WO2021015496A1 - 히터 조립체, 히터 조립체를 제조하는 방법 및 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

히터 조립체, 히터 조립체를 제조하는 방법 및 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치 Download PDF

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heater assembly
sensor pattern
insulating layer
cigarette
temperature
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정종성
고경민
서장원
장용준
장철호
정민석
정진철
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Definitions

  • the present disclosure relates to a heater assembly, a method of manufacturing the heater assembly, and an aerosol generating apparatus including the heater assembly.
  • the present disclosure relates to a heater assembly including a susceptor material that generates heat by an external magnetic field, a method for manufacturing the same, and an aerosol generating apparatus including the heater assembly.
  • An alternative heating method has been proposed to replace the method of heating a cigarette accommodated in the aerosol generating device by disposing a heater formed of an electric resistor in the aerosol generating device and supplying power to the heater.
  • a heater formed of an electric resistor in the aerosol generating device and supplying power to the heater.
  • a coil for applying a magnetic field to the magnetic material in addition to the cigarette and the magnetic material must be provided in the aerosol generating device. It can be difficult on the side. Accordingly, since it may be difficult to directly measure the temperature of the magnetic body to maintain the temperature at which the cigarette is heated at a constant temperature, an aerosol may be unevenly generated from the cigarette and smoking quality may deteriorate.
  • a structure of a magnetic body that allows the temperature of the cigarette heated by the magnetic body to be measured without a temperature sensor may be required.
  • Various embodiments are directed to providing a heater assembly, a method of manufacturing the heater assembly, and an aerosol generating apparatus including the heater assembly.
  • the technical problem to be achieved by the present disclosure is not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may be inferred from the following embodiments.
  • the heater assembly for heating a cigarette is formed of a susceptor material, at least partially generating heat by an external magnetic field, and the cigarette inside
  • a heating layer having a cylindrical shape in which an accommodation space for accommodating is formed, an insulating layer surrounding at least a part of the outer surface of the heating layer, and embedded in the insulating layer, and measuring the temperature of the heating layer It may include a sensor pattern used to do so.
  • a method of manufacturing a heater assembly for heating a cigarette includes a heating layer formed of a susceptor material, at least partially generating heat by an external magnetic field, and an accommodation space for accommodating the cigarette therein. Forming in a cylindrical shape to be formed, applying a first insulating layer surrounding at least a part of the outer surface of the heating layer to the outer surface of the heating layer, the heating layer on the outer surface of the first insulating layer It may include printing a sensor pattern used to measure temperature, and applying a second insulating layer to an outer surface of the first insulating layer so that the sensor pattern is buried.
  • An aerosol generating apparatus including a heater assembly further includes a coil for applying an alternating magnetic field to the heater assembly, a power supply for supplying power to the coil, and a control unit for controlling power supplied to the coil.
  • Can include.
  • the heating layer including the susceptor material and the sensor pattern for measuring the temperature of the heating layer may be integrated, the temperature at which the cigarette is heated can be measured without a separate temperature sensor, Accordingly, the structure of the aerosol generating device can be more simplified.
  • the temperature at which the cigarette is heated can be relatively accurately measured by the sensor pattern integrally formed with the heating layer, the temperature at which the cigarette is heated can be precisely controlled, from which The quality at which aerosols are produced can be improved.
  • FIG. 1 is a view for explaining elements constituting an aerosol generating device including a heater assembly according to some embodiments.
  • FIG. 2 is a diagram for describing a cigarette heated by a heater assembly according to some embodiments.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a process in which a cigarette is accommodated in an aerosol generating device and heated by a heater assembly according to some embodiments.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a heater assembly for heating a cigarette according to some embodiments.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a process of controlling the temperature of a cigarette in an aerosol generating apparatus according to some embodiments.
  • FIG. 6 is a flow chart showing steps of configuring a method of manufacturing a heater assembly for heating a cigarette in accordance with some embodiments.
  • the heater assembly is a heating layer having a cylindrical shape in which at least a portion is formed of a susceptor material that generates heat by an external magnetic field, and an accommodation space for accommodating the cigarette is formed therein, the heating layer And an insulating layer surrounding at least a portion of the outer surface of the insulator and a sensor pattern embedded in the insulating layer and used to measure the temperature of the heating layer.
  • the sensor pattern is formed by printing a resistor having a temperature coefficient of resistance (TCR) for deriving the temperature of the heating layer.
  • TCR temperature coefficient of resistance
  • the sensor pattern is formed of at least one of a ceramic, a semiconductor, a metal, a carbon, and a thermistor.
  • the metal includes at least one of silver (Ag) and palladium (Pd), and the sensor pattern includes the silver in a weight ratio of 45 to 70 and the palladium in a weight ratio of 10 to 35.
  • the insulating layer includes a first insulating layer supporting an inner surface of the sensor pattern and a second insulating layer surrounding an outer surface of the sensor pattern.
  • the insulating layer is formed of at least one of silicon (Si) oxide, boron (B) oxide, calcium (Ca) oxide, zirconium (Zr) oxide, and aluminum (Al) oxide.
  • the susceptor material is formed of a ferromagnetic substance.
  • the heater assembly further includes an electrode connected to the sensor pattern and used to read a characteristic value of the sensor pattern.
  • a method of manufacturing a heater assembly includes forming a heating layer formed of a susceptor material at least partially generating heat by an external magnetic field in a cylindrical shape in which an accommodation space for accommodating the cigarette is formed. , Applying a first insulating layer surrounding at least a portion of the outer surface of the heating layer to the outer surface of the heating layer, a sensor used to measure the temperature of the heating layer on the outer surface of the first insulating layer Printing a pattern and applying a second insulating layer to the outer surface of the first insulating layer so that the sensor pattern is buried.
  • the aerosol generating apparatus further includes the heater assembly, a coil applying an alternating magnetic field to the heater assembly, a power supply unit supplying power to the coil, and a control unit controlling power supplied to the coil. .
  • the coil is wound along an outer surface of the heater assembly to extend in a longitudinal direction of the aerosol generating device, and is disposed at a position corresponding to the heater assembly.
  • the power supply unit includes a battery for supplying direct current to the aerosol generating device and a conversion unit for converting direct current supplied from the battery into an alternating current applied to the coil.
  • control unit receives a characteristic value of the sensor pattern associated with the temperature of the heating unit from the sensor pattern, and adjusts power supplied from the power supply to the coil based on the temperature of the heating unit.
  • the present embodiments relate to a heater assembly, a method of manufacturing the heater assembly, and an aerosol generating apparatus including the heater assembly, and details that are widely known to those of ordinary skill in the art to which the following embodiments belong Description is omitted.
  • FIG. 1 is a view for explaining elements constituting an aerosol generating device including a heater assembly according to some embodiments.
  • the aerosol generating apparatus 100 may include a heater assembly 110, a coil 120, a power supply unit 130, and a control unit 140.
  • the present invention is not limited thereto, and other general-purpose elements other than the elements shown in FIG. 1 may be further included in the aerosol generating apparatus 100.
  • the aerosol generating apparatus 100 may generate an aerosol by heating the cigarette accommodated in the aerosol generating apparatus 100 by using an induction heating method.
  • the induction heating method may refer to a method of heating a magnetic material by applying an alternating magnetic field that periodically changes direction to a magnetic material that generates heat by an external magnetic field.
  • the aerosol generating device 100 may release thermal energy from the magnetic material by applying an alternating magnetic field to the magnetic material, and may transmit thermal energy emitted from the magnetic material to the cigarette.
  • a magnetic material that generates heat by an external magnetic field may be a susceptor.
  • the susceptor may be provided in the aerosol generating device 100 instead of being included in the cigarette in the shape of a piece, flake, or strip.
  • at least a portion of the heater assembly 110 disposed inside the aerosol generating device 100 may be formed of a susceptor material.
  • the susceptor material may be formed of a ferromagnetic substance.
  • the susceptor material may include metal or carbon.
  • the susceptor material may include at least one of ferrite, ferromagnetic alloy, stainless steel, and aluminum (Al).
  • the susceptor material is a ceramic such as graphite, molybdenum, silicon carbide, niobium, nickel alloy, metal film, zirconia, etc. It may contain at least one of a transition metal such as nickel (Ni) or cobalt (Co), and a metalloid such as boron (B) or phosphorus (P).
  • the aerosol generating device 100 may contain a cigarette.
  • a space for accommodating a cigarette may be formed in the aerosol generating device 100.
  • a heater assembly 110 may be disposed in a space for accommodating a cigarette.
  • the heater assembly 110 may have a cylindrical shape in which an accommodation space for accommodating a cigarette is formed therein. Accordingly, when the cigarette is accommodated in the aerosol generating device 100, the cigarette may be accommodated in the accommodation space of the heater assembly 110, and the heater assembly 110 may be disposed at a position surrounding at least a portion of the outer surface of the cigarette. I can.
  • the heater assembly 110 may surround at least a portion of the outer surface of the cigarette accommodated in the aerosol generating device 100.
  • the heater assembly 110 may surround at least a part of the outer surface of the cigarette at a position corresponding to the position of the cigarette medium included in the cigarette. Accordingly, heat may be more efficiently transferred from the heater assembly 110 to the tobacco medium included in the cigarette.
  • the heater assembly 110 may heat the cigarette accommodated in the aerosol generating device 100. As described above, the heater assembly 110 may heat the cigarette in an induction heating method.
  • the heater assembly 110 may include a susceptor material that generates heat by an external magnetic field, and the aerosol generating device 100 may apply an alternating magnetic field to the heater assembly 110.
  • the coil 120 may be provided in the aerosol generating device 100.
  • the coil 120 may apply an alternating magnetic field to the heater assembly 110.
  • a magnetic field may be formed in the coil 120.
  • an alternating current is applied to the coil 120, the direction of the magnetic field formed inside the coil 120 may be continuously changed.
  • the heater assembly 110 is located inside the coil 120 and is exposed to an alternating magnetic field that periodically changes direction, the heater assembly 110 may generate heat, and the cigarette accommodated in the heater assembly 110 may be heated. have.
  • the coil 120 may be wound along the outer surface of the heater assembly 110.
  • the coil 120 may be wound along the inner surface of the outer housing of the aerosol generating device 100.
  • the heater assembly 110 may be located in an inner space formed by winding the coil 120, and when power is supplied to the coil 120, an alternating magnetic field generated by the coil 120 is applied to the heater assembly 110. Can be authorized.
  • the coil 120 may extend in the longitudinal direction of the aerosol generating device 100.
  • the coil 120 may extend to an appropriate length along the length direction.
  • the coil 120 may extend to a length corresponding to the length of the heater assembly 110, or may extend to a length longer than the length of the heater assembly 110.
  • the coil 120 may be disposed at a suitable position to apply an alternating magnetic field to the heater assembly 110.
  • the coil 120 may be disposed at a position corresponding to the heater assembly 110.
  • the efficiency of applying the alternating magnetic field of the coil 120 to the heater assembly 110 may be improved by the size and arrangement of the coil 120.
  • the aerosol generating device 100 controls the heating of the cigarette by adjusting the power applied to the coil 120. can do.
  • the aerosol generating device 100 may control the amplitude and frequency of the AC current applied to the coil 120.
  • the coil 120 may be implemented as a solenoid.
  • the coil 120 may be a solenoid wound along the inner surface of the outer housing of the aerosol generating device 100, and the heater assembly 110 and the cigarette may be located in the inner space of the solenoid.
  • the material of the conducting wire constituting the solenoid may be copper (Cu).
  • the present invention is not limited thereto, and an alloy containing at least one of silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), tungsten (W), zinc (Zn), and nickel (Ni), or an alloy containing at least one of the solenoids It can be a material of the constituting conductor.
  • the power supply unit 130 may supply power to the aerosol generating device 100.
  • the power supply unit 130 may supply power to the coil 120.
  • the power supply unit 130 may include a battery supplying direct current to the aerosol generating apparatus 100 and a conversion unit converting direct current supplied from the battery into an alternating current supplied to the coil 120.
  • the battery may supply direct current to the aerosol generating device 100.
  • the battery may be a lithium iron phosphate (LiFePO4) battery, but is not limited thereto.
  • the battery may be a lithium cobalt oxide (LiCoO2) battery, a lithium titanate battery, or the like.
  • the conversion unit may include a low-pass filter configured to output AC supplied to the coil 120 by filtering the DC supplied from the battery.
  • the conversion unit may further include an amplifier for amplifying the direct current supplied from the battery.
  • the conversion unit may be implemented through a low-pass filter constituting a load network of a class-D amplifier.
  • the controller 140 may control power supplied to the coil 120.
  • the controller 140 may control the power supply 130 to adjust power supplied to the coil 120.
  • the controller 140 may perform control for maintaining a constant temperature at which the heater assembly 110 heats the cigarette based on the temperature of the heater assembly 110.
  • the controller 140 may be implemented as an array of a plurality of logic gates, or may be implemented as a combination of a general-purpose microprocessor and a memory storing a program that can be executed in the microprocessor. Also, the control unit 140 may be configured with a plurality of processing elements.
  • the heater assembly 110 in order to maintain a constant temperature at which the heater assembly 110 heats the cigarette, or to change the temperature at which the cigarette heats according to a specific heating profile, the heater assembly 110 ) Can be measured.
  • a means for measuring the temperature of the heater assembly 110 may not be separately provided in the aerosol generating device 100, but instead of the heater assembly 110 through a sensor pattern integrally included in the heater assembly 110 The temperature can be derived. Details of the sensor pattern included in the heater assembly 110 may be described later with reference to FIG. 4.
  • FIG. 2 is a diagram for describing a cigarette heated by a heater assembly according to some embodiments.
  • the cigarette 200 may include a cigarette rod 210 and a filter rod 220.
  • the filter rod 220 is illustrated as being composed of a single region, but the present invention is not limited thereto, and the filter rod 220 may be composed of a plurality of segments.
  • the filter rod 220 may include a first segment for cooling the aerosol and a second segment for filtering a specific component contained in the aerosol.
  • the filter rod 220 may further include at least one segment performing another function.
  • the cigarette 200 may be wrapped by at least one wrapper 240. At least one hole through which external air flows or internal air flows may be formed in the wrapper 240.
  • the cigarette 200 may be packaged by one wrapper 240.
  • the cigarette 200 may be overlapped 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 cigarette rod 210 and the filter rod 220 wrapped by each of the wrappers are combined, and the entire cigarette 200 may be repackaged by the third wrapper.
  • the tobacco rod 210 may include an aerosol generating material.
  • the aerosol-generating material may include at least one of glycerin, propylene glycol, ethylene glycol, dipropylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, and oleyl alcohol, but is not limited thereto.
  • the tobacco rod 210 may contain other additives such as flavoring agents, wetting agents and/or organic acids.
  • a flavoring liquid such as menthol or a moisturizer may be sprayed onto the tobacco rod 210 to be added to the tobacco rod 210.
  • the tobacco rod 210 can be manufactured in various ways.
  • the tobacco rod 210 may be manufactured as a sheet, or may be manufactured as a strand.
  • the tobacco rod 210 may be made of a cut filler from which a tobacco sheet is chopped.
  • the tobacco rod 210 may be surrounded by a heat conducting material.
  • the heat conducting material may be a metal foil such as aluminum foil, but is not limited thereto.
  • the heat conducting material surrounding the tobacco rod 210 can evenly distribute the heat transmitted to the tobacco rod 210 to improve the thermal conductivity applied to the tobacco rod 210, and accordingly, generated from the tobacco rod 210 The flavor of the resulting aerosol can be improved.
  • the filter rod 220 may be a cellulose acetate filter.
  • the filter rod 220 may be formed in various shapes.
  • the filter rod 220 may be a cylindrical rod, and may be a tubular rod including a hollow inside.
  • the filter rod 220 may be a recessed rod including a cavity therein.
  • the filter rod 220 is composed of a plurality of segments, the plurality of segments may be manufactured in different shapes.
  • the filter rod 220 may be manufactured to generate flavor from the filter rod 220.
  • the fragrance liquid may be sprayed on the filter rod 220, and a separate fiber to which the fragrance liquid is applied may be inserted into the filter rod 220.
  • At least one capsule 230 may be included in the filter rod 220.
  • the capsule 230 may generate flavor and may generate an aerosol.
  • the capsule 230 may be formed in a structure in which a liquid containing perfume is wrapped with a film.
  • the 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 can be made of pure polylactic acid only.
  • the cooling segment may be made of a cellulose acetate filter including a plurality of perforations.
  • the present invention is not limited thereto, and the cooling segment may be composed of a structure and material for cooling an aerosol.
  • the cigarette 200 described with reference to FIG. 2 is only an example, and the article that is accommodated in the aerosol generating device 100 to generate an aerosol may not be limited to the cigarette 200 of FIG. have. Accordingly, an article capable of generating an aerosol may have various structures or components different from the cigarette 200.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a process in which a cigarette is accommodated in an aerosol generating device and heated by a heater assembly according to some embodiments.
  • FIG. 3 an example in which the cigarette 200 is accommodated in the aerosol generating device 100 including the heater assembly 110 is illustrated.
  • the arrangement of the aerosol generating device 100, the heater assembly 110, the coil 120, and the cigarette 200 shown in FIG. 3 is only an example, and the cigarette 200 accommodated in the aerosol generating device 100 is Other arrangements heated by heater assembly 110 and coil 120 may also be possible.
  • the coil 120 is illustrated as being buried in the outer housing of the aerosol generating device 100, but the coil 120 is located outside the heater assembly 110 to apply a magnetic field to the heater assembly 110. It can be placed in other suitable locations.
  • the tobacco rod 210 may be surrounded by the heater assembly 110.
  • the heater assembly 110 may be disposed in the aerosol generating device 100 to surround at least a portion of the cigarette 200 corresponding to the tobacco rod 210. Through such an arrangement, heat may be more directly transferred from the heater assembly 110 to the tobacco rod 210, so that the power efficiency of the aerosol generating apparatus 100 may be increased.
  • the coil 120 may have a size and a position corresponding to the heater assembly 110. As the coil 120 is disposed to correspond to the heater assembly 110, the alternating magnetic field formed by the coil 120 may be more directly applied to the heater assembly 110, and accordingly, the heater assembly 110 The heating efficiency can be improved. As described above, since the arrangement of the heater assembly 110 and the cigarette rod 210 also correspond to each other, the optimum power efficiency can be achieved by the arrangement of the heater assembly 110, the coil 120 and the cigarette rod 210. I can.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a heater assembly for heating a cigarette according to some embodiments.
  • the heater assembly 110 may include a heating layer 111, an insulating layer 112, and a sensor pattern 113.
  • the present invention is not limited thereto, and other general-purpose components other than the components shown in FIG. 4 may be further included in the heater assembly 110.
  • At least a portion of the heating layer 111 may be formed of a susceptor material that generates heat by an external magnetic field. Therefore, when an alternating magnetic field is applied from the coil 120 to the susceptor material of the heating layer 111, the susceptor material of the heating layer 111 may generate heat, and accordingly, the cigarette 200 is heated to generate an aerosol. Can be created.
  • the susceptor material of the heating layer 111 may include any material that generates heat when a magnetic field is applied from the outside.
  • at least a portion of the susceptor material may be formed of a ferromagnetic material.
  • a greater amount of heat may be released from the heating layer 111 by an external magnetic field.
  • the heating layer 111 may have a cylindrical shape in which an accommodation space for accommodating the cigarette 200 is formed therein.
  • the cigarette 200 may be accommodated in an accommodation space formed in the heating layer 111.
  • the cross-sectional diameter of the receiving space may be substantially the same as the cross-sectional diameter of the cigarette 200 or slightly larger than the cross-sectional diameter of the cigarette 200.
  • the thickness of the cylindrical heating layer 111 is the power required to heat the heating layer 111, the rate at which the cigarette 200 is heated by the heating layer 111, and the cross section of the aerosol generating device 100 It may be set to an appropriate value in consideration of the diameter and the cross-sectional diameter of the cigarette 200.
  • the insulating layer 112 may surround at least a part of the outer surface of the heating layer 111.
  • the insulating layer 112 is formed of the sensor pattern 113 and the aerosol generating device 100, such as electrical contact between the heating layer 111 and the sensor pattern 113, and electrical contact between the sensor pattern 113 and the coil 120. It can prevent other components from being electrically connected.
  • the insulating layer 112 may include a material corresponding to an electrical insulator or a non-conductor.
  • the insulating layer 112 may include a first insulating layer 112a and a second insulating layer 112b.
  • the sensor pattern 113 may be buried by the first insulating layer 112a and the second insulating layer 112b.
  • the first insulating layer 112a may support the inner surface of the sensor pattern 113
  • the second insulating layer 112b may surround the outer surface of the sensor pattern 113.
  • the sensor pattern 113 may be prevented from coming into contact with other components of the aerosol generating device 100 through filling by the first insulating layer 112a and the second insulating layer 112b.
  • the first insulating layer 112a and the second insulating layer 112b may be formed by different processes.
  • the first insulating layer 112a may be applied to the outer surface of the heating layer 111 to surround at least a part of the outer surface of the heating layer 111, and the sensor on the first insulating layer 112a After the pattern 113 is printed, the second insulating layer 112b may be applied on the first insulating layer 112a on which the sensor pattern 113 is printed. Details of the method of manufacturing the heater assembly 110 may be described later with reference to FIG. 6.
  • the insulating layer 112 may be formed of a material such as glass frit or inorganic oxide.
  • the glass frit may mean a glass material such as glass powder.
  • the inorganic oxide may include at least one of silicon (Si) oxide, boron (B) oxide, calcium (Ca) oxide, zirconium (Zr) oxide, and aluminum (Al) oxide.
  • the insulating layer 112 may have properties of an electrical insulator or a non-conductor.
  • the sensor pattern 113 may be buried inside the insulating layer 112 and may be used to measure the temperature of the heating layer 111. As the sensor pattern 113 is buried in the insulating layer 112, the temperature of the heating layer 111 may be accurately measured by the sensor pattern 113. For example, when the sensor pattern 113 is electrically connected to other constituent elements of the aerosol generating device 100, the sensor pattern () as a characteristic value of the sensor pattern 113 for measuring the temperature of the heating layer 111 113) or the voltage across both ends may be changed. Accordingly, it is possible to prevent the property value of the sensor pattern 113 from becoming inaccurate due to the filling by the insulating layer 112.
  • the sensor pattern 113 may be utilized to measure the temperature of the heating layer 111.
  • the sensor pattern 113 may be formed by printing a resistor having a temperature coefficient of resistance (TCR) for deriving the temperature of the heating layer 111.
  • TCR temperature coefficient of resistance
  • the present invention is not limited thereto, and the sensor pattern 113 may be formed integrally with the heating layer 111 and implemented by other means that can be utilized to measure the temperature of the heating layer 111.
  • the temperature of the heating layer 111 may be calculated based on the resistance temperature coefficient of the sensor pattern 113.
  • the sensor pattern 113 having the resistance temperature coefficient is based on a proportional relationship between the temperature and the resistance value according to the resistance temperature coefficient, and when the temperature of the sensor pattern 113 changes, the resistance value of the sensor pattern 113 will also be proportionally changed. I can. Accordingly, when the resistance value of the sensor pattern 113 is measured, a temperature of the sensor pattern 113 corresponding thereto may be calculated. Consequently, the temperature of the heating layer 111 and the temperature at which the cigarette 200 is heated by the heating layer 111 may be derived from the resistance value of the sensor pattern 113. Meanwhile, the temperature of the sensor pattern 113 may be determined from a voltage value or a current value for deriving a resistance value of the sensor pattern 113 in addition to the resistance value of the sensor pattern 113.
  • the temperature of the resistor forming the sensor pattern 113 may be calculated in real time by the controller 140 from the resistance value and the resistance temperature coefficient of the resistor. Alternatively, the controller 140 may derive the temperature of the resistor of the sensor pattern 113 by referring to a table created in advance for the relationship between the resistance value of the resistor and the temperature of the resistor.
  • the characteristic by which the temperature of the heating layer 111 is derived by the sensor pattern 113 may vary.
  • the sensor pattern 113 may be formed of various materials that can be used to measure the temperature of the heating layer 111.
  • the sensor pattern 113 may be formed of at least one of a ceramic, a semiconductor, a metal, a carbon, and a thermistor.
  • the accuracy at which the temperature of the heating layer 111 is derived by the sensor pattern 113 may vary according to the value of the resistance temperature coefficient of the sensor pattern 113. Since the resistance temperature coefficient may mean the ratio of the change in the resistance value to the temperature change, the larger the value of the resistance temperature coefficient is, the greater the change in resistance value according to the temperature change, and accordingly, the sensor pattern 113 to the heating layer 111 The temperature of) can be derived more precisely. Accordingly, it may be required that the sensor pattern 113 be formed of a material having a high value of resistance temperature coefficient.
  • the sensor pattern 113 may be formed of a metal, and the metal forming the sensor pattern 113 may include at least one of silver (Ag) and palladium (Pd).
  • Silver has high electrical conductivity and may also have a high value of resistance temperature coefficient. Therefore, when the sensor pattern 113 is formed of silver, the accuracy of deriving the temperature of the heating layer 111 may be improved.
  • palladium is a metal used in an alloy with various metals and has a high hardness while being light, and thus hardness can be reinforced through an alloy with a soft metal such as silver.
  • the metal forming the sensor pattern 113 may include silver in a weight ratio of 45 to 70 and palladium in a weight ratio of 10 to 35.
  • the metal forming the sensor pattern 113 may include 50 to 55 weight ratio of silver and 13 to 33 weight ratio of palladium.
  • the metal forming the sensor pattern 113 may include 65 to 67 weight ratio of silver and 10 to 15 weight ratio of palladium. It was experimentally confirmed that the sensor pattern 113 formed according to these values may have a relatively high temperature coefficient of resistance and an appropriate hardness to be integrally formed with the heater assembly 110.
  • the sensor pattern 113 may be formed in various patterns.
  • the sensor pattern 113 may be formed to be positioned on at least a portion of the outer surface of the first insulating layer 112a in the longitudinal direction and at least a portion of the circumferential direction on the outer surface of the first insulating layer 112a.
  • the sensor pattern 113 is formed in a spiral shape along the circumferential direction on the outer surface of the first insulating layer 112a and may be formed along only a part of the length direction.
  • the sensor pattern 113 may be formed over the entire length direction on the outer surface of the first insulating layer 112a, and may be formed only partially in the circumferential direction.
  • the sensor pattern 113 may be formed in another suitable shape that can reflect the temperature of the heating layer 111.
  • the heater assembly 110 may further include an electrode (not shown) connected to the sensor pattern 113 and used to read a characteristic value of the sensor pattern 113.
  • the electrode may be connected to a conducting wire (not shown) for providing a characteristic value of the sensor pattern 113 to the controller 140. Since an electrode may be formed in the heater assembly 110, even though the sensor pattern 113 is buried in the insulating layer 112, a characteristic value of the sensor pattern 113 may be provided to the controller 140.
  • the temperature of the heater assembly 110 may be measured without a separate temperature sensor in the heater assembly 110 or the aerosol generating device 100. Therefore, since a space for separately providing a temperature sensor may not be required, the design of the aerosol generating device 100 may be simplified, and an arrangement relationship between components of the aerosol generating device 100 may be more flexible .
  • the sensor pattern 113 is integrally coupled with the heating layer 111, the temperature of the heating layer 111 can be accurately reflected on the sensor pattern 113, and accordingly, the temperature of the heater assembly 110 The control over can have high accuracy.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a process of controlling the temperature of a cigarette in an aerosol generating apparatus according to some embodiments.
  • FIG. 5 an example of a process in which the aerosol generating device 100 controls the temperature of the heater assembly 110 is illustrated.
  • the controller 140 may read a characteristic value of the sensor pattern 113.
  • the controller 140 applies a current to the sensor pattern 113 to read the voltage formed on the sensor pattern 113 or The voltage flowing through the sensor pattern 113 can be read by applying a voltage to the pattern 113.
  • the control unit 140 may be provided with a resistance value measuring means to directly read the resistance value of the sensor pattern 113.
  • the control unit 140 may derive the temperature of the heating layer 111 based on the characteristic value of the sensor pattern 113, and the coil from the power supply unit 130 based on the temperature of the heating layer 111 120) can be adjusted.
  • the control unit 140 may adjust power in a method such as proportional-integral-differential control (PID) control or on-off control. For example, when the temperature of the heating layer 111 is higher than the intended temperature, the control unit 140 may reduce the power supplied to the coil 120 or cut off the power supplied to the coil 120.
  • PID proportional-integral-differential control
  • control unit 140 may control the power supply unit 130 to adjust the power supplied to the coil 120. For example, when the temperature of the heating layer 111 is higher than the intended temperature, the control unit 140 may control the power supply unit 130 to decrease the amplitude or frequency of the AC current supplied to the coil 120.
  • the power supply unit 130 may adjust the power supplied to the coil 120 by the control unit 140. For example, when the amplitude or frequency of the alternating current supplied to the coil 120 decreases, the amplitude or frequency of the alternating magnetic field formed by the coil 120 may decrease.
  • the alternating magnetic field applied from the coil 120 to the heating layer 111 by the power supply unit 130 may be adjusted. For example, when the amplitude or frequency of the alternating magnetic field formed by the coil 120 decreases, the degree of heat generated by the susceptor material forming at least a part of the heating layer 111 may decrease, and accordingly the heater The temperature of the assembly 110 and the cigarette 200 may be reduced.
  • Steps 10 to 50 described above have been described for the case where the temperature of the heating layer 111 is higher than the intended temperature, but even when the temperature of the heating layer 111 is lower than the intended temperature, steps 10 to 50 are It can be done in a way.
  • the aerosol generating device 100 may heat the cigarette 200 according to a specific heating profile by periodically repeating steps 10 to 50.
  • FIG. 6 is a flow chart showing steps of configuring a method of manufacturing a heater assembly for heating a cigarette in accordance with some embodiments.
  • the method of FIG. 6 may be performed by an apparatus for manufacturing the heater assembly 110.
  • the apparatus for manufacturing the heater assembly 110 may be any apparatus commonly used to manufacture heaters in the art.
  • a method of manufacturing the heater assembly 110 for heating the cigarette 200 may include steps 610 to 630.
  • the present disclosure is not limited thereto, and other general steps other than the steps shown in the method of FIG. 6 may be further included in the method of manufacturing the heater assembly 110 for heating the cigarette 200.
  • an accommodation space for accommodating the cigarette 200 is formed inside the heating layer 111, at least partially formed of a susceptor material that generates heat by an external magnetic field. It can be formed in a cylindrical shape.
  • the process of forming into a cylindrical shape can be performed in various ways. For example, as a general method for molding metal, a method such as compression, injection, extrusion, lamination or rolling may be applied.
  • the apparatus for manufacturing the heater assembly 110 may apply a first insulating layer 112a surrounding at least a portion of the outer surface of the heating layer 111 to the outer surface of the heating layer 111.
  • the process of applying the first insulating layer 112a may mean a process of forming the first insulating layer 112a as a film such as deposition, spraying, lamination, and coating.
  • the apparatus for manufacturing the heater assembly 110 may print a sensor pattern 113 used to measure the temperature of the heating layer 111 on the outer surface of the first insulating layer 112a.
  • the sensor pattern 113 may be formed on the outer surface of the first insulating layer 112a through screen printing or silk-screen printing.
  • the apparatus for manufacturing the heater assembly 110 may apply the second insulating layer 112b on the outer surface of the first insulating layer 112a so that the sensor pattern 113 is buried.
  • the heating layer 111 to the heater assembly 110 by the sensor pattern 113 The accuracy in which the temperature of is measured can be increased, and since the sensor pattern 113 can be formed integrally with the heating layer 111, the temperature of the heating layer 111 can be accurately measured without a temperature sensor.
  • an apparatus for manufacturing the heater assembly 110 may additionally form an electrode connected to the heater assembly 110 to the sensor pattern 113 and used to read the characteristic value of the sensor pattern 113.
  • the step of forming the electrode by the apparatus for manufacturing the heater assembly 110 may be performed between steps 620 and 630, may be performed between steps 630 and 640, or may be performed after step 640.

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Abstract

궐련을 가열하기 위한 히터 조립체에 있어서, 적어도 일부가 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터(susceptor) 물질로 형성되고, 내부에 궐련을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상을 갖는 발열층, 발열층의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 절연층, 및 절연층의 내부에 매립(embed)되고, 발열층의 온도를 측정하기 위해 이용되는 센서 패턴을 포함하는 히터 조립체가 개시된다.

Description

히터 조립체, 히터 조립체를 제조하는 방법 및 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치
본 개시는 히터 조립체, 히터 조립체를 제조하는 방법 및 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터 물질을 포함하는 히터 조립체와 그 제조 방법 및 그 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하기 위한 대체 방법에 대한 수요가 증가하고 있다. 예를 들면, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성하는 방식이 아닌, 궐련 내의 담배 매질을 가열하여 에어로졸을 생성하는 방식에 대한 수요가 증가하고 있다. 그에 따라, 가열식 궐련 및 가열식 에어로졸 생성 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
에어로졸 생성 장치에 전기 저항체로 형성되는 히터를 배치하고, 히터에 전력을 공급하여 에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련을 가열하는 방식을 대체하기 위한 대안적인 가열 방식이 제안되고 있다. 예를 들면, 외부로부터 인가되는 자기장에 의해 발열하는 자성체를 활용하여 궐련을 가열하는 유도 가열 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.
자기장에 의해 발열하는 자성체로부터 궐련이 가열되는 경우, 에어로졸 생성 장치 내에 궐련 및 자성체 외에도 자성체에 자기장을 인가하기 위한 코일 등이 구비되어야 하므로, 에어로졸 생성 장치 내에 별도의 온도 센서를 추가로 배치하는 것이 공간 측면에서 어려울 수 있다. 그에 따라, 자성체의 온도를 직접적으로 측정하여 궐련이 가열되는 온도를 일정한 온도로 유지하는 것이 곤란할 수 있으므로, 궐련으로부터 에어로졸이 균일하지 않게 생성되어 흡연 품질이 저하될 수 있다.
따라서, 궐련이 가열되는 온도를 보다 정밀하게 제어함으로써 흡연 품질을 향상시키기 위해서는, 온도 센서 없이도 자성체에 의해 가열되는 궐련의 온도가 측정될 수 있도록 하는 자성체의 구조가 요구될 수 있다.
다양한 실시예들은 히터 조립체, 히터 조립체를 제조하는 방법 및 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 개시가 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 개시의 일 측면에 따른 궐련을 가열하기 위한 히터 조립체는, 적어도 일부가 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터(susceptor) 물질로 형성되고, 내부에 상기 궐련을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상을 갖는 발열층, 상기 발열층의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 절연층 및 상기 절연층의 내부에 매립(embed)되고, 상기 발열층의 온도를 측정하기 위해 이용되는 센서 패턴을 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따른 궐련을 가열하기 위한 히터 조립체를 제조하는 방법은, 적어도 일부가 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터 물질로 형성되는 발열층을, 내부에 상기 궐련을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상으로 형성하는 단계, 상기 발열층의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 제1 절연층을 상기 발열층의 외측면에 도포하는 단계, 상기 제1 절연층의 외측면에 상기 발열층의 온도를 측정하기 위해 이용되는 센서 패턴을 인쇄하는 단계 및 상기 센서 패턴이 매립되도록 상기 제1 절연층의 외측면에 제2 절연층을 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치는, 상기 히터 조립체에 교번 자기장을 인가하는 코일, 상기 코일에 전력을 공급하는 전원부 및 상기 코일에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 히터 조립체의 경우, 서셉터 물질을 포함하는 발열층 및 발열층의 온도를 측정하기 위한 센서 패턴이 일체화될 수 있으므로, 별도의 온도 센서 없이도 궐련이 가열되는 온도가 측정될 수 있고, 그에 따라 에어로졸 생성 장치의 구조가 보다 단순화될 수 있다.
또한, 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치에서, 발열층과 일체로 형성되는 센서 패턴에 의해 궐련이 가열되는 온도가 비교적 정확하게 측정될 수 있으므로, 궐련이 가열되는 온도가 정밀하게 제어될 수 있고, 그로부터 에어로졸이 생성되는 품질이 개선될 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 히터 조립체에 의해 가열되는 궐련을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 궐련이 에어로졸 생성 장치에 수용되어 히터 조립체에 의해 가열되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 궐련을 가열하기 위한 히터 조립체를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치에서 궐련의 온도가 제어되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 궐련을 가열하기 위한 히터 조립체를 제조하는 방법을 구성하는 단계들을 나타내는 흐름도이다.
일 측면에 따른 히터 조립체는, 적어도 일부가 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터(susceptor) 물질로 형성되고, 내부에 상기 궐련을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상을 갖는 발열층, 상기 발열층의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 절연층 및 상기 절연층의 내부에 매립(embed)되고, 상기 발열층의 온도를 측정하기 위해 이용되는 센서 패턴을 포함한다.
또한, 상기 센서 패턴은, 상기 발열층의 온도를 도출하기 위한 저항 온도 계수(TCR, temperature coefficient of resistance)를 갖는 저항체가 인쇄되어 형성된다.
또한, 상기 센서 패턴은, 세라믹(ceramic), 반도체(semiconductor), 금속(metal), 카본(carbon) 및 서미스터(thermistor) 중 적어도 하나의 재료로 형성된다.
또한, 상기 금속은, 은(Ag) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 센서 패턴은, 45 내지 70 중량비의 상기 은 및 10 내지 35 중량비의 상기 팔라듐을 포함한다.
또한, 상기 절연층은, 상기 센서 패턴의 내측면을 지지하는 제1 절연층 및 상기 센서 패턴의 외측면을 둘러싸는 제2 절연층을 포함한다.
또한, 상기 절연층은, 실리콘(Si) 산화물, 붕소(B) 산화물, 칼슘(Ca) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물 및 알루미늄(Al) 산화물 중 적어도 하나의 재료로 형성된다.
또한, 상기 서셉터 물질은, 적어도 일부가 강자성체(ferromagnetic substance)로 형성된다.
또한, 히터 조립체는 상기 센서 패턴에 연결되어 상기 센서 패턴의 특성 값을 읽는 것에 이용되는 전극을 더 포함한다.
다른 측면에 따른 히터 조립체를 제조하는 방법은, 적어도 일부가 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터 물질로 형성되는 발열층을, 내부에 상기 궐련을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상으로 형성하는 단계, 상기 발열층의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 제1 절연층을 상기 발열층의 외측면에 도포하는 단계, 상기 제1 절연층의 외측면에 상기 발열층의 온도를 측정하기 위해 이용되는 센서 패턴을 인쇄하는 단계 및 상기 센서 패턴이 매립되도록 상기 제1 절연층의 외측면에 제2 절연층을 도포하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에 따른 에어로졸 생성 장치는 상기 히터 조립체를 포함하고, 상기 히터 조립체에 교번 자기장을 인가하는 코일, 상기 코일에 전력을 공급하는 전원부 및 상기 코일에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 더 포함한다.
또한, 상기 코일은, 상기 히터 조립체의 외측면을 따라 권선되어 상기 에어로졸 생성 장치의 길이 방향으로 연장되고, 상기 히터 조립체에 대응되는 위치에 배치된다.
또한, 상기 전원부는, 상기 에어로졸 생성 장치에 직류를 공급하는 배터리 및 상기 배터리로부터 공급되는 직류를 상기 코일에 인가되는 교류로 변환하는 변환부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 센서 패턴으로부터 상기 발열부의 온도와 연관되는 상기 센서 패턴의 특성 값을 수신하고, 상기 발열부의 온도에 기초하여 상기 전원부로부터 상기 코일에 공급되는 전력을 조정한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 아래의 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수 있고, 또는 추가적인 구성 요소들 또는 단계들이 더 포함될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 등과 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있으나, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않아야 한다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하기 위한 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들로 선택되었으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당하는 발명의 설명 부분에서 그 의미가 상세하게 기재될 것이다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 실시예들은 히터 조립체, 히터 조립체를 제조하는 방법 및 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 일부 실시예에 따른 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 히터 조립체(110), 코일(120), 전원부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 1에 도시되는 요소들 외에 다른 범용적인 요소들이 에어로졸 생성 장치(100)에 더 포함될 수 있다.
에어로졸 생성 장치(100)는 유도 가열(induction heating) 방식으로 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 궐련을 가열함으로써 에어로졸을 생성할 수 있다. 유도 가열 방식은 외부 자기장에 의해 발열하는 자성체에 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장(alternating magnetic field)을 인가하여 자성체를 발열시키는 방식을 의미할 수 있다.
자성체에 교번 자기장이 인가되는 경우, 자성체에는 와류손(eddy current loss) 및 히스테리시스손(hysteresis loss)에 따른 에너지 손실이 발생할 수 있고, 손실되는 에너지가 열에너지로서 자성체로부터 방출될 수 있다. 자성체에 인가되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 클수록 자성체로부터 많은 열에너지가 방출될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)는 자성체에 교번 자기장을 인가함으로써 자성체로부터 열에너지를 방출시킬 수 있고, 자성체로부터 방출되는 열에너지를 궐련에 전달할 수 있다.
외부 자기장에 의해 발열하는 자성체는 서셉터(susceptor)일 수 있다. 서셉터는 조각, 박편 또는 스트립 등의 형상으로 궐련 내부에 포함되는 대신, 에어로졸 생성 장치(100)에 구비될 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 생성 장치(100)의 내부에 배치되는 히터 조립체(110)의 적어도 일부가 서셉터 물질로 형성될 수 있다.
서셉터 물질의 적어도 일부는 강자성체(ferromagnetic substance)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 서셉터 물질은 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 서셉터 물질은 페라이트(ferrite), 강자성 합금(ferromagnetic alloy), 스테인리스강(stainless steel) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 서셉터 물질은 흑연(graphite), 몰리브덴(molybdenum), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 니오븀(niobium), 니켈 합금(nickel alloy), 금속 필름(metal film), 지르코니아(zirconia) 등과 같은 세라믹, 니켈(Ni)이나 코발트(Co) 등과 같은 전이 금속, 붕소(B)나 인(P)과 같은 준금속 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(100)는 궐련을 수용할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)에는 궐련을 수용하기 위한 공간이 형성될 수 있다. 궐련을 수용하기 위한 공간에는 히터 조립체(110)가 배치될 수 있다. 히터 조립체(110)는 내부에 궐련을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상을 가질 수 있다. 따라서, 궐련이 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 경우 궐련은 히터 조립체(110)의 수용공간에 수용될 수 있고, 궐련의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 위치에 히터 조립체(110)가 배치될 수 있다.
히터 조립체(110)는 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 궐련의 외측면의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 예를 들면, 궐련에 포함되는 담배 매질의 위치에 대응되는 위치에서 히터 조립체(110)가 궐련의 외측면의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 그에 따라, 히터 조립체(110)로부터 궐련에 포함되는 담배 매질에 열이 보다 효율적으로 전달될 수 있다.
히터 조립체(110)는 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 궐련을 가열할 수 있다. 전술한 바와 같이, 히터 조립체(110)는 유도 가열 방식으로 궐련을 가열할 수 있다. 히터 조립체(110)는 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터 물질을 포함할 수 있고, 에어로졸 생성 장치(100)는 히터 조립체(110)에 교번 자기장을 인가할 수 있다.
코일(120)이 에어로졸 생성 장치(100)에 구비될 수 있다. 코일(120)은 히터 조립체(110)에 교번 자기장을 인가할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)로부터 코일(120)에 전력이 공급되는 경우 코일(120) 내부에 자기장이 형성될 수 있다. 코일(120)에 교류 전류가 인가되는 경우 코일(120) 내부에 형성되는 자기장의 방향은 지속적으로 변경될 수 있다. 히터 조립체(110)가 코일(120) 내부에 위치하여 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장에 노출되는 경우, 히터 조립체(110)가 발열할 수 있고, 히터 조립체(110)에 수용되는 궐련이 가열될 수 있다.
코일(120)은 히터 조립체(110)의 외측면을 따라 권선될 수 있다. 코일(120)은 에어로졸 생성 장치(100)의 외부 하우징의 내면을 따라 권선될 수 있다. 코일(120)이 권선되어 형성되는 내부 공간에 히터 조립체(110)가 위치할 수 있고, 코일(120)에 전력이 공급되는 경우 코일(120)에 의해 생성되는 교번 자기장이 히터 조립체(110)에 인가될 수 있다.
코일(120)은 에어로졸 생성 장치(100)의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 코일(120)은 길이 방향을 따라 적정한 길이로 연장될 수 있다. 예를 들면, 코일(120)은 히터 조립체(110)의 길이에 대응되는 길이로 연장될 수 있고, 또는 히터 조립체(110)의 길이보다 긴 길이로 연장될 수 있다.
코일(120)은 히터 조립체(110)에 교번 자기장을 인가하기에 적합한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 코일(120)은 히터 조립체(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이와 같은 코일(120)의 크기 및 배치에 의해 코일(120)의 교번 자기장이 히터 조립체(110)에 인가되는 효율이 향상될 수 있다.
코일(120)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 변경되는 경우 히터 조립체(110)가 궐련을 가열하는 정도 또한 변경될 수 있다. 코일(120)에 의한 자기장의 진폭 또는 주파수는 코일(120)에 인가되는 전력에 의해 변경될 수 있으므로, 에어로졸 생성 장치(100)는 코일(120)에 인가되는 전력을 조정함으로써 궐련의 가열을 제어할 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 생성 장치(100)는 코일(120)에 인가되는 교류 전류의 진폭 및 주파수를 제어할 수 있다.
하나의 예시로서, 코일(120)은 솔레노이드(solenoid)로 구현될 수 있다. 코일(120)은 에어로졸 생성 장치(100)의 외부 하우징의 내면을 따라 권선되는 솔레노이드일 수 있고, 솔레노이드의 내부 공간에 히터 조립체(110) 및 궐련이 위치할 수 있다. 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질은 구리(Cu)일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 아연(Zn) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나, 또는 적어도 하나를 포함하는 합금이 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질이 될 수 있다.
전원부(130)는 에어로졸 생성 장치(100)에 전력을 공급할 수 있다. 전원부(130)는 코일(120)에 전력을 공급할 수 있다. 전원부(130)는 에어로졸 생성 장치(100)에 직류를 공급하는 배터리 및 배터리로부터 공급되는 직류를 코일(120)에 공급되는 교류로 변환하는 변환부를 포함할 수 있다.
배터리는 에어로졸 생성 장치(100)에 직류를 공급할 수 있다. 배터리는 리튬인산철(LiFePO4) 배터리일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 배터리는 산화 리튬 코발트(LiCoO2) 배터리, 리튬 티탄산염 배터리 등일 수 있다.
변환부는 배터리로부터 공급되는 직류에 대한 필터링을 수행하여 코일(120)에 공급되는 교류를 출력하는 저역 통과 필터(low-pass filter)를 포함할 수 있다. 변환부는 배터리로부터 공급되는 직류를 증폭하기 위한 증폭기(amplifier)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 변환부는 D급 증폭기(class-D amplifier)의 부하 네트워크를 구성하는 저역 통과 필터를 통해 구현될 수 있다.
제어부(140)는 코일(120)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 제어부(140)는 코일(120)에 공급되는 전력이 조정되도록 전원부(130)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 히터 조립체(110)의 온도에 기초하여 히터 조립체(110)가 궐련을 가열하는 온도를 일정하게 유지하기 위한 제어를 수행할 수 있다.
제어부(140)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장되는 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 제어부(140)는 복수 개의 프로세싱 엘리먼트들(processing elements)로 구성될 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(100)에서, 히터 조립체(110)가 궐련을 가열하는 온도를 일정하게 유지하기 위해, 또는 궐련을 가열하는 온도를 특정 히팅 프로파일(heating profile)에 따라 변경시키기 위해, 히터 조립체(110)의 온도가 측정될 수 있다. 다만, 에어로졸 생성 장치(100)에는 히터 조립체(110)의 온도를 측정하기 위한 수단이 별도로 구비되지 않을 수 있고, 대신 히터 조립체(110)에 일체로서 포함되는 센서 패턴을 통해 히터 조립체(110)의 온도가 도출될 수 있다. 히터 조립체(110)에 포함되는 센서 패턴에 대한 구체적인 내용은 도 4를 통해 후술될 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 히터 조립체에 의해 가열되는 궐련을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 궐련(200)은 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)를 포함할 수 있다. 도 2에는 필터 로드(220)가 단일 영역으로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필터 로드(220)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)는 에어로졸을 냉각하는 제1 세그먼트 및 에어로졸에 포함되는 특정 성분을 여과하는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필터 로드(220)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트가 더 포함될 수도 있다.
궐련(200)은 적어도 하나의 래퍼(240)에 의해 포장될 수 있다. 래퍼(240)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 공기가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로, 궐련(200)은 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로, 궐련(200)은 둘 이상의 래퍼들(240)에 의해 중첩적으로 포장될 수도 있다. 구체적으로, 제1 래퍼에 의하여 담배 로드(210)가 포장되고, 제2 래퍼에 의해 필터 로드(220)가 포장될 수 있다. 래퍼들 각각에 의해 포장되는 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)가 결합되고, 제3 래퍼에 의하여 궐련(200) 전체가 재포장될 수 있다.
담배 로드(210)는 에어로졸 생성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 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. 담배 로드(210)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 담배 로드(210)에는 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이 담배 로드(210)에 분사되어 첨가될 수 있다.
담배 로드(210)는 다양한 방식으로 제작될 수 있다. 예를 들면, 담배 로드(210)는 시트(sheet)로 제작될 수 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또는, 담배 로드(210)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다.
담배 로드(210)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들면, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 담배 로드(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(210)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드(210)에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 담배 로드(210)로부터 생성되는 에어로졸의 풍미가 향상될 수 있다.
필터 로드(220)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 필터 로드(220)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)는 원통형 로드일 수 있고, 내부에 중공(hollow)을 포함하는 튜브형 로드일 수 있다. 또는, 필터 로드(220)는 내부에 공동(cavity)을 포함하는 리세스(recess) 형 로드일 수도 있다. 필터 로드(220)가 복수의 세그먼트들로 구성되는 경우, 복수의 세그먼트들은 서로 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(220)는 필터 로드(220)에서 향미가 발생하도록 제작될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)에 가향액이 분사될 수 있고, 가향액이 도포되는 별도의 섬유가 필터 로드(220)의 내부에 삽입될 수도 있다.
필터 로드(220)에는 적어도 하나의 캡슐(230)이 포함될 수 있다. 캡슐(230)은 향미를 발생시킬 수 있고, 에어로졸을 발생시킬 수도 있다. 예를 들면, 캡슐(230)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싸는 구조로 형성될 수 있다. 캡슐(230)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
필터 로드(220)에 에어로졸을 냉각하는 냉각 세그먼트가 포함되는 경우, 냉각 세그먼트는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질로 제조될 수 있다. 예를 들면, 냉각 세그먼트는 순수한 폴리락트산(polylactic acid)만으로 제작될 수 있다. 또는, 냉각 세그먼트는 복수의 천공들을 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 필터로 제작될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 냉각 세그먼트는 에어로졸을 냉각하는 구조 및 물질로 구성될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하여 설명되는 궐련(200)은 하나의 예시에 불과하고, 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되어 에어로졸을 생성할 수 있는 물품은 도 2의 궐련(200)에 제한되지 않을 수 있다. 따라서, 에어로졸을 생성할 수 있는 물품은 궐련(200)과는 상이한 다양한 구조 또는 성분을 가질 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따른 궐련이 에어로졸 생성 장치에 수용되어 히터 조립체에 의해 가열되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 히터 조립체(110)를 포함하는 에어로졸 생성 장치(100)에 궐련(200)이 수용되는 예시가 도시되어 있다. 다만 도 3에 도시되는 에어로졸 생성 장치(100), 히터 조립체(110), 코일(120) 및 궐련(200)의 배치는 예시에 불과하고, 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 궐련(200)이 히터 조립체(110) 및 코일(120)에 의해 가열되는 다른 배치 또한 가능할 수 있다. 특히, 코일(120)은 에어로졸 생성 장치(100)의 외부 하우징에 매립되는 것으로 예시되었으나, 코일(120)은 히터 조립체(110)의 외부에 위치하여 히터 조립체(110)에 자기장을 인가할 수 있는 다른 적절한 위치에 배치될 수 있다.
에어로졸 생성 장치(100)에 궐련(200)이 수용되는 경우, 담배 로드(210)는 히터 조립체(110)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이를 위해, 히터 조립체(110)는 담배 로드(210)에 대응되는 궐련(200)의 적어도 일부를 둘러싸도록 에어로졸 생성 장치(100) 내에 배치될 수 있다. 그와 같은 배치를 통해, 히터 조립체(110)로부터 담배 로드(210)에 열이 보다 직접적으로 전달될 수 있어, 에어로졸 생성 장치(100)의 전력 효율이 증대될 수 있다.
코일(120)은 히터 조립체(110)에 대응되는 크기 및 위치를 가질 수 있다. 코일(120)이 히터 조립체(110)에 대응되도록 배치됨에 따라, 코일(120)에 의해 형성되는 교번 자기장이 히터 조립체(110)에 보다 직접적으로 인가될 수 있고, 그에 따라 히터 조립체(110)가 가열되는 효율이 향상될 수 있다. 전술한 바와 같이, 히터 조립체(110) 및 담배 로드(210)의 배치 또한 상호 대응되므로, 히터 조립체(110), 코일(120) 및 담배 로드(210)의 배열에 의해 최적의 전력 효율이 달성될 수 있다.
도 4는 일부 실시예에 따른 궐련을 가열하기 위한 히터 조립체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 히터 조립체(110)는 발열층(111), 절연층(112) 및 센서 패턴(113)을 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 4에 도시되는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 히터 조립체(110)에 더 포함될 수 있다.
발열층(111)의 적어도 일부는 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 발열층(111)의 서셉터 물질에 코일(120)로부터 교번 자기장이 인가되는 경우, 발열층(111)의 서셉터 물질이 발열할 수 있고, 그에 따라 궐련(200)이 가열되어 에어로졸이 생성될 수 있다.
발열층(111)의 서셉터 물질은 외부로부터 자기장이 인가되는 경우 발열하는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 서셉터 물질의 적어도 일부는 강자성체로 형성될 수 있다. 서셉터 물질의 적어도 일부가 강자성체로 형성되는 경우, 외부 자기장에 의해 발열층(111)으로부터 보다 많은 양의 열이 방출될 수 있다.
발열층(111)은 내부에 궐련(200)을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상을 가질 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)에 궐련(200)이 수용되는 경우, 궐련(200)은 발열층(111)에 형성되는 수용공간에 수용될 수 있다. 수용공간에 수용되는 궐련(200)이 지지될 수 있도록, 수용공간의 단면 직경은 궐련(200)의 단면 직경과 실질적으로 동일하거나, 궐련(200)의 단면 직경보다 미소하게 클 수 있다. 한편, 원통 형상의 발열층(111)의 두께는 발열층(111)을 발열시키기 위해 요구되는 전력, 발열층(111)에 의해 궐련(200)이 가열되는 속도, 에어로졸 생성 장치(100)의 단면 직경 및 궐련(200)의 단면 직경 등을 고려하여 적절한 수치로 설정될 수 있다.
절연층(112)은 발열층(111)의 외측면의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 절연층(112)은 발열층(111) 및 센서 패턴(113) 간의 전기적 접촉, 센서 패턴(113) 및 코일(120) 간의 전기적 접촉 등과 같이, 센서 패턴(113)과 에어로졸 생성 장치(100)의 다른 구성 요소가 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해, 절연층(112)은 전기 절연체(insulator) 내지 부도체에 해당하는 물질을 포함할 수 있다.
절연층(112)은 제1 절연층(112a) 및 제2 절연층(112b)을 포함할 수 있다. 제1 절연층(112a) 및 제2 절연층(112b)에 의해 센서 패턴(113)이 매립될 수 있다. 예를 들면, 제1 절연층(112a)은 센서 패턴(113)의 내측면을 지지할 수 있고, 제2 절연층(112b)은 센서 패턴(113)의 외측면을 둘러쌀 수 있다. 제1 절연층(112a) 및 제2 절연층(112b)에 의한 매립을 통해 센서 패턴(113)이 에어로졸 생성 장치(100)의 다른 구성 요소와 접촉하는 것이 방지될 수 있다.
제1 절연층(112a) 및 제2 절연층(112b)은 서로 상이한 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 절연층(112a)은 발열층(111)의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸도록 발열층(111)의 외측면에 도포될 수 있고, 제1 절연층(112a) 상에 센서 패턴(113)이 인쇄된 이후에 제2 절연층(112b)이 센서 패턴(113)이 인쇄된 제1 절연층(112a) 상에 도포될 수 있다. 히터 조립체(110)의 제조 방법에 대한 구체적인 내용은 도 6을 통해 후술될 수 있다.
절연층(112)은 글래스 프릿(glass frit) 내지 무기 산화물과 같은 재료로 형성될 수 있다. 글래스 프릿은 유리 분말 등과 같은 유리 재료를 의미할 수 있다. 무기 산화물은 실리콘(Si) 산화물, 붕소(B) 산화물, 칼슘(Ca) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물 및 알루미늄(Al) 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연층(112)이 글래스 프릿(glass frit) 내지 무기 산화물로 형성됨에 따라 절연층(112)이 전기 절연체 내지 부도체의 성질을 가질 수 있다.
센서 패턴(113)은 절연층(112)의 내부에 매립될 수 있고, 발열층(111)의 온도를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 센서 패턴(113)이 절연층(112)의 내부에 매립됨에 따라 센서 패턴(113)에 의해 발열층(111)의 온도가 정확하게 측정될 수 있다. 예를 들면, 센서 패턴(113)이 에어로졸 생성 장치(100)의 다른 구성 요소와 전기적으로 연결되는 경우, 발열층(111)의 온도를 측정하기 위한 센서 패턴(113)의 특성 값으로서 센서 패턴(113)의 전기 저항 또는 양단의 전압 등이 변경될 수 있다. 따라서, 절연층(112)에 의한 매립에 의해 센서 패턴(113)의 특성 값이 부정확해지는 것이 방지될 수 있다.
센서 패턴(113)은 발열층(111)의 온도를 측정하기 위해 활용될 수 있다. 예를 들면, 센서 패턴(113)은 발열층(111)의 온도를 도출하기 위한 저항 온도 계수(TCR, temperature coefficient of resistance)를 갖는 저항체가 인쇄되어 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 센서 패턴(113)은 발열층(111)과 함께 일체로 형성되어 발열층(111)의 온도 측정에 활용될 수 있는 다른 수단으로 구현될 수도 있다.
센서 패턴(113)이 저항체로 형성되는 경우, 발열층(111)의 온도는 센서 패턴(113)의 저항 온도 계수에 기초하여 산출될 수 있다. 저항 온도 계수를 갖는 센서 패턴(113)은 저항 온도 계수에 따른 온도와 저항값 간의 비례 관계에 기초하여, 센서 패턴(113)의 온도가 변경되면 센서 패턴(113)의 저항값도 비례하여 변경될 수 있다. 따라서, 센서 패턴(113)의 저항값이 측정되는 경우, 그에 대응되는 센서 패턴(113)의 온도가 산출될 수 있다. 결국, 센서 패턴(113)의 저항값으로부터 발열층(111)의 온도 및 발열층(111)에 의해 궐련(200)이 가열되는 온도가 도출될 수 있다. 한편, 센서 패턴(113)의 온도는 센서 패턴(113)의 저항값 외에도, 센서 패턴(113)의 저항값을 도출하기 위한 전압값 또는 전류값으로부터 결정될 수도 있다.
센서 패턴(113)을 형성하는 저항체의 온도는 저항체의 저항값 및 저항 온도 계수로부터 제어부(140)에 의해 실시간으로 계산될 수 있다. 또는, 제어부(140)는 저항체의 저항값 및 저항체의 온도 사이의 관계에 대해 미리 작성되는 테이블을 참조하여 센서 패턴(113) 저항체의 온도를 도출할 수도 있다.
센서 패턴(113)이 어떤 물질로 구성되는지에 따라 센서 패턴(113)에 의해 발열층(111)의 온도가 도출되는 특성이 달라질 수 있다. 센서 패턴(113)은 발열층(111)의 온도 측정에 활용될 수 있는 다양한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 센서 패턴(113)은 세라믹(ceramic), 반도체(semiconductor), 금속(metal), 카본(carbon) 및 서미스터(thermistor) 중 적어도 하나의 재료로 형성될 수 있다.
센서 패턴(113)이 갖는 저항 온도 계수의 수치에 따라 센서 패턴(113)에 의해 발열층(111)의 온도가 도출되는 정확도가 달라질 수 있다. 저항 온도 계수는 온도 변화에 대한 저항값 변화의 비율을 의미할 수 있으므로, 저항 온도 계수의 수치가 클수록, 온도 변화에 따른 저항값의 변화가 커지고, 그에 따라 센서 패턴(113) 내지 발열층(111)의 온도가 더욱 세밀하게 도출될 수 있다. 따라서, 센서 패턴(113)이 높은 수치의 저항 온도 계수를 갖는 재료로 형성될 것이 요구될 수 있다.
예를 들면, 센서 패턴(113)은 금속으로 형성될 수 있고, 센서 패턴(113)을 형성하는 금속은 은(Ag) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 은은 높은 전기 전도성을 가지며, 또한 높은 수치의 저항 온도 계수를 가질 수 있다. 따라서, 센서 패턴(113)이 은으로 형성되는 경우 발열층(111)의 온도가 도출되는 정확도가 향상될 수 있다. 한편, 팔라듐은 다양한 금속과의 합금에 이용되는 금속으로서 가벼우면서도 높은 경도를 가지므로, 은과 같이 무른 금속과의 합금을 통해 경도를 보강할 수 있다.
예시적인 수치로서, 센서 패턴(113)을 형성하는 금속은 45 내지 70 중량비의 은 및 10 내지 35 중량비의 팔라듐을 포함할 수 있다. 또는, 센서 패턴(113)을 형성하는 금속은 50 내지 55 중량비의 은 및 13 내지 33 중량비의 팔라듐을 포함할 수 있다. 또는, 센서 패턴(113)을 형성하는 금속은 65 내지 67 중량비의 은 및 10 내지 15 중량비의 팔라듐을 포함할 수 있다. 이와 같은 수치들에 따라 형성되는 센서 패턴(113)은 비교적 높은 저항 온도 계수를 가지면서도 히터 조립체(110)에 일체로 형성되기 위한 적정한 경도를 가질 수 있음이 실험적으로 확인될 수 있었다.
센서 패턴(113)은 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 센서 패턴(113)은 제1 절연층(112a)의 외측면 상에서 제1 절연층(112a)의 외측면의 길이 방향의 적어도 일부 및 원주 방향의 적어도 일부 상에 위치하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 센서 패턴(113)은 제1 절연층(112a)의 외측면 상에서 원주 방향을 따라 나선형으로 형성되며 길이 방향의 일부만을 따라 형성될 수 있다. 또는, 센서 패턴(113)은 제1 절연층(112a)의 외측면 상에서 길이 방향의 전부에 걸쳐 형성되고, 원주 방향으로는 일부만에 형성될 수 있다. 다만 이와 같은 예시들에 제한되는 것은 아니고, 센서 패턴(113)은 발열층(111)의 온도를 반영할 수 있는 다른 적절한 형상으로 형성될 수 있다.
히터 조립체(110)는 센서 패턴(113)에 연결되어 센서 패턴(113)의 특성 값을 읽는 것에 이용되는 전극(미도시)를 더 포함할 수 있다. 전극은 센서 패턴(113)의 특성 값을 제어부(140)에 제공하기 위한 도선(미도시)에 연결될 수 있다. 히터 조립체(110)에 전극이 형성될 수 있으므로, 센서 패턴(113)이 절연층(112)에 매립됨에도 불구하고 센서 패턴(113)의 특성 값이 제어부(140)에 제공될 수 있다.
센서 패턴(113)이 히터 조립체(110)에 일체로 형성됨에 따라, 히터 조립체(110) 또는 에어로졸 생성 장치(100)에 별도의 온도 센서 없이도 히터 조립체(110)의 온도가 측정될 수 있다. 따라서, 온도 센서를 별도로 구비하기 위한 공간이 요구되지 않을 수 있으므로, 에어로졸 생성 장치(100)의 설계가 단순해질 수 있고, 에어로졸 생성 장치(100)의 구성 요소들 간의 배치 관계가 보다 유연해질 수 있다. 또한, 센서 패턴(113)이 발열층(111)과 일체로 결합된다는 점에서, 발열층(111)의 온도가 센서 패턴(113)에 정확하게 반영될 수 있고, 그에 따라 히터 조립체(110)의 온도에 대한 제어가 높은 정확도를 가질 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치에서 궐련의 온도가 제어되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)가 히터 조립체(110)의 온도를 제어하는 과정에 대한 예시가 도시되어 있다.
단계 10에서, 제어부(140)는 센서 패턴(113)의 특성 값을 읽을 수 있다. 예를 들면, 센서 패턴(113)이 저항 온도 계수를 갖는 저항체로 형성되는 경우, 제어부(140)는 센서 패턴(113)에 전류를 인가하여 센서 패턴(113)에 형성되는 전압을 읽거나, 센서 패턴(113)에 전압을 인가하여 센서 패턴(113)에 흐르는 전압을 읽을 수 있다. 또는, 제어부(140)는 저항값 측정 수단을 구비하여 센서 패턴(113)의 저항값을 직접 읽을 수도 있다.
단계 20에서, 제어부(140)는 센서 패턴(113)의 특성 값에 기초하여 발열층(111)의 온도를 도출할 수 있고, 발열층(111)의 온도에 기초하여 전원부(130)로부터 코일(120)에 공급되는 전력을 조정할 수 있다. 제어부(140)는 PID 제어(proportional-integral-differential control) 또는 온-오프 제어 등의 방식으로 전력을 조정할 수 있다. 예를 들면, 발열층(111)의 온도가 의도되는 온도보다 높은 경우, 제어부(140)는 코일(120)에 공급되는 전력을 감소시키거나, 코일(120)에 공급되는 전력을 차단할 수 있다.
단계 30에서, 제어부(140)는 코일(120)에 공급되는 전력이 조정되도록 전원부(130)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 발열층(111)의 온도가 의도되는 온도보다 높은 경우, 제어부(140)는 코일(120)에 공급되는 교류 전류의 진폭 또는 주파수가 감소하도록 전원부(130)를 제어할 수 있다.
단계 40에서, 전원부(130)는 제어부(140)에 의해 코일(120)에 공급되는 전력을 조정할 수 있다. 예를 들면, 코일(120)에 공급되는 교류 전류의 진폭 또는 주파수가 감소하는 경우, 코일(120)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 감소할 수 있다.
단계 50에서, 전원부(130)에 의해 코일(120)로부터 발열층(111)에 인가되는 교번 자기장이 조정될 수 있다. 예를 들면, 코일(120)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 감소하는 경우, 발열층(111)의 적어도 일부를 형성하는 서셉터 물질이 발열하는 정도가 감소할 수 있고, 그에 따라 히터 조립체(110) 및 궐련(200)의 온도가 감소할 수 있다.
전술한 단계 10 내지 단계 50은 발열층(111)의 온도가 의도되는 온도보다 높은 경우에 대해 기술되었으나, 발열층(111)의 온도가 의도되는 온도보다 낮은 경우에도 단계 10 내지 단계 50은 대응되는 방식으로 수행될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)는 단계 10 내지 단계 50을 주기적으로 반복함으로써 궐련(200)을 특정 히팅 프로파일에 따라 가열할 수 있다.
도 6은 일부 실시예에 따른 궐련을 가열하기 위한 히터 조립체를 제조하는 방법을 구성하는 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 6의 방법은 히터 조립체(110)를 제조하는 장치에 의해 수행될 수 있다. 통상의 기술자는 히터 조립체(110)를 제조하는 장치가 당해 기술 분야에서 히터를 제조하기 위해 일반적으로 이용되는 임의의 장치일 수 있음을 이해할 수 있다.
도 6을 참조하면, 궐련(200)을 가열하기 위한 히터 조립체(110)를 제조하는 방법은 단계 610 내지 단계 630을 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 6의 방법에 도시되는 단계들 외에 다른 범용적인 단계들이 궐련(200)을 가열하기 위한 히터 조립체(110)를 제조하는 방법에 더 포함될 수 있다.
단계 610에서, 히터 조립체(110)를 제조하는 장치는, 적어도 일부가 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터 물질로 형성되는 발열층(111)을 내부에 궐련(200)을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상으로 형성할 수 있다. 원통 형상으로 형성하는 과정은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 금속을 성형하기 위한 일반적인 방식으로서 압축, 사출, 압출, 적층 또는 롤링 등의 방식이 적용될 수 있다.
단계 620에서, 히터 조립체(110)를 제조하는 장치는, 발열층(111)의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 제1 절연층(112a)을 발열층(111)의 외측면에 도포할 수 있다. 제1 절연층(112a)을 도포하는 과정은 증착, 분사, 적층 및 코팅 등과 같이 제1 절연층(112a)을 막(film)으로 형성하는 과정을 의미할 수 있다.
단계 630에서, 히터 조립체(110)를 제조하는 장치는, 제1 절연층(112a)의 외측면에 발열층(111)의 온도를 측정하기 위해 이용되는 센서 패턴(113)을 인쇄할 수 있다. 센서 패턴(113)은 스크린 인쇄(screen printing) 내지 실크 스크린 인쇄(silk-screen printing) 방식으로 제1 절연층(112a)의 외측면 상에 형성될 수 있다.
단계 640에서, 히터 조립체(110)를 제조하는 장치는, 센서 패턴(113)이 매립되도록 제1 절연층(112a)의 외측면에 제2 절연층(112b)을 도포할 수 있다. 전술한 바와 같이, 센서 패턴(113)이 제1 절연층(112a) 및 제2 절연층(112b)에 의해 매립됨에 따라, 센서 패턴(113)에 의해 발열층(111) 내지 히터 조립체(110)의 온도가 측정되는 정확도가 증대될 수 있고, 센서 패턴(113)이 발열층(111)과 일체로 형성될 수 있어 온도 센서 없이도 발열층(111)의 온도가 정확하게 측정될 수 있다.
한편, 히터 조립체(110)를 제조하는 장치는, 히터 조립체(110)에 센서 패턴(113)에 연결되어 센서 패턴(113)의 특성 값을 읽는 것에 이용되는 전극을 추가적으로 형성할 수 있다. 히터 조립체(110)를 제조하는 장치가 전극을 형성하는 단계는 단계 620 및 단계 630 사이에 수행될 수 있고, 단계 630 및 단계 640 사이에 수행될 수도 있으며, 또는 단계 640 이후에 수행될 수도 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 궐련을 가열하기 위한 히터 조립체에 있어서,
    적어도 일부가 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터(susceptor) 물질로 형성되고, 내부에 상기 궐련을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상을 갖는 발열층;
    상기 발열층의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 절연층; 및
    상기 절연층의 내부에 매립(embed)되고, 상기 발열층의 온도를 측정하기 위해 이용되는 센서 패턴을 포함하는, 히터 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 패턴은,
    상기 발열층의 온도를 도출하기 위한 저항 온도 계수(TCR, temperature coefficient of resistance)를 갖는 저항체가 인쇄되어 형성되는, 히터 조립체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 패턴은,
    세라믹(ceramic), 반도체(semiconductor), 금속(metal), 카본(carbon) 및 서미스터(thermistor) 중 적어도 하나의 재료로 형성되는, 히터 조립체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 금속은,
    은(Ag) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 센서 패턴은,
    45 내지 70 중량비의 상기 은 및 10 내지 35 중량비의 상기 팔라듐을 포함하는, 히터 조립체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 센서 패턴의 내측면을 지지하는 제1 절연층; 및
    상기 센서 패턴의 외측면을 둘러싸는 제2 절연층을 포함하는, 히터 조립체.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    실리콘(Si) 산화물, 붕소(B) 산화물, 칼슘(Ca) 산화물, 지르코늄(Zr) 산화물 및 알루미늄(Al) 산화물 중 적어도 하나의 재료로 형성되는, 히터 조립체.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 서셉터 물질은,
    적어도 일부가 강자성체(ferromagnetic substance)로 형성되는, 히터 조립체.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 패턴에 연결되어 상기 센서 패턴의 특성 값을 읽는 것에 이용되는 전극을 더 포함하는, 히터 조립체.
  9. 궐련을 가열하기 위한 히터 조립체를 제조하는 방법에 있어서,
    적어도 일부가 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터 물질로 형성되는 발열층을 내부에 상기 궐련을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상으로 형성하는 단계;
    상기 발열층의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 제1 절연층을 상기 발열층의 외측면에 도포하는 단계;
    상기 제1 절연층의 외측면에 상기 발열층의 온도를 측정하기 위해 이용되는 센서 패턴을 인쇄하는 단계; 및
    상기 센서 패턴이 매립되도록 상기 제1 절연층의 외측면에 제2 절연층을 도포하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 있어서,
    상기 히터 조립체에 교번 자기장을 인가하는 코일;
    상기 코일에 전력을 공급하는 전원부; 및
    상기 코일에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 더 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 코일은,
    상기 히터 조립체의 외측면을 따라 권선되어 상기 에어로졸 생성 장치의 길이 방향으로 연장되고, 상기 히터 조립체에 대응되는 위치에 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 전원부는,
    상기 에어로졸 생성 장치에 직류를 공급하는 배터리; 및
    상기 배터리로부터 공급되는 직류를 상기 코일에 인가되는 교류로 변환하는 변환부를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서 패턴으로부터 상기 발열부의 온도와 연관되는 상기 센서 패턴의 특성 값을 수신하고,
    상기 발열부의 온도에 기초하여 상기 전원부로부터 상기 코일에 공급되는 전력을 조정하는, 에어로졸 생성 장치.
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