(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-11
(45)【発行日】2023-12-19
(54)【発明の名称】エアロゾル生成装置
(51)【国際特許分類】
A24F 40/57 20200101AFI20231212BHJP
A24F 40/465 20200101ALI20231212BHJP
【ＦＩ】
A24F40/57
A24F40/465
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022545956
(86)(22)【出願日】2021-09-06
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-30
(86)【国際出願番号】 KR2021012058
(87)【国際公開番号】W WO2022050800
(87)【国際公開日】2022-03-10
【審査請求日】2022-07-27
(31)【優先権主張番号】10-2020-0113745
(32)【優先日】2020-09-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2021-0087858
(32)【優先日】2021-07-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】519217032
【氏名又は名称】ケーティー アンド ジー コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】リ、チェミン
(72)【発明者】
【氏名】パク、サン キョ
(72)【発明者】
【氏名】リ、ヒョン ソク
(72)【発明者】
【氏名】チュ、ソン ホ
【審査官】芝井 隆
(56)【参考文献】
【文献】特表２０２０－５１２６６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１４１７１８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－１１０８９３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ２４Ｆ ４０／００ － ４７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッテリと、エアロゾル生成基質を加熱する加熱部と、
複数のスイッチング素子を含み、前記バッテリから供給された電源を変換して前記加熱部に伝達する電力変換部と、
予熱区間及び喫煙区間を含む温度プロファイルに基づいて前記電力変換部の動作モードが変更されるように前記複数のスイッチング素子を制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、前記予熱区間で前記電力変換部がフルブリッジ回路として動作するように前記複数のスイッチング素子を制御し、前記喫煙区間で前記電力変換部がハーフブリッジ回路として動作するように前記複数のスイッチング素子を制御し、
前記制御部は、前記予熱区間で第１目標温度に基づいて前記加熱部を予熱し、前記喫煙区間で前記第１目標温度よりも小さい第２目標温度に基づいて前記加熱部を加熱し、前記第１目標温度から前記第２目標温度に変更されるとき、前記電力変換部の動作モードを変更する、エアロゾル生成装置。
【請求項2】
前記予熱区間は、第１サブ区間及び前記第１サブ区間以後の第２サブ区間を含み、
前記制御部は、
前記第１サブ区間で前記加熱部に供給される電流が既設定の上限を超過しないように、前記電力変換部を制御する、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記第２サブ区間で、第１デューティー比に基づいて前記電力変換部を制御する、請求項２に記載のエアロゾル生成装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記第２サブ区間以後の前記喫煙区間で前記第１デューティー比と異なる第２デューティー比に基づいて前記電力変換部を制御する、請求項３に記載のエアロゾル生成装置。
【請求項5】
前記第１デューティー比は前記第２デューティー比より小さい、請求項４に記載のエアロゾル生成装置。
【請求項6】
前記電力変換部は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子で構成される第１ラグと、
第３スイッチング素子と第４スイッチング素子で構成され、前記第１ラグと並列連結される第２ラグと、を含み、
前記加熱部は、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間のノードと、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との間のノードに連結される、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
【請求項7】
前記制御部は、前記予熱区間で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を相補的に動作させ、
前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を相補的に動作させる、請求項６に記載のエアロゾル生成装置。
【請求項8】
前記制御部は、前記喫煙区間で、前記第３スイッチング素子をオフさせ、前記第４スイッチング素子をオンさせた状態で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を相補的に動作させる、請求項６に記載のエアロゾル生成装置。
【請求項9】
前記電力変換部は、前記バッテリから供給された直流電源を交流電源に変換し、
前記加熱部は、
前記交流電源に基づいて交番磁場を生成するコイルを含む、請求項１に記載のエアロゾル生成装置。
【請求項10】
前記加熱部は、前記交番磁場によって加熱されるサセプタをさらに含む、請求項９に記載のエアロゾル生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エアロゾル生成装置に係り、さらに詳細には、誘導加熱を遂行するエアロゾル生成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
最近、一般的なシガレットの短所を克服する代替方法に係わる需要が増加している。例えば、シガレットを燃焼させ、エアロゾルを生成させる方法ではない、シガレットまたは液体保存部内のエアロゾル生成物質が加熱されることにより、エアロゾルを生成する方法に係わる需要が増加している。
【0003】
エアロゾル生成装置に収容されるシガレットの内部または外部に電気抵抗体に形成されるヒータを配置し、ヒータに電力を供給してシガレットを加熱する方式とは異なる加熱方式が提案されている。特に、誘導加熱方式でシガレットを加熱する方式に係わる研究が活発に進められている。
【0004】
そのような誘導加熱方式のエアロゾル生成装置は、可変磁場を発生させるために、直流（ＤＣ）電源を交流（ＡＣ）電源に変換して誘導コイルに伝達する。しかし、従来のエアロゾル生成装置は、動作中に同一方法でスイッチング素子を制御するので、エネルギー効率が顕著に減少するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする技術的課題は、誘導コイルに交流電源を供給する電力変換器の動作モードを変更してエネルギー損失を顕著に減少させうるエアロゾル生成装置を提供することである。
【0006】
本発明の技術的課題は、上述したところに限定されず、以下の例からさらに他の技術的課題が類推されうる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記技術的課題を解決するための本開示の一実施例によるエアロゾル生成装置は、バッテリ、エアロゾル生成基質を加熱する加熱部、複数のスイッチング素子を含み、前記バッテリから供給された電力を変換して前記加熱部に伝達する電力変換部、及び予熱区間及び喫煙区間を含む温度プロファイルに基づいて前記電力変換部の動作モードが変更されるように、前記複数のスイッチング素子を制御する制御部を含む。
【発明の効果】
【0008】
本発明のエアロゾル生成装置は、迅速な予熱が重要な予熱区間では、出力に優れた第１モードで動作し、迅速な加熱よりは、加熱温度の保持がさらに重要な喫煙区間では、第１モードよりも出力が低いが、エネルギー効率に優れた第２モードで動作することで、エネルギー効率を最大化することができる。
【0009】
また、エアロゾル生成装置は、温度プロファイルの区間変更を動作モードの変更と同期化させるが、区間変更前の目標温度を区間変更後の目標温度よりも高く設定することで、動作モード変更による温度下降現象を補償することができる。すなわち、エアロゾル生成装置は、目標温度の下降時点に動作モードを変更することで、目標温度に到逹するための追加電力を最小化させうる。
【0010】
また、エアロゾル生成装置は、第２モードで電力変換部が最大効率を発揮することができるデューティー比で複数のスイッチング素子を制御するので、エネルギー効率が顕著に増加しうる。
【0011】
予熱初期からＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御方式によって加熱部を加熱する場合、電流のリップル（ｒｉｐｐｌｅ）成分によってバッテリに過負荷が発生しうる。しかし、エアロゾル生成装置は、予熱区間の初期に電流の上限を設定することで、バッテリの損傷を防止することができる。
【0012】
本発明の効果は、上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は、本明細書及び添付図面から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】誘導加熱方式のエアロゾル生成装置を示す図面である。
【図2】誘導加熱方式のエアロゾル生成装置を示す図面である。
【図3】シガレットの例を示す図面である。
【図4】シガレットの例を示す図面である。
【図5】エアロゾル生成装置に挿入されるシガレットの例を示す図面である。
【図6】エアロゾル生成装置に挿入されるシガレットの例を示す図面である。
【図7】一実施例によるエアロゾル生成装置の内部ブロック図である。
【図9】一実施例による電力変換部及び加熱部の内部回路図である。
【図10】一実施例による温度プロファイルによる動作モードの変更方法を説明するための図面である。
【図11】第１モードでスイッチング素子の動作方法を説明するための図面である。
【図12】第１モードでスイッチング素子の動作による電流フローを説明するための図面である。
【図13】第１モードでスイッチング素子の動作による電流フローを説明するための図面である。
【図14】第２モードでスイッチング素子の動作方法を説明するための図面である。
【図15】第２モードでスイッチング素子の動作による電流フローを説明するための図面である。
【図16】第２モードでスイッチング素子の動作による電流フローを説明するための図面である。
【図17】一実施例によるエアロゾル生成装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
前記技術的課題を解決するための本開示の一実施例によるエアロゾル生成装置は、バッテリ、エアロゾル生成基質を加熱する加熱部、複数のスイッチング素子を含み、前記バッテリから供給された電力を変換して前記加熱部に伝達する電力変換部及び予熱区間及び喫煙区間を含む温度プロファイルに基づいて前記電力変換部の動作モードが変更されるように前記複数のスイッチング素子を制御する制御部を含む。
【0015】
また、前記制御部は、前記予熱区間から前記喫煙区間に変更されれば、前記電力変換部の前記動作モードを変更する。
【0016】
また、前記制御部は、予熱区間で第１目標温度に基づいて前記加熱部を予熱して、喫煙区間で前記第１目標温度と異なる第２目標温度に基づいて前記加熱部を加熱し、前記第１目標温度から前記第２目標温度に変更されるとき、前記電力変換部の前記動作モードを変更する。
【0017】
また、前記制御部は、前記第１目標温度を前記第２目標温度よりも大きく設定する。
【0018】
また、前記制御部は、前記予熱区間で前記電力変換部が第１モードで動作するように前記複数のスイッチング素子を制御し、前記喫煙区間で前記電力変換部が前記第１モードと異なる第２モードで動作するように前記複数のスイッチング素子を制御する。
【0019】
また、前記電力変換部は、前記第１モードでフルブリッジ回路として動作し、前記第２モードでハーフブリッジ回路として動作する。
【0020】
また、前記予熱区間は、第１サブ区間及び前記第１サブ区間以後の第２サブ区間を含み、前記制御部は、前記第１サブ区間で前記加熱部に供給される電流が既設定の上限を超過しないように前記電力変換部を制御する。
【0021】
また、前記制御部は、前記第２サブ区間で、第１デューティー比に基づいて前記電力変換部を制御する。
【0022】
また、前記制御部は、前記第２サブ区間以後の前記喫煙区間で前記第１デューティー比と異なる第２デューティー比に基づいて前記電力変換部を制御する。
【0023】
また、前記第１デューティー比を前記第２デューティー比より小さい。
【0024】
また、前記電力変換部は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子で構成される第１ラグ、及び第３スイッチング素子と第４スイッチング素子で構成され、前記第１ラグと並列連結される第２ラグを含み、前記加熱部は、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間のノードと、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の間のノードに連結される。
【0025】
また、前記制御部は、前記予熱区間で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を相補的に動作させ、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を相補的に動作させる。
【0026】
また、前記制御部は、前記喫煙区間で、前記第３スイッチング素子をオフさせ、前記第４スイッチング素子をオンさせた状態で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を相補的に動作させる。
【0027】
また、前記電力変換部は、前記バッテリから供給された直流電源を交流電源に変換し、前記加熱部は、前記交流電源に基づいて交番磁場を生成するコイルを含む。
【0028】
また、前記加熱部は、前記交番磁場によって加熱されるサセプタをさらに含む。
【0029】
実施例で使用される用語は、本発明での機能を考慮しながら、可能な限り、現在広く使用されている一般的な用語を選択したが、それは、当分野に従事する技術者の意図または判例、新たな技術の出現などによっても異なる。また、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、該当する発明の説明部分で詳細にその意味を記載する。したがって、本発明で使用される用語は、単なる用語の名称ではない、その用語が有する意味と本発明の全般にわたる内容に基づいて定義されねばならない。
【0030】
明細書全体においてある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。また、明細書に記載された「…部」、「…モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによっても具現される。
【0031】
ここで、使用された「少なくとも１つ」のような表現は、全体構成リスト（ｌｉｓｔ）を修飾し、リストの個別構成を修飾しない。例えば、「ａ、ｂ及びｃのうち、少なくとも１つ」という表現は、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ａとｂ」、「ａとｃ」、「ｂとｃ」または「ａ、ｂ及びｃ」いずれも含むと理解されなければならない。
【0032】
用語「タバコ」（すなわち、「一般」、「伝統的な」または「燃焼」なしに単独で使用される場合）は、伝統の燃焼タバコと類似した形態を有する任意の物品を指称する。該タバコには、エアロゾル生成装置の作動（例えば、加熱）によって、エアロゾルを生成するエアロゾル生成物質が含まれうる。
【0033】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施可能なように詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な互いに異なる形態によっても具現され、ここで説明する実施例に限定されない。
【0034】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0035】
【0036】
図１を参照すれば、エアロゾル生成装置１００は、サセプタ１１０、コイル１３０、バッテリ１４０及び制御部１５０を含んでもよい。実施例によってサセプタ１１０は、シガレット（例えば、図３及び図４の２００）に含まれる構成でもある。その場合、エアロゾル生成装置１００は、図２のように、サセプタ１１０を含まない。
【0037】
図１及び図２に示されたエアロゾル生成装置１００には、本実施例に係わる構成要素が示されている。したがって、図１及び図２に示された構成要素以外に他の汎用的な構成要素がエアロゾル生成装置１００にさらに含まれうるということを、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解できるであろう。
【0038】
エアロゾル生成装置１００は、誘導加熱（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ）方式で収容空間１２０に収容されるシガレット２００を加熱することで、エアロゾルを生成させうる。誘導加熱方式は、周期的に方向が異なる交番磁場（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）によって磁性体を加熱する方式を意味することができる。
【0039】
磁性体に交番磁場が印加される場合、磁性体には、渦流損（ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｏｓｓ）及びヒステリシス損（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｌｏｓｓ）によるエネルギー損失が発生し、損失されるエネルギーが熱エネルギーとして磁性体から放出されうる。磁性体に印加される交番磁場の振幅または周波数が大きいほど磁性体から多くの熱エネルギーが放出されうる。熱エネルギーは、シガレット２００に伝達されうる。
【0040】
外部磁場によって発熱する磁性体は、サセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）１１０でもある。サセプタ１１０は、切片、薄片またはストリップなどの形状にも形成される。
【0041】
サセプタ１１０は、金属または炭素を含む。サセプタ１１０は、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）、強磁性合金（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ａｌｌｏｙ）、ステンレス鋼（ｓｔａｉｎｌｅｓ ｓｓｔｅｅｌ）及びアルミニウム（Ａｌ）のうち、少なくとも１つを含んでもよい。また、サセプタ１１０は、黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、モリブデン（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ）、シリコンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）、ニオブ（ｎｉｏｂｉｕｍ）、ニッケル合金（ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ）、金属フィルム（ｍｅｔａｌ ｆｉｌｍ）、ジルコニア（ｚｉｒｃｏｎｉａ）のようなセラミック、ニッケル（Ｎｉ）やコバルト（Ｃｏ）のような遷移金属、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）のような半金属のうち、少なくとも１つを含んでもよい。
【0042】
エアロゾル生成装置１００は、シガレット２００を収容するための収容空間１２０を含む。収容空間１２０は、シガレット２００を収容する開口を含む。シガレット２００は、収容空間１２０の開口を介して収容空間１２０のエアロゾル生成装置１００に挿入されうる。
【0043】
図１のように、サセプタ１１０は、収容空間１２０に配置されうる。サセプタ１１０は、収容空間１２０の底面に付着されうる。シガレット２００は、サセプタ１１０がシガレット２００に挿入されるように収容空間１２０の底面に押し当てられうる。
【0044】
または、図２のように、エアロゾル生成装置１００は、サセプタ１１０を含まない。その場合、サセプタ１１０は、シガレット２００に含まれうる。
【0045】
エアロゾル生成装置１００は、サセプタ１１０に交番磁場を印加し、サセプタ１１０の誘導加熱によるサセプタ１１０の温度変化によって共振周波数が可変されるコイル１３０を含んでもよい。
【0046】
コイル１３０は、ソレノイド（ｓｏｌｅｎｏｉｄ）によっても具現される。コイル１３０は、収容空間１２０の側面に沿って巻線されるソレノイドでもあり、ソレノイドの内部空間にシガレット２００が収容されうる。ソレノイドを構成する導線の材質は、銅（Ｃｕ）でもある。但し、それに限定されるものではなく、低い比抵抗値を有し、高い電流が流れるようにする材質として、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、亜鉛（Ｚｎ）及びニッケル（Ｎｉ）のうち、いずれか１つ、または、少なくとも１つを含む合金がソレノイドを構成する導線の材質にもなる。
【0047】
コイル１３０は、収容空間１２０に巻線され、サセプタ１１０に対応する位置に配置されうる。
【0048】
バッテリ１４０は、コイル１３０に電力を供給することができる。バッテリ１４０は、リチウムリン酸鉄（ＬｉＦｅＰＯ４）バッテリでもあるが、それに制限されるものではない。例えば、バッテリは、酸化リチウムコバルト（ＬｉＣｏＯ２）バッテリ、リチウムチタン酸塩バッテリなどでもある。
【0049】
制御部１５０は、コイル１３０に供給される電力を制御することができる。制御部１５０は、コイル１３０の駆動周波数を可変することができる。制御部１５０は、駆動周波数を制御することで、サセプタ１１０を誘導加熱することができる。
【0050】
【0051】
図３及び図４を参照すれば、シガレット２００は、タバコロッド２１０及びフィルタロッド２２０を含んでもよい。フィルタロッド２２０は、１以上のセグメントで構成されうる。例えば、フィルタロッド２２０は、エアロゾルを冷却する第１セグメント及びエアロゾルに含まれる特定成分を濾過する第２セグメントを含んでもよい。また、フィルタロッド２２０には、他の機能を遂行する少なくとも１つのセグメントがさらに含まれうる。
【0052】
シガレット２００は、少なくとも１枚のラッパ２４０によっても包装される。ラッパ２４０には、外部空気が流入されるか、内部空気が流出される少なくとも１つの孔（ｈｏｌｅ）が形成されうる。一例として、シガレット２００は、１枚のラッパ２４０によっても包装される。他の例として、図３及び図４のように、シガレット２００は、２枚以上のラッパ２４０によって重畳して包装されうる。具体的に、第１ラッパによってタバコロッド２１０が包装され、第２ラッパによってフィルタロッド２２０が包装されうる。ラッパそれぞれによって包装されるタバコロッド２１０及びフィルタロッド２２０が結合され、第３ラッパによってシガレット２００全体が再包装されうる。
【0053】
タバコロッド２１０は、エアロゾル生成物質を含む。例えば、エアロゾル生成物質は、グリセリン、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール及びオレイルアルコールのうち、少なくとも１つを含んでもよいが、それらに限定されない。タバコロッド２１０は、風味剤、湿潤剤及び／または有機酸（ｏｒｇａｎｉｃ ａｃｉｄ）のような他の添加物質を含んでもよい。タバコロッド２１０には、メントールまたは保湿剤などの加香液がタバコロッド２１０に噴射されて添加されうる。
【0054】
タバコロッド２１０は、多様な方式によっても作製される。例えば、タバコロッド２１０は、シート（ｓｈｅｅｔ）状に作製され、ストランド（ｓｔｒａｎｄ）状にも作製される。または、タバコロッド２１０は、タバコシートが細かく切られた刻みタバコによっても作製される。
【0055】
実施例によって、シガレット２００は、サセプタ１１０をさらに含んでもよい。その場合、サセプタ１１０は、図４のように、タバコロッド２１０に配置されうる。サセプタ１１０は、タバコロッド２１０の末端からフィルタロッド２２０側に延びうる。
【0056】
タバコロッド２１０は、熱伝導物質によっても取り囲まれる。例えば、熱伝導物質は、アルミ箔のような金属箔でもあるが、それに限定されるものではない。タバコロッド２１０を取り囲む熱伝導物質は、タバコロッド２１０に伝達される熱を均一に分散させてタバコロッド２１０に加えられる熱伝導率を向上させ、それにより、タバコロッド２１０から生成されるエアロゾルの風味が向上しうる。
【0057】
フィルタロッド２２０は、酢酸セルロースフィルタでもある。フィルタロッド２２０は、多様な形状にも形成される。例えば、フィルタロッド２２０は、円筒状ロッドでもあり、内部に中空（ｈｏｌｌｏｗ）を含むチューブ状ロッドでもある。または、フィルタロッド２２０は、内部に空洞（ｃａｖｉｔｙ）を含むリセス（ｒｅｃｅｓｓ）状ロッドでもある。フィルタロッド２２０が複数のセグメントで構成される場合、複数のセグメントは、互いに異なる形状にも作製される。
【0058】
フィルタロッド２２０は、フィルタロッド２２０で香味が発生するように作製されうる。例えば、フィルタロッド２２０に加香液が噴射され、加香液が塗布される別途の繊維がフィルタロッド２２０の内部に挿入されうる。
【0059】
フィルタロッド２２０には、少なくとも１つのカプセル２３０が含まれうる。カプセル２３０は、香味を発生させ、エアロゾルを発生させうる。例えば、カプセル２３０は、香料を含む液体を被膜で覆い包む構造によっても形成される。カプセル２３０は、球状または円筒状を有するが、それに限定されるものではない。
【0060】
フィルタロッド２２０にエアロゾルを冷却する冷却セグメントが含まれる場合、冷却セグメントは、高分子物質または生分解性高分子物質によっても製造される。例えば、冷却セグメントは、純粋なポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ）だけで作製されうる。または、冷却セグメントは、複数の穿孔を含む酢酸セルロースフィルタによっても作製される。但し、それに限定されるものではなく、冷却セグメントは、エアロゾルを冷却する構造及び物質で構成されうる。
【0061】
【0062】
【0063】
図５を参照すれば、シガレット２００は、シガレット２００の長手方向に沿って収容空間１２０に収容されうる。サセプタ１１０は、タバコロッド２１０がサセプタ１１０に接触されるようにエアロゾル生成装置１００に収容されたシガレット２００に挿入されうる。サセプタ１１０は、シガレット２００に挿入されるように、エアロゾル生成装置１００の長手方向に延びうる。
【0064】
サセプタ１１０は、シガレット２００の中心部に挿入されるように収容空間１２０の中心部に位置しうる。図５において、サセプタ１１０は、単一個数であると例示されているが、それに制限されない。すなわち、本発明のエアロゾル生成装置１００は、シガレット２００に挿入されるように複数個のサセプタ１１０を含むこともできる。
【0065】
コイル１３０は、収容空間１２０の長手方向に沿って収容空間１２０の周りを取り囲みうる。コイル１３０は、サセプタ１１０に対応する長さに収容空間１２０の長手方向に沿って延び、サセプタ１１０に対応する位置に配置されうる。
【0066】
図６を参照すれば、シガレット２００は、シガレット２００の長手方向に沿って収容空間１２０に収容されうる。シガレット２００が収容空間１２０に挿入されることにより、サセプタ１１０は、コイル１３０によっても取り囲まれる。
【0067】
サセプタ１１０は、均一な熱伝達のためにタバコロッド２１０の中心部に位置することができる。図６でサセプタ１１０は、単一個数であると例示されているが、それに制限されない。すなわち、シガレット２００には、複数個のサセプタ１１０が含まれうる。
【0068】
コイル１３０は、収容空間１２０の長手方向に沿って収容空間１２０の周りを取り囲みうる。コイル１３０は、サセプタ１１０に対応する長さに長手方向に沿って延び、サセプタ１１０に対応する位置に配置されうる。
【0069】
図７は、一実施例によるエアロゾル生成装置の内部ブロック図である。
【0070】
図７を参照すれば、エアロゾル生成装置１００は、入力部７１０、出力部７２０、感知部７３０、インターフェース部７４０、電力変換部７５１、加熱部７５２、バッテリ７６０、メモリ７７０、及び制御部７８０を含む。図７のバッテリ７６０及び制御部７８０は、図１及び図２のバッテリ１４０及び制御部１５０にそれぞれ対応しうる。図７の加熱部７５２は、図１及び図２のコイル１３０に対応しうる。実施例によって、図７の加熱部７５２は、図１のサセプタ１１０を含む構成でもある。
【0071】
入力部７１０は、ユーザ入力を受信することができる。例えば、入力部７１０は、加圧式プッシュ（ｐｕｓｈ）ボタン状にも設けられうるが、それに制限されない。入力部７１０は、ユーザ入力を受信した場合、ユーザ入力に対応する制御信号を制御部７８０に伝送することができる。制御部７８０は、制御信号に基づいて、エアロゾル生成装置１００の内部構成を制御することができる。例えば、制御部７８０は、制御信号に基づいて加熱部７５２に電力を供給することができる。
【0072】
出力部７２０は、エアロゾル生成装置１００に係わる視覚情報及び／または触覚情報を出力することができる。そのために出力部７２０は、ディスプレイ（図示せず）、振動モータ（図示せず）などを含む。
【0073】
感知部７３０は、エアロゾル生成装置１００の動作と係わる情報を感知することができる。一実施例において、感知部７３０は、加熱部７５２の温度を感知する温度感知部７３１を含んでもよい。温度感知部７３１は、少なくともいずれか１つの温度センサを含み、温度センサは、加熱部７５２と隣接して配置されうる。実施例によって、感知部７３０は、ユーザのパフを感知するためのパフセンサをさらに含んでもよい。
【0074】
インターフェース部７４０は、エアロゾル生成装置１００に連結される多様な種類の外部デバイスとの通路役割を遂行することができる。例えば、インターフェース部７４０は、外部デバイスと連結可能なポート（ｐｏｒｔ）を備え、エアロゾル生成装置１００は、ポートを介して外部デバイスと連結されうる。エアロゾル生成装置１００は、外部デバイスと連結された状態で、外部デバイスとデータとを交換することができる。インターフェース部７４０は、外部電源を供給される通路役割を遂行することもできる。例えば、インターフェース部７４０は、外部電源と連結可能なポートを備え、エアロゾル生成装置１００は、外部電源と連結された状態で、外部電源から外部電源を供給されうる。
【0075】
【0076】
加熱部７５２は、コイル１３０を含んでもよい。また、加熱部７５２は、サセプタ１１０に誘導結合するためのキャパシタ（図９のＣ）をさらに含んでもよい。実施例によって、加熱部７５２は、サセプタ１１０をさらに含んでもよい。
【0077】
一実施例によって、コイル１３０に電流が印加される場合、コイル１３０で発生する交番磁場によってサセプタ１１０が加熱されうる。加熱されたサセプタ１１０は、エアロゾル生成基質を加熱し、これにより、エアロゾルが生成されうる。
【0078】
一方、加熱部７５２がサセプタ１１０を含まない場合、サセプタ１１０は、エアロゾル生成基質に含まれうる。この際、加熱部７５２は、磁場発生部とも称する。
【0079】
バッテリ７６０は、制御部７８０の制御によって加熱部７５２に電力を供給することができる。この際、電力変換部７５１は、バッテリ７６０から供給された電源を変換して加熱部７５２に伝達することができる。
【0080】
電力変換部７５１は、バッテリ７６０から供給された直流電源を、交流電源に変換して加熱部７５２に伝達することができる。電力変換部７５１は、直流電源を交流電源に変換するために、複数のスイッチング素子を含んでもよい。
【0081】
メモリ７７０は、エアロゾル生成装置１００の動作のための情報を保存する。一実施例において、メモリ７７０は、温度プロファイルに係わる情報を保存することができる。
【0082】
温度プロファイルは、加熱区間に対応する目標温度に係わる情報を含んでもよい。加熱区間は、サセプタ１１０の温度を既設定の予熱温度まで増加させる予熱区間、及びサセプタ１１０の温度を一定範囲内で保持させる喫煙区間を含んでもよい。予熱区間での目標温度は、喫煙区間での目標温度よりも高く設定されうる。例えば、予熱区間での目標温度は、３４０℃に設定され、喫煙区間での目標温度は、３３５℃に設定されうる。
【0083】
制御部７８０は、加熱部７５２の温度及び目標温度の差値に基づいて、加熱部７５２の温度を制御することができる。すなわち、制御部７８０は、加熱部７５２の温度情報に基づいてフィードバック制御を遂行することができる。
【0084】
具体的に、制御部７８０は、加熱部７５２の温度及び目標温度の差値、差値を経時的に積分した値、及び差値を経時的に微分した値を通じたフィードバック制御方式によって加熱部７５２に供給される電力を制御することができる。
【0085】
一実施例において、制御部７８０は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御方式で加熱部７５２の温度を制御することができる。ＰＩＤ制御の係数は、加熱部７５２の温度が最適に制御されるように実験的に予め設定されうる。制御部７８０は、設定されたＰＩＤ制御の係数によって加熱部７５２の温度が目標温度に到逹するように加熱部７５２の温度を制御することができる。
【0086】
制御部７８０は、電力変換部７５１を制御することで、加熱部７５２に供給される電力を制御することができる。制御部７８０は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）方式を用いて電力変換部７５１を制御することができる。制御部７８０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式を用いて電力変換部７５１に含まれた複数のスイッチング素子を制御することができる。そのために、制御部７８０は、複数のスイッチング素子を制御する駆動制御部７８１を含んでもよい。実施例によって、駆動制御部７８１は、制御部７８０とは区分される別途の構成によって形成される。
【0087】
一般的に電力変換部７５１は、特定のデューティー（ｄｕｔｙ）で最大効率を発揮することができる。例えば、電力変換部７５１は、デューティーが５０％であるとき、最大の電力効率で動作することができる。デューティーは、１つのスイッチング周期（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ）でスイッチング素子がターンオンされる時間の百分率を意味する。したがって、以下でデューティーは、デューティー比（ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）と同一意味でもある。
【0088】
一方、従来の技術は、電力変換部７５１をフルブリッジ（ｆｕｌｌ ｂｒｉｄｇｅ）回路で構成した後、複数のスイッチング素子をフルブリッジモードのみで動作させる。または、従来の技術は、電力変換部７５１をハーフブリッジ（ｈａｌｆ ｂｒｉｄｇｅ）回路で構成した後、複数のスイッチング素子をハーフブリッジモードのみで動作させる。しかし、電力変換部７５１をフルブリッジ回路で構成した後、最大電力効率のために加熱区間の全区間で固定されたデューティーで電力変換部７５１を制御する場合、吸熱区間で加熱部７５２を降温し難いという問題がある。一方、電力変換部７５１をハーフブリッジ回路で構成した後、最大電力効率のために予熱区間から固定されたデューティーで電力変換部７５１を制御する場合、ハーフブリッジ回路の出力が低く、予熱区間で迅速な予熱が困難であるという問題がある。
【0089】
本発明は、そのような問題点を解決するために、一実施例は、電力変換部７５１をフルブリッジ回路で形成した後、電力変換部７５１が、向上された電力効率を発揮するように温度プロファイルによって動作モードを変更することができる。
【0090】
さらに詳細には、制御部７８０は、予熱区間及び喫煙区間に対する温度プロファイルに基づいて電力変換部７５１の動作モードが変更されるように複数のスイッチング素子を制御することができる。
【0091】
制御部７８０は、エアロゾル生成装置１００が最大効率で動作するように電力変換部７５１の動作モードを変更する。動作モードは、第１モード及び第２モードを含む。一実施例において、第１モードは、電力変換部７５１がフルブリッジ回路として動作するモードを意味する。また第２モードは、電力変換部７５１がハーフブリッジ回路として動作するモードを意味する。電力変換部７５１は、第１モードで第１電力を出力し、第２モードで第１電力より小さい第２電力を出力する。
【0092】
制御部７８０は、温度プロファイルに基づいて電力変換部７５１のモードを変更することができる。制御部７８０は、予熱区間で電力変換部７５１が第１モードとして動作するように電力変換部７５１に含まれた複数のスイッチング素子を制御する。また、制御部７８０は、予熱区間以後の喫煙区間で電力変換部７５１が第１モードと異なる第２モードとして動作するように電力変換部７５１に含まれた複数のスイッチング素子を制御する。
【0093】
予熱区間と喫煙区間は、サセプタ１１０の目標温度及び／または加熱時間が異なってもいる。制御部７８０は、サセプタ１１０の温度が目標温度に到逹するように電力変換部７５１を制御する。制御部７８０は、第１加熱時間の間、第１目標温度に基づいて電力変換部７５１を制御する。また、制御部７８０は、第２加熱時間の間、第２目標温度に基づいて電力変換部７５１を制御することができる。第１加熱時間は、予熱区間に対応し、第２加熱時間は、喫煙区間に対応しうる。第１加熱時間は、第２加熱時間より短く設定されうる。
【0094】
制御部７８０は、予熱区間の一部で第１デューティーに基づいて電力変換部７５１を制御することができる。また、制御部７８０は、喫煙区間で第１デューティーと異なる第２デューティーに基づいて電力変換部７５１を制御する。第２デューティーは、電力変換部７５１が最大電力効率で動作するように設定されうる。例えば、第２デューティーは、５０％に設定されうる。第１デューティーは、第２デューティーより小さく設定されうる。例えば、第１デューティーは、４０％に設定されうる。第１デューティーを最大電力効率を発揮する第２デューティーより小さく設定することは、喫煙区間で加熱部７５２の温度下降を容易にするためである。
【0095】
電力変換部７５１は、複数のスイッチング素子を含むので、動作モードの変更時点には信号レイテンシ（ｌａｔｅｎｃｙ）のようなＳ／Ｗ問題、スイッチング素子のオン／オフ遅延時間のようなＨ／Ｗ問題によってサセプタ１１０の温度を正確に制御し難い。例えば、動作モードの変更時点には、サセプタ１１０の温度下降現象が発生しうる。このように温度下降にもかかわらず、目標温度を一定に保持する場合、サセプタ１１０の温度を目標温度まで上昇させるための追加電力が必要である。このような追加電力は、予測できない電力であって、エネルギー損失の原因になる。
【0096】
本発明は、このような問題点を解決するために、第１目標温度を第２目標温度よりも大きく設定し、目標温度の下降時、動作モードを変更することができる。すなわち、エアロゾル生成装置１００は、温度プロファイルの転換と動作モードの転換とを同期化することで、エネルギー損失を最小化することができる。
【0097】
さらに詳細には、制御部７８０は、第１目標温度から第２目標温度に変更される時点において、電力変換部７５１の動作モードを変更する。第２目標温度は、第１目標温度よりも低いので、電力変換部７５１に必要な追加電力は顕著に減少しうる。これにより、電力変換部７５１のエネルギー損失が最小化されうる。
【0098】
【0099】
図８を参照すれば、駆動制御部７８１は、電力変換部７５１にスイッチング信号ｓｗ１、ｓｗ２を提供する。スイッチング信号には、スイッチング素子のオン／オフ情報、デューティー情報などが含まれうる。電力変換部７５１は、スイッチング信号ｓｗ１、ｓｗ２に基づいて第１モードまたは第２モードで動作することができる。
【0100】
駆動制御部７８１は、予熱区間で電力変換部７５１が第１モードで動作するように第１スイッチング信号ｓｗ１を出力する。電力変換部７５１は、第１スイッチング信号ｓｗ１に基づいてフルブリッジ回路として動作されうる。
【0101】
駆動制御部７８１は、喫煙区間で電力変換部７５１が第２モードで動作するように第２スイッチング信号ｓｗ２を出力する。電力変換部７５１は、第２スイッチング信号ｓｗ２に基づいてハーフブリッジ回路として動作されうる。
【0102】
図９は、一実施例による電力変換部及び加熱部の内部回路図である。
【0103】
図９を参照すれば、電力変換部７５１は、第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２で構成される第１ラグ９１０、及び第３スイッチング素子Ｓ３及び第４スイッチング素子で構成され、第１ラグ９１０と並列連結される第２ラグ９２０を含んでもよい。
【0104】
第１ないし第４スイッチング素子Ｓ１ないしＳ４は、双方向性スイッチング素子でもある。例えば、第１ないし第４スイッチング素子Ｓ１ないしＳ４は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）でもあるが、それに制限されない。
【0105】
第１スイッチング素子Ｓ１は、第２スイッチング素子Ｓ２と直列接続されうる。また、第３スイッチング素子Ｓ３は、第４スイッチング素子Ｓ４と直列接続されうる。第１スイッチング素子Ｓ１及び第２スイッチング素子Ｓ２の第１ラグ９１０と、第３スイッチング素子Ｓ３及び第４スイッチング素子Ｓ４の第２ラグ９２０は、互いに並列接続されうる。第１ラグ９１０及び第２ラグ９２０それぞれは、バッテリ７６０と並列接続されうる。
【0106】
加熱部７５２は、第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２との間の第１ノードｎ１と、第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４との間の第２ノードｎ２と、の間に接続されうる。
【0107】
さらに詳細には、加熱部７５２は、コイル１３０及びコイル１３０に直列接続されたキャパシタ素子Ｃを含んでもよい。キャパシタ素子Ｃは、サセプタ１１０との共振のために設けられる素子でもある。実施例によって、キャパシタ素子Ｃは、コイル１３０と並列接続されうる。
【0108】
第１スイッチング素子Ｓ１及び第２スイッチング素子Ｓ２の間には、第１ノードｎ１が形成され、第３スイッチング素子Ｓ３及び第４スイッチング素子Ｓ４の間には、第２ノードｎ２が形成されうる。また、コイル１３０及びキャパシタ素子Ｃは、第１ノードｎ１及び第２ノードｎ２の間に連結されうる。
【0109】
制御部７８０は、第１ないし第４スイッチング素子Ｓ１ないしＳ４の動作を制御することで、コイル１３０に供給される電力を制御することができる。
【0110】
図９には、本実施例に係わる構成要素が示されている。したがって、図９に示された構成要素以外に、他の汎用的な構成要素がエアロゾル生成装置１００にさらに含まれうるということを、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、理解できるであろう。例えば、電力変換部７５１は、逆電流を防止するために第１ないし第４スイッチング素子Ｓ１ないしＳ４それぞれに並列連結されたダイオード素子をさらに含んでもよい。
【0111】
図１０は、一実施例による温度プロファイルによる動作モードの変更方法を説明するための図面である。
【0112】
図１０を参照すれば、グラフは、サセプタ１１０の目標温度１０１０、サセプタ１１０の温度１０２０、コイル１３０に供給される供給電流１０３０、コイル１３０とサセプタ１１０とのマッチング周波数１０４０及び電力変換部７５１のデューティー１０５０に係わる情報を示す。図１０において、ｘ軸は、時間であり、ｙ軸は、電流（Ａ）、周波数（Ｈｚ）、温度（℃）、及びデューティー（％）のうち、いずれか１つである。
【0113】
制御部７８０は、温度プロファイルによってサセプタ１１０を加熱することができる。温度プロファイルには、目標温度１０１０及び加熱時間に係わる情報が含まれうる。温度プロファイルは、目標温度１０１０及び／または加熱時間に基づいて予熱区間及び喫煙区間に区分されうる。予熱区間は、サセプタ１１０の温度１０２０を既設定の予熱温度まで増加させる区間を意味する。例えば、予熱温度は、３４０℃であるが、それに制限されるものではない。喫煙区間は、実際パフ（ｐｕｆｆ）が遂行される区間であって、サセプタ１１０の温度１０２０が既設定の喫煙温度範囲内で保持される区間を意味する。例えば、喫煙温度範囲は、３３０℃～３４０℃でもあるが、それに制限されない。
【0114】
制御部７８０は、温度プロファイルによって第１加熱時間ｔ１の間、第１目標温度Ｔｅ１に基づいてサセプタ１１０を予熱することができる。第１加熱時間ｔ１と予熱区間は、互いに対応しうる。制御部７８０は、予熱区間間サセプタ１１０の温度１０２０が第１目標温度Ｔｅ１に到逹するように電力変換部７５１を制御することができる。
【0115】
制御部７８０は、第２加熱時間ｔ２の間、第１目標温度Ｔｅ１よりも低い第２目標温度Ｔｅ２に基づいてサセプタ１１０を加熱する。第２加熱時間ｔ２と第１時間ｔ１との間の区間は、喫煙区間に対応する。制御部７８０は、喫煙区間の間、サセプタ１１０の温度１０２０が第２目標温度Ｔｅ２を保持するように電力変換部７５１を制御することができる。
【0116】
制御部７８０は、予熱区間で電力変換部７５１が第１モードで動作するように複数のスイッチング素子を制御する。第１モードは、電力変換部７５１がフルブリッジ回路として動作するモードを意味する。
【0117】
予熱区間は、第１サブ区間及び第１サブ区間以後の第２サブ区間に区分されうる。第１サブ区間及び第２サブ区間は、サセプタ１１０の温度１０２０によって決定されうる。制御部７８０は、第１加熱時間ｔ１より短い第３加熱時間ｔ３間の第１目標温度Ｔｅ１に基づいてサセプタ１１０を加熱する。例えば、第３加熱時間ｔ３は、サセプタ１１０の温度１０２０が（Ｔｅ１－２００℃）～（Ｔｅ１－３０℃）の範囲に含まれるように設定されうる。
【0118】
制御部７８０は、第１サブ区間で、第１サブモードに基づいて電力変換部７５１を制御する。第１サブモードは、リップル成分を除去するために、コイル１３０に供給される供給電流１０３０の上限値を制限させるモードを意味する。また、第１サブモードは、温度フィードバック制御を遂行しないモードを意味する。
【0119】
制御部７８０は、第１サブ区間において、供給電流１０３０の上限を制限することができる。また、制御部７８０は、第１サブ区間において、マッチング周波数１０４０を固定する。制御部７８０は、第１サブ区間において、第１目標温度Ｔｅ１に基づいて電力変換部７５１のデューティー１０５０を制御することにより、サセプタ１１０を加熱することができる。
【0120】
具体的に、制御部７８０は、第１サブ区間で供給電流１０３０の大きさを既設定の基準電流以下に制限する。例えば、基準電流は、１Ａ～４Ａ範囲内で設定されうる。基準電流の下限を１Ａに設定する理由は、コイル１３０を加熱するために要求される最小電流が１Ａよりも大きいためである。また、基準電流の上限を、４Ａに設定する理由は、バッテリ７６０の定格電流が６Ａであり、加熱部７５２を除いた残りの構成の要求電流の和が２Ａであるためである。例えば、基準電流は、１．９５Ａに設定されうる。
【0121】
また、制御部７８０は、第１サブ区間でマッチング周波数１０４０の大きさを固定することができる。マッチング周波数１０４０は、コイル１３０及びキャパシタ素子Ｃの共振周波数に基づいて設定されうる。一実施例において、マッチング周波数１０４０は、共振周波数よりも既設定の大きさほど高い周波数に設定されうるが、それに制限されない。
【0122】
制御部７８０は、第１サブ区間で温度フィードバック制御を遂行しない。また、制御部７８０は、第１サブ区間で供給電流１０３０の大きさを制限し、マッチング周波数１０４０を固定した状態で、電力変換部７５１のデューティー１０５０を増加させてサセプタ１１０の温度１０２０を増加させうる。例えば、制御部７８０は、電力変換部７５１のデューティー１０５０を４５％まで増加させうる。
【0123】
制御部７８０は、第２サブ区間で、第２サブモードに基づいて電力変換部７５１を制御することができる。第２サブモードは、迅速な予熱のために、電流の上限を制限しないモードを意味する。また、第２サブモードは、サセプタ１１０の温度１０２０が第１目標温度Ｔｅ１に到逹するように温度フィードバック制御を遂行するモードを意味する。電力変換部７５１は、第２サブモードで後述する第２モードよりもさらに大きい電力を出力する。制御部７８０が予熱初期から第２サブモードで電力変換部７５１を制御しないことは、電流のリップル（ｒｉｐｐｌｅ）成分によるバッテリ７６０の損傷を防止するためである。
【0124】
制御部７８０は、第２サブ区間で電力変換部７５１のデューティー１０５０を固定することができる。一実施例において、制御部７８０は、第２サブ区間で電力変換部７４１のデューティー１０５０を第１デューティーに固定することができる。第１デューティーは、第１サブ区間でのデューティー最大値の－５％に設定されうる。例えば、第１デューティーは、４０％に設定されうる。制御部７８０は、第２サブ区間で第１目標温度Ｔｅ１に基づいて、コイル１３０に供給される供給電流１０３０及び／またはマッチング周波数１０４０を制御することにより、サセプタ１１０を加熱することができる。
【0125】
具体的に、制御部７８０は、第２サブ区間で、電力変換部７５１のデューティー１０５０を第１デューティーに保持する。また、制御部７８０は、第２サブ区間で、サセプタ１１０の温度１０２０及び第１目標温度Ｔｅ１の差値に基づいてフィードバック制御を遂行する。制御部７８０は、ＰＩＤ制御方式でサセプタ１１０の温度１０２０を制御することができる。制御部７８０は、設定されたＰＩＤ制御の係数によってコイル１１０の温度１０２０が第１目標温度Ｔｅ１に到逹するように、コイル１３０に供給される供給電流１０３０及び／またはマッチング周波数１０４０を制御することができる。
【0126】
制御部７８０は、喫煙区間で電力変換部７５１が第１モードと異なる第２モードとして動作するように複数のスイッチング素子を制御する。第２モードは、電力変換部７５１がハーフブリッジ回路として動作するモードを意味する。また、第２モードは、最大電力効率でサセプタ１１０の温度１０２０を保持させるためのモードを意味する。電力変換部７５１は、第２モードで第１モードよりも小さい電力を出力するが、最大電力効率で動作する。
【0127】
制御部７８０は、喫煙区間で電力変換部７５１のデューティー１０５０を固定することができる。一実施例において、制御部７８０は、喫煙区間で電力変換部７５１のデューティー１０５０を第２デューティーに固定する。第２デューティーは、第１デューティーより大きく設定されうる。第２デューティーは、電力変換部７５１の最大電力効率に基づいて設定されうる。例えば、第２デューティーは、５０％に設定されうる。制御部７８０は、喫煙区間で第２目標温度Ｔｅ２に基づいて、コイル１３０に供給される供給電流１０３０及び／またはマッチング周波数１０４０を制御することにより、サセプタ１１０を加熱することができる。
【0128】
実施例によって、制御部７８０は、喫煙区間で電力変換部７５１のデューティー１０５０を第２デューティーに固定した状態で、サセプタ１１０の温度１０２０及び第２目標温度Ｔｅ２の差値に基づいて、フィードバック制御を遂行することができる。
【0129】
上述したように、本発明のエアロゾル生成装置１００は、温度プロファイルによって電力変換部７５１の動作モードを変更することで、最大電力効率で動作することができる。
【0130】
エアロゾル生成装置１００は、第１目標温度Ｔｅ１を第２目標温度Ｔｅ２よりも高く設定し、温度ファイルの区間変更時点と動作モードの変更時点を同期化することで、エネルギー効率をさらに極大化することができる。
【0131】
具体的に、電力変換部７５１は、複数のスイッチング素子を含むので、動作モードの変更時点には、信号レイテンシ（ｌａｔｅｎｃｙ）のようなＳ／Ｗ問題、スイッチング素子のオン／オフ遅延時間のようなＨ／Ｗ問題などによってサセプタ１１０の温度下降現象が発生しうる。
【0132】
これと関連して、制御部７８０は、第１目標温度Ｔｅ１を第２目標温度Ｔｅ２より高く設定し、第１目標温度Ｔｅ１から第２目標温度Ｔｅ２に変更される時点において、電力変換部７５１の動作モードを変更する。第２目標温度Ｔｅ２は、第１目標温度Ｔｅ１より低いので、サセプタ１１０の温度１０２０を目標温度１０１０に保持するのに必要な追加電力は顕著に減少しうる。これにより、電力変換部７５１のエネルギー損失が最小化されうる。
【0133】
【0134】
図１１ないし図１３を参照すれば、制御部７８０は、第１モードで電力変換部７５１がフルブリッジ回路として動作するように複数のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を制御することができる。制御部７８０は、第１モードで、それぞれのラグに含まれたスイッチング素子を互いに相補的に動作させうる。
【0135】
制御部７８０は、スイッチング周期Ｔｓの半周期Ｔｓ／２の間、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４をターンオンさせ、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３をターンオフさせうる。これにより、電流は、第１電流パスＰａｔｈ１のように、バッテリ７６０、第１スイッチング素子Ｓ１、コイル１３０、及びキャパシタ素子Ｃを介して第４スイッチング素子Ｓ４に印加されうる（図１２参照）。
【0136】
制御部７８０は、スイッチング周期Ｔｓの残りの半周期Ｔｓ／２の間、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３をターンオンさせ、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４をターンオフさせうる。これにより、電流は、第２電流パスＰａｔｈ２のように、バッテリ７６０、第３スイッチング素子Ｓ３、キャパシタ素子Ｃ及びコイル１３０を介して第２スイッチング素子Ｓ２に印加されうる。
【0137】
一方、第１モードでの電力変換部７５１の出力は、後述する第２モードでの電力変換部７５１の出力よりも大きくなる。したがって、サセプタ１１０の温度下降を容易にするために、第１モードでのデューティーは、第２モードでのデューティーよりも小さく設定されうる。予熱区間で電力変換部７５１が出力が大きいフルブリッジ回路として動作することにより、迅速な予熱が可能である。
【0138】
【0139】
図１４ないし図１６を参照すれば、制御部７８０は、第２モードで、電力変換部７５１がハーフブリッジ回路として動作するように、複数のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を制御する。制御部７８０は、第２モードでいずれか１つのラグに含まれたスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４のオン／オフ状態を保持させ、他の１つのラグに含まれたスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を互いに相補的に動作させうる。
【0140】
制御部７８０は、スイッチング周期Ｔｓの半周期Ｔｓ／２の間、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子をターンオンさせ、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３をターンオフさせうる。これにより、電流は、第３電流パスＰａｔｈ３のように、バッテリ７６０、第１スイッチング素子Ｓ１、コイル１３０及びキャパシタ素子Ｃを介して第４スイッチング素子Ｓ４に印加されうる（図１５参照）。
【0141】
制御部７８０は、スイッチング周期Ｔｓの残りの半周期Ｔｓ／２の間、第２スイッチング素子Ｓ２が第４スイッチング素子Ｓ４をターンオンさせ、第１スイッチング素子Ｓ１及び第３スイッチング素子Ｓ３をターンオフさせうる。これにより、電流は、第４電流パスＰａｔｈ４のように、第４スイッチング素子Ｓ４、キャパシタ素子Ｃ、及びコイル１３０を介して第２スイッチング素子Ｓ２に印加されうる（図１６参照）。第４電流パスＰａｔｈ４は、前述したスイッチング周期Ｔｓの半周期Ｔｓ／２の間、キャパシタ素子Ｃに保存されたエネルギーによって形成されうる。
【0142】
一方、図１５及び図１６では、スイッチング全体周期Ｔｓで第４スイッチング素子Ｓ４がターンオンされ、第３スイッチング素子Ｓ３がターンオフされる場合のみを示すが、実施例によって、第４スイッチング素子Ｓ４がターンオフされ、第３スイッチング素子Ｓ３がターンオンされうる。
【0143】
一方、第２モードでの第２デューティーは、電力変換部７５１の最大効率が可能なように設定されうる。例えば、第２モードでの第２デューティーは５０％に設定されうる。
【0144】
図１７は、一実施例によるエアロゾル生成装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【0145】
図１７を参照すれば、Ｓ１７１０段階において、制御部７８０は、予熱区間で電力変換部７５１が第１モードで動作するように複数のスイッチング素子を制御することができる。
【0146】
予熱区間は、サセプタ１１０の温度１０２０を第１目標温度まで増加させる区間を意味する。第１モードは、電力変換部７５１がフルブリッジ回路として動作するモードを意味する。
【0147】
後述するハーフブリッジ回路は、フルブリッジ回路より出力が劣るので、予熱区間から電力変換部７５１をハーフブリッジ回路として動作させる場合、期待する予熱性能（例えば、予熱時間、予熱温度など）を発揮することができない。したがって、本発明のエアロゾル生成装置１００は、予熱区間で出力に優れたフルブリッジ回路として電力変換部７５１を動作させる。
【0148】
制御部７８０は、予熱区間でサセプタ１１０の温度が第１目標温度まで上昇されるように電力変換部７５１を制御する。
【0149】
予熱区間は、第１サブ区間及び第１サブ区間以後の第２サブ区間に区分されうる。第１サブ区間は、サセプタ１１０の温度が（Ｔｅ１－２００℃）～（Ｔｅ１－３０℃）範囲内に含まれる時点に基づいて設定されうる。
【0150】
制御部７８０は、第１サブ区間で、第１サブモードに基づいて電力変換部７５１を制御する。第１サブモードは、リップル成分を除去するために、コイル１３０に供給される供給電流の上限値を制限させるモードを意味する。
【0151】
制御部７８０は、第１サブ区間でコイル１３０に供給される供給電流の上限を制限し、マッチング周波数を保持した状態で、目標温度に基づいてデューティーを制御することができる。第１サブ区間で供給電流の大きさを既設定の基準電流以下に制限することにより、バッテリ４６０の損傷が防止されうる。
【0152】
制御部７８０は、第１サブ区間以後の第２サブ区間で第２サブモードに基づいて電力変換部７５１を制御する。第２サブモードは、迅速な予熱のために、電流の上限を制限しないモードを意味する。また、第２サブモードは、サセプタ１１０の温度１０２０が第１目標温度に到逹するように温度フィードバック制御を遂行するモードを意味する。
【0153】
制御部７８０は、第２サブ区間で電力変換部７５１のデューティーを第１デューティーで固定した状態で、第１目標温度に基づいてコイル１３０に供給される供給電流及びマッチング周波数のうち、少なくともいずれか１つを制御することで、サセプタ１１０を加熱することができる。制御部７８０は、第２サブ区間でサセプタ１１０の温度及び第１目標温度の差値に基づいて、フィードバック制御を遂行する。
【0154】
一方、上述した第１サブモード及び第２サブモードは、予熱区間での動作モードに該当するので、電力変換部７５１は、第１サブモード及び第２サブモードの両方でフルブリッジ回路として動作することができる。
【0155】
Ｓ１７２０段階で、制御部７８０は、予熱区間以後の喫煙区間で電力変換部７５１が第２モードとして動作するように複数のスイッチング素子を制御する。
【0156】
喫煙区間は、実際パフ（ｐｕｆｆ）が遂行される区間であって、サセプタ１１０の温度が既設定の喫煙温度範囲内で保持される区間を意味する。第２モードは、電力変換部７５１がハーフブリッジ回路として動作するモードを意味する。また、第２モードは、最大電力効率で動作してサセプタ１１０の温度を保持するモードを意味する。
【0157】
制御部７８０は、喫煙区間でサセプタ１１０の温度が第２目標温度を保持するように電力変換部７５１を制御する。
【0158】
制御部７８０は、喫煙区間で電力変換部７５１のデューティーを第２デューティーに固定する。第２デューティーは、第１デューティーよりも大きく設定されうる。第２デューティーは、電力変換部７５１の最大電力効率に基づいて設定されうる。例えば、第２デューティーは、５０％に設定されうる。
【0159】
制御部７８０は、喫煙区間で電力変換部７５１のデューティーを第２デューティーに固定した状態で、第２目標温度に基づいてコイル１３０に供給される供給電流及びマッチング周波数のうち、少なくともいずれか１つを制御することで、サセプタ１１０を加熱することができる。実施例によって、制御部７８０は、喫煙区間で電力変換部７５１のデューティーを第２デューティーに固定した状態で、サセプタ１１０の温度及び第２目標温度の差値に基づいてフィードバック制御を遂行する。
【0160】
ハーフブリッジ回路は、フルブリッジ回路に比べて出力が劣るが、喫煙区間では迅速な加熱よりは、喫煙温度の保持がさらに重要なので、ハーフブリッジ回路でも十分な温度保持効果を期待することができる。それだけではなく、加熱区間の全区間で、電力変換部７５１がフルブリッジ回路として動作する場合に比べて、エネルギー効率が顕著に上昇する。
【0161】
したがって、本発明のエアロゾル生成装置１００は、温度プロファイルによって電力変換部７５１の動作モードを変更することで、最大電力効率で動作することができる。
【0162】
エアロゾル生成装置１００は、エネルギー効率をさらに極大化するために、第１目標温度を第２目標温度よりも大きく設定し、温度ファイルの区間変更時点と動作モードの変更時点を同期化することができる。
【0163】
具体的に、制御部７８０は、予熱区間から喫煙区間に変更される時点に、電力変換部７５１の動作モードを、第１モードから第２モードに変更することができる。予熱区間での目標温度は、第１目標温度に設定され、喫煙区間での目標温度は、第２目標温度に設定されるので、予熱区間から喫煙区間に変更される時点であるという意味は、第１目標温度から第２目標温度に変更される時点であるという意味と同一でもある。すなわち、制御部７８０は、第１目標温度から第２目標温度に変更される時点に、電力変換部７５１の動作モードを変更することができる。目標温度下降時点で動作モードが変更されることにより、エネルギー効率が極大化されうる。
【0164】
当該技術分野で通常の知識を有する者は、前記記載の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現可能であるということを理解できるであろう。したがって、開示された方法は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく、請求範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、本発明に含まれていると解釈されねばならない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
