KR102608972B1 - 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 기질을 가열하여 에어로졸을 생성하는 가열소자, 가열소자에 전력을 공급하는 배터리, 에어로졸 생성 장치의 소정의 위치에 배치된 하베스트 소자 및 하베스트 소자로부터 생성된 전력의 변환을 제어하고, 변환된 전력을 이용하여 배터리로의 충전을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

에어로졸 생성 장치{AEROSOL GENERATING DEVICE}
본 개시는 에어로졸 생성 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하베스트 소자를 이용하여 배터리 충전, 부품전력 공급을 수행할 수 있는 에어로졸 생성 장치에 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 생성 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적인 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 발생 물품을 가열하는 히터 또는 증기화기를 포함한다. 배터리에 저장된 전력을 이용하여 히터 또는 증기화기에 전력을 제공하므로 수시로 배터리의 충전이 요구된다. 그러나 에어로졸 생성 장치의 크기는 휴대하기 용이한 크기로 제작되므로, 배터리의 용량에 한계가 있고 주로 야외에서 사용되는 에어로졸 생성 장치의 특성상 배터리의 수시 충전이 불가능하다. 따라서 배터리의 방전으로 에어로졸 생성 장치를 사용하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
[선행기술문헌번호]
특허문헌 1:한국공개특허 2020-0108216(2020.09.17)
본 개시가 해결하고자 하는 기술적 과제는 하베스트 소자로부터 생성된 전력을 에어로졸 생성 장치의 배터리를 충전하거나, 에어로졸 생성 장치의 부품에 공급함으로써, 에너지 효율이 증가되고, 배터리의 충전 횟수를 감소시킬 수 있는 에어로졸 생성 장치를 제공하는 것이다.
본 개시의 기술적 과제는 상술한 바에 한정되지 않으며 이하의 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 기질을 가열하여 에어로졸을 생성하는 가열소자; 상기 가열소자에 전력을 공급하는 배터리; 에어로졸 생성 장치의 소정의 위치에 배치된 하베스트 소자; 및 상기 하베스트 소자로부터 생성된 전력의 변환을 제어하고, 상기 변환된 전력을 이용하여 상기 배터리로의 충전을 제어하는 제어부를 포함한다.
실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치는 하베스트 소자로부터 생성된 전력을 에어로졸 생성 장치의 배터리를 충전하거나, 에어로졸 생성 장치의 부품에 공급함으로써, 에너지 효율이 증가되고, 배터리의 충전 횟수를 감소시킬 수 있다.
본 개시의 효과는 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 3은 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 4는 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록 도이다.
도 6은 도 5에 도시된 전력 변환 회로(500)의 예시적인 블록 도이다.
도 7은 도 5에 도시된 전력 변환 회로(500)의 다른 예시적인 블록 도이다.
도 8은 도 5에 도시된 전력 변환 회로(500)의 또 다른 예시적인 블록 도이다.
도 9는 도 7에 도시된 DC-DC 컨버터(710)의 예시적인 블록 도이다.
도 10은 도 8에 도시된 DC 전압 레귤레이터(810)의 다른 예시적인 블록 도이다.
도 11은 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록 도이다.
도 12는 또 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록 도이다.
도 13은 또 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록 도이다.
도 14a 및 14b는 또 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록 도이다.
실시 예들에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(10)는 배터리(200), 제어부(400) 및 히터(100)를 포함한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(10)는 증기화기(11)를 더 포함한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(10)의 내부 공간에는 궐련(20)이 삽입될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 에어로졸 생성 장치(10)에는 본 실시 예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 1 내지 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성 장치(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 생성 장치(10)에 히터(100)가 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 히터(100)는 생략될 수도 있다.
도 1에는 배터리(200), 제어부(400) 및 히터(100)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 배터리(200), 제어부(400), 증기화기(11) 및 히터(100)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 증기화기(11) 및 히터(100)가 병렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나 에어로졸 생성 장치(10)의 내부 구조는 도 1 내지 도 3에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(10)의 설계에 따라, 배터리(200), 제어부(400), 히터(100) 및 증기화기(11)의 배치는 변경될 수 있다.
궐련(20)이 에어로졸 생성 장치(10)에 삽입되면, 에어로졸 생성 장치(10)는 히터(100) 및/또는 증기화기(11)를 작동시켜, 궐련(20) 및/또는 증기화기(11)로부터 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 히터(100) 및/또는 증기화기(11)에 의하여 발생된 에어로졸은 궐련(20)을 통과하여 사용자에게 전달된다.
필요에 따라, 궐련(20)이 에어로졸 생성 장치(10)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 생성 장치(10)는 히터(100)를 가열할 수 있다.
배터리(200)는 에어로졸 생성 장치(10)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(200)는 히터(100) 또는 증기화기(11)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(400)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(200)는 에어로졸 생성 장치(10)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(400)는 에어로졸 생성 장치(10)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(400)는 배터리(200), 히터(100) 및 증기화기(11)뿐만 아니라 에어로졸 생성 장치(10)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(400)는 에어로졸 생성 장치(10)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성 장치(10)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(400)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로프로세서와 이 마이크로프로세서에서 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(100)는 배터리(200)로부터 공급된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들어, 궐련이 에어로졸 생성 장치(10)에 삽입되면, 히터(100)는 궐련의 외부에 위치할 수 있다. 따라서, 가열된 히터(100)는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.
히터(100)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(100)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(100)가 가열될 수 있다. 그러나 히터는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(10)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 다른 예로, 히터(100)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 히터(100)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(100)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(20)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(10)에는 히터(100)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(100)들은 궐련(20)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 궐련(20)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(100)들 중 일부는 궐련(20)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 궐련(20)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(100)의 형상은 도 1 내지 도 3에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
증기화기(11)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 궐련(20)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 증기화기(11)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 장치(10)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(11)에 의하여 생성된 에어로졸이 궐련을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(11)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 생성 장치(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(11)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(11)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(11)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 에어로졸 생성 장치(10)는 배터리(200), 제어부(400), 히터(100) 및 증기화기(11) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(10)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(10)는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 궐련 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(10)는 궐련(20)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출 될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.
도 1 내지 도 3에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(10)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(10)의 배터리(200)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 에어로졸 생성 장치(10)가 결합된 상태에서 히터(100)가 가열될 수도 있다.
궐련(20)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 궐련(20)은 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제 1 부분과 필터 등을 포함하는 제 2 부분으로 구분될 수 있다. 또는, 궐련(20)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 생성 장치(10)의 내부에는 제 1 부분의 전체가 삽입되고, 제 2 부분은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(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 생성 장치(10)에 형성된 적어도 하나의 공기 통로를 통하여 유입될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(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(20)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 궐련(20)의 내부로 유입될 수도 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 궐련(20)의 일 예에 대하여 설명한다.
도 4는 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 궐련(20)은 담배 로드(21) 및 필터 로드(22)를 포함한다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 제 1 부분은 담배 로드(21)를 포함하고, 제 2 부분은 필터 로드(22)를 포함한다.
도 4에는 필터 로드(22)가 단일 세그먼트로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 필터 로드(22)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 필터 로드(22)는 에어로졸을 냉각하는 제 1 세그먼트 및 에어로졸 내에 포함된 소정의 성분을 필터링하는 제 2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 필터 로드(22)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트를 더 포함할 수 있다.
궐련(20)은 적어도 하나의 래퍼(24)에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼(24)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로서, 궐련(20)은 하나의 래퍼(24)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로서, 궐련(20)은 2 이상의 래퍼(24)들에 의하여 중첩적으로 포장될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 래퍼에 의하여 담배 로드(21)가 포장되고, 제 2 래퍼에 의하여 필터 로드(22)가 포장될 수 있다. 그리고 개별 래퍼에 의하여 포장된 담배 로드(21) 및 필터 로드(22)가 결합되고, 제 3 래퍼에 의하여 궐련(20) 전체가 재포장될 수 있다. 만약, 담배 로드(21) 또는 필터 로드(22) 각각이 복수의 세그먼트들로 구성되어 있다면, 각각의 세그먼트가 개별 래퍼에 의하여 포장될 수 있다. 그리고 개별 래퍼에 의하여 포장된 세그먼트들이 결합된 궐련(20) 전체가 다른 래퍼에 의하여 재포장될 수 있다.
담배 로드(21)는 에어로졸 생성 물질을 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물질은 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 담배 로드(21)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 또한, 담배 로드(21)에는, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이, 담배 로드(21)에 분사됨으로써 첨가할 수 있다.
담배 로드(21)는 다양하게 제작될 수 있다. 예를 들어, 담배 로드(21)는 시트(sheet)로 제작될 수도 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(21)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(21)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(21)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(21)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 담배 맛을 향상시킬 수 있다. 또한, 담배 로드(21)를 둘러싸는 열 전도 물질은 유도 가열식 히터에 의해 가열되는 서셉터로서의 기능을 할 수 있다. 이때, 도면에 도시되지는 않았으나, 담배 로드(21)는 외부를 둘러싸는 열 전도 물질 이외에도 추가의 서셉터를 더 포함할 수 있다.
필터 로드(22)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 한편, 필터 로드(22)의 형상에는 제한이 없다. 예를 들어, 필터 로드(22)는 원기둥 형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형(type) 로드일 수도 있다. 또한, 필터 로드(22)는 리세스 형(type) 로드일 수도 있다. 만약, 필터 로드(22)가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(22)는 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 일 예로서, 필터 로드(22)에 가향액이 분사될 수도 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터 로드(22)의 내부에 삽입될 수도 있다.
또한, 필터 로드(22)에는 적어도 하나의 캡슐(23)이 포함될 수 있다. 여기에서, 캡슐(23)은 향미를 발생시키는 기능을 수행할 수도 있고, 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 캡슐(23)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싼 구조일 수 있다. 캡슐(23)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
만약, 필터 로드(22)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 실시예에 따른 궐련(20)은 전단 필터를 더 포함할 수 있다. 전단 필터는 담배 로드(21)에 있어서, 필터 로드(22)에 반대되는 일측에 위치한다. 전단 필터는 담배 로드(21)가 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있으며, 흡연 중에 담배 로드(21)로부터 액상화된 에어로졸이 에어로졸 발생 장치(도 1 내지 도 3의 10)로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치(10)의 블록 도이다.
삭제
도 5를 참조하면, 도 1 내지 3에 도시된 에어로졸 생성 장치(10)의 구성요소인 히터(100), 배터리(200), 제어부(400)를 포함하고, 에너지 하베스팅을 위한 하베스트 소자(510)와 전력 변환 회로(500), 배터리(200)의 충전을 제어하는 충전 제어 회로(210)를 포함한다. 또한, 센서(110)와 디스플레이(120)를 포함한다. 여기서, 도 1 내지 3을 참조하여 설명한 구성요소에 대한 설명은 생략하고, 에너지 하베스팅 구성과, 에어로졸 생성 장치(10)의 구성간의 결합과, 다양한 실시 예들을 위주로 설명한다.
에너지 하베스팅은 기기 주변의 환경 에너지, 태양과 바람과 같은 자연 에너지를 수거하여 사용한 기술로서, 버려지거나 활용되지 않은 자원에서 에너지를 수확(Harvesting) 또는 이용할 수 있는 것을 찾아 에너지를 재생산하는 것을 의미하고, 마이크로 와트(㎼) 내지 밀리 와트(㎽) 정도의 범위를 갖는다. 에너지 하베스팅은 에너지를 얻기 위해 사용하는 방식에 따라 다양하게 나누어진다. 자연으로부터 에너지를 얻을 수 있는 방식에는 태양광으로부터 에너지를 얻는 솔라셀 방식, 열로부터 전기에너지를 얻는 열전소자 방식, 진동으로부터 전기에너지를 얻는 압전소자 방식, 그리고 전자기파로부터 에너지를 얻는 RF 방식 등이 있다.
하베스트 소자(510)는 에어로졸 생성 장치(10)의 다양한 위치에서 발생하는 에너지원으로부터 전력을 수집한다. 실시 예에서, 하베스트 소자(510)는 압전소자(Piezoelectic), 열전소자(Thermoelectric), 광전소자(Photoelectic), 전자기소자(Electyomagnetism), 팬(fan) 타입의 소자일 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 생성 장치(10)의 히터(100) 주위에 배치된 열전소자이거나, RF를 수신하는 안테나(미도시) 주위에 배치된 전자기소자이거나, 사용자의 퍼프에 따라 장치(10)의 내부로 외부 공기가 도입되는 기류 통로에 배치된 팬 타입의 소자일 수 있다. 또한, 실시 예에서, 하베스트 소자(510)는 복수 개일 있으며, 장치(10)의 적절한 위치에 배치될 수 있다.
전력 변환 회로(500)는 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력을 변환한다. 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력은 장치(10)에 바로 적용하기에 부적합한 형태로 생성된다. 따라서, 전력 변환 회로(500)는 하베스트 소자(510)로부터 생성된 전력을 장치(10)의 배터리(200), 센서(110) 또는 디스플레이(120)에 공급할 수 있는 전력으로 변환한다. 전력 변환 회로(500)는 전력 변환 회로(500)는 AC 전력을 DC 전력으로 정류하는 정류 회로, 정류된 DC 전력을 장치에 적합한 DC 전압 크기를 갖는 DC 전력으로 변환하는 DC 변환회로, DC 전력을 임시 저장하는 전력 저장 소자를 포함할 수 있다. 전력 변환 회로의 구체적인 구성은 도 6을 참조하여 후술한다.
제어부(400)는 전력 변환 회로(500)를 제어하여, 하베스트 소자(510)의 출력 전력이 최대가 될 수 있도록 제어한다. 일반적으로 하베스트 소자(510)의 에너지원, 소자의 재료, 디자인 등에 따라 하베스트 소자(510)의 출력 전압이 달라진다. 예를 들면, 열전소자의 경우, 온도차이를 전위차이로 변환하는 제백효과(Seebeck Effect)에 기반하여 온도차가 클수록 더 많은 에너지를 발생시키며, 전력밀도는 대략 50 내지 500mW/㎤이고, 효율은 0.1 내지 10%이다. 압전소자의 경우, 진동 또는 움직임에 의해 양전하, 음전하가 나뉘는 유전분극 현상을 이용한 것으로 압력을 주면 표면의 전하 밀도가 변하면서 전기가 흐르면서 에너지를 발생시키며, 전력밀도는 대략 0.001 내지 90mW/㎤이고, 효율은 25 내지 60%이다.
실시 예에서, 제어부(400)는 하베스트 소자(510)의 종류와, 에어로졸 생성 장치(10)의 동작 상태, 예를 들면, 장치(10)의 동작 주기, 히터의 히팅 사이클(PWM 듀티비) 또는 가열 프로파일, 퍼프 센서(또는 압력 센서)로 감지한 사용자 퍼프, 퍼프 주기 또는 퍼프 강도 등을 기초로 전력 변환 회로(500)에 스위칭 제어 신호를 출력하여, 하베스트 소자(510)의 출력 전력이 최대가 되도록 제어할 수 있다.
충전 제어 회로(210)는 전력 변환 회로(500)로부터 출력된 직류 전력을 배터리(200)에 전달한다. 충전 제어 회로(210)는 전력 변환 회로(500)로부터 출력된 직류 전력을 장치(100)의 배터리(200)의 충전규격(충전전류, 충전전압)에 맞도록 정전류(Constant Current) 또는 정전압(Constant Voltage) 방식으로 충전을 제어한다.
제어부(400)는 충전 제어 회로(210)를 제어하여, 하베스트 소자(510)로부터 생성된 전력을 배터리(200)에 공급하여 히터(100)를 동작시킬 수 있다. 예를 들면, 제어부(400)는 장치(10)의 동작이 종료된 경우, 비활성화 모드인 경우(즉, 배터리(200)가 방전되고 있지 않은 경우), 또는 하베스트 소자(510)에 전력을 최대한으로 생성할 수 있는 장치(10) 조건인 경우에, 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력을 배터리에 충전시킬 수 있다. 따라서, 1회 충전에 의한 배터리(200)의 사용시간, 예를 들면 1회 충전 시 흡연 가능한 궐련 개수를, 예를 들면 20개에서 21개 이상으로 늘릴 수 있다.
또한, 제어부(400)는 배터리(200)의 전압을 모니터링하고, 배터리(200)가 과방전된 경우 충전 제어 회로(210)를 제어하여 하베스트 소자(510)로부터 생성된 전력으로 배터리(200)를 충전할 수 있다. 예를 들면, 궐련을 장치(10)에 삽입하면, 장치(10)는 궐련을 가열하기 위한 배터리 잔량을 계산하고, 사용자가 궐련 1개를 흡입하기에 충분한 배터리 잔량(예를 들면 14회 퍼프 또는 3분 내외)이 부족한 경우, 장치(10)는 동작하지 않게 되고, 사용자는 흡연하기를 원하는 때에 흡연할 수 없게 되고, 장치(10)를 충전기에 연결시켜야만 하는 불편함이 있었다. 이 경우, 장치(10)를 동작시켰을 때, 제어부(400)는 배터리(200)의 잔량이 궐련 1개를 흡입하기에 충분하지 경우, 충전 제어 회로(210)를 제어하여, 전력 변환 회로(500)에 임시 저장된 또는 변환된 직류 전력을 배터리(200)에 충전시킬 수 있다. 따라서, 사용자가 사용하고자 하는 때에, 장치(10)를 일정 시간 또는 일정 장소에서 사용할 수 없는 불편함을 줄일 수 있다.
센서(110)는 사용자의 퍼프를 감지하는 퍼프 센서, 궐련의 삽입을 감지하는 감지 센서(예를 들며 인덕티브 센서), 움직임을 감지하는 기울기 센서, 자이로센서, 온도 센서, 습도센서 등을 포함한다. 센서(110)는 복수 개일 수 있으며, 각 센서(110)를 제어하는 센서 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부(400)는 센서(110)를 제어하고, 센서(110)로부터 센싱된 센서 신호를 수신하여, 장치(10)의 관련 동작을 제어한다. 실시 예에서, 센서(110)의 전원공급단(VDD)은 전력 변환 회로의 출력단과 접속되어, 센서(110)의 구동에 필요한 전력을 공급한다. 제어부(400)는 센서(110)의 센싱 주기 또는 센싱 조건을 기초로, 하베스트 소자(510)의 출력 전력을 최대화할 수 있도록 전력 변환 회로(500)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 온도 센서에서 감지된 히터(100)의 온도를 기초로 온도 차이에 따른 열전소자의 생산전력을 최대로 제어하거나, 압력 센서에서 감지한 사용자 퍼프를 기초로 팬 소자의 생산전력을 최대로 제어할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 센서(110)의 동작 주기 또는 전원 공급필요여부에 따라 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력을 센서(110) 또는 배터리(200)를 포함한 다른 부품들에 전달할 수 있다.
디스플레이(120)는 장치(10)의 상태 정보를 출력한다. 디스플레이(120)는 LCD, LED 또는 OLED 패널일 수 있으며, 디스플레이 구동회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 디스플레이(120) 또는 디스플레이 구동회로(미도시)의 전원공급단(VDD)은 전력변환회로(500)의 출력단과 접속되어, 제어부(400)의 제어에 따라 디스플레이(120)의 구동에 필요한 전력을 공급한다.
도 6은 도 5에 도시된 전력 변환 회로(500)의 예시적인 블록 도이다.
도 6을 참조하면, 전력 변환 회로(500)는 정류회로(600), DC 변환회로(610) 및 전력 저장 소자(620)를 포함한다.
정류회로(600)는 하베스트 소자(510)로부터 생성된 교류 전력을 제1 직류 전력으로 변환한다. 정류회로(600)는 하베스트 소자(510)로부터 생성된 교류를 직류로 변환하는 기능을 수행한다. 정류회로(600)는 반파정류 또는 전파정류회로일 수 있으며, 정류회로(600)는 4개의 스위치로 구성된 풀-브릿지 회로, 4개의 다이오드로 구성된 풀-브릿지 회로, 2개의 다이오드와 2개의 스위치로 구성된 풀-브릿지 회로일 수 있으나, 그 형태에 한정되는 것은 아니다.
DC 변환회로(610)는 정류회로(600)로부터 출력된 제1 직류 전력을 소정 크기의 제2 직류 전력으로 변환한다. DC 변환회로(610)는 DC-DC 컨버터, 전압 레귤레이터 회로를 포함한다. DC 변환회로(610)는 장치(10)의 배터리 충전 전압(예를 들면 5V), 센서 VDD전압(예를 들면 1,7 내지 3,6V), 디스플레이 VDD 전압(예를 들면 3.3V)으로 변환한다.
전력 저장 소자(620)는 제2 직류 전력을 임시 저장한다. 전력 저장 소자(620)는 리튬-이온 배터리(LiB), 충전식 박막 고체 배터리(SSB) 커패시터 또는 슈퍼 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 전력을 저장할 수 있는 것이라면 다양하게 채택될 수 있다. 실시 예에서, 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력을 정류 및 DC 변환하여 바로 배터리(200), 센서(110) 또는 디스플레이(120)에 공급하거나, 전력 저장 소자(620)에 저장해두었다가, 제어부(400)의 제어에 따라 필요한 경우에 배터리(200), 센서(110) 또는 디스플레이(120)에 공급할 수도 있다.
도 7은 도 5에 도시된 전력 변환 회로(500)의 다른 예시적인 블록 도이다.
도 7을 참조하면, 하베스트 소자(510)와 접속된 전력변환회로(700)가 도시되어 있다. 전력 변환 회로(700)는 4개의 스위치(Q1 내지 Q4)로 구성된 풀 브릿지 회로와, 다이오드(D)와 커패시터(C1), 하베스트 소자(510)와 풀 브릿지 회로(710) 사이에 접속된 스위치(Qs)를 포함한 정류회로(700), DC-DC컨버터(710)를 포함한다.
제어부(400)는 스위치(Qs)를 제어하여 하베스트 소자(510)로부터의 출력이 최대가 되도록 제어한다. 제어부(400)는 하베스트 소자(510)가 생성하는 교류 전력의 전류 방향이 바뀌는 시점(zero crossing point)에 스위치(Qs)를 턴온시켜, 하베스트 소자(510)의 출력 양단을 단락시킨다. 그러면, 하베스트 소자(510)의 내부 커패시터(미도시)에 충전된 전하를 순간적으로 정류회로(700)의 풀 브릿지 회로의 입력쪽으로 방전시킬 수 있다. 따라서, 하베스트 소자(510)가 생성한 전력을 내부 커패시터에 저장하였다가 방전하는 데 필요한 에너지 소모(손실)를 줄이고, 정류회로(700)의 출력 전력을 높일 수 있다. 제어부(400)는 내부 커패시터에 충전된 전력이 모두 정류회로(700)로 전달된 경우, 다시 스위치(Qs)를 턴오프시켜 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력을 내부 커패시터에 저장되도록 한다. 이어, 다시 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력의 전류 방향이 바뀌는 시점에 스위치(Qs)를 턴온시킨다.
실시 예에서, 제어부(400)는 장치(10)의 동작, 예를 들면 히터 가열에 따른 온도 변화, 퍼프에 따른 압력 변화, 퍼프에 따른 외기량 변화 등을 기초로 하베스트 소자(510) 각각의 전력 생산 특성(교류 전력의 전류 방향이 바뀌는 시점)을 판단하고, 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력이 정류회로(700)로 최대한 전달될 수 있도록 제로크로싱 스위칭 제어를 수행할 수 있다.
하베스트 소자(510)에서 생성된 교류 전력을 4개의 스위치(Q1 내지 Q4)로 구성된 풀 브릿지 회로에 입력되어, 교류를 직류로 정류한다. 각각의 스위치는 게이트전극(G), 드레인전극(D), 소스전극(S)으로 이루어진 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 이하 MOSFET이라 한다)소자일 수 있다. 스위치로 N형 트랜지스터(NMOS)를 이용하는 경우, 해당 스위치는 하이레벨(high level)을 갖는 게이트 전압에 의해 턴온되고, 로우 레벨(low level)을 갖는 게이트 전압에 의해 턴오프된다. 스위치로 P형 트랜지스터(PMOS)를 이용하는 경우, 스위치는 하이 레벨을 갖는 게이트 전압에 의해 턴오프되고, 로우 레벨을 갖는 게이트 전압에 의해 턴온된다.
풀 브릿지 회로에서 정류된 전력은 커패시터(C1)를 통해 다시 평활화된다. 커패시터(C1)는 풀-브릿지 회로의 출력 전압 중에 포함된 맥류분을 감소(리플제거)시키기 위한 저역 필터로 사용된다.
다이오드(D)는 풀 브릿지 회로를 통해 정류되고, 커패시터(C1)를 통해 평활화된 전력이 DC-DC 컨버터(710)로 모두 전달되도록 하는 기능을 수행한다.
DC-DC 컨버터(710)는 정류회로(700)에서 출력된 직류 전력을 소정 크기의 직류 전력으로 변환한다. DC-DC 컨버터(710)는 장치(10)에서 필요한 DC 전압 크기로 승압 또는 변환한다. 예를 들면 배터리 충전 전압, 예를 들면 5V, 센서 VDD전압, 예를 들면 1,7 내지 3,6V, 디스플레이 VDD 전압, 예를 들면 3.3V로 변환한다.
도 9는 도 7에 도시된 DC-DC 컨버터(710)의 예시적인 블록 도이다.
도 9를 참조하면, DC-DC 컨버터(910)는 동기식 DC-DC 부스트 컨버터이며, 입력측(Vin) 전압의 범위는 2.3 V 내지 6.0 V이고, 출력측(Vout)은 5.0V이다. 입력측(Vin)은 정류회로(700)의 출력측에 접속되고, 출력측(Vout)은 도 5에 도시된 충전 제어 회로(210), 또는 도 6에 도시된 전력 저장 회로(620), 또는 센서(110) 또는 디스플레이(120)의 전원공급측(VDD)에 접속된다.
실시 예에서, 정류회로(700)에서 출력된 직류 전력이 DC-DC 컨버터(910)를 통해 소정 크기, 예를 들면 5V의 전압을 갖는 직류 전력으로 변환되어, 장치(10)의 배터리 또는 다른 부품에서 사용될 수 있다. 5V 전압의 직류 전력으로 변환되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 도 9에 도시된 저항, 커패시터, 인덕터의 값들과 배치를 조정하여 다양한 입력 전압 범위 내지 출력 전압 범위를 갖도록 설계할 수 있음은 물론이다.
DC-DC 컨버터(910)의 메인 칩(900)의 입력 단에 접속된 저항(RILIM)을 통해 프로그램 가능한 입력 전류 제한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 전체 온도 범위에서 500mA에서 ±20% 전류 정확도를 가지며, 100mA 내지 1500mA 범위에서 프로그램 가능할 수 있다.
도 8은 도 5에 도시된 전력 변환 회로(500)의 또 다른 예시적인 블록 도이다.
도 8을 참조하면, 하베스트 소자(510)와 접속된 전력변환회로(800)가 도시되어 있다. 전력 변환 회로(800)는 4개의 다이오드(D1 내지 D4)로 구성된 풀 브릿지 회로와, 커패시터(C2)를 포함한 정류회로(800), 전압 레귤레이터 회로(810)를 포함한다.
하베스트 소자(510)에서 생성된 교류 전력을 4개의 다이오드(D1 내지 D4)로 구성된 풀 브릿지 회로에 입력되어, 교류가 직류로 정류된다. 풀 브릿지 회로에서 정류된 직류 전력은 커패시터(C2)를 통해 다시 평활화된다. 커패시터(C2)는 풀-브릿지 회로의 출력 전압 중에 포함된 맥류분을 감소(리플제거)시키기 위한 저역 필터로 사용된다.
전압 레귤레이터 회로(810)는 정류회로(800)에서 출력된 직류 전력을 소정 크기의 직류 전력으로 변환한다. 전압 레귤레이터 회로(810)는 장치(10)에서 필요한 DC 전압 크기로 승압 또는 변환한다. 예를 들면 배터리 충전 전압, 예를 들면 5V, 센서 VDD전압, 예를 들면 1,7 내지 3,6V, 디스플레이 VDD 전압, 예를 들면 3.3V로 변환한다.
도 10은 도 도 8에 도시된 전압 레귤레이터 회로(810)의 다른 예시적인 블록 도이다.
도 10을 참조하면, LDO(Low Dropout) 레귤레이터(1010)가 도시되어 있고, LDO 레귤레이터는 일반적으로 입력 전압이 출력 전압과 매우 가까운 경우에 사용 가능하다. 레귤레이터(101)의 입력측(Vin)은 정류회로(800)의 출력측과 접속되고, 출력측(Vout)은 도 5에 도시된 충전 제어 회로(210), 또는 도 6에 도시된 전력 저장 회로(620), 또는 센서(110) 또는 디스플레이(120)의 전원공급측(VDD)에 접속된다.
LDO 전압 레귤레이터(1010)의 입력측 전압은 6V이고, 출력측 전압은 5V이다. 따라서, 정류회로(800)의 출력 전압이 6V이고, 배터리의 충전 전압인 5V로 변환하는 것으로 회로 설계가 되었지만, 이에 한정되지 않고, 다양한 크기의 입력 전압 범위와, 다양한 크기의 출력 전압 범위로 설계할 수 있음은 물론이다.
도 11은 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록 도이다.
도 11을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(10)는 복수의 센서(111 내지 113)를 포함한다. 복수의 센서(111 내지 113)는 사용자 퍼프를 감지하는 압력센서 또는 퍼프 센서, 궐련 삽입을 감지하는 감지 센서, 예를 들면 인덕티브 센서, 커패시터 센서, 근접 센서, IR 센서이거나, 히터의 온도를 감지하는 온도 센서, 기울기 센서 또는 자이로센서 등일 수 있다.
전력 변환 회로(500)의 출력단과 각각의 센서(111 내지 113)의 전원 공급단이 접속된다. 또한, 전력 변환 회로(500)와 센서 1(111) 사이에 제1 스위치(S1), 전력 변환 회로(500)와 센서 2(112) 사이에 제2 스위치(S2), 전력 변환 회로(500)와 센서 3(113) 사이에 제3 스위치(S3)가 추가된다. 제어부(400)는 제1 내지 제3 스위치(S1 내지 S3)를 스위칭 제어하여, 선택적으로 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력을 센서들(111 내지 113)에 전달할 수 있다.
실시 예에서, 제어부(400)는 전력 변환 회로(500)의 DC 변환회로(610)에서 변환된 DC 전력량 또는 전력 저장 소자(620)에 저장된 DC 전력량, 및 센서들(111 내지 113) 중 우선순위 등을 고려하여, 센서들(111 내지 113)에 선택적으로 전력을 전달할 수 있다.
도 12는 또 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록 도이다.
도 12를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(10)는 충전 제어 회로(210), 배터리(200) 및 히터와, 센서(110), 디스플레이(120)를 포함한다.
전력 변환 회로(500)의 출력단과 충전 제어 회로(210), 센서(110) 및 디스플레이(120)가 각각 접속된다. 전력 변환 회로(500)의 출력단과 충전 제어 회로(210) 사이에 구비된 제4 스위치(S4), 전력 변환 회로(500)의 출력단과 센서(110) 사이에 구비된 제5 스위치(S5), 전력 변환 회로(500)의 출력단과 디스플레이(120) 사이에 구비된 제6 스위치(64)를 포함한다.
제어부(400)는 제4 내지 제6 스위치(S4 내지 S6)를 스위칭 제어하여, 하베스트 소자(510)에서 생성된 전력을 배터리(200), 센서(110) 또는 디스플레이(120)에 선택적으로 전달할 수 있다.
실시 예에서, 제어부(400)는 전력 변환 회로(500)의 DC 변환회로(610)에서 변환된 DC 전력량 또는 전력 저장 소자(620)에 저장된 DC 전력량, 또는 배터리(200)의 충전량을 고려하여, 배터리(200)에 전달하거나, 센서(110) 또는 디스플레이(120)에 선택적으로 전력을 전달할 수 있다. 예를 들면 배터리(200)의 충전량이 임계값이상인 경우, 제4 스위치를 턴오프시키고, 제5 스위치(S5)를 턴온시켜 센서(110)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 장치(10)의 전원오프 상태에서 센서(110)의 전원공급이 불필요한 경우에, 제6 스위치(S6)를 턴온시켜 디스플레이(120)에 전력을 공급하여, 디스플레이(120)의 올웨이즈온디스플레이(Always On Display) 기능을 구현할 수도 있다. 여기서, 올웨이즈온 디스플레이 기능은 화면상시켜짐 기능으로, 파워오프 또는 슬립 모드에서 화면의 한정된 부분 또는 영역에 필요한 표시(예를 들면 시간 표시, 배터리 잔량 표시 등)를 수행하는 것을 의미한다.
도 13은 또 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록 도이다.
도 13을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(10)는 복수의 하베스트 소자들(511 내지 513)을 포함하고, 각각의 하베스트 소자의 출력단과 전력 변환 회로(500)가 연결된다. 복수의 하베스트 소자는 압전소자(Piezoelectic), 열전소자(Thermoelectric), 광전소자(Photoelectic), 전자기소자(Electyomagnetism), 또는 회전 팬 타입 소자일 수 있다.
제7 스위치(S7)는 제1 하베스트 소자(511)와 전력 변환 회로(500) 사이에 접속되고, 제8 스위치(S8)는 제2 하베스트 소자(512)와 전력 변환 회로(500) 사이에 접속되고, 제9 스위치(S9)는 제N 하베스트 소자(513)와 전력 변환 회로(500) 사이에 접속된다.
제어부(400)는 제7 내지 제9 스위치(S7 내지 S9)를 스위칭 제어하여, 선택적으로 복수의 하베스트 소자(511 내지 513)로부터 전력을 생성하여, 전력 변환 회로(500)에 전달할 수 있다.
제어부(400)는 장치(10)의 현재 동작 상태, 예를 들면 히터 가열, 중단, 사용자 퍼프 등을 판단하여, 하베스트 소자들(511 내지 513) 중 하나 이상을 선택적으로 동작시킬 수 있다. 예를 들면, 히터 가열중인 경우, 제7 스위치(S7)를 턴온시켜 하베스트 소자(511)로부터 생성된 전력을 전력 변환 회로(500)에 전달한다. 이때 전력 변환 회로(500)를 스위칭 제어하여, 하베스트 소자(511) 내에서의 손실을 최소화함으로써 전력 변환 회로(500)에서 최대의 출력전력을 얻을 수 있도록 한다.
또한, 제어부(400)는 복수의 하베스트 소자들(511 및 512)로부터 생성된 전력을 전력 변환 회로(500)에 전달할 수도 있으며, 이때 제7 스위치(S7) 및 제8 스위치(S8)의 스위칭 타이밍으로 순차적으로 각각의 전력을 전력 변환 회로(500)에 전달하거나, 동시에 턴온시켜, 각각의 생성된 전력이 합산되어 전력 변환 회로(500)에 전달할 수도 있다. 또한, 각각의 하베스트 소자(511 내지 513)와 접속된 각각의 전력 변환 회로를 통해 생성된 전력을 변환할 수도 있다.
도 14a 및 14b는 또 다른 실시 예에 따른 에어로졸 생성 장치의 블록 도이다.
도 14a를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(10)는 카트리지(1400), 제어부(400) 및 배터리(200)를 포함한다. 여기서, 카트리지(1400)는 제어부(400) 및 배터리(200)를 포함하는 본체에 착탈가능하고, 본체에 결합된 경우, 접촉 단자(1410 및 1420)를 통해 본체의 배터리(400)로부터 전력을 공급받고, 제어부(400)의 제어신호를 수신할 수 있다. 카트리지(140)는 코일히터 또는 초음파무화기를 포함하고, 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있다. 액상 조성물이 가열되어 생성된 에어로졸은 사용자에게 흡입될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 도 14a의 A 영역을 확대한 도면이다. 기류 통로(1460)는 에어로졸 생성 장치(10)의 외부에서 내부로 기류가 유입될 수 있는 통로이다. 기류는 사용자의 흡입에 의해 기류 통로(1460)로 유입된다. 기류는 기류 통로(1460)를 통과하여 카트리지(1400)의 코일히터 또는 증기화기에 의하여 생성된 에어로졸과 함께 사용자에게 전달될 수 있다.
기류 통로(1460)는 도 14a에 도시된 카트리지(1400)와 본체와 결합 부위의 틈을 통해 유입되는 것으로 도시되어 있지만, 기류 통로(200)의 배치는 이에 제한되지 않는다.
회전팬(1450)는 기류에 의해 회전되어 전력을 생산할 수 있다. 회전팬(1450)는 기류의 통해 회전하게 되고, 회전 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 회전팬(1450)는 기류 통로(1460)의 내부에 배치되어 내부를 유동하는 기류를 이용하여 회전에 의해 전력을 생산할 수 있다. 회전팬(1450)는 압력센서(1430)와 인접하게 배치되고, 압력센서(1430)의 반응(사용자 퍼프 감지)을 유도하기 전에 배치될 수 있다.
회전팬(1450)은 제어부(400)와 리드선(1440)을 통해 전기적으로 연결되어 생성된 전력을 제어부(400)에 전달할 수 있다.
에어로졸 생성 장치(10) 또는 제어부(400)는 도 5 내지 13을 참조하여 설명한 전력변환회로 및 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 제어부(400)는 회전팬(1450)과 전기적으로 연결되어 생성된 전력을 직류 전력으로 정류시키고, 정류된 직류 전력을 소정 크기의 직류 전력으로 변환하여 배터리 또는 다른 부품의 직류전원에 공급할 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 개시의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 개시에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 에어로졸 생성 장치
100: 히터
110: 센서
120: 디스플레이
200: 배터리
210: 충전 제어 회로
400: 제어부
500: 전력 변환 회로
510: 하베스트 소자

Claims (15)

  1. 에어로졸 생성 기질을 가열하여 에어로졸을 생성하는 가열소자;
    상기 가열소자에 전력을 공급하는 배터리;
    에어로졸 생성 장치의 소정의 위치에 배치된 하베스트 소자; 및
    상기 하베스트 소자로부터 생성된 전력의 변환을 제어하고, 상기 변환된 전력을 이용하여 상기 배터리의 충전을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 하베스트 소자로부터 생성된 교류 전력을 제1 직류 전력으로 변환하는 정류회로;
    상기 정류 회로로부터 출력된 제1 직류 전력을 소정 크기의 제2 직류 전력으로 변환하는 DC 변환회로; 및
    상기 제2 직류 전력을 임시 저장하는 전력 저장 소자를 더 포함하는 에어로졸 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하베스트 소자로부터 생성된 전력을 변환하는 전력 변환 회로; 및
    상기 전력 변환 회로와 접속되고, 상기 배터리의 충전을 제어하는 충전 제어 회로를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 하베스트 소자로부터 전력이 생성된 경우, 상기 충전 제어 회로에 제1 제어 신호를 인가하고,
    상기 충전 제어 회로는,
    상기 인가된 제1 제어 신호에 따라 상기 변환된 전력을 상기 배터리에 전달하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류 회로는,
    상기 하베스트 소자와 병렬 연결된 제1 스위치;
    상기 제1 스위치와 접속된 4개의 스위치로 구성된 제1 풀 브릿지 회로;
    상기 풀 브릿지 회로와 병렬 연결된 제1 커패시터;
    상기 풀 브릿지 회로와 상기 제1 커패시터 사이에 접속된 다이오드를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 스위치를 스위칭하는 제어 신호를 출력하여, 상기 하베스트 소자에서 생성된 전력을 상기 풀 브릿지 회로에 전달하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC 변환회로는,
    상기 정류 회로의 출력단에 접속된 DC-DC 컨버터이고, 상기 제2 직류 전력의 전압은 5V인 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 정류 회로는,
    상기 하베스트 소자와 접속된 4개의 다이오드로 구성된 제2 풀 브릿지 회로; 및
    상기 풀 브릿지 회로와 병렬 연결된 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 DC 변환회로는,
    상기 정류 회로의 출력단에 접속된 전압 레귤레이터 회로이고, 상기 제2 직류 전력의 전압은 5V인 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리의 충전을 제어하는 충전 제어회로를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 배터리의 전압이 제1 임계전압 이하인 경우, 상기 충전 제어회로에 제2 제어 신호를 인가하고,
    상기 충전 제어회로는,
    상기 제2 제어 신호에 따라 상기 전력 저장 소자에 임시 저장된 제2 직류 전력을 상기 배터리에 공급하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    사용자의 퍼프를 감지하는 퍼프 센서; 및
    궐련의 삽입을 감지하는 감지 센서를 더 포함하고,
    상기 퍼프 센서 및 상기 감지 센서 각각의 전원 공급단(VDD)과, 상기 전력변환회로의 출력단이 연결된 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 장치의 상태 정보를 출력하는 디스플레이; 및
    상기 디스플레이를 구동시키는 구동회로를 더 포함하고,
    상기 구동회로의 전원공급단(VDD)과, 상기 전력변환회로의 출력단이 직접 연결된 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치
  11. 제 2 항에 있어서,
    복수의 센서; 및
    각각의 센서의 전원공급단(VDD)과, 상기 전력변환회로의 출력단 사이에 접속된 복수의 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 스위치를 제어하여, 상기 복수의 센서 중 적어도 하나의 센서에 선택적으로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    센서;
    디스플레이;
    상기 전력 변환 회로와 상기 충전 제어 회로 사이에 접속된 제4 스위치;
    상기 전력 변환 회로와 상기 센서 사이에 접속된 제5 스위치; 및
    상기 전력 변환 회로와 상기 디스플레이 사이에 접속된 제6 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제4 내지 제6 스위치를 제어하여, 상기 배터리, 상기 센서 및 상기 디스플레이 중 적어도 하나에 선택적으로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 하베스트 소자는 복수 개이고,
    제1 하베스트 소자와 상기 전력 변환 회로 사이에 접속된 제7 스위치; 및
    제2 하베스트 소자와 상기 전력 변환 회로 사이에 접속된 제8 스위치를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제7 및 제8 스위치를 제어하여, 상기 제1 하베스트 소자와 상기 제2 하베스트 소자 중 적어도 하나로부터 생성된 전력을 상기 전력 변환 회로에 전달하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 하베스트 소자는,
    압전소자(Piezoelectic), 열전소자(Thermoelectric), 광전소자(Photoelectic), 전자기소자(Electyomagnetism) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 하베스트 소자는,
    사용자 퍼프에 따라 상기 에어로졸 생성 장치의 내부로 외부 공기가 도입되는 기류 통로에 배치된 회전팬(rotataion fan)인 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성 장치.
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