KR102639731B1 - 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 물질이 저장되는 저장부, 저장부에 저장된 에어로졸 생성 물질을 흡수하는 액체 전달 수단 및 초음파 진동을 발생시켜 액상 전달 수단에 흡수된 에어로졸 생성 물질을 에어로졸로 무화시키는 무화기(atomizer)를 포함하고, 무화기는 진동자를 포함하고, 진동자는 0.6nF 내지 1.1nF의 커패시턴스(capacitance) 값을 갖는다.

Description

에어로졸 생성 장치{AEROSOL GENERATING DEVICE}
실시예들은 에어로졸 생성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 진동을 이용하여 에어로졸을 발생시킬 수 있는 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련을 연소시켜 에어로졸을 공급하는 방법을 대체하기 위한 기술의 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 액체 상태나 고체 상태의 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 생성하거나, 액체 상태의 에어로졸 생성 물질로부터 증기를 생성한 후 생성한 증기를 고체 상태의 향 매체를 통과시킴으로써 향미를 갖는 에어로졸을 공급하는 등의 방법에 관한 연구가 진행되고 있다.
종래의 초음파 진동을 이용한 에어로졸 발생 장치는 초음파진동자에 교류 전압을 인가하면 초음파진동이 발생되며, 초음파진동자에서 발생한 열로 초음파진동자에 맞닿아 있는 액상의 점도를 하락시킨 후, 교류 전압에 포함된 주파수의 진동수로 진동하는 초음파진동에 의해 액상을 잘게 쪼개어 에어로졸을 발생시키는 방식이다. 이때, 초음파진동자의 물성치(property)에 따라 무화 성능이 달라지게 된다.
한편, 초음파 진동자의 특성에 따라 열이 발생하게 되고, 발생하는 열이 퀴리 온도를 벗어나게 되면 초음파진동의 특성을 잃게 된다. 따라서, 초음파진동자의 최적 물성치를 확보하는게 중요하다.
본 개시는 초음파 구동을 위한 회로 구성에 따른 초음파 진동자의 커패시턴스 값을 결정함으로써 최적의 효율을 발생시킬 수 있는 초음파 진동자의 물성치를 결정할 수 있다.
본 개시의 실시예들을 통해 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 물질이 저장되는 저장부; 상기 저장부에 저장된 에어로졸 생성 물질을 흡수하는 액체 전달 수단; 및 초음파 진동을 발생시켜 상기 액체 전달 수단에 흡수된 에어로졸 생성 물질을 에어로졸로 무화시키는 무화기(atomizer)를 포함하고,
상기 무화기는 진동자를 포함하고, 상기 진동자는 0.6nF 내지 1.1nF의 커패시턴스(capacitance) 값을 갖는다.
상기 에어로졸 생성 장치 상기 진동자의 커패시턴스 값의 범위 내에서, 상기 진동자의 물성치(property)가 결정될 수 있다.
상기 진동자의 물성치는, 압전상수, 전기-기계 결합계수, 품질계수, 쿼리온도 및 첨가물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 첨가물은, 코발트(Co), 안티모니(Sb) 및 나이오비듐(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 진동자의 두께는, 0.69mm 내지 0.71 mm 일 수 있다.
상기 진동자의 지름은, 7mm 내지 9mm일 수 있다.
상기 진동자는, PZT(Lead zirconate titanate)일 수 있다.
상기 액체 전달 수단은, 상기 저장부와 인접하게 배치되고, 상기 저장부로부터 에어로졸 생성 물질을 공급 받는 제1 액체 전달 수단; 및 상기 제1 액체 전달 수단과 상기 무화기의 사이에 위치하며, 상기 제1 액체 전달 수단으로 공급된 에어로졸 생성 물질을 상기 무화기로 전달하는 제2 액체 전달 수단을 포함할 수 있다.
상기 에어로졸 생성 장치는 무화된 에어로졸이 외부로 배출되기 위한 배출구를 포함하는 마우스피스; 및 상기 무화기와 상기 배출구를 연결하는 배출 통로를 더 포함하고, 상기 무화기에 의해 무화된 에어로졸은 상기 배출 통로를 따라 상기 배출구를 향하는 방향으로 이동할 수 있다.
상기 제1 액체 전달 수단은 상기 무화기로부터 튀어 오르는 액적(droplet)의 상기 배출 통로를 향하는 이동을 제한할 수 있다.
상기 에어로졸 생성 장치는 배터리 전압을 공급하는 배터리; 및 상기 배터리 전압을 변환하여 상기 진동자에 교류 전압을 공급하는 전력변환회로를 더 포함하고, 상기 전력변환회로의 인덕터의 인덕턴스값 및 공진주파수에 따라 상기 진동자의 커패시턴스값이 결정될 수 있다.
상기 전력변환회로를 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
상술한 실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치는 초음파 구동을 위한 회로 구성에 따른 초음파 진동자의 커패시턴스 값을 결정함으로써 최적의 효율을 발생시킬 수 있는 초음파 진동자의 물성치를 결정할 수 있다.
상술한 실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치는 초음파 진동을 이용하여 에어로졸 생성 물질을 미세 입자화함으로써, 히터를 이용할 때에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 에어로졸을 발생시킬 수 있으며, 그 결과 사용자의 흡연감을 향상시킬 수 있다.
또한 상술한 실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치는 에어로졸의 무화 과정에서 무화기로부터 튀어 오르는 액적이 사용자에게 도달하는 것을 방지함으로써, 사용자의 흡연감을 향상시킬 수 있다.
또한 상술한 실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 물질의 누액 발생을 방지함으로써, 카트리지 또는 에어로졸 생성 장치의 고장 또는 오작동을 줄일 수 있다.
실시예들에 의한 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에어로졸 생성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치용 카트리지의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 관한 카트리지의 분해 사시도이다.
도 5는 일 실시 예에 관한 에어로졸 생성 장치를 구동하기 위한 구동 회로도이다.
도 6은 다른 실시예에 관한 카트리지의 사시도이다.
도 7은 다른 실시예에 관한 카트리지의 분해 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시된 카트리지를 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 카트리지를 B-B' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 10은 다른 실시예에 관한 카트리지의 진동자와 인쇄 회로 기판의 전기적 연결 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 카트리지의 진동자와 인쇄 회로 기판의 전기적 연결 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
실시예들에서 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.
본 개시에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한 본 개시에 기재된 "-부", "-모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 개시에서 사용된 바와 같이, "적어도 어느 하나의"와 같은 표현이 배열된 구성 요소들 앞에 있을 때, 배열된 각각의 구성이 아닌 전체 구성 요소들을 수식한다. 예를 들어, "a, b, 및 c 중 적어도 어느 하나"라는 표현은 a, b, c, 또는 a와 b, a와 c, b와 c, 또는 a와 b와 c를 포함하는 것으로 해석하여야 한다.
본 개시에서 "에어로졸(aerosol)"은 에어로졸 생성 물질로부터 발생한 증기화된 입자와 공기가 혼합된 상태의 기체를 의미할 수 있다.
또한 본 개시에서 "에어로졸 생성 장치"는 사용자의 입을 통해 사용자의 폐로 직접적으로 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸 생성 물질을 이용하여 에어로졸을 생성하는 장치일 수 있다.
본 개시에서 “퍼프(puff)”는 사용자의 흡입을 의미하며, 흡입이란 사용자의 입이나 코를 통해 사용자의 구강 내, 비강 내 또는 폐로 끌어당기는 상황을 의미할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시예들에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다 그러나 본 개시의 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1000)는 배터리(510), 무화기(400), 센서(520), 사용자 인터페이스(530), 메모리(540) 및 프로세서(550)를 포함할 수 있다. 그러나 에어로졸 생성 장치(1000)의 내부 구조는 도 1에 도시된 것에 한정되지 않는다. 에어로졸 생성 장치(1000)의 설계에 따라, 도 1에 도시된 하드웨어 구성 중 일부가 생략되거나 새로운 구성이 더 추가될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
일 예로서 에어로졸 생성 장치(1000)는 본체를 포함할 수 있고, 이 경우 에어로졸 생성 장치(1000)에 포함된 하드웨어 요소들은 본체에 위치한다.
다른 실시예로서 에어로졸 생성 장치(1000)는 본체 및 카트리지를 포함할 수 있고, 에어로졸 생성 장치(1000)에 포함된 하드웨어 요소들은 본체 및 카트리지에 나뉘어 위치할 수 있다. 또는 에어로졸 생성 장치(1000)에 포함된 하드웨어 요소들 중 적어도 일부는 본체 및 카트리지 각각에 위치할 수도 있다.
이하에서는 에어로졸 생성 장치(1000)에 포함된 각 요소들이 위치하는 공간을 한정하지 않고, 각 요소들의 동작에 대해 설명한다.
무화기(400)는 프로세서(550)의 제어에 따라 배터리(510)로부터 전력을 공급받는다. 무화기(400)는 배터리(510)로부터 전력을 공급받아 에어로졸 생성 장치(1000)에 저장된 에어로졸 생성 물질을 무화시킬 수 있다.
무화기(400)는 에어로졸 생성 장치(1000)의 본체에 위치할 수 있다. 또는 에어로졸 생성 장치(1000)가 본체 및 카트리지를 포함하는 경우, 무화기(400)는 카트리지에 위치하거나 본체 및 카트리지에 나뉘어 위치할 수 있다. 무화기(400)가 카트리지에 위치하는 경우, 무화기(400)는 본체 및 카트리지 중 적어도 어느 한 곳에 위치한 배터리(510)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 또한 무화기(400)가 본체 및 카트리지에 나뉘어 위치하는 경우 무화기(400)에서 전력의 공급이 필요한 부품은 본체 및 카트리지 중 적어도 어느 한 곳에 위치한 배터리(510)로부터 전력을 공급받을 수 있다.
무화기(400)는 카트리지의 내부의 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸(aerosol)을 발생시킨다. 에어로졸은 기체 중에 액체 및/또는 고체 미세 입자가 분산되어 있는 부유물을 의미한다. 따라서 무화기(400)로부터 발생되는 에어로졸은 에어로졸 생성 물질로부터 발생한 증기화된 입자와 공기가 혼합된 상태를 의미할 수 있다. 예를 들어, 무화기(400)는 에어로졸 생성 물질의 상(phase)을 기화 및/또는 승화를 통하여 기체의 상으로 변환시킬 수 있다. 또한 무화기(400)는 액체 및/또는 고체 상의 에어로졸 생성 물질을 미세 입자화하여 방출함으로써 에어로졸을 생성할 수 있다.
예를 들어, 무화기(400)는 초음파 진동 방식을 이용함으로써 에어로졸 생성 물질로부터 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 초음파 진동 방식은 진동자에 의해 발생되는 초음파 진동으로 에어로졸 생성 물질을 무화시킴으로써 에어로졸을 발생시키는 방식을 의미할 수 있다.
도 1에 도시되지 않았으나, 무화기(400)는 열을 발생시킴으로써 에어로졸 생성 물질을 가열할 수 있는 히터를 선택적으로 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 물질은 히터에 의해 가열될 수 있으며, 그 결과 에어로졸이 생성될 수 있다.
히터는 임의의 적합한 전기 저항성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 적합한 전기 저항성 물질은 타이타늄, 지르코늄, 탄탈럼, 백금, 니켈, 코발트, 크로뮴, 하프늄, 나이오븀, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 갈륨, 망간, 철, 구리, 스테인리스강, 니크롬 등을 포함하는 금속 또는 금속 합금일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한 히터는 금속 열선(wire), 전기 전도성 트랙(track)이 배치된 금속 열판(plate), 세라믹 발열체 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 일 실시예에서 히터는 카트리지(2000)의 일부분일 수 있다. 또한 카트리지(2000)는 후술하는 액체 전달 수단 및 액체 저장부를 포함할 수 있다. 액체 저장부에 수용된 에어로졸 생성 물질은 액체 전달 수단으로 이동하고, 히터는 액체 전달 수단에 흡수된 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 히터는 액체 전달 수단에 감기거나 액체 전달 수단에 인접하게 배치될 수 있다.
다른 예로서 에어로졸 생성 장치(1000)는 궐련을 수용할 수 있는 수용 공간을 포함할 수 있으며, 히터는 에어로졸 생성 장치(1000)의 수용 공간에 삽입된 궐련을 가열할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1000)의 수용 공간에 궐련이 수용됨에 따라 히터는 궐련의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 이로써, 히터는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다.
한편, 히터는 유도 가열식 히터일 수 있다. 히터는 궐련 또는 카트리지를 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 궐련 또는 카트리지에는 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터가 포함될 수 있다.
배터리(510)는 에어로졸 생성 장치(1000)가 동작하는 데 이용되는 전력을 공급한다. 즉, 배터리(510)는 무화기(400)가 에어로졸 생성 물질을 무화시킬 수 있도록 전력을 공급할 수 있다. 또한 배터리(510)는 에어로졸 생성 장치(1000) 내에 구비된 다른 하드웨어 요소들, 즉, 센서(520), 사용자 인터페이스(530), 메모리(540) 및 프로세서(550)의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 배터리(510)는 충전이 가능한 배터리이거나 일회용 배터리일 수 있다.
예를 들어, 배터리(510)는 니켈 계열 배터리(예를 들어, 니켈-금속 하이드라이드 배터리, 니켈-카드뮴 배터리), 또는 리튬 계열 배터리(예를 들어, 리튬-코발트 배터리, 리튬-포스페이트 배터리, 리튬 티타네이트 배터리, 리튬-이온 배터리 또는 리튬-폴리머 배터리)를 포함할 수 있다. 다만, 에어로졸 생성 장치(1000)에 사용될 수 있는 배터리(510)의 종류는 상술한 바에 의해 제한되지 않는다. 필요에 따라 배터리(510)는 알카라인 배터리, 또는 망간 배터리를 포함할 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(1000)는 적어도 하나의 센서(520)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서(520)에서 센싱된 결과는 프로세서(550)로 전달되고, 센싱 결과에 따라 프로세서(550)는 무화기(400)의 동작 제어, 흡연의 제한, 카트리지(또는 궐련) 삽입 유/무 판단, 알림 표시 등과 같은 다양한 기능들이 수행되도록 에어로졸 생성 장치(1000)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 센서(520)는 퍼프 감지 센서를 포함할 수 있다. 퍼프 감지 센서는 외부에서 유입되는 기류의 유량(flow) 변화, 압력 변화, 및 소리의 검출 중 적어도 하나에 기초하여 사용자의 퍼프를 감지할 수 있다. 퍼프 감지 센서는 사용자의 퍼프의 시작 타이밍 및 종료 타이밍을 검출할 수 있고, 프로세서(550)는 검출된 퍼프의 시작 타이밍 및 종료 타이밍에 따라 퍼프 기간(puff period) 및 비 퍼프(non-puff) 기간을 판단할 수 있다.
또한 적어도 하나의 센서(520)는 사용자 입력 센서를 포함할 수 있다. 사용자 입력 센서는 스위치, 물리적 버튼, 터치 센서 등과 같이 사용자의 입력을 수신할 수 있는 센서일 수 있다. 예를 들어, 터치 센서는 사용자가 금속 재질로 형성된 소정의 영역을 터치하는 경우 커패시턴스(capacitance)의 변화가 발생하고, 커패시턴스의 변화를 검출함으로써 사용자의 입력을 감지할 수 있는 정전용량형 센서일 수 있다. 프로세서(550)는 정전용량형 센서로부터 수신한 커패시턴스의 변화의 전후 값을 비교함으로써 사용자의 입력이 발생하였는지 여부를 결정할 수 있다. 커패시턴스의 변화 전후 값이 기설정된 임계값을 초과한 경우, 프로세서(550)는 사용자의 입력이 발생한 것으로 결정할 수 있다.
또한 적어도 하나의 센서(520)는 모션 센서를 포함할 수 있다. 모션 센서를 통해 에어로졸 생성 장치(1000)의 기울기, 이동 속도 및 가속도 등과 같은 에어로졸 생성 장치(1000)의 움직임에 관한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어 모션 센서는 에어로졸 생성 장치(1000)가 움직이는 상태, 에어로졸 생성 장치(1000)의 정지 상태, 퍼프를 위해 에어로졸 생성 장치(1000)가 소정의 범위 내의 각도로 기울어진 상태 및 각 퍼프 동작들의 사이에서 퍼프 동작 시와는 다른 각도로 에어로졸 생성 장치(1000)가 기울어진 상태에 관한 정보들을 측정할 수 있다. 모션 센서는 해당 기술 분야에서 알려진 다양한 방법들을 이용하여 에어로졸 생성 장치(1000)의 운동 정보를 측정할 수 있다. 예를 들어, 모션 센서는 x축, y축 및 z축 3방향의 가속도를 측정할 수 있는 가속도 센서 및 3 방향의 각속도를 측정할 수 있는 자이로 센서를 포함할 수 있다.
또한 적어도 하나의 센서(520)는 근접 센서를 포함할 수 있다. 근접 센서는 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무 또는 거리를 전자계의 힘 또는 적외선 등을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 센서를 의미하며, 이를 통해 에어로졸 생성 장치(1000)에 사용자가 접근하는지 여부를 검출할 수 있다.
또한 적어도 하나의 센서(520)는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 예를 들어 물체의 이미지를 획득하기 위한 카메라를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 카메라에 의해 획득된 이미지에 기초하여 물체를 인식할 수 있다. 프로세서(550)는 이미지 센서를 통해 획득된 이미지를 분석하여 사용자가 에어로졸 생성 장치(1000)를 사용하기 위한 상황인지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 에어로졸 생성 장치(1000)를 사용하기 위하여 에어로졸 생성 장치(1000)를 입술 근방으로 접근시킬 때, 이미지 센서는 입술의 이미지를 획득할 수 있다. 프로세서(550)는 획득된 이미지를 분석하여 입술로 판단될 경우에 사용자가 에어로졸 생성 장치(1000)를 사용하기 위한 상황임을 결정할 수 있다. 이를 통해 에어로졸 생성 장치(1000)는 무화기(400)를 미리 동작시키거나, 히터를 예열시킬 수 있다.
또한 적어도 하나의 센서(520)는 에어로졸 생성 장치(1000)에 사용될 수 있는 소모품(예를 들어, 카트리지, 궐련 등)의 장착 또는 탈거를 감지할 수 있는 소모품 탈착 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어 소모품 탈착 센서는 소모품이 에어로졸 생성 장치(1000)에 접촉하였는지 여부를 감지하거나, 이미지 센서에 의해 소모품이 탈착되는지 여부를 판단할 수 있다. 또한 소모품 탈착 센서는 소모품의 마커와 상호 작용할 수 있는 코일의 인덕턴스 값의 변화를 감지하는 인덕턴스 센서이거나, 소모품의 마커와 상호 작용할 수 있는 커패시터의 커패시턴스 값의 변화를 감지하는 커패시턴스 센서일 수 있다.
또한 적어도 하나의 센서(520)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서는 무화기(400)의 히터(또는, 에어로졸 생성 물질)가 가열되는 온도를 감지할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(1000)는 히터의 온도를 감지하는 별도의 온도 센서를 포함하거나, 별도의 온도 센서를 포함하는 대신 히터 자체가 온도 센서의 역할을 수행할 수 있다. 또는 히터가 온도 센서의 역할을 수행함과 동시에 에어로졸 생성 장치(1000)에 별도의 온도 센서가 더 포함될 수 있다. 또한 온도 센서는 히터뿐만 아니라 에어로졸 생성 장치(1000)의 인쇄회로기판(PCB), 배터리 등과 같은 내부 부품들의 온도를 감지할 수도 있다.
또한 적어도 하나의 센서(520)는 에어로졸 생성 장치(1000)의 주변 환경의 정보를 측정하는 다양한 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어 적어도 하나의 센서(520)는 주변 환경의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서, 주변 환경의 습도를 측정하는 습도 센서, 주변 환경의 압력을 측정하는 대기압 센서 등을 포함할 수 있다.
에어로졸 생성 장치(1000)에 구비될 수 있는 센서(520)는 상술한 종류에 한정되지 않고, 다양한 센서들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(1000)는 사용자 인증 및 보안을 위하여 사용자의 손가락으로부터 지문 정보를 획득할 수 있는 지문 센서, 눈동자의 홍채 무늬를 분석하는 홍채 인식 센서, 손바닥을 촬영한 이미지로부터 정맥 내 환원 헤모글로빈의 적외선의 흡수량을 감지하는 정맥 인식 센서, 눈, 코, 입 및 안면 윤곽 등의 특징점들을 2D 또는 3D 방식으로 인식하는 안면 인식 센서 및 RFID(Radio-Frequency Identification) 센서 등을 포함할 수 있다.
에어로졸 생성 장치(1000)에는 위의 예시된 다양한 센서(520)의 예시들 중 일부만이 취사 선택되어 구현될 수 있다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(1000)는 전술한 센서들 중 적어도 하나 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
사용자 인터페이스(530)는 사용자에게 에어로졸 생성 장치(1000)의 상태에 대한 정보를 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스(530)는 시각 정보를 출력하는 디스플레이 또는 램프, 촉각 정보를 출력하는 모터, 소리 정보를 출력하는 스피커, 사용자로부터 입력된 정보를 수신하거나 사용자에게 정보를 출력하는 입/출력(I/O) 인터페이싱 수단들(예를 들어, 버튼 또는 터치스크린)과 데이터 통신을 하거나 충전 전력을 공급받기 위한 단자들, 외부 디바이스와 무선 통신(예를 들어, WI-FI, WI-FI Direct, Bluetooth, NFC(Near-Field Communication) 등)을 수행하기 위한 통신 인터페이싱 모듈 등의 다양한 인터페이싱 수단들을 포함할 수 있다.
다만, 에어로졸 생성 장치(1000)에는 위의 예시된 다양한 사용자 인터페이스(530) 예시들 중 일부만이 취사 선택되어 구현될 수도 있다.
메모리(540)는 에어로졸 생성 장치(1000) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 메모리(540)는 프로세서(550)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(540)는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory) 등의 다양한 종류들로 구현될 수 있다.
메모리(540)에는 에어로졸 생성 장치(1000)의 동작 시간, 최대 퍼프 횟수, 현재 퍼프 횟수, 적어도 하나의 온도 프로파일 및 사용자의 흡연 패턴에 대한 데이터 등이 저장될 수 있다.
프로세서(550)는 에어로졸 생성 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(550)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한 프로세서(550)가 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
프로세서(550)는 적어도 하나의 센서(520)에 의해 센싱된 결과를 분석하고 뒤이어 수행될 처리들을 제어한다.
프로세서(550)는 적어도 하나의 센서(520)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 무화기(400)의 동작이 개시 또는 종료되도록 무화기(400)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 또한 프로세서(550)는 적어도 하나의 센서(520)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 무화기(400)가 적절한 양의 에어로졸을 발생시킬 수 있도록 무화기(400)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(550)는 무화기(400)의 진동자가 소정의 주파수로 진동할 수 있도록 진동자에 공급되는 전류 또는 전압을 제어할 수 있다.
일 실시예에서 프로세서(550)는 에어로졸 생성 장치(1000)에 대한 사용자 입력을 수신한 후 무화기(400)의 동작을 개시할 수 있다. 또한 프로세서(550)는 퍼프 감지 센서를 이용하여 사용자의 퍼프를 감지한 후 무화기(400)의 동작을 개시할 수 있다. 또한 프로세서(550)는 퍼프 감지 센서를 이용하여 퍼프 횟수를 카운트한 후 퍼프 횟수가 기설정된 횟수에 도달하면 무화기(400)에 전력 공급을 중단시킬 수 있다.
프로세서(550)는 적어도 하나의 센서(520)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 사용자 인터페이스(530)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 퍼프 감지 센서를 이용하여 퍼프 횟수를 카운트한 후 퍼프 횟수가 기설정된 횟수에 도달하면, 프로세서(550)는 램프, 모터 및 스피커 중 적어도 어느 하나를 이용하여 사용자에게 에어로졸 생성 장치(1000)가 곧 종료될 것임을 예고할 수 있다.
한편, 도 1에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(1000)는 별도의 크래들과 함께 에어로졸 생성 시스템에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(1000)의 배터리(510)를 충전하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(1000)는 크래들 내부의 수용 공간에 수용된 상태에서, 크래들의 배터리로부터 전력을 공급받아 에어로졸 생성 장치(1000)의 배터리(510)를 충전할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치(1000)는 에어로졸 생성 물질을 보유하는 카트리지(10)와, 카트리지(10)를 지지하는 본체(20)를 포함한다.
카트리지(10)는 내부에 에어로졸 생성 물질을 수용한 상태에서 본체(20)에 결합할 수 있다. 일 예로, 카트리지(10)의 적어도 일부가 본체(20)에 삽입됨으로써, 카트리지(10)와 본체(20)가 결합할 수 있다. 다른 예로, 본체(20)의 적어도 일부가 카트리지(10)에 삽입됨으로써, 카트리지(10)와 본체(20)가 결합될 수 있다.
카트리지(10)와 본체(20)는 스냅-핏(snap-fit) 방식, 나사 결합 방식, 자력 결합 방식 또는 억지 끼워 맞춤 방식 중 적어도 하나의 방식으로 결합될 수 있으나, 카트리지(10)와 본체(20)의 결합 방식이 상술한 예시에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 카트리지(10)는 사용자의 흡입 과정에서 사용자의 구강으로 삽입되는 마우스피스(160)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 마우스피스(160)는 카트리지(10)의 본체(20)와 결합되는 일 영역과 반대 방향에 위치한 다른 영역에 배치될 수 있으며, 에어로졸 생성 물질로부터 발생된 에어로졸을 외부로 배출하는 배출구(160e)를 포함할 수 있다.
사용자의 흡입 또는 퍼프 동작에 의해 카트리지(10)의 외부와 내부의 사이에 압력 차이가 발생할 수 있으며, 카트리지(10)의 내부와 외부의 압력 차이에 의해 카트리지(10)의 내부에서 생성된 에어로졸이 배출구(160e)를 통해 카트리지(10)의 외부로 배출될 수 있다. 즉, 사용자는 마우스피스(160)에 구강을 접촉하고 흡입함으로써, 배출구(160e)를 통해 카트리지(10)의 외부로 배출되는 에어로졸을 공급받을 수 있다.
일 실시예에서, 카트리지(10)는 하우징(100)의 내부 공간에 위치하며 에어로졸 생성 물질을 수용하는 저장조(200)를 포함할 수 있다. 본 개시에서 ‘저장조가 에어로졸 생성 물질을 수용한다’는 표현은 저장조(200)가 그릇(container)의 용도와 같이 에어로졸 생성 물질을 단순히 담는 기능을 수행하는 것과, 저장조(200)의 내부에 예를 들어 스펀지(sponge)나 솜이나 천이나 다공성 세라믹 구조체와 같은 에어로졸 생성 물질을 함침(함유)하는 요소를 포함하는 것을 의미한다.
카트리지(10)는 예를 들어 액체 상태나, 고체 상태나, 기체 상태나, 겔(gel) 상태 등의 어느 하나의 상태를 갖는 에어로졸 생성 물질을 보유할 수 있다. 에어로졸 생성 물질은 액상 조성물을 포함할 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.
액상 조성물은 예를 들어, 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 및 비타민 혼합물의 어느 하나의 성분이나, 이들 성분의 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.
예를 들어, 액상 조성물은 니코틴 염이 첨가된 임의의 중량비의 글리세린 및 프로필렌 글리콜 용액을 포함할 수 있다. 액상 조성물에는 2종 이상의 니코틴 염이 포함될 수도 있다. 니코틴 염은 니코틴에 유기산 또는 무기산을 포함하는 적절한 산을 첨가함으로써 형성될 수 있다. 니코틴은 자연적으로 발생하는 니코틴 또는 합성 니코틴으로서, 액상 조성물의 총 용액 중량에 대한 임의의 적절한 중량의 농도를 가질 수 있다.
니코틴 염의 형성을 위한 산은 혈중 니코틴 흡수 속도, 에어로졸 생성 장치(1000)의 작동 온도, 향미 또는 풍미, 용해도 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 니코틴 염의 형성을 위한 산은 벤조산, 락트산, 살리실산, 라우르산, 소르브산, 레불린산, 피루브산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 카프릴산, 카프르산, 시트르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 페닐아세트산, 타르타르산, 숙신산, 푸마르산, 글루콘산, 사카린산, 말론산 또는 말산으로 구성된 군으로부터 선택되는 단독의 산 또는 상기 군으로부터 선택되는 2 이상의 산들의 혼합이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
에어로졸 생성 장치(1000)는 카트리지(10)의 내부의 에어로졸 생성 물질의 상(phase)을 변환하여 에어로졸(aerosol)을 발생시키는 무화기(400)를 포함할 수 있다.
일 예시에서, 저장조(200)에 저장 또는 수용된 에어로졸 생성 물질은 액체 전달 수단(300)에 의해 무화기(400)로 공급될 수 있으며, 무화기(400)는 액체 전달 수단(300)으로부터 공급받은 에어로졸 생성 물질을 무화시켜 에어로졸을 생성할 수 있다. 액체 전달 수단(300)은 예를 들어, 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹의 적어도 하나를 포함하는 심지(wick)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치(1000)의 무화기(400)는 초음파 진동으로 에어로졸 생성 물질을 무화시키는 초음파 진동 방식을 이용함으로써 에어로졸 생성 물질의 상을 변환할 수 있다.
예를 들어, 무화기(400)는 짧은 주기의 진동을 발생시키는 진동자를 포함할 수 있으며, 진동자로부터 생성되는 진동은 초음파 진동일 수 있다. 초음파 진동의 주파수는 약 100kHz 내지 3.5 MHz일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
초음파 진동자는 0.6nF 내지 1.1nF의 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 실시 예에서, 초음파 진동자는 다양한 형상, 다양한 크기를 갖는 전극 형태로서 커패시턴스 값을 가진다. 초음파 진동자에 교류 전력을 제공하기 위해서, 인덕터 결합 전력 스위치를 통해 전력을 제공하여, 진동자의 전극에 교류 전력을 인가함으로써, 초음파 진동을 발생시킨다.
실시 예에서, 초음파 진동자의 커패시턴스 값 또는 커패시컨스 값의 범위는 전력변환회로의 공진주파수와, 인덕터의 인덕턴스 값을 기초로 결정될 수 있다. 예를 들면, 회로의 공진주파수 또는 시스템에서 설정한 주파수(f)가 3 메가헤르쯔(MHz)이고, 인덕터의 인덕턴스값(L)이 4.7 마이크로헨리(uH)인 경우, 다음 수학식 1에 따라 커패시턴스 값(C)은 0.6 나노패럿(nF)로 결정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021123701517-pat00001
또한, 진동자의 커패시턴스 값 또는 커패시턴스 값의 범위내에서, 진동자의 물성치가 결정될 수 있다. 여기서, 진동자의 물성치는 압전상수, 전기-기계 결합계수, 품질계수, 쿼리온도, 첨가물을 포함하며, 첨가물은 코발트(Co), 안티모니(Sb), 나이오비듐(Nb) 등을 포함할 수 있다.
진동자의 물성치에 따라 진동자에 열이 발생하게 되고, 해당 열이 쿼리온도를 벗어나게 되면 초음파진동의 특성을 잃게 된다. 따라서, 초음파진동자의 최적의 물성치를 확보하여 반영하는 것이 중요한 이슈이다. 실시 예에서, 진동자의 커패시턴스 값 또는 커패시턴스 값의 범위를 결정한 후, 이러한 값을 갖는 초음파 진동자의 물성치를 결정한다.
압전 상수는, 진동자에 교류 전압을 인가하였을 대 얼마나 변위하는지를 나타내는 상수이다. 압전체에 전계(V/m)를 인가했을 경우,　얼마나 변위하는지를 나타내는 계수로 전계방향과 변위 방향에 의하여 d33, d31, d15 등으로 표현할 수 있다. 압전　상수의 단위는　[m/V]로 표현될 수 있다. 실시 예에 따른 에어로졸 발생 장치의 초음파 진동자에는 d33(압전상수, 10-12m/V)의 압전상수를 가질 수 있다. 여기서, 압전상수의 값이 높을 수록 압전특성(진동량)이 상승하고, 결과적으로 에어로졸 생성 장치의 무화량이 상승한다.
전기기계결합계수(Electromechanical coupling coefficient, %)는 전기에너지와 기계적 에너지 간의 변환 효율을 나타내는 계수이다. 이 값이 높을수록 성능이 좋다고 할 수 있다. 전기기계결합계수(K)는 다음 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021123701517-pat00002
전기기계결합계수는 진동모드에 따라 k33, k31, k15, kp, kt로 표현할 수 있다.
품질계수(Mechanical quality factor, Qm)는 에너지 변환 시 시편 내부에서 발생하는 기계적 손실의 역수를 나타낸 것으로, 진동자 또는 압전체의 손실을 나타내며,　압전 진동자의 공진주파수에서 기계적 진동의 예리도, 또는 날카로움의 정도를 나타내는 값이다. 품질계수는 다음 수학식 3과 같이 산출할 수 있다.
[수학식 3]
여기서, fr은 공진주파수, fa는 반공진주파수, Zr: 공진 임피던스, C: 커패시턴스값이다. 품질계수(Qm)이 높을 수록 강성이고, 내구성이 상승한다. 공진 임피던스가 작을수록, 커패시턴스값이 작을수록 품질계수가 상승한다.
Figure 112021123701517-pat00004
33(유전상수)는 낮을수록 발열 성능이 떨어진다. 유전상수 값을 조절하여 진동자의 승온 그래프를 조절할 수 있다. 쿼리온도는 진동자의 특성(임피던스, 주파수)이 변하는 온도이다.
첨가물 코발트(Co)를 첨가하는 경우, 손실이 감소된다. 따라서, 압전상수 또는 압전성능(d33)이 증가한다. 첨가물 안티모니(Sb), 나이오듐(Nb)을 첨가하는 경우, 품질계수(Qm)이 증가하여, 진동자의 견고함(강성)이 증가한다.
쿼리온도는 진동자의 특성, 예를 들면 임피던스, 주파수가 변하는 온도를 의미한다. 진동자의 공진주파수와 열 발생과의 관계는 공진주파수(Fr)에서 공진 임피던스가 최소가 된다. 따라서, 공진 주파수에서 진동자를 동작시키는 경우, 그 효율이 최대가 된다는 것을 의미한다. 공진 주파수를 지나면 임피던스는 증가하여, 임피던스 증가로 열이 발생하게 된다. 임피던스가 증가하는 것은 커패시턴스값이 증가하는 것이고, 쿼리온도에서 커패시턴스값은 최대가 된다.
실시 예에서, 진동자의 커패시턴스 값 또는 커패시턴스 값의 범위내에서, 진동자의 물성치가 결정될 수 있다. 전술한 것처럼, 커패시턴스값 또는 값의 범위 내에서, 압전상수, 전기-기계 결합계수, 품질계수, 쿼리온도, 첨가물 등을 조절하거나 결정할 수 있다.
실시 예에서, 진동자의 두께는 0.69mm 내지 0.71mm이고, 진동자의 지름은 7mm 내지 9mm일 수 있다. 진동자의 형상은 디스크, 직사각형 판, 링 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 에어로졸 생성 장치의 응용 또는 설계에 따라 다양하게 변형할 수 있음은 물론이다. 또한, 커패시턴스 값을 결정하는 요소인 일정한 두께와 일정한 면적을 가질 수 있다.
진동자로부터 생성된 짧은 주기의 진동에 의해 저장조(200)에서 무화기(400)로 공급된 에어로졸 생성 물질은 기화 및/또는 입자화되어 에어로졸로 무화될 수 있다.
진동자는 예를 들어, 압전 세라믹을 포함할 수 있으며, 압전 세라믹은 물리적인 힘(압력)에 의해 전기(전압)를 발생하고 역으로 전기가 인가될 때 진동(기계적인 힘)을 발생함으로써 전기와 기계적인 힘을 상호 변환할 수 있는 기능성 재료일 수 있다. 즉, 진동자에 전기가 인가됨에 따라 짧은 주기의 진동(물리적인 힘)이 발생할 수 있으며, 발생된 진동은 에어로졸 생성 물질을 작은 입자로 쪼개어 에어로졸로 무화시킬 수 있다.
진동자는 전기적 연결 부재를 통해 에어로졸 생성 장치(1000)의 다른 구성 요소들과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 진동자는 전기적 연결 부재를 통해 에어로졸 생성 장치(1000)의 배터리(510), 프로세서(550) 또는 에어로졸 생성 장치(1000)의 회로 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있으나, 진동자와 전기적으로 연결되는 구성 요소가 상술한 예시에 한정되는 것은 아니다.
진동자는 전기적 연결 부재를 통해 배터리(510)로부터 전류 또는 전압을 공급받아 초음파 진동을 발생시키거나, 프로세서(550)에 의해 작동이 제어될 수 있다.
전기적 연결 부재는 예를 들어, 포고 핀(Pogo Pin) 또는 C-클립 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 전기적 연결 부재가 상술한 예시들에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 전기적 연결 부재는 케이블 또는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
다른 실시예(미도시)에서, 무화기(400)는 또한 별도의 액체 전달 수단(300)을 사용하지 않고 에어로졸 생성 물질을 흡수하여 에어로졸로 변환하기 위한 최적의 상태로 유지하는 기능과 에어로졸 생성 물질에 진동을 전달하여 에어로졸을 발생시키는 기능을 모두 수행하는 메시 형상(mesh shape)이나 판 형상(plate shape)의 진동 수용부로 구현될 수도 있다.
도면 상에는 액체 전달 수단(300) 및 무화기(400)가 카트리지(10)에 배치되는 실시예에 대해서만 도시되어 있으나, 액체 전달 수단(300) 및 무화기(400)의 배치 구조가 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 액체 전달 수단(300)은 카트리지(10)에 배치되고, 무화기(400)는 본체(20)에 배치될 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(1000)의 카트리지(10)는 배출 통로(150)를 포함할 수 있다. 배출 통로(150)는 카트리지(10)의 내부에 위치하며, 무화기(400) 및 마우스피스(160)의 배출구(160e)와 연결 또는 연통할 수 있다. 이에 따라, 무화기(400)에서 발생된 에어로졸은 배출 통로(150)를 따라 유동할 수 있으며, 배출구(160e)를 통해 에어로졸 생성 장치(1000)의 외부로 배출되어 사용자에게 전달될 수 있다.
예를 들어, 배출 통로(150)는 카트리지(10)의 내부에서 저장조(200)에 의해 감싸지도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도면 상에 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(1000)의 카트리지(10)는 에어로졸 생성 장치(1000)의 외부에 위치한 공기(이하 "외부 공기")가 에어로졸 생성 장치(1000)의 내부로 유입되기 위한 적어도 하나의 공기 유입 통로를 포함할 수 있다.
외부 공기는 적어도 하나의 공기 유입 통로를 통해 카트리지(10)의 내부의 배출 통로(150) 또는 무화기(400)에 의해 에어로졸이 발생하는 공간으로 유입될 수 있다. 유입된 외부 공기는 에어로졸 생성 물질로부터 발생된 증기화된 입자와 혼합될 수 있으며, 그 결과 에어로졸이 생성될 수 있다.
에어로졸 생성 장치(1000)에서 카트리지(10)와 본체(20)의 길이 방향을 가로지르는 방향에서의 단면 형상은 대략 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 여러 가지 형태의 다각형의 단면 형상일 수 있다. 다만, 에어로졸 생성 장치(1000)의 단면의 형상이 상술한 형상에 한정되거나, 에어로졸 생성 장치(1000)가 길이 방향으로 연장할 때 반드시 직선적으로 연장하는 구조로 형성되어야 하는 것은 아니다.
다른 실시예에서, 에어로졸 생성 장치(1000)의 단면 형상은 사용자가 손으로 잡기 편하게 유선형으로 만곡되거나 특정 영역에서 미리 정해진 각도로 절곡되며 길게 연장할 수 있으며, 에어로졸 생성 장치(1000)의 단면 형상은 길이 방향을 따라 변화할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치용 카트리지의 사시도이고, 도 4는 일 실시예에 관한 카트리지의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 에어로졸 생성 장치(1000)에 적용되는 카트리지(10)의 일 실시예일 수 있으며, 이하에서 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 관한 카트리지(10)는 카트리지(10)의 전체적인 외관을 형성하는 하우징(100) 및 하우징(100)의 일 영역과 연결되는 마우스피스(160)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 관한 카트리지(10)의 구성 요소들이 상술한 예시에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 적어도 하나의 구성이 추가되거나, 어느 하나의 구성(예: 마우스피스(160))가 생략될 수도 있다.
하우징(100)은 카트리지(10)의 구성 요소들이 배치될 수 있는 내부 공간을 포함하며, 카트리지(10)의 전체적인 외관을 형성할 수 있다. 도면 상에는 하우징(100)이 전체적으로 원기둥 형상인 실시예에 대해서만 도시되어 있으나, 하우징(100)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예(미도시)에 따르면, 하우징(100)은 전체적으로 다각형 기둥(예: 삼각 기둥, 사각 기둥) 형상으로 형성될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 하우징(100)은 제1 하우징(110) 및 제1 하우징(110)의 일 영역에 연결되는 제2 하우징(120)을 포함할 수 있으며, 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120)은 제1 하우징(110) 및 제2 하우징(120)의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 배치되는 카트리지(10)의 구성 요소들을 보호할 수 있다.
예를 들어, 제2 하우징(120)(또는 '하부 하우징')은 제1 하우징(110)(또는 '상부 하우징')의 하단(예: -z 방향)에 위치한 일 영역에 결합될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 개시에서 "제1 하우징의 하단"은 제1 하우징(110)의 -z 방향을 의미할 수 있고, "제1 하우징의 상단"은 제1 하우징(110)의 z 방향을 의미할 수 있으며, 해당 표현들은 이하에서도 동일한 의미로 사용될 수 있다.
마우스피스(160)는 사용자의 구강에 삽입되는 부분으로, 하우징(100)의 일 영역에 연결될 수 있다. 예를 들어, 마우스피스(160)는 제1 하우징(110)의 제2 하우징(120)과 연결되는 일 영역과 반대 방향에 위치한 다른 영역(예: 제1 하우징(110)의 상단 영역)에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 마우스피스(160)는 하우징(100)의 일 영역에 탈부착 가능하게 결합될 수 있으나, 실시예에 따라 마우스피스(160)와 하우징(100)은 일체로 형성될 수도 있다.
마우스피스(160)는 카트리지(10)의 내부에서 생성된 에어로졸을 카트리지(10)의 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 배출구(160e)를 포함할 수 있다. 사용자는 마우스피스(160)에 구강을 접촉하고, 마우스피스(160)의 배출구(160e)를 통해 외부로 배출되는 에어로졸을 공급받을 수 있다.
카트리지(10)는 하우징(100)의 내부 공간에 배치되는 저장조(200)(예: 도 2의 저장조(200)), 액체 전달 수단(300)(예: 도 2의 액체 전달 수단(300)) 및 무화기(400)(예: 도 2의 무화기(400))를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 저장조(200)는 제1 하우징(110)의 내부에 위치하며, 저장조(200)에는 에어로졸 생성 물질이 저장될 수 있다. 예를 들어, 저장조(200)에는 액상의 에어로졸 생성 물질이 저장될 수 있으며, 저장조(200)에 저장된 액상의 에어로졸 생성 물질은 액체 전달 수단(300)에 의해 무화기(400)로 전달될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 액체 전달 수단(300)은 저장조(200)로부터 에어로졸 생성 물질을 공급받고, 공급받은 에어로졸 생성 물질을 무화기(400)로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 액체 전달 수단(300)은 저장조(200)에서 액체 전달 수단(300) 방향으로 이동하는 에어로졸 생성 물질을 흡수할 수 있으며, 흡수된 에어로졸 생성 물질은 액체 전달 수단(300)을 따라 이동하여 무화기(400)에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 액체 전달 수단(300)은 복수의 액체 전달 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체 전달 수단(300)은 제1 액체 전달 수단(310) 및 제2 액체 전달 수단(320)을 포함할 수 있다.
제1 액체 전달 수단(310)은 저장조(200)와 인접하게 배치되어 저장조(200)로부터 액상의 에어로졸 생성 물질을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 제1 액체 전달 수단(310)은 저장조(200)로부터 배출되는 에어로졸 생성 물질의 적어도 일부를 흠수함으로써, 저장조(200)로부터 에어로졸 생성 물질을 공급받을 수 있다.
제2 액체 전달 수단(320)은 제1 액체 전달 수단(310)과 무화기(400)의 사이에 위치하며, 제1 액체 전달 수단(310)에 공급된 에어로졸을 무화기(400)에 전달할 수 있다.
일 예로, 제1 액체 전달 수단(310)의 저장조(200)를 향하는 일 영역과 반대 방향을 향하는 다른 영역은 제2 액체 전달 수단(320)의 제1 액체 전달 수단(310)을 향하는 일 영역에 접촉할 수 있다. 다른 예로, 제2 액체 전달 수단(320)의 일 영역과 반대 방향을 향하는 다른 영역은 무화기(400)의 일 영역과 접촉할 수 있다.
즉, 무화기(400), 제2 액체 전달 수단(320) 및 제1 액체 전달 수단(310)은 카트리지(10) 또는 하우징(100)의 길이 방향(예: z 방향)을 따라 순차적으로 배치될 수 있으며, 그 결과 무화기(400) 상에 제2 액체 전달 수단(320), 제1 액체 전달 수단(310)이 순서대로 적층될 수 있다.
상술한 배치 구조를 통해 저장조(200)에서 제1 액체 전달 수단(310)으로 공급된 에어로졸 생성 물질의 적어도 일부는 제1 액체 전달 수단(310)과 접촉하는 제2 액체 전달 수단(320)으로 이동할 수 있다. 또한 제2 액체 전달 수단(320)으로 이동한 에어로졸 생성 물질은 제2 액체 전달 수단(320)을 따라 이동하며 제2 액체 전달 수단(320)과 접촉한 무화기(400)에 도달할 수 있다.
도면 상에는 액체 전달 수단(300)의 2개의 액체 전달 수단으로 구성된 실시예에 대해서만 도시되어 있으나, 실시예에 따라 액체 전달 수단(300)은 하나 또는 3개 이상의 액체 전달 수단을 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 무화기(400)는 액체 전달 수단(300)으로부터 공급되는 에어로졸 생성 물질을 무화시켜 에어로졸을 생성할 수 있다.
예를 들어, 무화기(400)는 초음파 진동을 발생시키는 진동자를 포함할 있다. 진동자에서 발생되는 초음파 진동의 주파수는 약 100kHz 내지 10MHz일 수 있으며, 바람직하게는 약 100kHz 내지 3.5MHz일 수 있다. 상술한 주파수 대역에 의해 진동자는 카트리지(10) 또는 하우징(100)의 길이 방향(또는 '상하 방향')을 따라 진동할 수 있다.
무화기(400)는 초음파 방식으로 에어로졸 생성 물질을 무화시킴으로써, 에어로졸 생성 물질을 가열하는 방식에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 에어로졸을 생성할 수 있다. 예를 들어, 히터를 이용하여 에어로졸 생성 물질을 가열하는 방식의 경우, 에어로졸 생성 물질이 의도치 않게 200 °C 이상의 온도로 가열되는 상황이 발생하게 되어 사용자가 에어로졸에서 탄맛을 느끼게 될 수 있다.
반면, 일 실시예에 관한 카트리지(10)는 초음파 방식으로 에어로졸 생성 물질을 무화시킴으로써, 히터로 가열할 때에 비해 낮은 온도인 약 100 °C 내지 160 °C의 온도 범위에서 에어로졸을 생성할 수 있다. 이에 따라, 카트리지(10)는 에어로졸에서 탄맛이 느껴지는 것을 최소화할 수 있어, 사용자의 흡연감을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 카트리지(10)의 외부의 공기(이하, '외부 공기')는 하우징(100)의 일 영역에 위치한 공기 유입구(130i)를 통해 카트리지(10)의 내부로 유입될 수 있다.
공기 유입구(130i)를 통해 하우징(100)의 내부로 유입된 에어로졸은 공기 유입구(130i)와 무화기(400)를 연결 또는 연통하는 공기 유입 통로(미도시)를 따라 유동하여 무화기(400)에 도달할 수 있으며, 무화기(400)에 도달한 외부 공기는 무화기(400)로부터 생성된 증기화된 입자와 혼합되어 에어로졸이 형성될 수 있다.
외부 공기 및 무화기(400)로부터 생성된 입자가 혼합됨에 따라 형성된 에어로졸은 배출 통로(예: 도 2의 배출 통로(150))를 따라 유동하며 마우스피스(160)의 배출구(160e)를 통해 카트리지(10)의 외부로 배출되어 사용자에게 공급될 수 있다. 다만, 에어로졸의 유동 방향에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
일 실시예에 관한 카트리지(10)는 무화기(400)로부터 튀어 오르는 액적(droplet)이 사용자에게 공급되는 것을 방지하기 위한 구조체(140) 및 구조체(140)를 고정 또는 지지(support)하는 제1 지지 부재(141)를 더 포함할 수 있다.
에어로졸 생성 물질이 무화기(400)에서 발생되는 초음파 진동에 의해 무화되는 과정에서 일부 에어로졸 생성 물질은 미처 무화되지 못하여 액적이 생성될 수 있으며, 생성된 액적은 무화기(400)에서 발생되는 초음파 진동에 의해 튀어 올라 배출구(160e)를 통해 카트리지(10)의 외부로 배출되는 경우가 발생할 수 있다.
구조체(140)는 배출 통로(150)와 인접한 위치에 배치되어 튀어 오른 액적이 마우스피스(160)의 배출구(160e)를 향하는 방향으로 이동 또는 유동하는 것을 제한할 수 있다.
예를 들어, 구조체(140)는 액적을 흡수할 수 있는 재료(예: 펠트(felt) 소재)를 포함하여, 무화기(400)로부터 튀어 오르는 액적을 흡수함으로써, 액적의 배출구(160e)를 향하는 이동 또는 유동하는 것을 제한할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
무화기(400)로부터 튀어 오르는 액적이 배출구(160e)를 통해 카트리지(10)의 외부로 배출되어 사용자에게 전달되는 경우, 사용자가 불쾌감을 느끼게 되어 전체적인 흡연감이 저하될 수 있다. 본 개시에서 "흡연감"은 흡연 과정에서 느끼는 사용자가 느끼는 감각을 의미할 수 있으며, 해당 표현은 이하에서도 동일한 의미로 사용될 수 있다.
반면, 일 실시예에 관한 카트리지(10)는 상술한 구조체(140)를 통해 무화되지 않고 무화기(400)로부터 튀어 오르는 액적이 배출구(160e)를 향하는 방향으로 이동하는 것을 제한함으로써, 액튐에 의한 사용자의 흡연감 저하를 줄일 수 있다. 본 개시에서 "액튐"은 무화기(400)에서 미처 무화되지 않은 액적이 튀어 올라 사용자에게 전달되는 것을 의미할 수 있으며, 해당 표현은 이하에서도 동일한 의미로 사용될 수 있다.
제1 지지 부재(141)는 구조체(140)의 적어도 일 영역을 수용하고, 수용된 구조체(140)를 제1 하우징(110)의 일 영역에 유지 시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 부재(141)는 구조체(140)를 제1 하우징(110)의 마우스피스(160)와 인접한 일 영역(예: 상단 영역)에 유지 또는 고정시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 제1 지지 부재(141)는 구조체(140)의 적어도 일 영역을 감싸도록 배치되어 구조체(140)를 수용할 수 있으며, 구조체(140)를 수용한 제1 지지 부재(141)가 제1 하우징(110)의 일 영역에 결합됨에 따라 구조체(140)가 제1 하우징(110)의 일 영역에 고정될 수 있다.
구조체(140)를 수용한 제1 지지 부재(141)와 제1 하우징(110)은 제1 지지 부재(141)의 적어도 일부가 제1 하우징(110)에 억지 끼워 맞춤되는 방식으로 결합될 수 있으나, 제1 하우징(110)과 제1 지지 부재(141)의 결합 방식이 상술한 예시에 한정되는 것은 아니다. 다른 예시에서, 제1 하우징(110)과 제1 지지 부재(141)는 스냅-핏 방식, 나사 결합 방식 또는 자력 결합 방식 중 적어도 하나의 방식으로 결합될 수도 있다.
제1 지지 부재(141)는 소정의 강성을 가지면서, 방수성을 갖는 재료(예: 고무)를 포함하여, 구조체(140)를 제1 하우징(110)에 고정시킬 뿐만 아니라, 저장조(200)에서 발생되는 에어로졸 생성 물질의 누액을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 부재(141)는 저장조(200)의 마우스피스(160)를 향하는 영역을 차단함으로써, 에어로졸 생성 물질의 누액이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에 관한 카트리지(10)는 액체 전달 수단(300) 및/또는 무화기(400)를 제1 하우징(110)의 내부에 유지시키기 위한 제2 지지 부재(340)를 더 포함할 수 있다.
제2 지지 부재(340)는 제1 액체 전달 수단(310), 제2 액체 전달 수단(320) 및/또는 무화기(400)의 외주면의 적어도 일부를 감싸도록 배치되어 제1 액체 전달 수단(310), 제2 액체 전달 수단(320) 및/또는 무화기(400)를 수용할 수 있다. 제1 액체 전달 수단(310), 제2 액체 전달 수단(320) 및/또는 무화기(400)를 수용한 제2 지지 부재(340)는 제1 하우징(110)의 다른 영역에 결합될 수 있으며, 그 결과 제1 액체 전달 수단(310), 제2 액체 전달 수단(320) 및/또는 무화기(400)는 제1 하우징(110)의 다른 영역에 유지 또는 고정될 수 있다.
예를 들어, 제2 지지 부재(340)는 제1 하우징(110)의 제1 지지 부재(141)가 결합된 일 영역과 반대 방향에 위치한 다른 영역(예: 하단 영역)에 결합될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 지지 부재(340)와 제1 하우징(110)은 제2 지지 부재(340)의 적어도 일부가 제1 하우징(110)에 억지 끼워 맞춤되는 방식으로 결합될 수 있으나, 제1 하우징(110)과 제2 지지 부재(340)의 결합 방식이 상술한 예시에 한정되는 것은 아니다. 다른 예시에서, 제1 하우징(110)과 제2 지지 부재(340)는 스냅-핏 방식, 나사 결합 방식 또는 자력 결합 방식 중 적어도 하나의 방식으로 결합될 수도 있다.
제2 지지 부재(340)는 소정의 강성을 가지면서 방수성을 갖는 재료(예: 고무)를 포함하여, 액체 전달 수단(300) 및 무화기(400)를 제1 하우징(110)에 고정시킬 뿐만 아니라, 저장조(200)에서 발생되는 에어로졸 생성 물질의 누액을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제2 지지 부재(340)는 저장조(200)의 액체 전달 수단(300) 또는 무화기(400)와 인접한 영역을 차단함으로써, 에어로졸 생성 물질의 누액이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
사양 #1 #2 #3 #4 #5
중량
변화		 평가 전 9.458 (g) 9.545 (g) 9.384 (g) 9.371 (g) 9.420 (g)
평가 후 9.758 (g) 9.904 (g) 9.698 (g) 9.683 (g) 9.738 (g)
변화량 +0.300 (g) +0.359 (g) +0.314 (g) +0.312 (g) +0.318(g)
표 1은 일 실시예에 관한 카트리지(10)의 최초 무게(평가 전)와 카트리지(10)를 60 °C의 온도, 80%의 습도를 유지한 상태에서 96시간동안 보관한 후, 2시간동안 상온에 방치한 후에 측정한 카트리지(10)의 무게(평가 후)를 비교한 결과이다.
카트리지(10)에서 누액이 발생하는 경우, 에어로졸 생성 물질의 적어도 일부가 카트리지(10) 외부로 새어나가게 됨에 따라, 평가 후의 카트리지(10)의 무게가 평가 전의 카트리지(10)의 무게에 비해 줄어들게 된다.
반면, 일 실시예에 관한 카트리지(10)는 평가 전에 비해 평가 후의 무게가 평균 약 0.321 g만큼 증가하게 되며, 표 1의 결과를 통해 일 실시예에 관한 카트리지(10)에서는 누액이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
이 때, 표 1의 결과에서 평가 전에 비해 평가 후의 카트리지(10)의 무게가 증가하는 이유는 카트리지(10)가 상대적으로 높은 습도(80%의 습도)로 보관된 후, 상온에 방치되는 과정에서 형성되는 수분 때문일 수 있다.
즉, 일 실시예에 관한 카트리지(10)는 상술한 제1 지지 부재(141) 및/또는 제2 지지 부재(340)를 통해 저장조(200)에서 에어로졸 생성 물질의 누액이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 누액에 의한 카트리지(10)의 고장 또는 오작동을 최소화할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 관한 에어로졸 생성 장치를 구동하기 위한 구동 회로도이다.
도 5를 참조하면, 구동회로는 배터리(510), DC/DC 컨버터(511), 전력구동회로(512), 프로세서(550) 및 인덕터와 전력 스위치(513)를 포함한다.
DC/DC컨버터(511)는 배터리(510)의 배터리 전압을 제1 전압으로 부스팅한다. 배터리 전압은 3.4V 내지 4.2V의 범위에 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 배터리 전압은 3.8V 내지 6V의 범위에 포함될 수 있으며, 2.5V 내지 3.6V의 범위에 포함될 수도 있다. 제1 전압(V1)은 10V 내지 13V의 범위에 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 전압(V1)은 7V 내지 10.5V 사이의 범위에 포함될 수 있으며, 12V 내지 20V의 범위에 포함될 수도 있다. 일 예에서, 제1 전압은 배터리 전압의 적어도 3배 이상일 수 있다. 다만, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.
전력구동회로(512)는 프로세서(550)로부터 입력된 PWM제어 신호(PWM_P, PWM_N)를 기초로 전력 스위치(TR1 및 TR2)를 스위칭할 스위칭 전압(Vsw_p, Vsw_n)을 생성한다. 여기서, PWM제어 신호(PWM_P, PWM_N) 각각은 서로 상보적인 신호일 수 있다. 일정한 듀티 비 또는 주파수를 갖는 펄스 신호일 수 있다.
승압회로(513)는 제1 스위칭 전압(Vsw_p)과 제2 스위칭 전압(Vsw_n)에 따라 DC/DC컨버터(511)에서 출력된 제1 전압(V1)을 제2 전압(V2)으로 승압시켜 진동자(P)에 인가한다.
제1 스위칭 전압(VSW_P)이 제1 상태(예를 들어, 하이 또는 로우 상태)이고, 제2 스위칭 전압(VSW_N)이 제2 상태(예를 들어, 로우 또는 하이 상태)인 경우, 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2) 중 하나의 인덕터와 접지 사이의 전류 흐름이 허용됨에 따라, 상기 하나의 인덕터를 통해 흐르는 전류의 변화에 대응되는 에너지가 상기 하나의 인덕터에 저장되고, 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2) 중 다른 하나의 인덕터와 접지 사이의 전류 흐름이 차단됨에 따라, 상기 다른 하나의 인덕터에 저장되어 있던 에너지가 진동자로 전달될 수 있다.
제1 스위칭 전압(VSW_P)이 하이 상태인 경우, 제1 트랜지스터(TR1)의 소스 전극와 드레인 단자 사이의 전류 흐름이 허용될 수 있다. 이에 따라, 제1 인덕터(L1)와 접지 사이의 전류 흐름이 허용될 수 있다. 제1 인덕터(L1)는 진동자(P)와도 연결되어 있으나, 진동자(P)는 0이 아닌 부하 값(예를 들어, 커패시턴스)을 갖는데 반해, 접지의 저항은 0이거나 실질적으로 0에 가까우므로, 제1 인덕터(L1)를 통해 흐르는 전류(I1)는 실질적으로 모두 접지로 전달될 수 있다. 한편, 제1 인덕터(L1)를 통해 전류(I1)가 흐르므로, 제1 인덕터(L1)는 전류(I1)에 대응되는 에너지를 저장할 수 있다.
제2 스위칭 전압(VSW_N)이 로우 상태인 경우, 제2 트랜지스터(TR2)의 소스 전극와 드레인 단자 사이의 전류 흐름이 차단될 수 있다. 이에 따라, 제2 인덕터(L2)에 저장되어 있던 에너지가 진동자(P)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 진동자(P)를 통해 흐르는 전류(I)는 제2 인덕터(L2)를 통해 흐르는 전류(I2)에 대응될 수 있다.
제1 스위칭 전압(VSW_P)이 로우 상태이고, 제2 스위칭 전압(VSW_N)이 하이 상태인 경우의 제2 부스트 회로(320)의 등가 회로가 도시되어 있다.
제1 스위칭 전압(VSW_P)이 로우 상태인 경우, 제1 트랜지스터(TR1)의 소스 전극와 드레인 단자 사이의 전류 흐름이 차단될 수 있다. 이에 따라, 제1 인덕터(L1)에 저장되어 있던 에너지가 진동자(P)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 진동자(P)를 통해 흐르는 전류(I)는 제1 인덕터(L1)를 통해 흐르는 전류(I1)에 대응될 수 있다.
제2 스위칭 전압(VSW_N)이 하이 상태인 경우, 제2 트랜지스터(TR2)의 소스 전극와 드레인 단자 사이의 전류 흐름이 허용될 수 있다. 이에 따라, 제2 인덕터(L2)와 접지 사이의 전류 흐름이 허용될 수 있다. 제2 인덕터(L2)는 진동자(P)와도 연결되어 있으나, 진동자(P)는 0이 아닌 부하 값(예를 들어, 커패시턴스)을 갖는데 반해, 접지의 저항은 0이거나 실질적으로 0에 가까우므로, 제2 인덕터(L2)를 통해 흐르는 전류(I2)는 실질적으로 모두 접지로 전달될 수 있다. 한편, 제2 인덕터(L2)를 통해 전류(I2)가 흐르므로, 제2 인덕터(L2)는 전류(I2)에 대응되는 에너지를 저장할 수 있다.
한편, 제1 스위칭 전압(VSW_P) 및 제2 스위칭 전압(VSW_N) 각각은 PWM 신호에 대응되는 주파수를 갖고, 하이 상태 또는 로우 상태를 반복하는 전압 신호에 해당하는바, 스위칭 상태들이 빠르게 반복될 수 있다. 인덕터의 역기전력은 다음의 수학식 4와 같이, 인덕터의 인덕턴스 값(L) 및 시간에 따른 전류의 변화()에 비례할 수 있다.
[수학식 4]
따라서, 제1 전압(V1)이 높아져서 인덕터를 통해 흐르는 전류(I) 자체가 증가하거나, 스위칭 속도가 높을수록(다시 말해, PWM 신호의 주기가 짧을수록) 진동자에 높은 전압이 인가될 수 있다. 실시 예에서, 진동자(P)에 인가되는 교류 전압의 피크 투 피크 전압 값은 55V 내지 70V 범위에 해당할 수 있다. 이는 배터리 전압(예를 들어, 3.4V 내지 4.2V)의 최소 13.1배 내지 최대 20.6배 범위에 해당하는 값일 수 있다.
실시 예에서, 회로 내의 인덕터(L1 또는 L2)와 진동자의 공진주파수 또는 프로세서(550)로부터 제공된 PWM 신호의 주파수나 스위칭 전압 신호의 주파수를 고려하여, 진동자의 커패시턴스 값 또는 값의 범위를 결정할 수 있다. 진동자의 커패시턴스 값 또는 값의 범위를 결정하는 것은 상기 수학식 1을 참조하여 설명한 바와 같다.
다음 표 2는 다양한 샘플들에 대해, 진동자의 커패시턴스 값에 따라 무화성능을 비교한 결과이다. 여기서, D는 진동자의 직경, T는 두께, Zr은 임피던스, C는 커패시턴스, Fr은 공진주파수이다. 또한, 테스트 시, 인덕터의 인덕턴스 값과 시스템 주파수는 각각 4.7uH, 3MHz로 고정한 후, 아래와 같은 스펙으로 무화량 테스트를 한 결과이다. 샘플 2는 커패시턴스 값이 0.53 nF이고, 무화량이 1.5mg으로 무화성능이 떨어진 것을 확인하였고, 샘플 5는 커패시턴스 값이 1.240nF인 경우, 무화가 되지 않은 것을 확인하였다.
D(
Figure 112021123701517-pat00007
)		 T(mm) Zr(
Figure 112021123701517-pat00008
)		 C(nF) Fr(MHz) 무화량(액상감소량)
샘플 1 8 0.71 1.55 0.726 2.93 15mg
샘플 2 8 0.73 9.78 0.530 3.00 1.5mg
샘플 3 8 0.69 3.50 1.05 2.91 21.8mg
샘플 4 8 0.68 2.11 0.670 3.15 7.2mg
샘플 5 8 0.68 2.7 1.240 3.03 무화 X
샘플 6 8 0.68 6 0.690 3.02 8.6mg
따라서, 샘플 1, 3, 4, 6은 커패시턴스 값의 범위가 0,6nF 내지 1.1 nF에 있고, 비교적 우수한 무화성능을 나타내었다.
실시 예에서, 진동자의 커패시턴스 값 또는 값의 범위를 결정한 후, 진동자의 물성치를 조절함으로써 최적의 효율을 갖는 진동자를 설계할 수 있다.
다음 표 3은 커패시턴스 값을 기준으로 초음파 진동자의 물성치를 테스트한 결과 테이블이다. 여기서, 초기치는 무화량 테스트 전의 진동자의 물성치이고, 후기치는 20사이클(10퍼프/1사이클)테스트 후의 물성치이다.
최종특성변화값
항목 C(nF) Fa(MHz) Fr(MHz) Zr Qm
초기치 1.05 3.16 2.91 3.50 97.93
후기치 1.15 3.13 2.91 1.66 211.23
변화량 0.1 -0.03 0 -1.84 113.30
테스트 한 결과에 따라 커패시턴스 값을 기준으로 물성치를 결정한 경우, 초기치대비 진동자의 특성 변화가 적고, 무화량 저하가 없었으며, Qm의 증가한 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 진동자의 내구성이 양호한 것을 확인할 수 있다.
도 6 내지 도 9에 도시된 실시예에 관한 카트리지(10')는 도 2에 도시된 에어로졸 생성 장치(1000)의 카트리지(10)의 다른 실시예일 수 있으며, 이하에서 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 6 내지 9를 참조하면, 다른 실시예에 관한 카트리지(10')는 하우징(100'), 배출 통로(150'), 마우스피스(160'), 저장조(200'), 액체 전달 수단(300'), 무화기(400') 및 인쇄 회로 기판(500')을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 관한 카트리지(10')의 구성 요소들이 상술한 예시에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 어느 하나의 구성이 추가되거나, 어느 하나의 구성(예: 마우스피스(160))가 생략될 수도 있다.
하우징(100')은 카트리지(10')의 전체적인 외관을 형성하면서, 내부에 카트리지(10')의 구성 요소들이 배치될 수 있는 내부 공간을 형성할 수 있다. 도면 상에는 카트리지(10')의 하우징(100')이 전체적으로 사각 기둥 형상인 실시예에 대해서만 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예(미도시)에서, 하우징(100')은 전체적으로 원기둥 형상으로 형성되거나, 사각 기둥이 아닌 다른 다각형 기둥(예: 삼각 기둥, 오각 기둥) 형상으로 형성될 수도 있다.
다른 실시예에 따르면, 하우징(100')은 제1 하우징(110') 및 제1 하우징(110')의 일 영역에 연결되는 제2 하우징(120')을 포함할 수 있으며, 제1 하우징(110')과 제2 하우징(120')은 제1 하우징(110') 및 제2 하우징(120')의 결합에 의해 형성되는 내부 공간에 배치되는 카트리지(10')의 구성 요소들을 보호할 수 있다
예를 들어, 제1 하우징(110')(또는 '상부 하우징')이 제2 하우징(120')(또는 '하부 하우징')의 상단(예: z 방향)에 위치한 일 영역에 결합되어 제1 하우징(110')과 제2 하우징(120') 사이에는 카트리지(10')의 구성 요소들이 배치될 수 있는 내부 공간이 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 개시에서 '상단'은 도 6 내지 도 9의 'z' 방향을 의미하고, '하단'은 상단과 반대 방향을 향하는 도 6 내지 도 9의 '-z' 방향을 의미할 수 있으며, 해당 표현들은 이하에서도 동일한 의미로 사용될 수 있다.
마우스피스(160')는 사용자의 구강에 삽입되는 부분으로, 하우징(100')의 일 영역에 연결될 수 있다. 예를 들어, 마우스피스(160')는 제1 하우징(110')의 제2 하우징(120')과 연결되는 일 영역과 반대 방향에 위치한 다른 영역(예: 제1 하우징(110')의 상단 영역)에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 마우스피스(160')는 하우징(100')의 일 영역에 탈부착 가능하게 결합될 수 있으나, 실시예에 따라 마우스피스(160')는 하우징(100')과 일체로 형성될 수도 있다.
마우스피스(160')는 카트리지(10')의 내부에서 생성된 에어로졸을 카트리지(10')의 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 배출구(160e')를 포함할 수 있다. 사용자는 마우스피스(160')에 구강을 접촉하고, 마우스피스(160')의 배출구(160e')를 통해 외부로 배출되는 에어로졸을 공급받을 수 있다.
저장조(200')는 제1 하우징(110')의 내부 공간에 배치될 수 있으며, 저장조(200')의 내부에는 에어로졸 생성 물질이 저장될 수 있다. 예를 들어, 저장조(200')에는 액상의 에어로졸 생성 물질이 저장될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
액체 전달 수단(300')은 저장조(200')와 무화기(400')의 사이에 위치할 수 있으며, 저장조(200')에 저장된 에어로졸 생성 물질은 액체 전달 수단(300')을 통해 무화기(400')에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 액체 전달 수단(300')은 저장조(200')로부터 에어로졸 생성 물질을 공급받고, 공급받은 에어로졸 생성 물질을 무화기(400')로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 액체 전달 수단(300')은 저장조(200')에서 액체 전달 수단(300') 방향으로 이동하는 에어로졸 생성 물질을 흡수할 수 있으며, 흡수된 에어로졸 생성 물질은 액체 전달 수단(300')을 따라 이동하여 무화기(400')에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 액체 전달 수단(300')은 복수의 액체 전달 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체 전달 수단(300')은 제1 액체 전달 수단(310') 및 제2 액체 전달 수단(320')을 포함할 수 있다.
제1 액체 전달 수단(310')은 저장조(200')와 인접하게 배치되어 저장조(200')로부터 액상의 에어로졸 생성 물질을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 제1 액체 전달 수단(310')은 저장조(200')로부터 배출되는 에어로졸 생성 물질의 적어도 일부를 흡수함으로써, 저장조(200')로부터 에어로졸 생성 물질을 공급받을 수 있다.
예를 들어, 저장조(200')에 저장된 에어로졸 생성 물질은 저장조(200')의 제1 액체 전달 수단(310')을 향하는 일 영역에 형성되는 액상 공급홀(미도시)을 통해 저장조(200')의 외부로 배출될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 액체 전달 수단(320')은 제1 액체 전달 수단(310')과 무화기(400')의 사이에 위치하며, 제1 액체 전달 수단(310')에 공급된 에어로졸을 무화기(400')에 전달할 수 있다. 예를 들어, 제2 액체 전달 수단(320')은 제1 액체 전달 수단(310')의 하단(예: -z 방향)에 위치하여, 제1 액체 전달 수단(310')에 흡수된 에어로졸 생성 물질을 무화기(400')에 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 액체 전달 수단(320')의 일 영역은 제1 액체 전달 수단(310')의 -z 방향을 향하는 일 영역과 접촉하고, 제2 액체 전달 수단(320')의 다른 영역은 무화기(400')의 z 방향을 향하는 일 영역과 접촉할 수 있다.
즉, 무화기(400'), 제2 액체 전달 수단(320') 및 제1 액체 전달 수단(310')은 카트리지(10') 또는 하우징(100')의 길이 방향(예: z 방향)을 따라 순차적으로 배치될 수 있으며, 그 결과 무화기(400') 상에 제2 액체 전달 수단(320'), 제1 액체 전달 수단(310')이 순서대로 적층될 수 있다.
상술한 배치 구조를 통해 저장조(200')에서 제1 액체 전달 수단(310')으로 공급된 에어로졸 생성 물질의 적어도 일부는 제1 액체 전달 수단(310')과 접촉하는 제2 액체 전달 수단(320')으로 이동할 수 있다. 또한, 제2 액체 전달 수단(320')으로 이동한 에어로졸 생성 물질은 제2 액체 전달 수단(320')을 따라 이동하며 제2 액체 전달 수단(320')과 접촉한 무화기(400')에 도달할 수 있다.
도면 상에는 액체 전달 수단(300')의 2개의 액체 전달 수단을 포함한 실시예에 대해서만 도시되어 있으나, 실시예에 따라 액체 전달 수단(300')은 하나의 액체 전달 수단을 포함하거나, 3개 이상의 액체 전달 수단을 포함될 수도 있다.
무화기(400')는 액체 전달 수단(300')으로부터 공급되는 액상의 에어로졸 생성 물질을 무화시켜 에어로졸을 생성할 수 있다.
예를 들어, 무화기(400')는 초음파 진동을 발생시키는 진동자를 포함할 있다. 진동자에서 발생되는 초음파 진동의 주파수는 약 100kHz 내지 10MHz일 수 있으며, 바람직하게는 약 100kHz 내지 3.5MHz일 수 있다. 진동자가 상술한 주파수 대역의 초음파 진동을 발생함에 따라, 진동자는 카트리지(10') 또는 하우징(100')의 길이 방향(예: z 방향 또는 -z 방향)을 따라 진동할 수 있다. 그러나 실시예들은 진동자가 진동하는 방향에 의해 제한되지 않으며, 진동자가 진동하는 방향은 다양한 방향(예; z 및 -z 방향, x 및 -x 방향, y 및 -y 방향의 어느 하나 또는 이들 방향의 조합)으로 변경될 수 있다.
무화기(400')는 초음파 방식으로 에어로졸 생성 물질을 무화시킴으로써, 에어로졸 생성 물질을 가열하는 방식에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 에어로졸을 생성할 수 있다. 예를 들어, 히터를 이용하여 에어로졸 생성 물질을 가열하는 방식의 경우, 에어로졸 생성 물질이 의도치 않게 200 °C 이상의 온도로 가열되는 상황이 발생하게 되어 사용자가 에어로졸에서 탄맛을 느끼게 될 수 있다.
반면, 일 실시예에 관한 카트리지(10')는 초음파 방식으로 에어로졸 생성 물질을 무화시킴으로써, 히터로 가열할 때에 비해 낮은 온도인 약 100 °C 내지 160 °C의 온도 범위에서 에어로졸을 생성할 수 있다. 이에 따라, 카트리지(10')는 에어로졸에서 탄맛이 느껴지는 것을 최소화할 수 있어, 사용자의 흡연감을 향상시킬 수 있다.
무화기(400')는 인쇄 회로 기판(500')을 통해 외부 전원(예: 도 2의 본체(20)의 내부에 위치하는 배터리(510))와 전기적으로 연결될 수 있으며, 외부 전원으로부터 공급되는 전력에 의해 초음파 진동을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 무화기(400')는 카트리지(10')의 내부에 위치하는 인쇄 회로 기판(500')과 전기적으로 연결되고, 인쇄 회로 기판(500')은 카트리지(10')의 외부의 전원과 전기적으로 연결됨에 따라, 무화기(400')가 외부 전원으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무화기(400')는 제1 도전체(410') 및 제2 도전체(420')를 통해 인쇄 회로 기판(500')과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도전체(410')는 전기 전도성을 갖는 재료(예: 금속)를 포함하며, 무화기(400')의 상단에 위치하여 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')을 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들어, 제1 도전체(410')의 일 부분(예: 상단 부분)은 무화기(400')의 외주면의 적어도 일 영역을 감싸도록 배치되어 무화기(400')와 접촉하고, 제1 도전체(410')의 다른 부분(예: 하단 부분)은 일 부분에서 인쇄 회로 기판(500')을 향하는 방향으로 연장되도록 형성되어 인쇄 회로 기판(500')의 일 영역과 접촉할 수 있다. 제1 도전체(410')의 상술한 접촉 구조에 의해 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')은 전기적으로 연결될 수 있다.
일 예시에서, 제1 도전체(410')의 일 부분에는 개구(410h, opening)가 형성되어 무화기(400')의 적어도 일부는 제1 도전체(410')의 외부에 노출될 수 있다. 제1 도전체(410')의 개구(410h')를 통해 제1 도전체(410')의 외부에 노출되는 무화기(400')의 일 영역은 제2 액체 전달 수단(320')과 접촉하여 제2 액체 전달 수단(320')으로부터 에어로졸 생성 물질을 공급받을 수 있다.
일 실시예에서, 제2 도전체(420')는 전기 전도성을 갖는 재료를 포함하며, 무화기(400')의 하단 또는 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')의 사이에 위치하여 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')을 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 제2 도전체(420')는 일단이 무화기(400')의 하단 영역과 접촉하고, 타단은 인쇄 회로 기판(500')의 무화기(400')를 향하는 일 영역에 접촉함에 따라, 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')이 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 도전체(420')는 탄성을 갖는 도전성 재료를 포함하여, 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')을 전기적으로 연결하는 역할 뿐만 아니라, 무화기(400')를 탄성 지지하는 역할까지 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 도전체(420')는 도전체 스프링(conductive spring)을 포함할 수 있으나, 제2 도전체(420')가 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 관한 카트리지(10')는 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')의 사이에 위치하여 제2 도전체(420')를 지지하는 탄성 지지체(430')를 더 포함할 수 있다. 탄성 지지체(430')는 예를 들어, 플렉서블(flexible)한 특성을 갖는 재료를 포함하며, 제2 도전체(420')의 외주면을 감싸도록 배치되어 제2 도전체(420')를 탄성 지지할 수 있다. 다만, 카트리지(10')의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 탄성 지지체(430')가 생략될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 인쇄 회로 기판(500')은 제2 하우징(120')의 내부에 위치하며, 제1 도전체(410') 및 제2 도전체(420')를 통해 무화기(400')와 전기적으로 연결됨과 동시에 전기적 연결 부재(미도시)를 통해 외부 전원(예: 도 2의 배터리(510))와 전기적으로 연결될 수 있다.
전기적 연결 부재는 예를 들어, 포고 핀(Pogo Pin), 와이어(wire), 케이블, 연성 인쇄 회로 기판(FPCB: flexible printed circuit board) 및 C-클립 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 전기적 연결 부재가 상술한 예시들에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 제2 하우징(120')은 제2 하우징(120')의 내부와 카트리지(10')의 외부를 관통하는 복수의 관통 홀(121', 122', 123')을 포함할 수 있으며, 복수의 관통 홀 내에는 전기적 연결 부재가 배치되어 카트리지(10')의 내부에 위치하는 인쇄 회로 기판(500')과 카트리지(10')의 외부 전원을 전기적으로 연결할 수 있다.
인쇄 회로 기판(500')이 제1 도전체(410') 및 제2 도전체(420')에 의해 무화기(400')와 전기적으로 연결되고, 전기적 연결 부재에 의해 카트리지(10')의 외부 전원과 전기적으로 연결됨에 따라, 무화기(400')는 인쇄 회로 기판(500')을 매개로 외부 전원과 전기적으로 연결되어 외부 전원으로 전력을 공급받을 수 있다.
인쇄 회로 기판(500')의 적어도 일 영역에는 카트리지(10')의 작동 과정에서 발생되는 노이즈(또는 '잡음 신호')를 제거하기 위한 저항(R)이 실장될 수 있으며, 상술한 저항(R)은 노이즈를 제거함으로써 무화기(400')의 손상을 방지할 수 있다.
무화기(400')에서 발생되는 초음파 진동에 의해 무화된 에어로졸은 배출 통로(150')를 통해 카트리지(10')의 외부로 배출되어 사용자에게 공급될 수 있다. 예를 들어, 배출 통로(150')는 하우징(100')의 내부 공간과 마우스피스(160')의 배출구(160e')를 연결 또는 연통하도록 형성되어, 무화기(400')에 의해 생성된 에어로졸은 배출 통로(150')를 따라 유동한 후, 배출구(160e')를 통해 카트리지(10')의 외부로 배출될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배출 통로(150')는 하우징(100')의 내부 공간에 위치하며, 배출 통로(150')의 외주면의 적어도 일 영역은 저장조(200')에 의해 감싸지도록 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 관한 카트리지(10')는 저장조(200')로부터 발생된 누액(leakage)이 배출 통로(150')의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 밀봉 수단(130')을 더 포함할 수 있다.
배출 통로(150')의 외주면이 저장조(200')에 의해 감싸지도록 배치됨에 따라, 저장조(200')로부터 발생되는 누액이 배출 통로(150')에 유입되어 사용자의 흡연감을 저하시키는 경우가 발생할 수 있다.
반면, 일 실시예에 관한 카트리지(10')는 밀봉 수단(130')을 통해 저장조(200')로부터 발생되는 누액이 배출 통로(150')의 내부로 유입되는 것을 차단함으로써, 사용자의 흡연감 저하를 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 밀봉 수단(130')은 배출 통로(150')의 내부에 위치하여 배출 통로(150')의 내부에 누액이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 밀봉 수단(130')은 배출 통로(150')에 끼워 맞춤되어 배출 통로(150')의 내측벽에 밀착할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 밀봉 수단(130')은 내부가 빈 중공 형상으로 형성되어, 저장조(200')로부터 발생되는 누액이 배출 통로(150') 내로 유입되는 것을 방지하면서, 무화기(400')로부터 생성된 에어로졸의 유동을 방해하지 않을 수 있다.
다른 실시예에서, 밀봉 수단(130')은 탄성을 갖는 재료(예: 고무(rubber))를 포함하여 무화기(400')에서 발생되는 초음파 진동을 흡수할 수 있으며, 그 결과 무화기(400')에서 발생된 초음파 진동이 카트리지(10')의 하우징(100')을 거쳐 사용자에게 전달되는 것을 최소화할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 밀봉 수단(130')은 액체 전달 수단(300')의 상단에 위치하여 액체 전달 수단(300')을 무화기(400')를 향하는 방향으로 가압함으로써, 액체 전달 수단(300')과 무화기(400')의 접촉을 유지할 수 있다. 예를 들어, 밀봉 수단(130)은 제1 액체 전달 수단(310') 및/또는 제2 액체 전달 수단(320')을 -z 방향으로 가압함으로써, 제2 액체 전달 수단(320')과 무화기(400')의 사이의 접촉을 유지할 수 있다.
일 실시예에 관한 카트리지(10')는 무화기(400')로부터 튀어 오르는 액적(droplet)이 사용자에게 공급되는 것을 방지하기 위한 구조체(140') 및 구조체(140')를 고정 또는 지지(support)하는 제1 지지 수단(141')을 더 포함할 수 있다.
에어로졸 생성 물질이 무화기(400')에서 발생되는 초음파 진동에 의해 무화되는 과정에서 일부 에어로졸 생성 물질은 미처 무화되지 못하여 액적이 생성될 수 있으며, 생성된 액적은 무화기(400')에서 발생되는 초음파 진동에 의해 튀어 올라 배출구(160e')를 통해 카트리지(10')의 외부로 배출되는 경우가 발생할 수 있다.
구조체(140')는 배출 통로(150')와 인접한 위치에 배치되어 튀어 오른 액적이 마우스피스(160')의 배출구(160e')를 향하는 방향으로 이동 또는 유동하는 것을 제한할 수 있다.
예를 들어, 구조체(140')는 액적을 흡수할 수 있는 재료(예: 펠트(felt) 소재)를 포함하여, 무화기(400')로부터 튀어 오르는 액적을 흡수함으로써, 액적의 배출구(160e')를 향하는 이동 또는 유동하는 것을 제한할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
무화기(400')로부터 튀어 오르는 액적이 배출구(160e')를 통해 카트리지(10')의 외부로 배출되어 사용자에게 전달되는 경우, 사용자가 불쾌감을 느끼게 되어 전체적인 흡연감이 저하될 수 있다.
반면, 일 실시예에 관한 카트리지(10')는 상술한 구조체(140')를 통해 무화되지 않고 무화기(400')로부터 튀어 오르는 액적이 배출구(160e')를 향하는 방향으로 이동하는 것을 제한함으로써, 액튐에 의한 사용자의 흡연감 저하를 줄일 수 있다. 본 개시에서 "액튐"은 무화기(400')에서 미처 무화되지 않은 액적이 튀어 오르는 것을 의미할 수 있으며, 해당 표현은 이하에서도 동일한 의미로 사용될 수 있다.
제1 지지 수단(141')은 구조체(140')의 적어도 일 영역을 수용하고, 수용된 구조체(140')를 제1 하우징(110')의 일 영역에 유지 또는 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 수단(141')은 구조체(140')를 제1 하우징(110')의 마우스피스(160')와 인접한 일 영역(예: 상단 영역)에 유지 또는 고정시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 제1 지지 수단(141')은 구조체(140')의 적어도 일 영역을 감싸도록 배치되어 구조체(140')를 수용할 수 있으며, 구조체(140')를 수용한 제1 지지 수단(141')이 제1 하우징(110')의 일 영역(예: z 방향의 영역)에 결합됨에 따라 구조체(140')가 제1 하우징(110')의 일 영역에 고정될 수 있다.
구조체(140')를 수용한 제1 지지 수단(141')과 제1 하우징(110')은 제1 지지 수단(141')의 적어도 일부가 제1 하우징(110')에 억지 끼워 맞춤되는 방식으로 결합될 수 있으나, 제1 하우징(110')과 제1 지지 수단(141')의 결합 방식이 상술한 예시에 한정되는 것은 아니다. 다른 예시에서, 제1 하우징(110')과 제1 지지 수단(141')은 스냅-핏 방식, 나사 결합 방식 또는 자력 결합 방식 중 적어도 하나의 방식으로 결합될 수도 있다.
제1 지지 수단(141')은 소정의 강성을 가지면서, 방수성을 갖는 재료(예: 고무)를 포함하여, 구조체(140')를 제1 하우징(110')에 고정시킬 뿐만 아니라, 저장조(200')에서 발생되는 에어로졸 생성 물질의 누액을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제1 지지 수단(141')은 저장조(200')의 마우스피스(160')를 향하는 영역을 차단함으로써, 에어로졸 생성 물질의 누액이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에 관한 카트리지(10')는 액체 전달 수단(300') 및/또는 무화기(400')를 제1 하우징(110')의 내부에 유지시키기 위한 제2 지지 수단(330')을 더 포함할 수 있다.
제2 지지 수단(330')은 제1 액체 전달 수단(310'), 제2 액체 전달 수단(320') 및/또는 무화기(400')의 외주면의 적어도 일부를 감싸도록 배치되어 제1 액체 전달 수단(310'), 제2 액체 전달 수단(320') 및/또는 무화기(400')를 수용할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 지지 수단(330')은 제1 하우징(110')의 일 영역과 반대 방향에 위치한 다른 영역(예: -z 방향의 영역)에 결합될 수 있으며, 그 결과 제1 액체 전달 수단(310'), 제2 액체 전달 수단(320') 및/또는 무화기(400')는 제1 하우징(110')의 다른 영역에 유지 또는 고정될 수 있다.
제2 지지 수단(330')은 적어도 일부 영역이 제1 하우징(110')에 억지 끼워 맞춤되는 방식으로 제1 하우징(110')에 결합될 수 있으나, 제1 하우징(110')과 제2 지지 수단(330')의 결합 방식이 상술한 예시에 한정되는 것은 아니다. 다른 예시에서, 제1 하우징(110')과 제2 지지 수단(330')은 스냅-핏 방식, 나사 결합 방식 또는 자력 결합 방식 중 적어도 하나의 방식으로 결합될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 지지 수단(330')은 소정의 강성을 가지면서 방수성을 갖는 재료(예: 고무)를 포함하여, 액체 전달 수단(300') 및 무화기(400')를 제1 하우징(110')에 고정시킬 뿐만 아니라, 저장조(200')에서 발생되는 에어로졸 생성 물질의 누액을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제2 지지 수단(330')은 저장조(200')의 액체 전달 수단(300') 또는 무화기(400')와 인접한 영역을 차단함으로써, 에어로졸 생성 물질의 누액이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 도 10 및 11을 참조하여, 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')의 전기적 연결 구조 및 인쇄 회로 기판(500')에 실장된 저항(R)과 무화기(400')의 전기적 연결 관계에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 10은 일 실시예에 관한 카트리지의 진동자와 인쇄 회로 기판의 전기적 연결 관계를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 카트리지의 진동자와 인쇄 회로 기판의 전기적 연결 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10 및 11을 참조하면, 일 실시예에 관한 카트리지(예: 도 6 내지 도 9의 카트리지(10'))는 무화기(400'), 인쇄 회로 기판(500') 및 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')을 전기적으로 연결하기 위한 제1 도전체(410') 와 제2 도전체(420')를 포함할 수 있다.
인쇄 회로 기판(500')은 무화기(400')를 향하는 방향으로 배치되는 제1 면 및 제1 면과 반대 방향에 배치되는 제2 면을 포함할 수 있으며, 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면과 제2 면에는 인쇄 회로 기판(500')을 무화기(400') 및/또는 외부 전원(예: 도 2의 배터리(510))과 전기적으로 연결하기 위한 복수의 전기적 접점(electrical contact)들이 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면에는 제1 전기적 접점(501') 및 제1 전기적 접점(501')과 이격되어 배치되는 제2 전기적 접점(502')이 배치될 수 있다.
제1 도전체(410')의 일 부분(또는 '상단 부분')은 무화기(400')의 외주면의 적어도 일 영역을 감싸도록 배치되어 무화기(400')와 접촉하고, 제1 도전체(410')의 다른 부분('하단 부분')은 인쇄 회로 기판(500')의 제1 전기적 접점(501')과 접촉할 수 있다. 제1 도전체(410')의 상술한 배치 구조에 의해 무화기(400')와 제1 전기적 접점(501')은 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 도전체(420')는 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')의 사이에 위치하며, 제2 도전체(420')의 일단(예: z 방향의 일단)은 무화기(400')의 인쇄 회로 기판(500')을 향하는 일 영역에 접촉하고, 제2 도전체(420')의 타단(예: -z 방향의 일단)은 인쇄 회로 기판(500')의 제2 전기적 접점(502')에 접촉할 수 있다. 제2 도전체(420')의 상술한 배치 구조에 의해 무화기(400')와 제2 전기적 접점(502')은 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무화기(400')는 무화기(400')의 인쇄 회로 기판(500')과 반대 방향을 향하는 일 영역에 배치되는 제1 전극(401')(또는 '상부 전극') 및 무화기(400')의 인쇄 회로 기판(500')을 향하는 영역에 배치되는 제2 전극(402')(또는 '하부 전극')을 포함할 수 있다.
제1 전극(401') 및/또는 제2 전극(402')은 전기 전도성이 높은 재료를 포함하여, 무화기(400')와 제1 도전체(410') 및/또는 제2 도전체(420')를 전기적으로 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 제1 전극(401') 및/또는 제2 전극(402')은 예를 들어, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 철(Fe), 백금(Pt) 및 납(Pb) 중 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도면 상에서는 제1 전극(401')은 무화기(400')의 가장자리를 따라 배치되고, 제2 전극(402')은 무화기(400')의 인쇄 회로 기판(500')을 향하는 영역의 중앙에 배치되는 실시예에 대해서만 도시되어 있으나, 제1 전극(401') 및/또는 제2 전극(402')의 배치 구조가 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 제1 전극(401')은 무화기(400')의 가장자리의 일부에만 배치되거나, 제2 전극(402')이 무화기(400')의 중앙에서 벗어난 영역에 배치될 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 도전체(410')의 일 부분은 무화기(400')의 외주면을 감싸도록 배치되어 무화기(400')의 일 영역에 배치된 제1 전극(401')과 접촉하고, 제1 도전체(410')의 다른 부분은 인쇄 회로 기판(500')의 제1 전기적 접점(501')과 접촉함으로써, 무화기(400')와 제1 전기적 접점(501')이 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 도전체(420')의 일단은 무화기(400')의 제2 전극(402')에 접촉하고, 제2 도전체(420')의 타단은 인쇄 회로 기판(500')의 제2 전기적 접점(502')과 접촉함으로써, 무화기(400')와 제2 전기적 접점(502')이 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 일 실시예에 관한 카트리지(10')는 무화기(400')의 제1 전극(401')과 인쇄 회로 기판(500')의 제1 전기적 접점(501')과 접촉하는 제1 도전체(410') 및 무화기(400')의 제2 전극(402')와 인쇄 회로 기판(500')의 제2 전기적 접점(502')과 접촉하는 제2 도전체(420')를 통해 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')을 전기적으로 연결할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면과 반대 방향에 위치하는 제2 면에는 제3 전기적 접점(501-1') 및 제4 전기적 접점(502-1')이 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 제3 전기적 접점(501-1')은 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면에 배치되는 제1 전기적 접점(501')과 대응되는 위치에 배치되며, 제1 전기적 비아(V1)를 통해 제1 전기적 접점(501')과 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 제3 전기적 접점(501-1')은 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면 상에서 봤을 때, 제1 전기적 접점(501')과 중첩되는 위치에 배치될 수 있으며, 제1 전기적 접점(501')과 제3 전기적 접점(501-1')의 사이에는 제1 도전성 비아(V1)가 위치하여 제1 전기적 접점(501)과 제3 전기적 접점(501-1')을 연결할 수 있다.
제1 도전성 비아(V1)는 예를 들어, 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면과 제2 면을 관통하도록 배치되어 제1 전기적 접점(501')과 제3 전기적 접점(501-1')을 전기적으로 연결할 수 있다.
다른 실시예에서, 제4 전기적 접점(502-1')은 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면에 배치되는 제2 전기적 접점(502')과 대응되는 위치에 배치되며, 제2 전기적 비아(V2)를 통해 제2 전기적 접점(502')과 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 제4 전기적 접점(502-1')은 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면 상에서 봤을 때, 제2 전기적 접점(502')과 중첩되는 위치에 배치될 수 있으며, 제2 전기적 접점(502')과 제4 전기적 접점(502-1')의 사이에는 제2 도전성 비아(V2)가 위치하여 제2 전기적 접점(502')과 제4 전기적 접점(502-1')을 연결할 수 있다.
제2 도전성 비아(V2)는 예를 들어, 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면과 제2 면을 관통하도록 배치되어 제2 전기적 접점(502')과 제4 전기적 접점(502-1')을 전기적으로 연결할 수 있다.
제3 전기적 접점(501-1')은 제2 하우징(예: 도 8의 제2 하우징(120'))의 제1 관통 홀(예: 도 8의 제1 관통 홀(121'))과 대응되는 위치에 배치되어, 제1 관통 홀 내에 배치되는 전기적 연결 부재를 통해 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제3 전기적 접점(501-1')은 제1 관통 홀에 배치되는 전기적 연결 부재를 통해 본체(예: 도 2의 본체(20))의 배터리(예: 도 2의 배터리(510))와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제4 전기적 접점(502-1')은 제2 하우징의 제2 관통 홀(예: 도 8의 제2 관통 홀(122'))과 대응되는 위치에 배치되어, 제2 관통 홀 내에 배치되는 전기적 연결 부재를 통해 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제4 전기적 접점(502-1')은 제2 관통 홀 내에 배치되는 전기적 연결 부재를 통해 본체의 배터리와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 관한 카트리지(10')의 인쇄 회로 기판(500')은 제1 면에는 제1 전기적 접점(501')과 제2 전기적 접점(502')이 배치되고, 제2 면에는 제1 전기적 접점(501') 및 제2 전기적 접점(502')과 각각 전기적으로 연결되는 제3 전기적 접점(501-1')과 제4 전기적 접점(502-1')이 배치됨에 따라, 무화기(400')와 외부 전원(예: 본체의 배터리)을 전기적으로 연결하는 매개체로 동작할 수 있다.
인쇄 회로 기판(500')의 제1 전기적 접점(501')과 제2 전기적 접점(502')이 무화기(400')와 전기적으로 연결되고, 제3 전기적 접점(501-1')과 제4 전기적 접점(502-1')이 본체의 배터리와 전기적으로 연결됨에 따라, 무화기(400')와 외부 전원 사이의 전기적 회로가 형성될 수 있다.
무화기(400')와 외부 전원의 사이에 형성되는 전기적 회로를 통해 무화기(400')는 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 에어로졸 생성 물질을 에어로졸로 무화시킬 수 있다. 예를 들어, 외부 전원으로부터 공급되는 전력은 카트리지의 내부에 배치되는 인쇄 회로 기판(500')을 거쳐 무화기(400')로 전달될 수 있으며, 무화기(400)는 공급받은 전력을 통해 초음파 진동을 발생시켜 에어로졸을 발생시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 인쇄 회로 기판(500')은 제1 면에 배치되는 제5 전기적 접점(503') 및 제5 전기적 접점(503')과 대응되는 제2 면의 일 영역에 배치되는 제6 전기적 접점(503-1')을 더 포함할 수 있다.
제5 전기적 접점(503')은 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면에서 봤을 때, 제6 전기적 접점(503-1')과 대응 또는 중첩되는 위치에 배치될 수 있으며, 제5 전기적 접점(503')과 제6 전기적 접점(503-1')의 사이에는 제3 도전성 비아(V3)가 배치되어 제5 전기적 접점(503')과 제6 전기적 접점(503-1')이 전기적으로 연결될 수 있다.
일 예시에서, 제5 전기적 접점(503')은 제1 도전체(410')의 일 영역과 접촉함에 따라, 무화기(400')와 제5 전기적 접점(503')이 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 예시에서, 제6 전기적 접점(503-1')은 제2 하우징의 제2 관통 홀(예: 도 8의 제 제3 관통 홀(123'))과 대응되는 위치에 배치되어, 제3 관통 홀 내에 배치되는 전기적 연결 부재를 통해 외부 전원(예: 본체의 배터리)과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 관한 카트리지는 인쇄 회로 기판(500')의 제1 면에 제1 도전체(410')와 전기적으로 연결되는 2개의 전기적 접점(제1 전기적 접점(501'), 제5 전기적 접점(503'))을 배치함으로써, 제1 도전체(410')가 2개의 전기적 접점 중 어느 하나의 접점에만 접촉하더라도 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')이 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.
제1 도전체(410')가 제1 전기적 접점(501')과 제5 전기적 접점(503') 중 어느 하나의 전기적 접점과만 접촉하더라도 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')이 전기적으로 연결될 수 있으므로, 인쇄 회로 기판(500')의 배치 방향에 관계없이 무화기(400')와 인쇄 회로 기판(500')의 전기적 연결 관계가 유지될 수 있다.
제1 전기적 접점(501') 내지 제6 전기적 접점(503-1')은 예를 들어, 인쇄 회로 기판(500')에 실장되는 도전성 패드 또는 솔더링 패드일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
인쇄 회로 기판(500')의 일 영역에는 외부 전원에서 무화기(400')로 전력이 공급되는 과정 또는 인쇄 회로 기판(500')의 회로에서 발생되는 노이즈(noise)를 제거 또는 필터링하기 위한 저항(R)이 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 저항(R)은 인쇄 회로 기판(500')의 일 영역에 실장되어(mounted) 에어로졸 생성 장치의 작동 시(또는 "전원 on")에 발생되는 노이즈를 제거하여 무화기(400')에 안정적인 전압이 인가되도록 할 수 있다.
무화기(400')에 전력 공급이 시작되는 시점 또는 전력 공급이 진행되는 과정에서 무화기(400')와 외부 전원의 사이의 전기적 회로에서는 의도치 않은 노이즈가 발생할 수 있다. 예를 들어, 무화기(400')에 공급되는 전압 신호에 노이즈가 발생하여 무화기(400')에는 지정된 값보다 높은 전압이 인가될 수 있으며, 이에 따라 무화기(400')의 온도가 급격하게 상승(예: 퀴리 온도 이상으로 상승)하여 무화기(400')가 손상되는 경우가 발생할 수 있다.
반면, 일 실시예에 관한 카트리지는 인쇄 회로 기판(500')에 실장되는 저항(R)을 통해 무화기(400')에 무화기(400')와 외부 전원의 사이에 형성되는 전기적 회로에서 발생되는 노이즈를 제거 또는 필터링함 수 있으며, 그 결과 카트리지 또는 에어로졸 생성 장치를 안정적으로 작동시킬 수 있다.
일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
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 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 카트리지 20: 본체
100: 하우징 110: 제1 하우징
120: 제2 하우징 130: 공기 유입 통로
130i: 공기 유입구 131: 제1 공기 유입 통로
131i: 제1 공기 유입구 132: 제2 공기 유입 통로
132i: 제2 공기 유입구 140: 구조체
141: 제1 지지 부재 150: 배출 통로
151: 제1 배출 통로 152: 제2 배출 통로
160: 마우스피스 160e: 배출구
200: 저장조 210: 연결 통로
300: 액체 전달 수단 310: 제1 액체 전달 수단
320: 제2 액체 전달 수단 330: 진동 전달 수단
340: 제2 지지 부재 400: 무화기
510: 배터리 520: 센서
530: 사용자 인터페이스 540: 메모리
550: 프로세서 1000: 에어로졸 생성 장치

Claims (12)

  1. 에어로졸 생성 물질이 저장되는 저장부;
    상기 저장부에 저장된 에어로졸 생성 물질을 흡수하는 액체 전달 수단; 및
    초음파 진동을 발생시켜 상기 액체 전달 수단에 흡수된 에어로졸 생성 물질을 에어로졸로 무화시키는 무화기(atomizer)를 포함하고,
    상기 무화기는 진동자를 포함하고, 상기 진동자는 0.6nF 내지 1.1nF의 커패시턴스(capacitance) 값을 갖고,
    상기 진동자의 커패시턴스 값의 범위 내에서, 상기 진동자의 물성치(property)가 결정되는, 에어로졸 생성 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동자의 물성치는,
    압전상수, 전기-기계 결합계수, 품질계수, 쿼리온도 및 첨가물 중 적어도 하나를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 첨가물은,
    코발트(Co), 안티모니(Sb) 및 나이오비듐(Nb) 중 적어도 하나를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동자의 두께는,
    0.69mm 내지 0.71 mm 인, 에어로졸 생성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동자의 지름은,
    7mm 내지 9mm인, 에어로졸 생성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동자는,
    PZT(Lead zirconate titanate)인, 에어로졸 생성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 전달 수단은,
    상기 저장부와 인접하게 배치되고, 상기 저장부로부터 에어로졸 생성 물질을 공급 받는 제1 액체 전달 수단; 및
    상기 제1 액체 전달 수단과 상기 무화기의 사이에 위치하며, 상기 제1 액체 전달 수단으로 공급된 에어로졸 생성 물질을 상기 무화기로 전달하는 제2 액체 전달 수단을 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    무화된 에어로졸이 외부로 배출되기 위한 배출구를 포함하는 마우스피스; 및
    상기 무화기와 상기 배출구를 연결하는 배출 통로를 더 포함하고,
    상기 무화기에 의해 무화된 에어로졸은 상기 배출 통로를 따라 상기 배출구를 향하는 방향으로 이동하는, 에어로졸 생성 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 액체 전달 수단은 상기 무화기로부터 튀어 오르는 액적(droplet)의 상기 배출 통로를 향하는 이동을 제한하는, 에어로졸 생성 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    배터리 전압을 공급하는 배터리; 및
    상기 배터리 전압을 변환하여 상기 진동자에 교류 전압을 공급하는 전력변환회로를 더 포함하고,
    상기 전력변환회로의 인덕터의 인덕턴스값 및 공진주파수에 따라 상기 진동자의 커패시턴스값이 결정되는, 에어로졸 생성 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전력변환회로를 제어하는 프로세서를 더 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
KR1020210144964A 2021-08-20 2021-10-27 에어로졸 생성 장치 KR102639731B1 (ko)

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