reference ratio calculated in step S1150 with a comparison control value of 2 (S1210).
  • step S1210 the controller adjusts the gain value of the proportional integral derivative control to change the time length of the temperature reduction section (S1220).
  • step S1220 the control reference ratio may be calculated again through step S1150.
  • step S1210 the controller controls the temperature of the heater to fall during the temperature reduction section determined based on the calculated control reference ratio (S1160).
  • 13 is a flowchart illustrating an example in which the controller determines the length of the temperature holding section.
  • FIG. 13 is a diagram for describing an exemplary embodiment of steps S1170 to S1190 of FIG. 11, and for the convenience of description, it will be described with reference to FIG. 11.
  • the control unit calculates the update control reference ratio based on at least two or more of the lengths of time between the preheating section, the temperature reduction section, and the temperature maintaining section (S1180).
  • the controller determines whether the update control reference ratio calculated in step S1180 is smaller than 1 (S1310).
  • the control unit adjusts the gain value of the proportional integral derivative control to change the length of time between temperature holding sections (S1320).
  • the update control reference ratio may be calculated again through step S1180.
  • the controller controls the temperature of the heater to maintain the target temperature during the temperature maintenance section determined based on the update control reference ratio calculated by the control unit (S1390).
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a graph for explaining a difference between a method of controlling a temperature of a heater by dividing a preheating section and a maintaining section, and a problem of a method of classifying and controlling a section in comparison with a conventional method of classifying a heater.
  • the time in the manner of controlling the temperature of the heater 130 by dividing the preheating section and the holding section and the method of controlling the temperature of the heater 130 for the entire section without distinguishing the preheating section and the maintaining section is shown.
  • the target temperature of the heater 130 control set to a constant value is shown.
  • the controller 110 may control the temperature of the heater 130 to be maintained at the reference temperature.
  • the reference temperature may mean a temperature most suitable for producing aerosol from the cigarette 200.
  • the reference temperature may be set to different values according to the type of cigarette 200. For example, the reference temperature may be set to 240 ° C or more and 360 ° C or less.
  • the controller 110 may set a target temperature and control the temperature of the heater 130 so that the temperature of the heater 130 reaches the target temperature.
  • the target temperature may be set to the same value as the reference temperature.
  • the present invention is not limited thereto, and the target temperature may be set to a value different from the reference temperature in order to more appropriately control the temperature of the heater 130.
  • the controller 110 controls the power supplied to the heater 130 so that the temperature of the heater 130 becomes higher than or equal to the reference temperature in the preheating section.
  • the preheating section may mean a section in which the temperature of the heater 130 is heated to be equal to or higher than the reference temperature. Referring to the example illustrated in FIG. 14, the reference temperature is set to 300 ° C., and a section before the time when the temperature of the heater 130 becomes higher than the reference temperature may correspond to a preheating section.
  • the controller 110 may control the power supplied to the heater 130 such that the temperature of the heater 130 becomes higher than or equal to the reference temperature within a short time.
  • the controller 110 may set the frequency and duty cycle of the current pulse supplied from the battery 120 to the heater 130 to the maximum value through pulse width modulation.
  • the control unit 110 sets the target temperature of the heater 130 in the holding section to maintain the temperature of the heater 130 at the reference temperature. It is possible to control the power supplied to the heater 130 to.
  • the maintenance section may mean a time after the preheating section is terminated by heating the temperature of the heater 130 to be equal to or higher than the reference temperature. Referring to the example illustrated in FIG. 14, a section after a time point when the temperature of the heater 130 becomes higher than the reference temperature set to 300 ° C. may correspond to a maintenance section.
  • the controller 110 may set a target temperature.
  • the controller 110 may set a target temperature at the end of the preheating period or at the start of the maintenance period. Referring to the example illustrated in FIG. 14, the target temperature is set at the end of the preheating section and at the start of the maintenance section, and is maintained at a constant value. It is also shown that the target temperature is set to the same value as the reference temperature set at 300 ° C.
  • the controller 110 may control the power supplied to the heater 130 such that the temperature of the heater 130 decreases to maintain the temperature of the heater 130 elevated above the reference temperature within the short time to the reference temperature.
  • a coefficient of PID control may be set by the controller 110 to control to reduce the temperature of the heater 130 to maintain the temperature of the heater 130 at the reference temperature. Referring to the example illustrated in FIG. 14, a control result for reducing the temperature of the heater 130 that is raised above the reference temperature through the preheating period in the holding period is illustrated.
  • the temperature of the heater 130 may be lowered to be below the reference temperature. Since the heater 130 is heated to the reference temperature or more within a short time in the preheating section, the time for which the temperature of the heater 130 reaches above the reference temperature may be shortened, but the temperature of the heater 130 in the holding section is referred to as the reference temperature. It may be accompanied by a problem that is difficult to maintain.
  • the temperature of the heater 130 may gradually decrease to be below the reference temperature.
  • the reduction of the temperature of the heater 130 below the reference temperature may result in deterioration of smoking quality in that the cigarette 200 may best generate an aerosol at the reference temperature.
  • the controller 110 may adjust the target temperature to compensate for the temperature of the heater 130 that decreases below the reference temperature. Compensation of the temperature of the heater 130 may be performed by increasing the temperature of the heater 130 by the degree that the temperature of the heater 130 decreases below the reference temperature.
  • the controller 110 may adjust the target temperature in various ways. Accordingly, the controller 110 may compensate the temperature of the heater 130 falling below the reference temperature to maintain the temperature of the heater 130 close to the reference temperature.
  • the controller 110 may adjust the target temperature in a temperature drop section in which the temperature of the heater 130 falls below the reference temperature.
  • the controller 110 may adjust the target temperature at the time when the temperature of the heater 130 drops below the reference temperature to start the temperature drop section.
  • the controller 110 may adjust the target temperature at a time earlier or later than the time when the temperature drop period starts.
  • the controller 110 may adjust the target temperature in real time.
  • the controller 110 may determine in real time how to adjust the target temperature based on a temperature change of the heater 130.
  • the present invention is not limited thereto, and the controller 110 may change the target temperature to another value only once.
  • the controller 110 adjusts the target temperature to compensate the temperature of the heater 130, the temperature of the heater 130 may be maintained near the reference temperature, thereby preventing deterioration of smoking quality due to the temperature drop. have. Therefore, as the preheating section and the maintaining section are separated, the time for preparing the device 10 to provide an aerosol to the user can be shortened, and at the same time as the heater 130 is heated within a short time in the preheating section. The problem that the temperature of the heater 130 decreases may be solved.
  • FIG. 14 a method of controlling the temperature of the heater 130 for the entire section without distinguishing the preheating section and the maintaining section is also illustrated. If the preheating section and the maintaining section are not distinguished, the problem that the temperature of the heater 130 decreases as the smoking proceeds does not occur, but the time required for the temperature of the heater 130 to reach the reference temperature is a preheating section. Compared to the case of distinguishing between the and maintenance intervals, and thus, the time for preparing the device 10 to provide an aerosol to the user may be longer. Referring to the example illustrated in FIG. 14, when the preheating section and the maintaining section are not distinguished, the temperature of the heater 130 takes longer to reach the reference temperature than when the preheating section and the maintaining section are distinguished. The point is shown.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a graph for explaining an example of adjusting a target temperature according to an exemplary embodiment.
  • the controller 110 may adjust the target temperature by changing the target temperature once. Referring to the example illustrated in FIG. 15, an embodiment in which the target temperature is changed to a value larger than the existing value and maintained at a time point when the temperature drop section starts, and thus the temperature of the heater 130 is controlled is illustrated.
  • the temperature of the heater 130 may be kept closer to the reference temperature than when the target temperature is not adjusted.
  • the method of adjusting the target temperature by the controller 110 is simple, power consumption may be reduced, and the circuit structure of the controller 110 may be simplified.
  • 16 is a diagram illustrating a graph for describing another example of adjusting a target temperature according to some embodiments.
  • the controller 110 may adjust the target temperature by linearly changing the target temperature. Referring to the example illustrated in FIG. 16, the target temperature is linearly increased at the time when the temperature drop section starts, and thus the temperature of the heater 130 is controlled.
  • the temperature of the heater 130 may be kept closer to the reference temperature than when the target temperature is not adjusted.
  • the method of adjusting the target temperature by the controller 110 may also be advantageous in that power consumption is reduced and circuit design is easy.
  • the temperature of the heater 130 can be compensated for by simply adjusting the target temperature in a relatively simple manner.
  • a method of more precisely adjusting the target temperature may also be proposed.
  • the target temperature can be adjusted utilizing the values shown as an example in FIG. 17.
  • 17 is a graph illustrating a cumulative value obtained by accumulating a difference value between a heater temperature and a target temperature over time according to some embodiments.
  • a cumulative value obtained by accumulating the difference between the temperature of the heater 130 and the target temperature over time is illustrated.
  • the cumulative value of accumulating the difference may increase.
  • the cumulative value may decrease. Therefore, the point in time at which the cumulative value shown in FIG. 17 is maximized may be a point in time at which the temperature of the heater 130 falls below the target temperature.
  • the controller 110 may adjust the target temperature based on the accumulated value of the difference between the temperature of the heater 130 and the target temperature over time.
  • the controller 110 may calculate a difference between the temperature of the heater 130 and the target temperature measured in real time, calculate a cumulative value by accumulating the difference, and adjust the target temperature from the cumulative value. Therefore, the difference value, the cumulative value, and the target temperature affect each other, and may be calculated and changed in real time by the controller 110.
  • the controller 110 may calculate the degree to which the cumulative value decreases from the maximum value of the cumulative value, and adjust the target temperature by adding a reduced value to the initial value by multiplying the decreasing degree by a constant.
  • the initial value may be the same value as the target temperature set by the controller 110 in the maintenance section.
  • the target temperature can be adjusted so that the portion where the cumulative value shown in FIG. 6 illustrates a method of adjusting the target temperature and a temperature of the heater 130 compensated as the target temperature is adjusted.
  • FIG. 18 is a graph illustrating an example in which a target temperature is adjusted based on a change in a cumulative value according to some embodiments.
  • the controller 110 may continuously adjust the target temperature based on the change in the cumulative value. Referring to FIG. 18, the temperature change of the heater 130 when the target temperature is adjusted based on the change in the cumulative value and the temperature change of the heater 130 when the target temperature is maintained at a constant value without adjustment are shown. It is.
  • the controller 110 adjusts the target temperature based on the change in the cumulative value, the temperature of the heater 130 may be maintained close to the reference temperature even when smoking proceeds.
  • the device 10 may generate a uniform aerosol from the cigarette 200 without deteriorating smoking quality over time.
  • 19 is a graph illustrating another example of adjusting a target temperature based on a change in a cumulative value according to some embodiments.
  • the controller 110 may calculate an accumulated value obtained by accumulating the difference between the temperature of the heater 130 and the target temperature over time, and as in the case of FIG. The target temperature may be adjusted based on this.
  • the controller 110 may discontinuously adjust the target temperature based on the change in the accumulated value. Even when the target temperature is discontinuously adjusted, the temperature of the heater 130 may be maintained close to the reference temperature.
  • the method of continuously adjusting the target temperature based on the change in the cumulative value of the controller 110 may provide more precise temperature compensation of the heater 130 than the method of discontinuously adjusting the target temperature.
  • the control unit 110 discontinuously adjusts the target temperature based on the change in the cumulative value the temperature of the heater 130 may be properly compensated while the amount of calculation of the control unit 110 decreases as compared with the case of continuously adjusting the target temperature. Can be.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating a method of controlling a temperature of a heater for heating a cigarette accommodated in an aerosol-generating device according to some embodiments.
  • a method of controlling a temperature of a heater for heating a cigarette accommodated in the aerosol-generating device 10 includes steps that are processed in time series in the aerosol-generating device 10 shown in FIG. 1. Therefore, even if omitted below, the above description of the aerosol-generating device 10 of FIG. 1 may be applied to a method of controlling a temperature of a heater for heating a cigarette of FIG. 8.
  • the aerosol-generating device 10 may control the power supplied to the heater such that the temperature of the heater is equal to or higher than a reference temperature set to properly generate an aerosol from a cigarette.
  • the aerosol generating device 10 may set a target temperature of the heater to control power supplied to the heater so that the temperature of the heater is maintained at a reference temperature. In operation S2020, the aerosol generating device 10 may adjust the target temperature to compensate the temperature of the heater when the temperature of the heater decreases below the reference temperature.
  • Embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, such a computer program may be recorded in a computer-readable medium.
  • the media may be magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and ROMs.
  • the computer program may be specially designed and configured for the present invention or may be known and available to those skilled in the computer software field.
  • Examples of computer programs may include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter as well as machine code such as produced by a compiler.
  • connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings are illustrative of the functional connection and / or physical or circuit connections as an example, in the actual device replaceable or additional various functional connections, physical It may be represented as a connection, or circuit connections.
  • essential such as "essential”
  • important may not be a necessary component for the application of the present invention.
  • An embodiment of the present invention may be used to produce and implement an electronic cigarette device that provides a smoking feeling to a user.

Landscapes

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는, 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법에 있어서, 상기 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달할 때까지 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제1방식제어단계 및 상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달하면, 상기 상한값보다 더 높은 목표온도까지 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제2방식제어단계를 포함하는 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법을 개시한다.

Description

에어로졸 생성장치의 히터의 오버슛을 방지하는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 에어로졸 생성장치
본 발명은 에어로졸 생성장치의 히터의 오버슛을 방지하는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 에어로졸 생성장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 에어로졸의 히터의 오버슛이 발생되지 않으면서도 예열속도를 개선시킬 수 있는 방법 및 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.
빠른 예열속도를 확보하기 위해서 에어로졸 생성장치의 히터에 높은 전력을 단시간에 제공하는 경우, 히터의 온도가 급격히 상승하게 되어, 히터가 히터의 목표온도를 훨씬 초과하는 온도로 가열되는 오버슛(overshoot)현상이 발생한다. 오버슛현상은 에어로졸 생성장치를 구성하는 각종 모듈에 손상을 줄 수 있을 뿐만 아니라 에어로졸을 흡입하는 사용자에게도 불쾌한 흡연경험을 제공할 수 있다.
한편, 비례적분미분(PID: Proportional Integral Difference)제어 방식을 통해서 히터의 온도를 상승시킬 경우, PID제어 알고리즘의 특성상 히터의 오버슛 현상은 발생되지 않지만, 매우 느린 예열속도에 의해 사용자의 대기시간이 길어지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 히터의 온도를 구간별로 다르게 제어하여 에어로졸 생성장치의 히터의 오버슛을 방지하는 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; 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달할 때까지 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하고, 상기 히터의 온도가 상기 상한값에서 목표온도로 상승할 때까지 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 방법은, 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법에 있어서, 상기 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달할 때까지 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제1방식제어단계; 및 상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달하면, 상기 상한값보다 더 높은 목표온도까지 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제2방식제어단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예는, 상기 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 에어로졸 생성장치의 히터의 오버슛이 발생되지 않을 뿐만 아니라, 에어로졸 생성장치의 메인컨트롤러유닛이 종래의 PID 제어방식만으로 히터에 공급되는 전력을 제어할 때보다 더 빠른 예열속도를 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 6은 에어로졸 생성장치의 히터의 온도를 구간별로 제어하는 방법을 설명하기 위한 그래프를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 따른 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 따른 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법의 다른 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 따른 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법의 또 다른 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 10은 에어로졸 생성장치의 히터의 온도를 구간별로 제어하는 방법을 설명하기 위한 그래프를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치의 히터의 온도를 구간별로 제어하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 12는 제어부가 감온구간의 길이를 결정하는 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 13은 제어부가 온도유지구간의 길이를 결정하는 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 14는 예열 구간 및 유지 구간을 구분하여 히터의 온도를 제어하는 방식의 기존의 구간 구분 없이 제어하는 방식 대비 차이점 및 구간을 구분하여 제어하는 방식의 문제점을 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 15는 일부 실시예에 따른 목표 온도를 조정하는 일 예를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 16은 일부 실시예에 따른 목표 온도를 조정하는 다른 예를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 17은 일부 실시예에 따른 히터의 온도와 목표 온도의 차이값을 시간의 흐름에 따라 누적한 누적값을 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 18은 일부 실시예에 따른 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 조정하는 일 예를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 19는 일부 실시예에 따른 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 조정하는 다른 예를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 20은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련을 가열하는 히터의 온도를 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 에어로졸 생성장치에 있어서, 에어로졸 생성기질을 가열하여 에어로졸을 생성시키는 히터; 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달할 때까지 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하고, 상기 히터의 온도가 상기 상한값에서 목표온도로 상승할 때까지 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 히터의 온도가 상기 예열온도구간의 하한값부터 상기 상한값에 도달할 때까지 상기 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제1방식은, 배터리의 출력전압범위를 파악하고 상기 출력전압범위의 상한값에 따라 상기 히터를 상기 예열온도구간의 상한값까지 가열하는 방식인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 출력전압범위의 상한값까지 고정된 출력의 펄스폭변조(PWM)제어로 상기 히터가 가열되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제1방식은 고정된 출력의 펄스폭변조(PWM)제어방식이고, 상기 제2방식은 비례적분미분(PID)제어방식인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 하한값은, 섭씨 160도 내지 220도에서 임의적으로 선택된 온도값이고, 상기 상한값은, 섭씨 250도 내지 310도에서 임의적으로 선택된 온도값인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 목표온도에 대한 상기 상한값의 비율이 미리 설정된 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 비율은 0.65 내지 0.95 사이에서 임의적으로 선택된 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 시간을 타이머로 측정하고, 상기 측정된 결과를 기초로 상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달한 시간으로 예측되는 시간의 경과를 감지하면, 상기 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 방법은, 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법에 있어서, 상기 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달할 때까지 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제1방식제어단계; 및 상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달하면, 상기 상한값보다 더 높은 목표온도까지 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제2방식제어단계를 포함한다.
상기 방법은, 상기 히터의 온도가 예열온도구간의 하한값보다 낮은지 여부를 파악하는 히터온도파악단계를 더 포함하고, 상기 제1방식제어단계는, 상기 히터의 온도가 상기 하한값보다 낮으면, 상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달할 때까지 상기 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 제1방식은 배터리의 출력전압범위를 파악하고 상기 출력전압범위의 상한값에 따라 상기 히터를 상기 히터의 예열온도구간의 상한값까지 가열하는 방식인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 제1방식은, 상기 출력전압범위의 최대값까지 고정된 출력의 펄스폭변조(PWM)제어로 상기 히터가 가열되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 제1방식은 고정된 출력의 펄스폭변조(PWM)제어방식이고, 상기 제2방식은 비례적분미분(PID)제어방식인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 하한값은, 섭씨 160도 내지 220도에서 임의적으로 선택된 온도값이고, 상기 상한값은, 섭씨 250도 내지 310도에서 임의적으로 선택된 온도값인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 목표온도에 대한 상기 상한값의 비율이 미리 설정된 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 비율은 0.65 내지 0.95 사이에서 임의적으로 선택된 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 상기 제1방식제어단계는, 상기 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 시간이 타이머로 측정되고, 상기 제2방식제어단계는, 상기 측정된 시간을 기초로 상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달한 시간으로 예측되는 시간의 경과가 감지되면, 상기 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 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 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치의 일 예의 블록도를 도식적으로 타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치(10)는 제어부(110), 배터리(120), 히터(130), 펄스폭변조처리부(140), 디스플레이부(150), 모터(160), 저장장치(170)를 포함하는 것을 알 수 있다.
제어부(110)는 에어로졸 생성장치(10)에 포함되어 있는 배터리(120), 히터(130), 펄스폭변조처리부(140), 디스플레이부(150), 모터(160), 저장장치(170)들을 총괄적으로 제어한다. 도 5에 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. 도 5에 도시되어 있지 않으나, 제어부(110)는 히터(130)에 대해 비례적분미분제어(PID)를 수행하기 위한 모듈을 추가로 더 포함할 수도 있다.
배터리(120)는 히터(130)에 전력을 공급하며, 히터(130)에 공급되는 전력의 크기는 제어부(110)에 의해 조절될 수 있다.
히터(130)는 전류를 인가하면 고유 저항에 의해 발열을 하고, 에어로졸 생성기질이 가열된 히터에 접촉(결합)되면, 에어로졸이 생성될 수 있다.
펄스폭변조처리부(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, 펄스폭변조처리부(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. 예를 들면, 후술하는 제1방식이나 제2방식은 제어부(110)가 히터에 공급되는 전력을 제어하기 위한 제어방식 중 하나로서, 저장장치(170)에 저장되어 있다가 제어부(110)의 호출에 의해서 제어부(110)에 전송될 수 있다. 다른 예를 들면, 저장장치(170)에 저장되는 정보에는 제어부(110)가 히터의 온도를 시간의 흐름에 따라 적절하게 가감제어하기 위해 참조하는 온도프로파일(temperature profile), 후술하는 제어기준비율, 비교제어값 등을 미리 저장하고 있다가 제어부(110)의 요청에 의해 제어부(110)에 해당 정보를 송신할 수 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.
본 발명에 따른 제어부(110)가 히터(130)에 공급되는 전력을 제어하는 방식은 설명의 편의를 위해서 도 6에서 후술하기로 한다.
도 6은 에어로졸 생성장치의 히터의 온도를 구간별로 제어하는 방법을 설명하기 위한 그래프를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 6은 예열온도구간을 나타내는 구간경계선(610a, 610b), 종래의 PWM제어방식에 따른 히터의 온도변화곡선(630), 종래의 PID제어방식에 따른 히터의 온도변화곡선(650) 및 본 발명에 따른 히터의 온도변화곡선(670)을 포함하는 것을 알 수 있다. 도 6에서 가로축은 초(second), 세로축은 섭씨온도(Celsius Temperature)를 의미한다.
먼저, 예열온도구간을 나타내는 구간경계선(610a, 610b)은 각각 본 발명에서의 예열온도구간의 하한값 및 상한값을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 예열온도구간의 하한값은 190도, 예열온도구간의 상한값은 280도이며, 190도 및 280도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 예시적인 수치이므로, 실시 예에 따라서, 예열온도구간의 하한값 및 상한값은 달라질 수 있다. 예를 들어, 예열온도구간의 하한값은 160도 내지 220도 사이의 임의의 온도가 선택되고, 예열온도구간의 상한값은 250도 내지 310도 사이의 임의의 온도가 선택될 수도 있다.
이어서, 종래의 PWM제어방식에 따른 히터의 온도변화곡선(630)을 살펴보면, 히터의 온도가 빠른 속도로 상승하여 약 7초에서 8초가 경과한 후에는 약 390도까지 상승했다가 서서히 하강하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 고정된 PWM으로 히터에 전력을 공급할 경우, 히터의 온도가 목표온도에 도달한 후에 오버슛이 발생하는 문제점이 있다.
한편, 종래의 PID제어방식에 따른 히터의 온도변화곡선(650)을 살펴보면, 히터의 온도가 완만하게 상승하여 오버슛이 발생되지 않으나, 다른 제어방식에 비해서 히터의 온도가 히터의 목표온도인 340도에 도달하는 데에 더 많은 시간이 소요되는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 히터의 온도변화곡선(670)은, PID제어방식만으로 히터에 공급되는 전력을 제어할 때보다 더 빠른 예열속도를 가지면서도, 고정 PWM제어방식만으로 히터에 공급되는 전력을 제어할 때에 발생되는 오버슛이 발생되지 않는 특징을 갖는다.
이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 히터의 온도를 구간별로 제어하는 에어로졸 생성장치의 동작과정에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 제어부(110)는 히터(130)의 온도제어방식을 예열온도구간, 온도유지구간으로 구분하여 제어한다.
제어부(110)는 예열온도구간에서 제1방식으로 히터에 공급되는 전력을 제어한다. 보다 구체적으로, 제어부(110)는 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달할 때까지 제1방식으로 히터에 공급되는 전력을 제어한다.
실시 예에 따라서, 제어부(110)는 히터의 온도가 예열온도구간의 하한값부터 상한값에 도달할 때까지 제1방식으로 히터에 공급되는 전력을 제어할 수도 있다. 본 선택적 실시 예에 따르면, 제어부(110)가 히터를 제1방식으로 제어하는 시작점을 예열온도구간의 하한값부터로 한정하게 되어서, 제어부(110)가 제1방식으로 히터에 공급되는 전력을 제어하는 시점이 명확해지는 장점이 있다. 예열온도구간은 하한값 및 상한값으로 이루어진 온도의 범위로서, 도 6을 참조하면, 예열온도구간의 하한값은 190도, 예열온도구간의 상한값은 280도가 될 수 있음을 알 수 있다. 실시 예에 따라서, 예열온도구간의 하한값 및 상한값은 전술한 190도 및 280도 외에 다른 값이 될 수 있다.
여기서, 제1방식은 고정된 출력의 펄스폭변조(PWM)제어방식이 될 수 있다.
선택적 일 실시 예로서, 제어부(110)는 배터리(120)의 출력전압범위를 파악하고 출력전압범위의 상한값에 따라 히터의 예열온도구간의 상한값까지 가열할 수도 있다. 배터리(120)는 고장여부 또는 축전량에 따라서 출력전압범위가 달라지는 특성을 갖고 있으므로, 제어부(110)는 배터리(120)의 출력전압범위를 파악하고 출력전압범위의 상한값에 따라서 히터를 최대한 빠르게 가열함으로써, 종래에 알려진 히터제어방법보다 더 빠른 예열속도가 확보되도록 제어할 수 있다.
제어부(110)는 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달하였음을 감지하면, 히터의 온도가 예열구간의 상한값에서 목표온도에 도달할 때까지, 히터에 공급되는 전력을 제2방식으로 제어한다.
여기서, 목표온도는 히터가 에어로졸 생성물질에 직간접적으로 접촉하여 에어로졸이 생성되도록 하기 위해 필요한 온도로서, 예열온도구간의 상한값보다 더 높은 온도이다. 도 6을 참조하면, 목표온도는 섭씨 340도가 될 수 있음을 알 수 있으며, 실시 예에 따라서 목표온도는 340도보다 더 낮거나 더 높은 값이 될 수 있다.
제2방식은 제1방식과 구별되는, 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방식을 의미한다. 일 예로서, 제1방식이 펄스폭변조(PWM)제어방식이면, 제2방식은 비례적분미분(PID)제어방식일 수 있다. 위와 같은 과정에서, 제어부(110)는 저장장치(170)에 저장되어 있던 온도프로파일(temperature profile) 및 비례적분미분(PID)제어방식을 전달받은 후, 예열온도구간의 상한값까지 빠른 속도로 상승한 히터의 온도를 상대적으로 느린 속도로 목표온도에 도달하게끔 하기 위해서 비례적분미분제어를 수행하게 된다. 보다 구체적으로는, 제어부(110)는 히터의 오버슛(overshoot)을 발생시키지 않은 채로 히터의 온도를 목표온도로 상승시키기 위해서 비례항, 적분항, 미분항의 이득값(gain)을 적절하게 조절할 수 있다.
저장장치(170)에는 비례적분미분제어를 수행하기 위해 필요한 각종 정보가 저장된다. 저장장치(170)에 저장되는 각종 정보에는, 비례적분미분제어를 위한 비례항, 적분항, 미분항의 이득값의 예시적인 수치뿐만 아니라, 특정 시점에서 히터가 특정한 온도에 도달했을 때에, 그 시점에서 적합한 이득값을 산출하기 위한 로직(logic)이나 알고리즘(algorithm)도 포함될 수 있다.
제어부(110)는 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달하였음을 온도센서 또는 타이머(timer)를 통해서 알 수 있다. 제어부(110)는 히터에 연결된 온도센서의 값을 읽어들여서 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달하였음을 알 수 있다.
또한, 제어부(110)는 내장되었거나 유선으로 연결된 타이머를 통해서 제1방식으로 히터에 공급되는 전력을 제어하는 시간을 측정하고, 측정한 결과를 기초로 하여 히터의 온도가 상한값에 도달한 시간으로 예측되는 시간의 경과를 감지하면, 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방식을 제1방식에서 제2방식으로 변경할 수도 있다. 예를 들어, 제1방식이 고정된 PWM제어방식이고, 히터가 비저항이 널리 알려진 저항체라면, 제어부(110)는 히터에 공급되는 전력량에 비례하여 상승되는 히터의 온도를 연산할 수 있게 되어, 히터의 현재 온도로부터 예열온도구간의 상한값에 도달하는데에 걸리는 시간을 산출할 수 있다.
선택적 일 실시 예로서, 제어부(110)는 목표온도에 대한 예열온도구간의 상한값의 비율이 미리 설정된 값인 것을 기초로 하여, 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에서 목표온도에 도달할 때까지, 제2방식으로 히터에 공급되는 전력을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 목표온도에 대한 예열온도구간의 상한값의 비율(이하, "제어기준비율")이 0.8이고, 예열온도구간의 상한값이 240도라면 제어부(110)는 히터의 온도가 240도부터 300도가 될 때까지 제2방식을 통해서 히터에 공급되는 전력을 제어하게 된다. 여기서, 제어기준비율을 0.8로 설정한 것은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 예시적인 수치이므로, 실시 예에 따라서 달라질 수 있으며, 예열온도구간의 상한값인 240도도 마찬가지이다. 예를 들어, 제어기준비율은 0.65 내지 0.95 사이의 값 중 임의의 값이 될 수도 있다.
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수학식 1은 제어부(110)가 제1방식에서 제2방식으로 제어방식을 변경할 시점을 결정할 때에 사용하는 수학식의 일 예이다. 수학식 1에서 T2는 제어부(110)가 제2방식으로 히터에 공급되는 전력을 제어하기 시작하는 시점의 히터의 온도로서, 예열온도구간의 상한값을 의미하고, T3는 히터의 목표온도이며, a는 비례변수로서 1.5에서 2.5의 범위를 갖는다.
수학식 1에서 a는 제어부(110)가 히터에 전력제어신호를 송신하는 제어신호송신주기에 따라서 달라지는 변수이다. a는 실험적으로 결정된 값으로서, 제어신호송신주기에 비례하여 크기가 커지는 특성을 가지며, 저장장치(170)에 제어신호송신주기마다 대응되어 테이블(table)행태로 저장되어 있다가 제어부(110)의 호출에 의해 호출되어 T2를 산출하는 데에 이용된다.
제어부(110)가 10밀리초(milliseconds) 간격으로 히터에 전력제어신호를 송신하고, 히터의 빠른 예열속도를 위해서 고정된 PWM제어방식으로 히터에 공급되는 전력을 제어한다고 가정하면, 실험적으로 목표온도 대비 10%의 오버슛이 발생한다. 일 예로서, 목표온도가 300도인 히터가 있을 때, 이 히터에 PWM제어방식의 전력제어신호를 10ms 주기로 송신한다면, 오버슛이 발생되며, 오버슛의 최대온도는 330도가 된다. 그러므로, 히터의 오버슛을 미리 방지하기 위해서, 제어부(110)는 히터가 목표온도에 도달하기 전에 미리 히터에 대한 전력제어방식을 변경할 필요가 있다.
예를 들어, 제어부(110)가 히터에 전력제어신호를 송신하는 간격이 10밀리초일 때 비례변수 a가 2로 결정되어 있고, 히터의 목표온도가 300도라면, 제어부(110)가 전력제어방식을 변경하는 시점은 수학식 1에 따라서 히터의 온도가 240도에 도달했을 시점이 된다. 비례상수 a는 제어신호송신주기에 비례하여 크기가 커지는 특성을 갖고 있으므로, 제어신호송신주기이 더 길어지면 길수록, 제어부(110)가 전력제어방식을 제1방식에서 제2방식으로 변경하는 시점은 히터의 온도가 240도보다 더 낮을 때의 시점이 된다. 다른 예로서, 제어신호송신주기가 100밀리초일 때의 비례상수가 2.5라면, 제어부(110)는 225도에서 히터에 대한 전력제어방식을 제1방식에서 제2방식으로 변경할 수 있다.
전술한 것과 같이, 본 발명에 따르면, 제어부(110)가 히터에 공급되는 전력을 제1방식으로 제어하다가 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달했을 때 전력제어방식을 제2방식으로 바꾼 후에 목표온도까지 히터에 대한 전력제어를 수행함으로써, 종래의 알려진 방법보다 더 빠른 예열속도를 확보하여 사용자에게 충분한 양의 에어로졸을 신속하게 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 히터의 오버슛이 예방됨에 따라 매질(에어로졸 생성기질)의 탄화현상으로 인해서 사용자가 불쾌한 흡연경험을 하는 경우를 미연에 방지할 수 있다.
특히, 히터에 대한 전력제어방식을 제1방식에서 제2방식으로 변경하는 데에 있어서, 수학식 1처럼 제어부가 히터에 송신하는 전력제어신호의 송신주기 및 목표온도의 크기를 동시에 고려함에 따라서, 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치에 포함되는 제어부는 빠른 예열속도와 히터의 오버슛 방지라는 두 가지 장점을 극대화시킬 수 있는 시점을 정확하게 파악할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 따른 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5에 따른 에어로졸 생성장치(10)에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서는 도 5를 참조하여 설명하기로 하며, 도 5 및 도 6을 통해서 설명한 내용과 중복된 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 제어부(110)는 배터리(120)가 히터(130)에 전력을 공급하기 시작하면, 히터의 온도를 주기적으로 감지한다(S710).
제어부(110)는 감지된 히터(130)의 온도가 예열구간의 하한값보다 작은지 여부를 판단하고(S720), 히터(130)의 온도가 예열구간의 하한값보다 작다면 히터(130)를 제1방식으로 가열하여 히터(130)의 온도를 상승시키기 시작한다(S730).
실시 예에 따라서, 단계 S710 및 S720는 생략될 수 있으며, 그 경우, 제어부(110)는 히터(130)가 가열되기 시작한 시점부터 제1방식으로 히터에 공급되는 전력을 제어하게 된다.
단계 S730에 이어서, 제어부(110)는 히터(130)의 현재 온도가 예열구간의 상한값에 도달하였는지 여부를 파악하고(S740), 히터(130)의 현재 온도가 예열구간의 상한값에 도달했다면, 히터(130)에 공급되는 전력의 제어방식을 제1방식에서 제2방식으로 전환하고, 히터(130)가 계속 가열되도록 제어한다(S750). 전술한 것처럼, 단계 S750에서 제1방식은 고정된 출력의 PWM제어방식, 제2방식은 PID제어방식이 될 수도 있다.
제어부(110)는 히터(130)의 현재온도가 목표온도에 도달하였는지 여부를 파악하고(S760), 히터(130)의 현재온도가 목표온도에 도달하였다면, 제2방식을 통해서 히터(130)의 온도가 목표온도를 계속 유지하도록 제어한다(S770).
도 8은 본 발명의 따른 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법의 다른 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 8은 도 5에 따른 에어로졸 생성장치(10)에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서는 도 5를 참조하여 설명하기로 하며, 도 5 및 도 6에서 설명한 내용과 중복된 설명은 생략하기로 한다. 도 8은 제어부(110)가 온도센서가 아니라 타이머를 기반으로 히터의 전력제어방식을 결정하는 선택적 실시 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 제어부(110)는 배터리(120)가 히터(130)에 전력을 공급하기 시작하면, 히터의 온도를 주기적으로 감지한다(S810).
제어부(110)는 감지된 히터(130)의 온도가 예열구간의 하한값보다 작은지 여부를 판단하고(S820), 히터(130)의 온도가 예열구간의 하한값보다 작다면 히터(130)를 제1방식으로 가열하여 히터(130)의 온도를 상승시키기 시작한다(S830).
실시 예에 따라서, 단계 S810 및 S820는 생략될 수 있으며, 그 경우, 제어부(110)는 히터(130)가 가열되기 시작한 시점부터 제1방식으로 히터(130)에 공급되는 전력을 제어하게 된다.
이어서, 제어부(110)는 현재온도와 예열온도구간의 상한값의 차이를 파악하고, 현재온도에서부터 예열온도구간의 상한값에 도달하기까지의 시간(이하, "상한값도달시간")을 산출한다(S840).
제어부(110)는 상한값도달시간이 경과하였는지 파악하고(S850), 상한값도달시간이 경과하였다면, 히터(130)에 공급되는 전력의 제어방식을 제1방식에서 제2방식으로 전환하고, 히터(130)를 계속 가열하여 히터(130)의 온도를 목표온도까지 상승시킨다(S860). 단계 S860에서, 제어부(110)는 예열온도구간의 상한값에 도달한 히터(130)의 온도가 목표온도에 도달하기까지 걸리는 시간(이하, "목표온도도달시간")을 산출할 수 있다.
제어부(110)는 목표온도도달시간이 경과하였는지 파악하고(S870), 목표온도도달시간이 경과하였다면, 제2방식을 통해서 히터의 온도를 목표온도로 계속 유지시킨다(S880). 단계 S880에서, 제2방식이 PID제어방식이었다면, 제어부(110)는 목표온도에 도달하기 전과 후의 PID 이득값(비례항, 적분항, 미분항)이 달라지도록 적절히 조정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 따른 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법의 또 다른 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 9는 도 7에서 제어부(110)가 전력제어방식을 제2방식으로 전환하기 위한 예열온도구간의 상한값을 결정하는 데에 있어서, 수학식 1과 같이 목표온도와 비례변수를 이용하거나, 특정 비율을 이용하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 제어부(110)는 히터(130)를 제1방식으로 가열하고(S730), 히터(130)의 현재온도와 히터(130)의 목표온도와의 비율을 산출한다(S910).
제어부(110)는 히터(130)의 현재온도와 히터(130)의 목표온도와의 비율이 미리 설정된 값과 동일한지 파악하여(S920), 히터(130)의 현재온도와 히터(130)의 목표온도와의 비율이 미리 설정된 값과 동일하면, 히터에 공급되는 전력의 제어방식을 제1방식에서 제2방식으로 전환하고 히터(130)를 계속 가열하도록 배터리(120)를 제어하여 히터의 온도를 상승시킨다(S750). 단계 S920에서 미리 설정된 값은 0.8이 될 수도 있고, 수학식 1에 따라 결정된 특정한 값이 될 수도 있다.
제어부(110)는 히터(130)의 현재온도와 히터(130)의 목표온도와의 비율이 미리 설정된 값과 동일하지 않으면, 히터(130)가 제1방식으로 가열되어 히터(130)의 온도가 충분히 상승될 수 있도록 제어한다(S930).
도 10은 에어로졸 생성장치의 히터의 온도를 구간별로 제어하는 방법을 설명하기 위한 그래프를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 도 10은 히터의 온도에 따라 구분되는 각 구간을 구분하여 설명하기 위한 구간경계선(1010a, 1010b, 1010c), 종래방식에 따른 히터의 온도변화곡선(1030), 본 발명에 따른 히터의 온도변화곡선(1050)을 포함하는 것을 알 수 있다. 도 10에서 가로축은 초(second), 세로축은 섭씨온도(Celsius Temperature)를 의미한다.
종래방식에 따르면, 히터의 온도가 예열과정에서 지나치게 높은 온도로 올라가는 것을 방지하지 위해서 제어부는 비례적분미분제어를 이용하는 경향이 있다. 제어부가 비레적분미분제어를 통해 히터의 온도를 제어하게 되면, 비례적분미분의 고유한 피드백 알고리즘(Feedback Algorithm)을 통해서 히터의 온도가 서서히 증가하게 되고, 히터는 0초에서 20초까지로 설정된 예열구간 a의 거친 후에야 히터의 목표온도인 300도에 도달하게 된다. 제어부는 히터의 온도가 300도에 도달하면, 히터의 온도를 300도로 유지하기 위한 유지구간 a에 돌입하게 되지만, 종래방식에서는 예열구간 a 및 온도유지구간 a간의 경계점에서 제어부의 전력제어방식의 변경이 있는 것은 아니며, 비례적분미분제어 자체의 특성에 따라, 비례항, 적분항, 미분항의 이득값(gain)을 조절하는 방식을 통해서 히터의 온도를 제어하게 된다.
종래방식에 따른 히터의 온도변화곡선(1030)을 살펴보면, 전술한 설명에 따라 예열구간 a에서 히터의 온도는 꾸준히 증가하여, 20초가 되었을 때 목표온도인 300도에 도달하여, 온도유지구간 a에 돌입하는 것을 알 수 있다. 히터의 재질 및 배터리의 출력전압 등에 따라서 히터가 목표온도에 도달하는 시간(20초)은 달라질 수 있으며, 에어로졸 생성기질에 따라서 히터의 목표온도(300도)도 달라질 수 있음은 자명하다.
반면, 본 발명에 따른 히터의 온도변화곡선(1050)을 살펴보면, 예열구간 b에서 히터의 온도가 빠르게 증가하여, 4초가 되었을 때 목표온도인 300도에 도달하고, 감온구간에 돌입하는 것을 알 수 있다. 본 발명에서 제어부(110)는 예열구간 b에서 비례적분미분제어방식을 이용하지 않고 고정된 출력레벨을 갖는 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation)방식을 이용할 수 있다.
여기서, 감온구간은 종래방식에 따른 히터의 온도변화곡선(1030)에서는 나타나지 않는 구간으로서, 목표온도에 빠르게 도달한 히터에 오버슛이 발생하여 히터의 온도가 목표온도를 초과하게 되면, 히터의 온도를 목표온도로 다시 낮추기 위해 제어부(110)가 히터에 공급되는 전력을 제어하는 구간을 의미한다. 종래방식에 따르면, 히터에 오버슛이 발생될 일이 없기 때문에 감온구간이 존재하지 않지만, 본 발명에 따르면, 히터의 오버슛현상을 빠르게 제거하기 위한 제어부(110)의 전력제어과정이 포함되는 특징이 있다.
이어서, 감온구간을 거쳐서 히터의 온도가 목표온도 수준으로 다시 돌아오면, 제어부(110)는 히터의 온도를 일정하게 유지하기 위해서 온도유지구간 b에 돌입하게 된다. 위와 같이, 본 발명에 따르면, 예열시간을 획기적으로 단축시킬 수 있게 되어 사용자에게 제공하기 위한 충분한 양의 에어로졸을 조기에 확보할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 히터의 온도를 구간별로 제어하는 에어로졸 생성장치의 동작과정에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 예열구간, 감온구간, 온도유지구간은 각각 제어방식이나 구간적인 특징이 서로 다르다는 점에서 제1 단계, 제2 단계, 제3 단계 또는 제1 구간, 제2 구간, 제3 구간으로 통칭할 수 있다.
먼저, 제어부(110)는 히터(130)의 온도제어방식을 예열구간, 감온구간 및 온도유지구간으로 구분하여 제어한다.
여기서, 예열구간은 히터의 온도가 기설정된 목표온도미만일 때를 의미하고, 사용자가 에어로졸 생성장치(100)의 전원을 끈 상태에서 유지하였거나, 에어로졸 생성장치(100)의 전원을 켰더라도 시간이 일정이상 경과하여 히터에 전력이 공급되지 않음으로써, 히터의 온도가 목표온도보다 더 낮아지게 되어 이를 다시 가열하기 위한 구간으로 정의된다.
제어부(110)는 예열구간에서 배터리의 상태(status)에 따라서 최대 출력을 이용하여 히터에 빠르게 전력을 공급하도록 할 수 있다. 여기서, 배터리의 상태라 함은, 배터리의 출력전압레벨, 배터리의 축전량 등 배터리가 히터에 전력을 공급하는 전력량에 직접적으로 영향을 미치는 요소를 포괄적으로 포함하는 단어를 의미한다. 제어부(110)는 예열구간에서 히터에 배터리의 전력이 공급되도록 제어할 때, 고정된 크기의 펄스폭변조(PWM)방식을 통해서 히터의 온도가 빠르게 상승하도록 제어할 수 있다. 또한, 도 6에서 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치(100)의 예열구간 b는 4초로 나타나 있으나, 에어로졸 생성장치(100)에 포함되는 구체적인 구성에 따라서 예열구간 b의 길이는 더 길어지거나 짧아질 수 있다.
이어서, 제어부(110)는 히터의 온도가 목표온도에 도달하면, 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방식을 예열구간에 대응되는 방식에서 감온구간에 대응되는 방식으로 변경할 수 있다. 이때, 예열구간에 대응되는 방식 및 감온구간에 대응되는 방식은 일종의 히터에 대한 온도프로파일로서 저장장치(170)에 저장되어 있다가 제어부(110)의 호출에 의해 제어부(110)에 전달될 수 있다. 감온구간은 히터의 온도가 목표온도를 초과하여 오버슛이 발생되면, 제어부(110)가 히터의 온도를 낮추도록 제어하는 구간을 의미하고, 오버슛이 발생된 히터가 낮아져야 하는 온도는 목표온도가 되며, 도 10을 참조하면 300도가 될 수 있다.
위와 같은 과정에서, 제어부(110)는 저장장치(170)에 저장되어 있던 온도프로파일 및 비례적분미분(PID)제어방식을 전달받아서 상승된 히터의 온도를 목표온도까지 낮추는 비례적분미분제어를 수행하게 되고, 보다 구체적으로는, 이미 목표온도를 초과하는 히터의 온도를 낮추기 위해서 미분항의 이득값을 적절하게 조절하는 방식의 제어를 수행할 수 있다. 저장장치(170)에 저장되는 비례적분미분제어를 위한 비례항, 적분항, 미분항의 이득값들은 실험적으로 미리 수치화되어 있는 값뿐만 아니라, 특정 시점의 히터의 특정 온도에서 적합한 이득값을 산출하기 위한 비례적분미분제어에 대한 이득값산출모듈(미도시)이 저장장치(170)에 포함될 수도 있다.
제어부(110)는 예열구간 및 감온구간을 구분하기 위해서 히터의 온도를 주기적 또는 비주기적으로 측정하는 온도센서를 포함하며, 예열구간 및 감온구간의 시간 길이를 측정하기 위한 타이머(timer)도 포함한다. 제어부(110)가 수집한 히터의 온도와 예열구간 및 감온구간의 시간 길이는 저장장치(170)에 1차적으로 저장된 후, 제어부(110)의 호출에 의해서 다시 읽어들여진 후, 제어부(110)가 특정한 제어파라미터(controlling parameter)를 산출하는 데에 이용될 수 있다.
마지막으로 제어부(110)는 오버슛이 발생되었던 히터가 감온구간동안 목표온도로 낮아지면 히터의 온도를 목표온도로 유지하도록 제어하게 되며, 위와 같이 제어부(110)가 히터의 온도를 목표온도로 유지하는 구간은 온도유지구간으로 정의될 수 있다. 제어부(110)는 히터의 온도를 목표온도로 유지하는 동안 비례적분미분제어방식을 이용하여 히터에 공급되는 전력을 제어하며, 미리 설정된 시간이 경과하면, 온도유지구간이 종료된 것으로 인지하고 히터에 공급되는 전력을 차단하도록 제어하게 된다.
제어부(110)는 예열구간, 감온구간 및 온도유지구간의 시간 길이 중 적어도 두 가지 이상으로 제어기준비율을 산출하고, 제어기준비율을 기초로 히터에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
Figure PCTKR2019007948-appb-M000002
수학식 2는 제어부(110)가 산출할 수 있는 제어기준비율의 일 예에 대한 수학식이다. 수학식 2에서 k1은 제어기준비율을 의미하고, t1은 예열구간의 시간 길이, t2는 감온구간의 시간 길이를 의미한다. 제어부(110)는 수학식 2에 따라 제어기준비율을 산출하고, 산출된 제어기준비율을 기초로 하여, 감온구간의 시간 길이를 적절하게 조절할 수 있다.
Figure PCTKR2019007948-appb-M000003
수학식 3은 제어부(110)가 제어기준비율을 기설정된 비교제어값과 비교하는 일 예에 대한 수학식이다. 수학식 3에서 k1는 수학식 2에 따라 산출된 제어기준비율이고, C1는 제어기준비율과 비교되기 위해서 기설정된 비교제어값을 의미한다. 비교제어값은 저장장치(170)에 저장되어 있다가 제어부(110)의 요청에 의해 제어부(110)에 전달될 수 있으며, 필요에 따라서 갱신될 수도 있다.
일 예로서, 비교제어값은 2가 될 수 있다. 여기서, 비교제어값이 2이라는 것은 수학식 2 및 수학식 3을 연립하였을 때, 감온구간의 시간 길이가 예열구간의 시간 길이의 절반보다 더 길어야 한다는 것을 의미한다. 제어부(110)는 타이머 및 온도센서를 통해서 예열구간의 시간 길이가 결정되면, 상수값으로 고정된 예열구간의 시간 길이를 기초로 하여 감온구간이 적어도 몇 초동안 유지되어야 하는지 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(110)는 비례적분미분제어를 하기 위해서 비례항, 적분항, 미분항의 이득값을 결정하는 데에 있어서, 감온구간의 길이를 최소 몇 초 이상 유지되어야 하는지를 함께 고려할 수 있다.
제어부(110)는 히터의 온도가 예열구간, 감온구간을 거쳐서 온도유지구간에 돌입하면, 이미 결정된 예열구간 및 감온구간의 시간 길이를 기초로 제어기준비율을 다시 산출하여 갱신하고, 갱신된 제어기준비율에 따라서 온도유지구간을 유지할 수 있다.
Figure PCTKR2019007948-appb-M000004
수학식 4는 제어부가 산출할 수 있는 제어기준비율의 다른 일 예에 대한 수학식이다. 보다 구체적으로는, 수학식 4에서 k2은 k1에 이어서 갱신된 제어기준비율(이하, "갱신제어기준비율")을 의미하고, t2은 감온구간의 시간 길이, t3는 온도유지구간의 시간 길이를 의미한다. 제어부(110)는 수학식 4에 따라 제어기준비율을 산출하고, 산출된 제어기준비율을 기초로 하여, 온도유지구간의 시간 길이를 적절하게 조절할 수 있다.
Figure PCTKR2019007948-appb-M000005
수학식 5는 제어부가 산출할 수 있는 갱신제어기준비율의 다른 일 예에 대한 수학식이다. 수학식 5에서 사용된 k2는 갱신제어기준비율, t1 내지 t3는 각각 예열구간, 감온구간, 온도유지구간의 시간 길이를 의미한다. 제어부(110)는 수학식 4 또는 수학식 5에 따라서 제어기준비율을 산출하여 갱신하고, 갱신된 제어기준비율을 기초로 하여 온도유지구간의 시간 길이를 적절하게 조절할 수 있다.
Figure PCTKR2019007948-appb-M000006
수학식 6은 제어부(110)가 갱신제어기준비율을 기설정된 비교제어값과 비교하는 일 예에 대한 수학식이다. 수학식 6에서 k2는 수학식 4 또는 수학식 5에 따라 산출된 갱신제어기준비율이고, C2는 갱신제어기준비율과 비교되기 위해서 기설정된 비교제어값을 의미한다. 비교제어값은 저장장치(170)에 저장되어 있다가 제어부(110)의 요청에 의해 제어부(110)에 전달될 수 있으며, 필요에 따라서 갱신될 수도 있다.
일 예로서, 비교제어값은 1이 될 수 있다. 여기서, 비교제어값이 1이라는 것은 수학식 4 및 수학식 6을 연립하였을 때, 온도유지기간의 시간 길이가 감온구간의 시간 길이보다 더 길어야 하는 것을 의미한다. 또한, 갱신제어기준비율을 수학식 4를 통해 산출했을 경우, 비교제어값이 1이라는 것은 온도유지기간의 시간 길이가 예열구간 및 감온구간의 시간 길이의 합보다 더 길어야 하는 것을 의미한다. 제어부(110)는 비례적분미분의 이득값을 적절히 조절하기 위해서 갱신제어기준비율을 수학식 4 또는 수학식 5에 따라서 선택적으로 사용할 수 있다.
위와 같이, 온도유지구간의 길이를 예열구간 및 감온구간의 시간 길이에 따라서 적절하게 제한함으로써, 히터의 온도가 높은 상태로 유지될 때 발생되는 매질의 탄화현상을 최소화할 수 있게 됨으로써, 본 발명에 따르면, 짧은 예열시간으로 사용자에게 충분한 양의 에어로졸을 신속하게 제공할 수 있을 뿐만 아니라 매질의 탄화현상을 최소화할 수 있어서 사용자에게 에어로졸 흡입에 대한 높은 만족감을 제공할 수 있다.
선택적 일 실시 예로서, 제어부는 수학식 2, 수학식 3, 수학식 4 및 수학식 6을 통해서 감온구간 및 온도유지구간의 시간 길이를 결정하고 히터의 온도를 구간별로 제어할 수도 있다. 또한, 다른 선택적 일 실시 예로서, 제어부는 수학식 2, 수학식 3, 수학식 5 및 수학식 6을 통해서 감온구간 및 온도유지구간의 시간 길이를 결정하고 히터의 온도를 구간별로 제어할 수 있다. 전술한 것과 같이 감온구간 및 온도유지구간의 길이는 예열구간의 시간 길이에 의존하고, 예열구간의 시간 길이는 히터의 재질 및 히터의 초기 온도에 따라서 달라질 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치의 히터의 온도를 구간별로 제어하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 11에 따른 방법은 도 5에 따른 에어로졸 생성장치(10)에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서는, 도 5를 참조하여 설명하기로 하며, 도 5 및 도 10에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 제어부는 히터의 온도를 감지하고(S1110), 감지된 히터의 온도가 기설정된 목표온도보다 더 작은지 여부를 파악한다(S1120).
제어부는 히터의 온도의 크기가 목표온도의 크기보다 더 작다면, 예열구간에 돌입하여 히터가 가열되도록 제어한다(S1130).
제어부는 온도센서를 통해서 히터의 온도가 상승하는 것을 주기적 또는 비주기적으로 모니터링하면서 히터의 오버슛이 감지되는지 파악하고(S1140), 히터의 오버슛이 감지되면 예열구간 및 감온구간의 시간적길이로 제어기준비율을 산출한다(S1150).
제어부는 산출된 제어기준비율을 기초로 하여 감온구간의 시간길이를 결정하고 감온구간동안 히터의 온도가 하강하도록 제어한다(S1160).
선택적 일 실시 예로서, 제어부가 제어기준비율을 기설정된 비교제어값과 비교한 결과를 기초로 히터에 공급되는 전력을 제어할 수 있음은 도 10에서 이미 설명한 바 있다.
제어부는 감온구간이 종료되었는지 여부를 히터의 온도 또는 감온구간의 시간경과를 통해서 파악하여(S1170), 감온구간이 종료되었으면 예열구간, 감온구간, 온도유지기간 중 적어도 두 가지 이상을 기초로 제어기준비율을 산출한다(S1180). 단계 S1180에서 제어부는 감온구간의 종료를 파악하기 위해서 온도센서 또는 타이머 중 적어도 하나 이상을 이용할 수 있다.
제어부는 단계 S1180에서 산출한 제어기준비율로 단계 S1150에서 산출한 제어기준비율을 갱신하고, 갱신된 제어기준비율을 기초로 하여 온도유지기간의 시간길이를 결정한 후에 그에 따라 온도유지기간동안 히터의 온도가 목표온도로 유지되도록 제어한다(S1190).
도 12는 제어부가 감온구간의 길이를 결정하는 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 12는 도 11의 단계 S1140 내지 단계 S1170의 선택적 일 실시 예를 설명하기 위한 도면으로서, 이하에서는, 설명의 편의를 위해서, 도 11을 참조하여 설명하기로 한다.
제어부는 히터의 오버슛이 감지되면(S1140), 예열구간 및 감온구간의 시간적길이로 제어기준비율을 산출한다(S1150).
제어부는 단계 S1150에서 산출한 제어기준비율을 비교제어값인 2과 비교한다(S1210).
단계 S1210에서 제어기준비율이 2보다 크거나, 2와 같다면, 제어부는 비례적분미분제어의 이득값을 조정하여 감온구간의 시간 길이를 변경한다(S1220). 단계 S1220에 의해서 제어기준비율은 단계 S1150을 거쳐서 다시 산출될 수 있다.
단계 S1210에서 제어기준비율이 2보다 작으면, 제어부는 산출된 제어기준비율을 기초로 하여 결정된 감온구간동안 히터의 온도가 하강하도록 제어한다(S1160).
도 13은 제어부가 온도유지구간의 길이를 결정하는 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 13은 도 11의 단계 S1170 내지 단계 S1190의 선택적 일 실시 예를 설명하기 위한 도면으로서, 이하에서는, 설명의 편의를 위해서, 도 11을 참조하여 설명하기로 한다.
제어부는 감온구간의 종료된 것을 감지하면(S1170), 예열구간, 감온구간 및 온도유지기간의 시간 길이 중 적어도 두 가지 이상을 기초로 하여 갱신제어기준비율을 산출한다(S1180).
제어부는 단계 S1180에서 산출된 갱신제어기준비율이 1보다 작은지 여부를 판단한다(S1310).
제어부는 갱신제어기준비율이 1보다 크거나, 1과 같다면, 제어부는 비례적분미분제어의 이득값을 조정하여 온도유지구간의 시간 길이를 변경한다(S1320). 단계 S1320에 의해서 갱신제어기준비율은 단계 S1180을 거쳐서 다시 산출될 수 있다.
제어부는 갱신제어기준비율이 1보다 작으면, 제어부가 산출한 갱신제어기준비율을 기초로 하여 결정된 온도유지구간동안 히터의 온도가 목표온도를 계속 유지하도록 제어한다(S1390).
도 14는 예열 구간 및 유지 구간을 구분하여 히터의 온도를 제어하는 방식의 기존의 구간 구분 없이 제어하는 방식 대비 차이점 및 구간을 구분하여 제어하는 방식의 문제점을 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 예열 구간과 유지 구간을 구분하여 히터(130)의 온도를 제어하는 방식 및 예열 구간과 유지 구간을 구분하지 않고 전체 구간에 대해 히터(130)의 온도를 제어하는 방식에서 시간의 흐름에 따른 히터(130)의 온도 변화를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 또한, 예열 구간과 유지 구간을 구분하여 히터의 온도를 제어하는 경우 일정한 값으로 설정된 히터(130) 제어의 목표 온도가 도시되어 있다.
제어부(110)는 히터(130)의 온도를 기준 온도로 유지되도록 제어할 수 있다. 기준 온도는 궐련(200)으로부터 에어로졸이 생성되기에 가장 적합한 온도를 의미할 수 있다. 기준 온도는 궐련(200)의 종류에 따라 다른 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 기준 온도는 240 ℃ 이상 360 ℃ 이하로 설정될 수 있다.
제어부(110)는 목표 온도를 설정할 수 있고, 히터(130)의 온도가 목표 온도에 도달하도록 히터(130)의 온도를 제어할 수 있다. 목표 온도는 기준 온도와 동일한 값으로 설정될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 히터(130)의 온도를 보다 적절히 제어하기 위해 목표 온도는 기준 온도와 상이한 값으로 설정될 수도 있다.
예열 구간과 유지 구간을 구분하여 히터(130)의 온도를 제어하는 방식의 경우, 예열 구간에서 제어부(110)는 히터(130)의 온도가 기준 온도 이상이 되도록 히터(130)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 예열 구간은 히터(130)의 온도가 기준 온도 이상이 되도록 가열되는 구간을 의미할 수 있다. 도 14에 도시되어 있는 예시를 참조하면, 기준 온도는 300 ℃로 설정되었고, 히터(130)의 온도가 기준 온도보다 높아지는 시점 전까지의 구간이 예열 구간에 해당할 수 있다.
예열 구간에서, 제어부(110)는 히터(130)의 온도가 단시간 내에 기준 온도 이상이 되도록 히터(130)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(110)는 펄스 폭 변조를 통해 배터리(120)가 히터(130)에 공급하는 전류 펄스의 주파수 및 듀티 사이클을 각각의 최대치로 설정할 수 있다.
예열 구간과 유지 구간을 구분하여 히터(130)의 온도를 제어하는 방식의 경우, 유지 구간에서 제어부(110)는 히터(130)의 목표 온도를 설정하여 히터(130)의 온도가 기준 온도로 유지되도록 히터(130)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 유지 구간은 히터(130)의 온도가 기준 온도 이상이 되도록 가열되어 예열 구간이 종료된 시점 이후를 의미할 수 있다. 도 14에 도시되어 있는 예시를 참조하면, 히터(130)의 온도가 300 ℃로 설정된 기준 온도보다 높아지는 시점 이후의 구간이 유지 구간에 해당할 수 있다.
유지 구간에서, 제어부(110)는 목표 온도를 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(110)는 예열 구간이 종료되는 시점 또는 유지 구간이 시작되는 시점에서 목표 온도를 설정할 수 있다. 도 14에 도시된 예시를 참조하면, 예열 구간이 종료되는 시점이자 유지 구간이 시작되는 시점에서 설정되고, 일정한 값으로 유지되는 목표 온도가 도시되어 있다. 또한, 목표 온도가 300 ℃로 설정된 기준 온도와 동일한 값으로 설정되었음이 도시되어 있다.
유지 구간에서, 제어부(110)는 단시간 내에 기준 온도 이상으로 상승된 히터(130)의 온도를 기준 온도로 유지시키기 위해 히터(130)의 온도가 하락하도록 히터(130)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 구체적으로, 히터(130)의 온도를 기준 온도로 유지하기 위해 히터(130)의 온도를 감소시키는 제어가 수행되도록 하는 PID 제어의 계수가 제어부(110)에 의해 설정될 수 있다. 도 14에 도시된 예시를 참조하면, 예열 구간을 통해 기준 온도 이상으로 상승된 히터(130)의 온도가 유지 구간에서 감소하도록 하는 제어 결과가 도시되어 있다.
유지 구간에서, 히터(130)의 온도가 감소되도록 하는 PID 제어의 계수가 설정됨에 따라 히터(130)의 온도가 하락하여 기준 온도 이하가 될 수 있다. 예열 구간에서 단시간 내에 히터(130)를 기준 온도 이상으로 가열하기 때문에, 히터(130)의 온도가 기준 온도 이상으로 도달하는 시간이 단축될 수 있지만, 유지 구간에서 히터(130)의 온도를 기준 온도로 유지하기 어렵다는 문제점이 수반될 수 있다.
도 14에 도시된 예시를 참조하면, 흡연이 진행됨에 따라 히터(130)의 온도는 점차 감소하여 기준 온도 이하가 될 수 있음이 도시되어 있다. 궐련(200)은 기준 온도에서 가장 적합하게 에어로졸을 발생시킬 수 있다는 점에서 히터(130)의 온도의 기준 온도 이하로의 하락은 흡연 품질의 저하를 초래할 수 있다.
제어부(110)는 기준 온도 이하로 감소하는 히터(130)의 온도를 보상하기 위해 목표 온도를 조정할 수 있다. 히터(130)의 온도의 보상은 히터(130)의 온도가 기준 온도 이하로 감소하는 정도만큼 히터(130)의 온도를 증가시키는 방식으로 수행될 수 있다.
목표 온도를 조정하지 않고 일정한 값으로 유지하는 경우에 발생하는 히터(130)의 온도가 기준 온도 이하로 하락하는 문제점을 해결하기 위해서, 제어부(110)는 다양한 방식으로 목표 온도를 조정할 수 있다. 그에 따라, 제어부(110)는 기준 온도 이하로 하락하는 히터(130)의 온도를 보상하여 히터(130)의 온도를 기준 온도에 근접하도록 유지할 수 있다.
제어부(110)는 히터(130)의 온도가 기준 온도 이하로 하락하는 온도 하락 구간에서 목표 온도를 조정할 수 있다. 제어부(110)는 히터(130)의 온도가 기준 온도 이하로 하락하여 온도 하락 구간이 시작되는 시점에서 목표 온도를 조정할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 온도 하락 구간이 시작되는 시점보다 이른 시점 또는 늦은 시점에서 목표 온도를 조정할 수도 있다.
제어부(110)는 목표 온도를 실시간으로 조정할 수 있다. 제어부(110)는 히터(130)의 온도 변화 등에 기초하여 목표 온도를 어떻게 조정할 것인지를 실시간으로 판단할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제어부(110)는 목표 온도를 1회에 한하여 다른 값으로 변경할 수도 있다.
제어부(110)가 목표 온도를 조정하여 히터(130)의 온도를 보상함에 따라 히터(130)의 온도가 기준 온도 근방으로 유지될 수 있고, 그에 따라 온도 하락에 의한 흡연 품질의 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 예열 구간 및 유지 구간이 분리됨에 따라 사용자에게 에어로졸을 제공하기 위해 장치(10)가 준비되는 시간이 단축될 수 있음과 동시에, 예열 구간에서 단시간 내에 히터(130)가 가열됨에 따라 유지 구간에서 히터(130)의 온도가 하락하는 문제점이 해결될 수 있다.
도 14를 참조하면, 예열 구간과 유지 구간을 구분하지 않고 전체 구간에 대해 히터(130)의 온도를 제어하는 방식 또한 도시되어 있다. 예열 구간과 유지 구간을 구분하지 않는 경우, 흡연이 진행됨에 따라 히터(130)의 온도가 하락하는 문제점은 발생하지 않으나, 히터(130)의 온도가 기준 온도에 도달하기까지 소요되는 시간이 예열 구간과 유지 구간을 구분하는 경우에 비해 길어지고, 그에 따라 사용자에게 에어로졸을 제공하기 위해 장치(10)가 준비되는 시간이 길어질 수 있다. 도 14에 도시된 예시를 참조하면, 예열 구간과 유지 구간을 구분하는 경우에 비해 예열 구간과 유지 구간을 구분하지 않는 경우 히터(130)의 온도가 기준 온도에 도달하기 위해 보다 오랜 시간이 소요된다는 점이 도시되어 있다.
도 15는 일부 실시예에 따른 목표 온도를 조정하는 일 예를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
제어부(110)는 목표 온도를 1회 변경시킴으로써 목표 온도를 조정할 수 있다. 도 15에 도시된 예시를 참조하면, 온도 하락 구간이 시작되는 시점에서 목표 온도가 기존의 값보다 큰 값으로 변경되어 유지되고, 그에 따라 히터(130)의 온도가 제어되는 태양이 도시되어 있다.
목표 온도를 1회 변경시킴으로써 목표 온도가 조정되는 경우, 목표 온도가 조정되지 않는 경우에 비해 히터(130)의 온도가 기준 온도에 보다 가깝게 유지될 수 있다. 또한, 제어부(110)가 목표 온도를 조정하는 방식이 간단하다는 점에서 소비 전력이 감소하고, 제어부(110)의 회로 구조가 단순해지는 등의 이점이 있을 수 있다.
도 16은 일부 실시예에 따른 목표 온도를 조정하는 다른 예를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
제어부(110)는 목표 온도를 선형적으로 변경시킴으로써 목표 온도를 조정할 수 있다. 도 16에 도시된 예시를 참조하면, 온도 하락 구간이 시작되는 시점에서 목표 온도가 선형적으로 증가하고, 그에 따라 히터(130)의 온도가 제어되는 태양이 도시되어 있다.
목표 온도를 선형적으로 변경시킴으로써 목표 온도가 조정되는 경우, 목표 온도가 조정되지 않는 경우에 비해 히터(130)의 온도가 기준 온도에 보다 가깝게 유지될 수 있다. 또한, 제어부(110)가 목표 온도를 조정하는 방식도 비교적 복잡하지 않다는 점에서 소비 전력 감소 및 회로 설계 용이 등의 이점이 있을 수 있다.
도 15 및 도 16에 예시된 방식을 통해 비교적 간단하게 목표 온도를 조정하여 히터(130)의 온도를 보상할 수 있으나, 흡연이 오랜 시간 지속되는 경우 히터(130)의 온도 및 기준 온도의 차이가 생긴다는 점에서, 보다 정교하게 목표 온도를 조정하는 방식 또한 제안될 수 있다. 본 개시에 따른 제어 방법 및 장치(10)가 고안되는 과정에서, 도 17에 예시로서 도시된 값을 활용하여 목표 온도가 조정될 수 있음이 제시되었다.
도 17은 일부 실시예에 따른 히터의 온도와 목표 온도의 차이값을 시간의 흐름에 따라 누적한 누적값을 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 히터(130)의 온도 및 목표 온도의 차이값을 시간의 흐름에 따라 누적한 누적값이 도시되어 있다. 목표 온도보다 히터(130)의 온도가 더 높은 구간에서는 차이값이 양의 값을 가지므로 차이값을 누적한 누적값은 증가할 수 있다. 목표 온도보다 히터(130)의 온도가 더 낮은 구간에서는 차이값이 음의 값을 가지므로 누적값은 감소할 수 있다. 따라서, 도 17에 도시된 누적값이 최대가 되는 시점은 히터(130)의 온도가 목표 온도 이하로 하락하는 시점일 수 있다.
제어부(110)는 히터(130)의 온도 및 목표 온도의 차이값을 시간의 흐름에 따라 누적한 누적값에 기초하여 목표 온도를 조정할 수 있다. 제어부(110)는 실시간으로 측정되는 히터(130)의 온도 및 목표 온도의 차이값을 계산할 수 있고, 차이값을 누적하여 누적값을 계산할 수 있으며, 누적값으로부터 목표 온도를 조정할 수 있다. 따라서, 차이값, 누적값 및 목표 온도는 상호간에 영향을 미치며, 제어부(110)에 의해 실시간으로 계산되어 변경될 수 있다.
예를 들면, 제어부(110)는 누적값이 누적값의 최대치로부터 감소하는 정도를 계산할 수 있고, 감소하는 정도를 상수배하여 감소시킨 값을 초기값에 더하는 방식으로 목표 온도를 조정할 수 있다. 초기값은 유지 구간에서 제어부(110)에 의해 설정된 목표 온도와 동일한 값일 수 있다. 목표 온도는 도 17에 도시된 누적값이 감소하는 부분이 상하로 반전된 형태로 증가하도록 조정될 수 있다. 구체적인 목표 온도의 조정 방식 및 목표 온도가 조정됨에 따라 보상되는 히터(130)의 온도는 도 6에 도시되어 있다.
도 18은 일부 실시예에 따른 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 조정하는 일 예를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
제어부(110)는 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 연속적으로 조정할 수 있다. 도 18을 참조하면, 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도가 조정되는 경우의 히터(130)의 온도 변화 및 목표 온도가 조정되지 않고 일정한 값으로 유지되는 경우의 히터(130)의 온도 변화가 도시되어 있다.
제어부(110)가 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 조정함에 따라 흡연이 진행되는 경우에도 히터(130)의 온도가 기준 온도에 가깝게 유지될 수 있다. 따라서, 장치(10)는 시간이 흐르더라도 흡연 품질의 저하 없이 궐련(200)으로부터 균일한 에어로졸을 발생시킬 수 있다.
도 19는 일부 실시예에 따른 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 조정하는 다른 예를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도가 조정되는 다른 예시가 도시되어 있다. 도 18의 경우와 같이 제어부(110)는 히터(130)의 온도 및 목표 온도의 차이값을 시간의 흐름에 따라 누적한 누적값을 계산할 수 있고, 도 19의 경우와 같이, 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 조정할 수도 있다.
다만, 제어부(110)가 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 연속적으로 조정하는 도 18의 경우와 달리, 제어부(110)는 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 불연속적으로 조정할 수도 있다. 불연속적으로 조정된 목표 온도에 의하는 경우에도 히터(130)의 온도는 기준 온도에 가깝게 유지될 수 있다.
제어부(110)가 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 연속적으로 조정하는 방식이 불연속적으로 조정하는 방식보다 정밀한 히터(130)의 온도 보상을 제공할 수 있다. 다만, 제어부(110)가 누적값의 변화에 기초하여 목표 온도를 불연속적으로 조정하는 경우, 연속적으로 조정하는 경우에 비해 제어부(110)의 연산량이 감소하면서도 히터(130)의 온도가 적절히 보상될 수 있다.
도 20은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련을 가열하는 히터의 온도를 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 20을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(10)에 수용되는 궐련을 가열하는 히터의 온도를 제어하는 방법은 도 1에 도시된 에어로졸 생성 장치(10)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1의 에어로졸 생성 장치(10)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 8의 궐련을 가열하는 히터의 온도를 제어하는 방법에도 적용될 수 있다.
단계 s2010에서, 에어로졸 생성 장치(10)는 히터의 온도가 궐련으로부터 에어로졸이 적합하게 생성되도록 설정되는 기준 온도 이상이 되도록 히터에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
단계 s2020에서, 에어로졸 생성 장치(10)는 히터의 목표 온도를 설정하여 히터의 온도가 기준 온도로 유지되도록 히터에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 단계 s2020에서, 에어로졸 생성 장치(10)는 히터의 온도가 기준 온도 이하로 감소하는 경우 히터의 온도를 보상하기 위해 목표 온도를 조정할 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 발명의 일 실시 예는 사용자에게 흡연감을 제공하는 전자담배 장치를 생산, 구현하는 데에 이용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 에어로졸 생성장치에 있어서,
    에어로졸 생성기질을 가열하여 에어로졸을 생성시키는 히터;
    상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달할 때까지 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하고,
    상기 히터의 온도가 상기 상한값에서 목표온도로 상승할 때까지 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 히터의 온도가 상기 예열온도구간의 하한값부터 상기 상한값에 도달할 때까지 상기 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1방식은,
    배터리의 출력전압범위를 파악하고 상기 출력전압범위의 상한값에 따라 상기 히터를 상기 예열온도구간의 상한값까지 가열하는 방식인 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  4. 제3항에 있어서
    상기 제어부는,
    상기 출력전압범위의 상한값까지 고정된 출력의 펄스폭변조(PWM)제어로 상기 히터가 가열되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1방식은 고정된 출력의 펄스폭변조(PWM)제어방식이고,
    상기 제2방식은 비례적분미분(PID)제어방식인 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 하한값은,
    섭씨 160도 내지 220도에서 임의적으로 선택된 온도값이고,
    상기 상한값은,
    섭씨 250도 내지 310도에서 임의적으로 선택된 온도값인 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 목표온도에 대한 상기 상한값의 비율이 미리 설정된 값인 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비율은 0.65 내지 0.95 사이에서 임의적으로 선택된 값인 것을 특징으로 에어로졸 생성장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 시간을 타이머로 측정하고,
    상기 측정된 결과를 기초로 상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달한 시간으로 예측되는 시간의 경과를 감지하면, 상기 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성장치.
  10. 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 히터의 온도가 예열온도구간의 상한값에 도달할 때까지 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제1방식제어단계; 및
    상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달하면, 상기 상한값보다 더 높은 목표온도까지 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 제2방식제어단계;를 포함하는 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 히터의 온도가 예열온도구간의 하한값보다 낮은지 여부를 파악하는 히터온도파악단계를 더 포함하고,
    상기 제1방식제어단계는,
    상기 히터의 온도가 상기 하한값보다 낮으면, 상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달할 때까지 상기 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1방식은 배터리의 출력전압범위를 파악하고 상기 출력전압범위의 상한값에 따라 상기 히터를 상기 히터의 예열온도구간의 상한값까지 가열하는 방식인 것을 특징으로 하는 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법.
  13. 제12항에 있어서
    상기 제1방식은,
    상기 출력전압범위의 최대값까지 고정된 출력의 펄스폭변조(PWM)제어로 상기 히터가 가열되도록 제어하는 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1방식은 고정된 출력의 펄스폭변조(PWM)제어방식이고,
    상기 제2방식은 비례적분미분(PID)제어방식인 것을 특징으로 하는 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 하한값은,
    섭씨 160도 내지 220도에서 임의적으로 선택된 온도값이고,
    상기 상한값은,
    섭씨 250도 내지 310도에서 임의적으로 선택된 온도값인 것을 특징으로 하는 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 목표온도에 대한 상기 상한값의 비율이 미리 설정된 값인 것을 특징으로 하는 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 비율은 0.65 내지 0.95 사이에서 임의적으로 선택된 값인 것을 특징으로 하는 히터에 공급되는 전력을 제어하는 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 제1방식제어단계는,
    상기 제1방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 시간이 타이머로 측정되고,
    상기 제2방식제어단계는,
    상기 측정된 시간을 기초로 상기 히터의 온도가 상기 상한값에 도달한 시간으로 예측되는 시간의 경과가 감지되면, 상기 제2방식으로 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 히터에 공급되는 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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