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KR102840617B1 - 가열식 에어로졸 생성 장치 및 방법 - Google Patents

가열식 에어로졸 생성 장치 및 방법

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Publication number
KR102840617B1
KR102840617B1 KR1020227033706A KR20227033706A KR102840617B1 KR 102840617 B1 KR102840617 B1 KR 102840617B1 KR 1020227033706 A KR1020227033706 A KR 1020227033706A KR 20227033706 A KR20227033706 A KR 20227033706A KR 102840617 B1 KR102840617 B1 KR 102840617B1
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KR
South Korea
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temperature
heating element
terminal
switch tube
aerosol generating
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Application number
KR1020227033706A
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KR20220157982A (ko
Inventor
창허 후
싱푸 장
헝헝 더우
야페이 리
Original Assignee
센젠 메리트 테크놀로지 씨오., 엘티디
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Filing date
Publication date
Application filed by 센젠 메리트 테크놀로지 씨오., 엘티디 filed Critical 센젠 메리트 테크놀로지 씨오., 엘티디
Publication of KR20220157982A publication Critical patent/KR20220157982A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102840617B1 publication Critical patent/KR102840617B1/ko
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Abstract

본 발명의 가열식 에어로졸 생성 장치 및 방법에 있어서, 가열식 에어로졸 생성 방법은, 제1 단계, 발열 소자(2)의 에너지 공급을 제어함으로써, 발열 소자(2)의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 상승시키는 단계(S10); 제2 단계, 발열 소자(2)의 에너지 공급을 제어함으로써, 발열 소자(2)의 온도를 제1 온도에서 제2 온도로 하강시키고, 여기에서 제2 온도가 제1 온도보다 작은 단계(S20); 제3 단계, 발열 소자(2)의 에너지 공급을 제어함으로써, 발열 소자(2)의 온도가 제2 온도에서 안정적인 단계(S30)를 포함한다.

Description

가열식 에어로졸 생성 장치 및 방법
본 발명은 전자 담배에 관련된 것으로, 구체적으로 가열식 에어로졸 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
저온 담배 장치에서, 에어로졸 생성 장치는 시간이 흐름에 따라 변화되지 않는 에어로졸을 원하여, 특히 인간이 소비하기 위한 에어로졸일 경우, 연속적이거나 반복적으로 가열되는 과정에서, 가열 온도의 변동 폭이 니코틴 및 일부 상황에서의 향료를 지닌 에어로졸 형성물의 변화에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 시간이 흘러도 변하지 않는 특성이 일관적인 에어로졸 전달을 제공할 수 없다.
본 발명에서 해결해야 될 기술 문제는, 종래 기술이 지닌 시간이 흘러도 변하지 않는 특성이 일관적인 에어로졸을 전달하지 못하는 문제점이다.
본 발명이 이러한 기술 문제를 해결하기 위해 채택한 기술 방안은 다음과 같다. 본 발명에서 제공하는 가열식 에어로졸 생성 방법에 있어서,
제1 단계, 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 상승시키는 단계;
제2 단계, 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도를 제1 온도에서 제2 온도로 하강시키고, 여기에서 상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다 작은 단계;
제3 단계, 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 상기 제2 온도에서 안정적인 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 단계에서, 상기 발열 소자의 온도는 시간의 흐름에 따라 곡선 형태로 상승되고;
상기 제2 단계에서, 상기 발열 소자의 온도가 곡선 형태로 하강되고;
상기 제3 단계에서, 상기 발열 소자의 온도는 직선 형태로 안정적이다.
바람직하게는,
상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계에서 소정의 허용 온도 범위 내에서 유지되는 것을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 허용 온도의 범위가 450℃ 내지 500℃ 사이의 상한선 및 250℃ 내지 300℃ 사이의 하한선을 구비한다.
바람직하게는, 상기 제1 온도가 300℃ 내지 450℃ 사이에 있다.
상기 제2 온도가 300℃ 내지 400℃ 사이이다.
바람직하게는, 상기 제1 단계의 시간이 20초 미만이고;
상기 제2 단계의 시간이 20초 이상이고;
상기 제3 단계의 시간이 200초 내지 600초이다.
바람직하게는, 상기 제2 단계, 상기 제3 단계에서, 하기 방식을 통해 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 상기 제2 온도까지 도달한다.
상기 발열 소자의 온도를 측정하여 온도 검출 값을 얻을 수 있고;
상기 온도 검출 값과 상기 제2 온도를 PID 계산하여 제1 가열 제어 정보를 획득할 수 있고;
상기 발열 소자를 제어하는 상기 제1 가열 제어 정보에 따라 주기적으로 가열되거나;
또는,
상기 발열 소자의 저항 값을 측정하여 저항 검출 값을 얻을 수 있고;
상기 저항 검출 값과 상기 목표 저항 값을 PID 계산함으로써, 제2 가열 제어 정보를 획득하고, 여기에서, 상기 목표 저항 값이 상기 제2 온도에 의해 확정되고;
상기 발열 소자를 제어하는 상기 제2 가열 제어 정보에 따라 주기적으로 가열된다.
바람직하게는, 상기 발열 소자의 온도를 검출하여 온도 검출 값을 얻을 수 있는 것은,
상기 발열 소자의 가열 주기의 정지 시간대 내에서 상기 발열 소자의 저항 값을 측정하여 저항 검출 값을 얻고;
상기 저항 검출 값에 따라 상기 발열 소자의 온도 검출 값이 확정되는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 저항 검출 값에 따라 상기 발열 소자의 온도 검출 값이 확정된 후,
상기 발열 소자의 냉열기 상태에 따라 상기 온도 검출 값에 대한 보상 처리를 수행하는 것을 더 포함한다.
바람직하게는,
환경 온도에 따라 상기 제2 온도에 대한 보상 처리를 수행하는 것을 더 포함한다.
바람직하게는,
상기 온도 검출 값 또는 상기 저항 검출 값이 소정의 범위 내에 있는지 판단하고;
소정의 범위 내에 있지 않을 경우, 상기 발열 소자가 가열을 중지하도록 제어하는 것을 더 포함한다.
바람직하게는,
소정의 시간대 내에서 상기 발열 소자의 에너지 공급이 소정의 에너지 값을 초과하였는 지 판단하고;
소정의 에너지 값을 초과한 경우, 상기 발열 소자가 가열을 중지하도록 제어하는 것을 더 포함한다.
바람직하게는,
제4 단계에서 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 제2 온도에서 점차 하강하는 것을 더 포함한다.
본 발명에서 가열식 에어로졸 생성 장치를 더 제공하고, 발열 소자, 상기 발열 소자에 에너지를 공급시키는 전원을 포함하고, 이는
제1 단계에서, 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 상승시키고; 제2 단계에서, 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도를 제1 온도에서 제2 온도로 하강시키고, 여기에서 상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다 작고; 제3 단계에서 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 상기 제2 온도에서 안정적인 제어 회로를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어 회로는,
상기 발열 소자의 온도 및 저항 값을 검출하여 온도 및 저항 검출 값을 얻을 수 있는 검출 모듈;
상기 온도 및 저항 검출 값과 상기 제2 온도 및 목표 저항 값을 PID 계산함으로써, 가열 제어 정보를 획득하고, 상기 발열 소자를 제어하는 상기 제2 가열 제어 정보에 따라 주기적으로 가열되고; 여기에서, 상기 목표 저항 값이 상기 제2 온도에 의해 확정되는 마이크로프로세서를 포함한다.
바람직하게는, 상기 검출 모듈은 제1 스위치관, 제2 스위치관, 제3 스위치관, 표준 저항을 포함하고, 여기에서, 상기 제1 스위치관의 제1단과 상기 제2 스위치관의 제1단이 각각 상기 전원의 플러스 단에 연결되고, 상기 제1 스위치관의 제2단이 상기 표준 저항의 제1단에 연결되고, 상기 표준 저항의 제2단 및 상기 제2 스위치관의 제2단이 각각 상기 발열 소자의 제1단에 연결되고, 상기 발열 소자의 제2단이 상기 제3 스위치관의 제1단에 연결되고, 상기 제3 스위치관의 제2단이 접지되고, 상기 마이크로프로세서의 제1 입력단이 상기 제1 스위치관의 제2단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제2 입력단이 상기 표준 저항의 제2단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제3 입력단이 상기 발열 소자의 제2단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제1 출력단이 상기 제1 스위치관의 제어단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제2 출력단이 상기 제2 스위치관의 제어단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제3 출력단이 상기 제3 스위치관의 제어단에 연결된다.
바람직하게는, 상기 제1 스위치관이 NPN형 트랜지스터이고, 상기 제1 스위치관의 제1단이 컬렉터(collector)이며, 상기 제1 스위치관의 제2단이 이미터 전극(emitter electrode)이고, 상기 제1 스위치관의 제어단이 베이스(base)이고;
상기 제2 스위치관이 P형 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)이고, 상기 제2 스위치관의 제1단이 소스 전극이고, 상기 제2 스위치관의 제2단이 드레인(drain) 전극이고, 상기 제2 스위치관의 제어단이 그리드(grid) 전극이고;
상기 제3 스위치관이 N형 전계 효과 트랜지스터이고, 상기 제3 스위치관의 제1단이 드레인 전극이며, 상기 제3 스위치관의 제2단이 소스 전극이고, 상기 제3 스위치관의 제어단이 게이트 전극이다.
본 발명의 기술 방안을 실시하면, 제2 단계의 목표 온도(제1 온도의 제2 온도보다 작다)를 설정함으로써, 카트리지가 최상급의 온도로 겔을 지속적으로 생산할 수 있으며, 제3 단계에서 제2 온도의 안정성을 유지하여 카트리지로 향하는 발열 소자의 열전도 속도가 향상되므로, 시간이 흘러도 변하지 않는 특성이 일관적인 에어로졸 전달을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 가열식 에어로졸 생성 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 발열 소자의 온도 분포 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 가열식 에어로졸 생성 장치의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 가열식 에어로졸 생성 장치의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에서 발열 소자의 온도 분포 개략도이다.
아래는 본 발명에서 실시예의 도면을 결합하여, 본 발명의 실시예의 기술 방안을 상세하고 완전하게 서술하였다. 서술된 실시예는 본 발명의 일부분의 실시예일 뿐이며, 전체 실시예에 해당되지 않는다. 본 발명의 실시예에 기반하여, 통상의 기술자는 창의적인 노동을 하지 않았다는 전제 하에 획득한 모든 기타 실시예는 본 발명의 보호 범위에 속한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 가열식 에어로졸 생성 방법의 흐름도이고, 본 실시예의 가열식 에어로졸 생성 방법은 가열식 에어로졸 생성 장치의 제어 회로에 응용된다. 본 가열식 에어로졸 생성 장치는 발열 소자와 전원을 더 포함하는 것을 이해해야 한다. 여기에서, 전원은 발열 소자에 에너지를 공급하는 데 사용되며, 상기 전원은 배터리로, 예를 들어, 충전이 가능한 리튬 이온 배터리, 니켈 금속 수소화물 배터리, 니켈카드뮴 배터리 또는 리튬 베이스 배터리일 수도 있다. 발열 소자는 가열 장치로도 불리며, 다양한 형식을 취할 수 있어, 발열 시트, 가열 니들(needle), 가열 막대(rod), 가열 라인 또는 와이어를 예로 들 수 있고, 대안가능하게는, 발열 소자는 위와 같은 두개 또는 그 이상의 상이한 형식인 발열 소자의 조합일 수도 있다.
도 2를 결합하면, 본 실시예의 가열식 에어로졸 생성 방법은 구체적으로 하기와 같은 단계를 포함한다.
단계 S10, 제1 단계에서, 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 상승시키고;
이 단계에서, 제1 단계는 0 내지 t1 시간대이고, 이 단계는 온도가 빠르게 상승되는 단계에 해당한다. 이 단계에서, 허용 온도는 원칙적으로 카트리지에서 기대하는 휘발성 화합물이 빠르게 휘발되는 온도로 설정되지만, 기화 온도가 비교적 높은 기대하지 않은 휘발성 화합물의 기화 온도보다 낮다. 정상적인 기압과 환경 온도에서 제1 온도는 250℃ 내지 500℃ 사이에 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 단계에서, 발열 소자의 온도가 시간이 흐름에 따라 곡선 형태로 빠르게 상승된다. 하나의 실시예에서, 정상적인 기압은 표준 대기압일 수 있고, 정상 온도가 15℃ 내지 25℃ 사이이다.
단계 S20, 제2 단계에서, 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도를 제1 온도에서 제2 온도로 하강시키고, 여기에서 상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다 작고;
이 단계에서, 제2 단계는 t1 내지 t2 시간대이고, 이 단계는 온도가 완만하게 하강하는 단계에 해당한다. 이 단계에서는, 원칙적으로 기대하는 화합물이 일관성있게 휘발되도록 유지하고, 완만하게 온도가 하강하여 연기 온도를 낮출 수 있다. 완만하게 하강되는 과정은 화합물이 일관성있고 편안하게 휘발될 수 있는 연기 온도를 겸비해야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 단계에서, 발열 소자의 온도가 시간이 흐름에 따라 곡선 형태로 완만하게 하강된다.
단계 S30, 제3 단계에서, 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 제2 온도에서 안정적이고;
이 단계에서, 제3 단계는 t2 내지 t3 시간대이고, 이 단계는 온도가 유지되는 단계에 해당하여, 그 예로, 온도가 상하 <=1.5℃로 변동된다. 이 단계에서는, 원칙적으로 기대하는 화합물이 합리적으로 휘발되어 장치의 풍미가 일관되게 휘발되도록 유지된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 단계에서, 발열 소자의 온도가 시간이 흐름에 따라 수평 직선형 상태로 유지된다.
본 실시예에서, 선택된 제1 온도와 제2 온도는 가열식 에어로졸 생성 장치가 제1, 제2, 제3 단계에서 에어로졸을 지속적으로 생성할 수 있도록 보장할 수 있으며, 제1 온도와 제2 온도는 기질에 있는 에어로졸 형성물의 휘발 온도와 서로 대응되는 온도 범위에 기반하여 결정되는 것을 설명해야 한다.
본 실시예의 기술 방안을 실시하고, 제2 단계의 목표 온도(제1 온도의 제2 온도보다 작다)를 설정함으로써, 카트리지가 최상급의 온도로 겔을 지속적으로 생산할 수 있으며, 제3 단계에서 제2 온도의 안정성을 유지하여 카트리지로 향하는 발열 소자의 열전도 속도가 향상되므로, 시간이 흘러도 변하지 않는 특성이 일관적인 에어로졸 전달을 제공할 수 있다.
더 나아가서, 본 발명의 가열식 에어로졸 생성 방법은,
상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 제2 단계 및 제3 단계에서 소정의 허용 온도 범위 내에서 유지되는 것을 더 포함한다.
이 실시예에서, 허용 온도 범위는 에어로졸 형성 기질에 따라 좌우된다. 에어로졸 형성 기질은 상이한 온도에서 일부 휘발성 화합물을 방출하고, 에어로졸 형성 기질에서 방출된 휘발성 화합물 중 일부는 가열 과정을 통해서만 형성되고, 각 휘발성 화합물이 고유한 방출 온도 이상에 놓일 시 방출된다. 최대 조작 온도를 일부 휘발성 화합물의 방출 온도 이하로 제어하면 이 성분들이 방출되거나 형성되는 것을 방지할 수 있다. 최대 조작 온도는 정상 조작 온도 하에서 기질이 연소되지 않도록 보장되는 것이 선택된다.
허용 온도의 범위는 450℃ 내지 500℃ 사이의 상한선 및 250℃ 내지 300℃ 사이의 하한선을 구비한다. 제1 온도가 300℃ 내지 450℃ 사이이고, 제2 온도가 300℃ 내지 400℃ 사이에 있다. 바람직하게는, 제2 온도가 일반적인 점화식 담배에서 존재하는 바람직하지 않은 화합물의 연소 온도 또는 약 380℃보다 낮다. 또한, 제1 단계의 시간이 20초 미만이고, 제2 단계의 시간이 20초 이상이고, 제3 단계의 시간이 200초 내지 600초이다.
하나의 바람직한 실시예에서, 제2 단계, 제3 단계에서, 하기 방식을 통해 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 제2 온도(목표 온도)까지 도달한다.
상기 발열 소자의 온도를 측정하여 온도 검출 값을 얻을 수 있고;
상기 온도 검출 값과 상기 제2 온도를 PID 계산하여 제1 가열 제어 정보를 획득할 수 있고;
상기 발열 소자를 제어하는 상기 제1 가열 제어 정보에 따라 주기적으로 가열된다.
본 실시예에서, 먼저 발열 소자의 온도를 측정한 후, 온도 검출 값과 목표 온도(제2 온도)를 PID 입력으로 간주하고, PID 연산을 거쳐 제1 가열 제어 정보가 출력되고, 마지막으로, 내부에 사전에 배치된 알고리즘을 통해 가열 듀티 비(Duty Ratio)로 전환하고, 발열 소자를 주기적으로 가열한다.
다른 하나의 바람직한 실시예에서, 제2 단계, 제3 단계에서, 하기 방식을 통해 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 제2 온도(목표 온도)까지 도달한다.
상기 발열 소자의 저항 값을 측정하여 저항 검출 값을 얻을 수 있고;
상기 저항 검출 값과 상기 목표 저항 값을 PID 계산함으로써, 제2 가열 제어 정보를 획득하고, 여기에서, 상기 목표 저항 값이 상기 제2 온도에 의해 확정되고;
상기 발열 소자를 제어하는 상기 제2 가열 제어 정보에 따라 주기적으로 가열된다.
본 실시예에서, 먼저 발열 소자의 저항 값을 검출한 후, 저항 검출 값과 목표 저항 값(제2 온도에 의해 역 연산되어 도출한다)를 PID 입력으로 간주하고, PID 연산을 거쳐 제2 가열 제어 정보가 출력되고, 마지막으로, 내부에 사전에 배치된 알고리즘을 통해 가열 듀티 비로 전환하고, 발열 소자를 주기적으로 가열한다.
상술한 내용은 제2, 제3 단계에서 발열 소자를 가열 및 제어시킨 두 가지 구현 방식을 설명하였지만, 제1 단계(빠르게 온도가 상승하는 단계)에 있어서, 상술한 방식의 PID 조절을 수행한다면, 비교적 크게 과도하게 조절되는 상황이 나타날 수 있으며, 이러한 상황이 발생되는 것을 방지하려면, 제1 단계에서 발열 소자를 발열 및 제어할 때, 적분하여 조절되지 않거나, 온도 검출 값과 목표 온도 값의 편차가 특정 설정 값보다 클 경우, 적분항에 계산되지 않아, 온도 상승 과정에서 적분항의 영향을 감소시켜 온도 제어 단계에서 전이가 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 발열 소자를 가열 및 제어시키는 과정에서, 각 가열 주기에서 가열 및 제어가 한번씩 수행되면, 가열 주기가 비교적 큰 것을 선택할 경우, 각개 가열 주기 내에 있는 발열 소자의 온도 변화 폭이 더 커질 수 있으며; 가열 주기가 비교적 작은 것을 선택할 경우, 각개 가열 주기 내에 있는 발열 소자의 온도 변화 폭이 작아지지만, PID 제어를 수행하는 마이크로프로세서의 성능에 제한을 받아 실시간 데이터 수집 및 처리를 충족시킬 수 없다. 따라서, 실제 제어 과정에서, 제어 주기를 가열 주기의 정수배로 설정할 수 있어, 이는 즉, 제어 주기= 가열 주기*N, N이 정수이면서 N>=1이므로, 가열 및 제어의 동시성을 효과적으로 보장할 수 있다.
더 나아가서, 하나의 바람직한 실시예에서, 이하 방식을 통해 온도 검출 값을 획득하고,
상기 발열 소자의 가열 주기의 정지 시간대 내에서 상기 발열 소자의 저항 값을 측정하여 저항 검출 값을 얻을 수 있고;
상기 저항 검출 값에 따라 상기 발열 소자의 온도 검출 값이 확정된다.
해당 실시예에서, 발열 소자는 듀티 비 신호에 따라 주기적으로 가열 및 제어를 수행할 수 있으므로, 각 가열 주기는 가열 시간대와 정지 시간대를 포함하고, 정지 시간대에는 발열 소자의 저항 값을 검출한다. 저항 검출 값이 얻어지면, 저항 값과 온도의 대응 관계에 따라 저항 검출 값에 대응하는 온도 검출 값이 계산된다.
더 나아가서, 상기 저항 검출 값에 따라 상기 발열 소자의 온도 검출 값이 확정된 후, 상기 발열 소자의 냉열기 상태에 따라 상기 온도 검출 값에 대한 보상 처리를 수행하는 것을 더 포함한다.
해당 실시예에서는, 발열 소자의 온도가 필드 분포를 가진 상황 하에서, 가열 시간이 증가함에 따라, 발열 소자 기판의 열전도가 증가되고, 저항 값이 동일한 상황에서는, 온도가 일정하게 하강된 과정이 존재하여, 이 과정과 발열 소자 기판의 열전도는 연관성을 지니는 사실을 먼저 설명해야 한다. 즉, 발열 소자 자체가 열 엔진 상태일 때, 이의 휘발 상황과 냉각 엔진 상태는 차이가 나며, 화합물이 일관성있고 편안하게 휘발될 수 있는 연기 온도에 도달되기 위해, 내부에 보상 알고리즘이 추가되고, 이 알고리즘이 열전도로 인한 온도가 하강된 상황이고, 관련 항목은 시간과 목표 온도이고, 다시 말해, 실제 온도 검출 값 T = F(RHeater) + f(t,T목표)이고, 이는 전체 흡입 단계와 냉각 상태가 기본적으로 일치되도록 보장할 수 있다.
더 나아가서, 본 발명의 가열식 에어로졸 생성 방법은,
환경 온도에 따라 제2 온도에 대한 보상 처리를 수행하는 것을 더 포함한다.
이 실시예에서, 외부 환경 온도가 변화될 때, 제품 흡입 단계의 체험성을 유지하기 위해서는, 목표 온도(제2 온도)를 보상 처리를 해야 한다. 예를 들어, 겨울철 환경 온도(환경 온도가 15도 미만일 경우)가 비교적 낮을 경우, 제2 온도를 높게 조정하여, 구강에 흡입되는 온도를 유지시키고; 여름철 온도(환경 온도가 25도 이상일 경우)가 비교적 높을 경우, 제2 온도를 낮게 조정하여 구강에 흡입되는 온도를 유지시킬 수 있다.
더 나아가서, 사용 시 안전 성능을 향상시키기 위한 본 발명의 가열식 에어로졸 생성 방법은,
온도 검출 값이 소정의 범위 내에 있는지 판단하며, 소정의 범위 내에 있지 않을 경우, 상기 발열 소자가 가열을 중지하도록 제어하고, 여기에서, 소정 범위의 상한선이 380℃ 내지 500℃ 사이이고, 이의 하한선이 250℃ 내지 300℃ 사이이거나; 또는,
소정의 시간대 내에서 상기 발열 소자의 에너지 공급이 소정의 에너지 값을 초과하였는지 판단하고, 소정의 에너지 값을 초과하였을 경우, 상기 발열 소자가 가열을 중지하도록 제어한다.
해당 실시예에서, 전체 온도 제어 단계에서는, 발열 소자의 저항 값을 실시간으로 검출함으로써 온도 값을 계산하고, 비정상적인 상황일 경우 발열 소자의 저항 검출 값 또는 온도 검출 값이 지정된 상,하한선을 초과하면, 장치는 안전 위험을 모면하기 위해 긴급하게 닫힌다. 이외에도, 소정의 시간대(단위 시간) 내에서 발열 소자의 에너지 공급이 환경 온도 상황 하의 소정의 에너지보다 클 경우, 장치는 안전 위험을 모면하기 위해 긴급하게 닫힌다. 예를 들어, 일반적인 상황에서, 발열 소자의 에너지 공급이 0.5 내지 2.0W 사이이고, 소정의 시간대(예를 들어 1 내지 5S) 내에서 3.0W을 초과할 경우 긴급하게 닫힌다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 가열식 에어로졸 생성 장치의 구조도이고, 이 실시예의 가열식 에어로졸 생성 장치는 외부 하우징(1), 외부 하우징에 수용되는 발열 소자(2), 전원(3), 제어 회로(4)를 포함하고, 여기에서, 전원(3)은 상기 발열 소자(2)에 에너지를 공급하는 데 사용되고; 제어 회로(4)는 제1 단계에서, 발열 소자(2)의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자(2)의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 상승시키고; 제2 단계에서, 상기 발열 소자(2)의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자(2)의 온도를 상기 제1 온도에서 제2 온도로 하강시키고, 여기에서 상기 제2 온도가 제1 온도보다 작고; 제3 단계에서 상기 발열 소자(2)의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자(2)의 온도가 상기 제2 온도에서 안정적이다. 본 실시예에서, 에어로졸 형성 기질(5)은 외부 하우징의 일단으로부터 외부 하우징(1) 내로 적어도 일부가 삽입되고, 발열 소자(2)가 에어로졸 형성 기질(5)의 내부에 삽입되어 가열되고, 에어로졸 형성 기질(5)은 담배이다. 상기 발열 소자(2)는 시트형 발열체(21) 및 발열체를 고정시키는 고정 시트(22)를 포함한다.
더 나아가서, 제어 회로는 검출 모듈과 마이크로프로세서를 포함하고, 여기에서, 검출 모듈이 상기 발열 소자의 온도 및 저항 값을 검출하는 데 사용되어 온도 및 저항 검출 값을 획득하고; 마이크로프로세서가 상기 온도 및 저항 검출 값과 상기 제2 온도 및 목표 저항 값을 PID 계산함으로써, 가열 제어 정보를 획득하고, 상기 발열 소자를 제어하는 상기 제2 가열 제어 정보에 따라 주기적으로 가열되고; 여기에서, 상기 목표 저항 값이 상기 제2 온도에 의해 확정된다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 가열식 에어로졸 생성 장치의 회로도이고, 이 실시예의 가열식 에어로졸 생성 장치는 발열 소자(Heater), 전원(미도시), 제어 회로를 포함하고, 제어 회로는 마이크로프로세서(U1)와 검출 모듈을 포함한다. 여기에서, 검출 모듈은 제1 스위치관(Q1), 제2 스위치관(Q2), 제3 스위치관(Q3), 표준 저항(R1)을 포함하고, 여기에서, 제1 스위치관(Q1)의 제1단과 제2 스위치관(Q2)의 제1단이 각각 전원의 플러스 단(BAT+)에 연결되고, 제1 스위치관(Q1)의 제2단이 표준 저항(R1)의 제1단에 연결되고, 표준 저항(R1)의 제2단 및 제2 스위치관(Q2)의 제2단이 각각 발열 소자(Heater)의 제1단에 연결되고, 발열 소자(Heater)의 제2단이 제3 스위치관(Q3)의 제1단에 연결되고, 제3 스위치관(Q3)의 제2단이 접지되고, 마이크로프로세서(U1)의 제1 입력단이 제1 스위치관(Q1)의 제2단에 연결되고, 마이크로프로세서(U1)의 제2 입력단이 표준 저항(R1)의 제2단에 연결되고, 마이크로프로세서(U1)의 제3 입력단이 발열 소자(Heater)의 제2단에 연결되고, 마이크로프로세서(U1)의 제1 출력단이 제1 스위치관(Q1)의 제어단에 연결되고, 마이크로프로세서(U1)의 제2 출력단이 제2 스위치관(Q2)의 제어단에 연결되고, 마이크로프로세서(U1)의 제3 출력단이 제3 스위치관(Q3)의 제어단에 연결된다.
또한, 이 실시예에서, 제1 스위치관(Q1)이 NPN형 트랜지스터이고, 제1 스위치관(Q1)의 제1단이 컬렉터(collector)이며, 제1 스위치관(Q1)의 제2단이 이미터 전극(emitter electrode)이고, 제1 스위치관(Q1)의 제어단이 베이스(base)이다. 제2 스위치관(Q2)이 P형 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)이고, 제2 스위치관(Q2)의 제1단이 소스 전극이고, 제2 스위치관(Q2)의 제2단이 드레인(drain) 전극이고, 제2 스위치관(Q2)의 제어단이 그리드(grid) 전극이다. 제3 스위치관(Q3)이 N형 전계 효과 트랜지스터이고, 제3 스위치관(Q3)의 제1단이 드레인 전극이며, 제3 스위치관(Q3)의 제2단이 소스 전극이고, 제3 스위치관(Q3)의 제어단이 게이트 전극이다. 기타 실시예에서, 세개의 스위치관 또한 기타 유형의 스위치관일 수도 있음을 이해해야 한다.
해당 회로의 작동 원리는 아래와 같이 설명할 수 있다.
표준 저항(R1)이 고정밀 저항이며, 측량 정밀도 및 표준 저항(R1)을 겸용한 발열량이고, R1의 저항 값의 값 범위가 일반적으로 1배RHeater에서 10배RHeater 사이에 있고, 전원의 출력 전압 범위는 2.8V 내지 4.2V이다.
마이크로프로세서(U1)가 제2 스위치관(Q2)과 제3 스위치관(Q3)이 도통되도록 제어하는 동시에, 제1 스위치관(Q1)이 종료되도록 제어할 때, 전원이 제2 스위치관(Q2), 발열 소자(Heater), 제3 스위치관(Q3)을 통해 가열 통로를 형성하고, 발열 소자(Heater)를 가열한다. 또한, 마이크로프로세서(U1)가 수집기의 제3 입력단의 전압을 통해 가열 통로의 전류(I)를 근사치로 계산하여, 이는 즉, I=VMEAS3/RQ3이며, 여기에서, RQ3이 제3 스위치관(Q3)이 도통될 때의 내부 저항이고, 여기에서, VMEAS3는 마이크로프로세서(U1)의 제3 입력단의 전압이므로, 이 전류(I)를 통해 과전류 발생 여부를 판단하고, 과전류가 발생될 경우 과전류 보호 처리를 수행한다.
마이크로프로세서(U1)가 제1 스위치관(Q1)과 제3 스위치관(Q3)이 도통되도록 제어하는 동시에, 제2 스위치관(Q2)이 종료되도록 제어할 때, 전원이 제1 스위치관(Q1), 표준 저항(R1), 발열 소자(Heater), 제3 스위치관(Q3)을 통해 저항 값 측량 통로가 형성되고, 이때, 표준 저항(R1)에는 전압(V1)이 형성되고, 발열 소자(Heater)에는 전압(V2)가 형성된다. 마이크로프로세서(U1)가 이의 제1 입력단과 제2 입력단의 전압을 수집하여 V1을 결정하고, V1= MEAS1- MEAS2이고, 마이크로프로세서(U1)가 이의 제2 입력단과 제3 입력단의 전압을 수집하여 V2를 결정하여, 즉 V2=MEAS2-MEAS3이다. 그 후, 아래 공식에 따라 발열 소자(Heater)의 저항 값(RHeater)을 계산하고, RHeater= (MEAS2-MEAS3)*R1/(MEAS1- MEAS2)이다. 여기에서, MEAS1가 마이크로프로세서(U1)의 제1 입력단의 전압이고, MEAS2가 마이크로프로세서(U1)의 제2 입력단의 전압이다.
각 가열 주기 내에서, 마이크로프로세서(U1)가 듀티 비의 도통 시간에 따라 제2 스위치관(Q2)의 인에이블을 제어하여 발열 소자의 가열 및 제어를 구현할 수 있다. 제2 스위치관(Q2)을 닫는 단계에서, 이 닫는 단계의 일부 또는 전체 시간을 선택하여 제1 스위치관(Q1)의 인에이블을 제어함으로써 RHeater을 계산하고, 제2 스위치관(Q2)에서 정지 과정 및 도통 과정으로 도통되는 것을 방지하고, 발열 소자의 온도 변동 폭이 크고, 각개의 가열 주기 시간이 1mS 내지 50mS 사이에서 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 이 실시예의 가열식 에어로졸 생성 방법이 제3 단계 이후,
제4 단계, 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 제2 온도에서 점차 하강하는 단계를 더 포함한다.
이 단계에서, 제4 단계가 t3 이후의 얼마간의 시간일 경우, 기질이 증발됨에 따라 감소되어, 발열 소자가 천천히 온도가 내려가도록 제어되고, 마지막으로, 마무리될 때는, 에어로졸 기질이 예상 무화량의 목표에 달성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제4 단계에서, 발열 소자의 온도가 시간이 흐름에 따라 곡선 형태로 완만하게 하강된다. 물론, 일부 다른 실시예에서는 사선 형상으로 천천히 하강되는 것을 나타낸다.
이상 서술한 바는 단지 본 발명의 바람직한 실시방법일 뿐이며, 본 발명을 한정시키지 않는다. 본 분야의 통상의 기술자는 본 발명에 대한 다양한 수정과 변화를 줄 수 있다. 본 발명의 정신과 원칙 내에서 수정, 등가치환, 개선등은 발명의 청구항 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (17)

  1. 가열식 에어로졸 생성 방법에 있어서,
    제1 단계, 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 상승시키고, PID를 수행하여 온도를 조절하며, 상기 PID 조절에서 온도 검출 값과 목표 온도 값의 편차가 특정 설정 값보다 클 경우, 적분항에 계산되지 않는 단계;
    제2 단계, 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도를 제1 온도에서 제2 온도로 하강시키고, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 작은 단계; 및
    제3 단계, 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 상기 제2 온도에서 안정적인 단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 제2 단계 및 상기 제3 단계에서, 하기 방식을 통해 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 상기 제2 온도까지 도달하고;
    상기 발열 소자의 온도를 측정하여 온도 검출 값을 얻을 수 있고;
    상기 온도 검출 값과 상기 제2 온도를 PID 계산하여 제1 가열 제어 정보를 획득할 수 있고;
    상기 발열 소자를 제어하는 상기 제1 가열 제어 정보에 따라 주기적으로 가열되고,
    상기 발열 소자의 온도를 검출하여 온도 검출 값을 얻을 수 있는 것은,
    상기 발열 소자의 가열 주기의 정지 시간대 내에서 상기 발열 소자의 저항 값을 측정하여 저항 검출 값을 얻고; 상기 저항 검출 값에 따라 상기 발열 소자의 온도 검출 값이 확정되며,
    상기 저항 검출 값에 따라 상기 발열 소자의 온도 검출 값이 확정된 후, 상기 발열 소자의 냉열기 상태에 따라 상기 온도 검출 값에 대한 보상 처리를 수행하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계에서, 상기 발열 소자의 온도는 시간의 흐름에 따라 곡선 형태로 상승되고;
    상기 제2 단계에서, 상기 발열 소자의 온도가 곡선 형태로 하강되고;
    상기 제3 단계에서, 상기 발열 소자의 온도는 직선 형태로 안정적인 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계에서 소정의 허용 온도 범위 내에서 유지되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 허용 온도의 범위가 450℃ 내지 500℃ 사이의 상한선 및 250℃ 내지 300℃ 사이의 하한선을 구비하는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도가 300℃ 내지 450℃ 사이에 있고;
    상기 제2 온도가 300℃ 내지 400℃ 사이인 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계의 시간이 20초 미만이고;
    상기 제2 단계의 시간이 20초 이상이고;
    상기 제3 단계의 시간이 200초 내지 600초인 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    환경 온도에 따라 상기 제2 온도에 대한 보상 처리를 수행하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 온도 검출 값 또는 상기 저항 검출 값이 소정의 범위 내에 있는지 판단하고;
    소정의 범위 내에 있지 않을 경우, 상기 발열 소자가 가열을 중지하도록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    소정의 시간대 내에서 상기 발열 소자의 에너지 공급이 소정의 에너지 값을 초과하였는 지 판단하고;
    소정의 에너지 값을 초과한 경우, 상기 발열 소자가 가열을 중지하도록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    제4 단계에서 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도가 제2 온도에서 점차 하강하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 방법.
  14. 가열식 에어로졸 생성 장치에 있어서,
    발열소자, 상기 발열 소자에 에너지를 공급시키는 전원을 포함하고, 이는
    제1 단계에서 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써, 상기 발열 소자의 온도를 초기 온도에서 제1 온도로 상승시키고, PID를 수행하여 온도를 조절하며, 상기 PID 조절에서 온도 검출 값과 목표 온도 값의 편차가 특정 설정 값보다 클 경우, 적분항에 계산되지 않고, 제2 단계에서 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써 상기 발열 소자의 온도를 제1 온도에서 제2 온도로 하강시키고 여기에서 상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다 작고; 제3 단계에서 상기 발열 소자의 에너지 공급을 제어함으로써 상기 발열 소자의 온도가 상기 제2 온도에서 안정적인 제어 회로;를 더 포함하여 이루어지되,
    제1항의 가열식 에어로졸 생성 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 발열 소자의 온도 및 저항 값을 검출하여 온도 및 저항 검출 값을 얻을 수 있는 검출 모듈;
    상기 온도 및 저항 검출 값과 제2 온도 및 목표 저항 값을 PID 계산함으로써 가열 제어 정보를 획득하고, 상기 발열 소자를 제어하는 상기 가열 제어 정보에 따라 주기적으로 가열되고; 여기에서, 상기 목표 저항 값이 상기 제2 온도에 의해 확정되는 마이크로프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 검출 모듈은 제1 스위치관, 제2 스위치관, 제3 스위치관, 표준 저항을 포함하고, 여기에서, 상기 제1 스위치관의 제1단과 상기 제2 스위치관의 제1단이 각각 상기 전원의 플러스 단에 연결되고, 상기 제1 스위치관의 제2단이 상기 표준 저항의 제1단에 연결되고, 상기 표준 저항의 제2단 및 상기 제2 스위치관의 제2단이 각각 상기 발열 소자의 제1단에 연결되고, 상기 발열 소자의 제2단이 상기 제3 스위치관의 제1단에 연결되고, 상기 제3 스위치관의 제2단이 접지되고, 상기 마이크로프로세서의 제1 입력단이 상기 제1 스위치관의 제2단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제2 입력단이 상기 표준 저항의 제2단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제3 입력단이 상기 발열 소자의 제2단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제1 출력단이 상기 제1 스위치관의 제어단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제2 출력단이 상기 제2 스위치관의 제어단에 연결되고, 상기 마이크로프로세서의 제3 출력단이 상기 제3 스위치관의 제어단에 연결되는 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 스위치관이 NPN형 트랜지스터이고, 상기 제1 스위치관의 제1단이 컬렉터(collector)이며, 상기 제1 스위치관의 제2단이 이미터 전극(emitter electrode)이고, 상기 제1 스위치관의 제어단이 베이스(base)이고;
    상기 제2 스위치관이 P형 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)이고, 상기 제2 스위치관의 제1단이 소스 전극이고,
    상기 제2 스위치관의 제2단이 드레인(drain) 전극이고, 상기 제2 스위치관의 제어단이 그리드(grid) 전극이고;
    상기 제3 스위치관이 N형 전계 효과 트랜지스터이고, 상기 제3 스위치관의 제1단이 드레인 전극이며,
    상기 제3 스위치관의 제2단이 소스 전극이고, 상기 제3 스위치관의 제어단이 게이트 전극인 것을 특징으로 하는 가열식 에어로졸 생성 장치.
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