KR102400047B1 - 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 양태는 에어로졸 생성 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는, 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하는 캐비티, 상기 캐비티의 일 방향으로 연장되고 상기 에어로졸 형성 기재가 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재를 관통하도록 배열된 세장형 히터 요소 및 상기 세장형 히터 요소로 광을 조사하는 광원을 포함하되, 상기 세장형 히터 요소에 복수의 금속 나노 입자들이 배열되고, 상기 복수의 금속 나노 입자들은 상기 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 열을 발생하며, 상기 세장형 히터 요소에 적어도 하나의 요철부가 형성되고, 상기 복수의 금속 나노 입자들 중 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 요철부 상에 배열된다.

Description

에어로졸 생성 장치{AEROSOL GENERATING APPARATUS}

본 발명은 에어로졸을 형성하기 위해 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다.

근래에 전통적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 내의 에어로졸 생성 기재를 가열함에 따라 에어로졸을 생성하는 방법에 관한 연구가 증가하고 있다. 가열식 에어로졸 생성 장치에서는 히터를 이용하여 궐련이 가열된다.

전형적으로, 에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성하기 위한 하나 이상의 휘발성 혼합물들을 방출하기 위해 수백도의 온도로 가열된다. 대부분의 경우, 이는 에어로졸 형성 기재를 내부적으로 가열하기 위한, 블레이드형 히터 요소와 같은 히터를 삽입함으로써, 또는 튜브형 히터와 같은 외부 히터를 이용함으로써 달성된다.

다만, 내부적으로 또는 외부적으로 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 히터는 대부분 저항성 히터이기 때문에, 반드시 전원과의 전기적 접촉을 요구하게 되고, 이는 장치의 구조 상의 제약으로 이어진다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 목적은 금속 나노입자들을 통한 표면 플라즈몬 공명(SPR: Surface Plasmon Resonance)에 의한 가열을 이용하여 전원 공급기로의 전기적 연결이 필요없는 에어로졸 생성 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 양태에 따른 목적은 히터 요소의 내부에 배열된 요철부에 의해, 금속 나노입자들로 조사되는 광의 난반사를 야기하여 균일 가열 및 가열 효율의 극대화를 달성하는 에어로졸 생성 장치를 제공하는 것이다.

더욱이, 본 발명의 또 다른 양태에 따른 목적은 서로 다른 종류의 금속 나노입자들을 국소적으로 배치함으로써 사용자가 원하는 영역에 대한 보다 정밀 가열을 수행하는 에어로졸 생성 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 에어로졸 생성 장치는, 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하는 캐비티, 상기 캐비티의 일 방향으로 연장되고 상기 에어로졸 형성 기재가 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재를 관통하도록 배열된 세장형 히터 요소 및 상기 세장형 히터 요소로 광을 조사하는 광원을 포함하되, 상기 세장형 히터 요소에 복수의 금속 나노 입자들이 배열되고, 상기 복수의 금속 나노 입자들은 상기 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 열을 발생하며, 상기 세장형 히터 요소에 적어도 하나의 요철부가 형성되고, 상기 복수의 금속 나노 입자들 중 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 요철부 상에 배열될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따른 에어로졸 생성 장치는, 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하는 캐비티, 상기 캐비티의 측벽 중 적어도 일부를 따라 연장되고, 상기 에어로졸 형성 기재가 상기 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 둘러싸도록 배열된 환형 히터 요소 및 상기 환형 히터 요소로 광을 조사하는 광원을 포함하되, 상기 환형 히터 요소에 복수의 금속 나노 입자들이 배열되고, 상기 복수의 금속 나노 입자들은 상기 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 열을 발생하며, 상기 환형 히터 요소에 적어도 하나의 요철부가 형성되고, 상기 복수의 금속 나노 입자들 중 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 요철부 상에 배열될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양태에 따른 에어로졸 생성 장치는, 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하는 캐비티, 상기 캐비티의 일 방향으로 연장되고 상기 에어로졸 형성 기재가 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재를 관통하도록 배열된 세장형 히터 요소 및 상기 세장형 히터 요소로 광을 조사하는 광원을 포함하되, 상기 세장형 히터 요소에 복수의 금속 나노 입자들이 배열되고, 상기 복수의 금속 나노 입자들은 상기 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 열을 발생하며, 제 1 파장의 광을 흡수하는 제 1 금속 나노입자는 상기 세장형 히터 요소의 제 1 영역에 배열되고, 제 2 파장의 광을 흡수하는 제 2 금속 나노입자는 상기 세장형 히터 요소의 제 2 영역에 배열될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따른 에어로졸 생성 장치는, 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하는 캐비티, 상기 캐비티의 측벽 중 적어도 일부를 따라 연장되고, 상기 에어로졸 형성 기재가 상기 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 둘러싸도록 배열된 환형 히터 요소 및 상기 환형 히터 요소로 광을 조사하는 광원을 포함하되, 상기 환형 히터 요소의 내면에 복수의 금속 나노 입자들이 배열되고, 상기 복수의 금속 나노 입자들은 상기 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 열을 발생하며, 제 1 파장의 광을 흡수하는 제 1 금속 나노입자는 상기 환형 히터 요소의 제 1 영역에 배열되고, 제 2 파장의 광을 흡수하는 제 2 금속 나노입자는 상기 환형 히터 요소의 제 2 영역에 배열될 수 있다.

본 발명의 에어로졸 생성 장치에 따르면, 금속 나노입자들을 통한 표면 플라즈몬 공명에 의한 가열을 이용하기 때문에 전원 공급기로의 전기적 연결이 요구되지 않아 장치의 제조를 단순화하는 효과가 있다.

또한, 히터 요소의 내부에 배열된 요철부에 의해, 금속 나노입자들로 조사되는 광의 난반사가 야기되기 때문에, 균일한 가열이 달성되고, 공급되는 전력 대비 가열 효율이 극대화되는 효과가 있다.

더욱이, 서로 다른 종류의 금속 나노입자들을 국소적으로 배치함으로써 사용자가 원하는 영역에 대한 보다 정밀한 부분 가열을 달성하는 효과가 있다.

도 1, 도 2a 내지 도 2b는 에어로졸 생성 장치에 에어로졸 형성 물품이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 3은 에어로졸 형성 물품의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 에어로졸 생성 장치의 작동 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 세장형 히터 요소에 에어로졸 형성 물품이 삽입된 예를 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 세장형 히터 요소의 내부에 형성된 요철부의 예를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 5의 세장형 히터 요소에 포함된 렌즈에 의해 광원으로부터의 광이 기준값 이상의 입사각을 갖도록 하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 6a의 요철부 상에 서로 다른 종류의 금속 나노입자가 도포된 예를 도시한 단면도이다.
도 9는 도 6a의 요철부의 다양한 형상을 나타낸 단면도이다.
도 10은 서로 다른 종류의 금속 나노입자가 서로 다른 영역에 배열된 세장형 히터 요소를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 세장형 히터 요소와 환형 히터 요소 사이에 에어로졸 형성 물품이 삽입된 예를 도시한 단면도이다.
도 12는 도 11의 환형 히터 요소를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 도 11의 세장형 히터 요소와 환형 히터 요소를 포함하는 히터 조립체의 단면도 및 평면도이다.
도 14a 및 도 14b는 동작 위치 및 방출 위치에서의 도 13a 및 도 13b의 히터 조립체의 단면도들이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 세장형 히터 요소와 환형 히터 요소 사이에 에어로졸 형성 물품이 삽입된 예를 도시한 단면도이다.
도 16a 및 도 16b는, 다른 실시예에 따라, 도 15의 에어로졸 생성 장치에서 세장형 히터 요소와 환형 히터 요소 하부에 배치된 광원이 각각의 히터 요소에 독립적으로 복수 개 배열된 예를 나타낸 단면도 및 평면도이다.
도 17은 서로 다른 종류의 금속 나노입자가 서로 다른 영역에 배열된 환형 히터 요소를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 에어로졸 생성 장치에 에어로졸 형성 물품이 삽입된 예들을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 에어로졸 생성 장치(100)는 배터리(110), 제어부(120), 히터(130) 및 캐비티(140)를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 물품(200)은 에어로졸 형성 기재를 포함하는 담배 로드 부분(210)과 필터 로드 부분(220)을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 에어로졸을 생성하기 위해 에어로졸 형성 기재들과 연동하는 장치이다. 에어로졸 생성 시스템은 에어로졸 생성 장치(100)와 상기 장치(100)와 함께 사용되는 에어로졸 형성 물품(200)(예컨대, 궐련)의 조합을 나타낼 수 있다. 에어로졸 생성 시스템은 전기적으로 동작하거나 전기적 에어로졸 생성 장치 내의 전기적 전원 공급기를 재충전하기 위한 충전기와 같은 부가적인 컴포넌트들(미도시)을 포함할 수 있다.

에어로졸 생성 장치(100)의 캐비티(140)에는 에어로졸 형성 물품(200)이 삽입될 수 있다. 에어로졸 형성 물품(200)이 상기 캐비티(140)에 삽입되면, 에어로졸 생성 장치(100)는 히터(130)를 가열한다. 에어로졸 형성 물품(200) 내에 에어로졸 형성 기재는 가열된 히터(130)에 의해 온도가 상승하게 되고, 이에 따라 에어로졸이 생성된다. 생성된 에어로졸은 에어로졸 형성 물품(200)의 필터를 통해 사용자에게 전달된다.

배터리(110)는 에어로졸 생성 장치(100)로 전력을 공급한다. 배터리(110)는 히터(130)의 가열 동작 및 제어부(120)의 제어 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(100)에 설치된 디스플레이, 센서 및 모터 등의 부수적인 컴포넌트의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 일 예로, 배터리(110)는 DC 전원과 같은 임의의 적합한 전력 공급기를 포함할 수 있다. 전력 공급기는 재충전가능한 리튬-이온 배터리(Lithium-ion battery)를 포함한다. 또는, 니켈-금속 합금 전지(Nickel-metal hydride battery), 니켈-카드뮴 전지(Nickel cadmium battery) 또는 리튬 코발트, 리튬-철인산염, 리튬 티탄염 또는 리튬-폴리머 배터리와 같은 리튬 기반 배터리를 포함할 수 있다. 전력 공급기는 커패시터와 같은 전하 저장 장치를 포함할 수 있다. 전기적 전원 공급기는 재충전을 요구할 수 있고, 에어로졸 생성 장치(100)의 한번 이상의 사용을 위한 충분한 에너지의 저장을 허용하는 커패시터를 포함할 수 있다. 일 예에서, 전기적 전원 공급기는 약 5분 정도(일반 궐련의 전형적인 흡연 시간)의 시간 동안 에어로졸의 연속적인 생성을 위한 충분한 커패시티를 가질 수 있고, 이러한 5분의 시간을 다수 회 허용할 수도 있다. 다른 예에서, 전기적 전원 공급기는 소정 수의 퍼프들 또는 이산적인 활성화들(discrete activations)을 허용하기에 충분한 커패시티를 가질 수 있다.

제어부(120)는 에어로졸 생성 장치(100)에서 수행되는 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(120)는 배터리(110) 및 히터(130)뿐만 아니라, 에어로졸 생성 장치(100)에 포함된 다른 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(120)는 사용자의 입력에 따라 복수의 구성요소들의 동작을 스케쥴링하고 적절한 작업이 이루어지는지 관리한다. 제어부(120)는 에어로졸 생성 장치(100)의 구성요소들의 상태를 확인하여 에어로졸 생성 장치(100)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

일 예에서, 제어부(120)는 가열 사이클(heating cycle)의 시작 시점에서 표면 플라즈몬 공명을 위해 금속 나노입자들로 광을 조사하기 위한 광원으로 전력의 공급을 개시하도록 구성될 수 있다. 제어부(120)는 가열 사이클의 종료 시점에서 광원으로 전력 공급을 종료하도록 구성될 수 있다. 이때, 제어부(120)는 광원으로 연속적인 전력을 공급할 수 있다. 다른 예에서, 광원으로 간헐적인 전력을 공급할 수도 있다. 또는, 펄스 형태의 전력을 공급할 수도 있다. 광원으로의 펄스 형태의 전력 공급은 표면 플라즈몬 공명에 의해 여기된 자유전자들의 열적 이완을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 히터 요소의 가열 효율을 제고시킬 수 있다. 바람직하게는, 제어부(120)는 펄스 간의 간격이 약 1 ps(picosecond) 이하의 연속적인 펄스 형태의 전력을 광원에 인가하는 것이 좋다.

제어부(120)는 하나 이상의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 프로세서와 해당 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

히터(130)는 배터리(110)로부터 공급되는 전력을 이용하여 가열 동작을 수행한다. 에어로졸 형성 물품(200)이 캐비티(140)에 수용될 때, 히터(130)는 에어로졸 형성 물품(200)의 내부에 위치할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 히터(130)는 튜브형으로 형성되어 에어로졸 형성 물품(200)의 외부에 위치하게 되고, 물품(200)의 외부를 가열할 수도 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 히터(130)는 내부 및 외부에 모두 구비되어 에어로졸 형성 물품(200)의 내부와 외부를 함께 가열할 수도 있다. 가열된 히터(130)는 에어로졸 형성 기재에 포함된 에어로졸 생성 기재의 온도를 상승시켜 에어로졸을 발생시킨다.

히터(130)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예컨대, 히터(130)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류를 흘려보냄에 따라 히터(130)가 가열될 수 있다. 히터(130)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(100)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다. 제어부(120)는 설정된 희망 온도까지의 도달시키고 해당 온도를 유지하기 위해, 히터(130)로 공급되는 전류를 적절히 제어할 수 있다.

다른 예시로, 히터(130)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 유도 가열식 히터는 에어로졸 형성 물품(200)을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 에어로졸 형성 물품(200)은 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터를 포함할 수 있다. 이때, 서셉터는 에어로졸 생성 장치(100)에 구비될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 히터(130)는 전기 저항성 히터 및/또는 유도 가열식 히터를 포함할 수도 있지만, 표면 플라즈몬 공명을 이용하는 히터를 포함할 수 있다. 표면 플라즈몬 공명을 이용하는 히터는 앞선 두 히터 중 적어도 하나와 함께 사용될 수도 있지만 그렇지 않고 단독으로 사용될 수도 있다. 표면 플라즈몬 공명 기반의 히터는 복수 개가 사용될 수 있고, 에어로졸 형성 물품(200)의 내부 및/또는 외부에 대한 가열이 가능하다. 이러한 표면 플라즈몬 공명 기반의 히터(130)의 구성에 대해서는 이하 도 5 내지 도 17을 통해 보다 상세히 설명한다.

도 1의 실시예에서는, 히터(130)가 에어로졸 형성 물품(200)의 내부에 삽입되도록 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 히터(130)는 관 형 히터 요소, 판 형 히터 요소, 침 형 히터 요소 또는 봉 형의 히터 요소를 포함할 수 있으며, 히터 요소의 모양에 따라 에어로졸 형성 물품(200)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.

또한, 에어로졸 생성 장치(100)에는 히터(130)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(130)들은 에어로졸 형성 물품(200)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 에어로졸 형성 물품(200)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(130)들 중 일부는 에어로졸 형성 물품(200)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 에어로졸 형성 물품(200)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(130)의 형상은 도 1에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.

한편, 에어로졸 생성 장치(100)의 내부 공간의 청소를 위하여, 에어로졸 형성 물품(200)이 에어로졸 생성 장치(100)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 생성 장치(100)는 히터(130)를 가열할 수 있다.

한편, 에어로졸 생성 장치(1000)는 배터리(1100), 제어부(1200), 히터(130) 및 캐비티(140) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(100)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(100)는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 궐련 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다.

또한, 에어로졸 생성 장치(100)는 에어로졸 형성 물품(200)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 공기가 유출될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.

도 1에는 도시되지 않았으나, 전술한 바와 같이, 에어로졸 생성 장치(1000)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(100)의 배터리(110)의 충전에 이용될 수 있다. 이때, 크래들과 에어로졸 생성 장치(100)가 결합된 상태에서 히터(130)가 가열될 수도 있다.

에어로졸 형성 물품(200)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 물품(200)은 에어로졸 생성 물질을 포함하는 담배 로드 부분(210)과 필터 등을 포함하는 필터 로드 부분(220)으로 구분될 수 있다. 또는, 에어로졸 형성 물품(200)의 필터 로드 부분(220)에도 에어로졸 형성 기재가 포함될 수 있다. 예를 들어, 과립 또는 캡슐의 형태로 만들어진 에어로졸 형성 기재가 필터 로드 부분(220)에 삽입될 수도 있다.

에어로졸 생성 장치(100)의 내부에는 담배 로드 부분(210)의 전체가 삽입되고, 필터 로드 부분(220)은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(100)의 내부에 담배 로드 부분(210)의 일부만 삽입될 수도 있고, 담배 로드 부분(210) 및 필터 로드 부분(220)의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 필터 부분(220)을 입에 문 상태로 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 담배 로드 부분(210)을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 필터 로드 부분(220)을 통과하여 사용자의 입으로 전달된다.

일 예로서, 외부 공기는 에어로졸 생성 장치(100)에 형성된 적어도 하나의 공기 통로를 통하여 유입될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(100)에 형성된 공기 통로의 개폐 및/또는 공기 통로의 크기는 사용자에 의해 조절될 수 있다. 이에 따라, 무화량, 끽연감 등이 달라질 수 있다. 다른 예로서, 외부 공기는 에어로졸 형성 물품(200)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 에어로졸 형성 물품(200)의 내부로 유입될 수도 있다.

도 2a 및 도 2b는 증기화기를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 에어로졸 형성 물품이 삽입된 예들을 도시한 도면이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 에어로졸 생성 장치(100)는 배터리(110), 제어부(120), 히터(130) 및 증기화기(150)를 포함할 수 있다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)의 내부 공간에 에어로졸 형성 물품(200)이 삽입될 수 있다. 도 2a 및 도 2b의 실시예에서 캐비티는 별도로 도시하진 않았지만, 히터(130)가 관형으로 형성된 것으로 도시하였고, 관형의 히터(130)가 배열된 부분이 에어로졸 형성 물품(200)이 수용되는 캐비티 부분이라고 볼 수 있다. 히터(130)가 침형에서 관형으로 변경된 것을 제외하고는, 배터리(110) 및 제어부(120)는 도 1의 실시예와 동일한 기능을 수행한다고 볼 수 있다. 다만, 도 2a 및 도 2b의 실시예는 도 1의 실시예보다 증기화기(150)의 구성을 더 포함하고 있다. 즉, 에어로졸 생성 장치(100)는 제어부(120)와 히터(130)의 사이에 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성하는 증기화기(150)를 더 포함한다. 다만, 증기화기(150)의 배열은 반드시 제어부(120)와 히터(130) 사이에 있어야 하는 것은 아니다.

증기화기(150)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 에어로졸 형성 물품(200)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 즉, 증기화기(150)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 장치(100)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(150)에 의하여 생성된 에어로졸이 에어로졸 형성 물품(200)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 특히, 액상 조성물에서 생성되는 에어로졸의 양은 상당한 양을 가질 수 있기 때문에, 증기화기(150)에서 생성되는 상당한 양의 에어로졸 및 이 에어로졸이 보유하고 있는 열은 에어로졸 형성 물품(200)의 가열시킬 뿐만 아니라 사용자로 하여금 충분한 연무량을 느끼게 하는데 도움이 될 수 있다.

이 실시예에서, 증기화기(150)는 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 히터 요소를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 히터 요소는 독립적인 모듈로서 에어로졸 생성 장치(100)에 포함될 수도 있다.

액체 저장부는 액상 조성물을 저장할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다. 액체 저장부는 카트리지 형태로, 증기화기(150)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(150)와 일체로서 제작될 수도 있다.

예를 들어, 액상 조성물은 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 또는 비타민 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미제는 사용자에게 다양한 향미 또는 풍미를 제공할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 비타민 혼합물은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C 및 비타민 E 중 적어도 하나가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 액상 조성물은 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 액체 전달 수단은 액체 저장부의 액상 조성물을 히터 요소로 전달할 수 있다.

예를 들어, 액체 전달 수단은 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

히터 요소는 액체 전달 수단에 의해 전달되는 액상 조성물을 가열하기 위한 요소이다. 예를 들어, 히터 요소는 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 히터 요소는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있고, 액체 전달 수단에 감기는 구조로 배치될 수 있다. 히터 요소는, 제어부(120)를 통해 제어되는 전류의 공급에 의해 가열될 수 있으며, 히터 요소와 접촉된 액체 조성물에 열을 전달하여, 액체 조성물을 가열할 수 있다. 그 결과, 에어로졸이 생성될 수 있다.

예를 들어, 증기화기(150)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

증기화기는 도 2a와 같이 에어로졸 형성 물품(200)과 직렬로 배치될 수도 있고, 도 2b와 같이, 에어로졸 형성 물품(200)과 병렬로, 평행하게 배치될 수도 있다. 기류 통로(점선으로 표시)만 연결되어 있고, 기류의 흐름에 제한이 없다면 증기화기(150)와 에어로졸 형성 물품(200)과의 배열은 어떠한 형태를 갖더라도 무방하다.

도 3은 에어로졸 형성 물품의 일 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)와 연동하여 에어로졸을 생성하는 에어로졸 형성 물품(200)은 담배 로드(210)과 필터 로드(220)를 포함할 수 있다. 도 3의 실시예에서는 필터 로드(220)가 하나의 세그먼트로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 필터 로드(220)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수 있다. 필터 로드(220)는 에어로졸의 냉각을 위한 세그먼트와 에어로졸 내에 포함된 특정 성분을 필터링하기 위한 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라 필터 로드(220)에는 다른 기능을 수행하는 하나 이상의 세그먼트들을 더 포함하는 것도 가능하다.

에어로졸 형성 물품(220)은 적어도 하나의 궐련지(240)에 의해 포장될 수 있다. 궐련지(240)에는 내부 공기를 유출하거나 외부 공기를 유입하는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로써, 에어로졸 형성 물품(200)은 하나의 궐련지(240)에 의해 포장될 수 있다. 다른 예로써, 에어로졸 형성 물품(220)은 둘 이상의 궐련지(240)들에 의해 중첩되어 포장될 수 있다. 예컨대, 제 1 궐련지에 의해 담배 로드(210)가 포장되고, 제 2 궐련지에 의해 필터 로드(220)가 포장될 수 있다. 그리고, 서로 다른 궐련지에 의해 포장된 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)는 제 3 궐련지에 의해 전체적으로 재포장될 수 있다.

담배 로드(210) 또는 필터 로드(220)가 각각 복수의 세그먼트들로 구성되어 있는 경우, 각각의 세그먼트가 개별 궐련지에 의하여 포장될 수 있다. 그리고, 앞선 포장 방식과 마찬가지로, 개별 궐련지에 의하여 포장된 세그먼트들이 결합된 물품(200) 전체가 다른 궐련지에 의하여 재포장될 수 있다.

담배 로드(210)는 에어로졸 형성 기재를 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 담배 로드(210)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 또한, 담배 로드(210)에는, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이, 담배 로드(210)에 분사됨으로써 첨가될 수 있다.

담배 로드(210)는 다양한 방식으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 담배 로드(210)는 시트(sheet)로 제작될 수도 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(210)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(210)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 담배 로드(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(210)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 담배 맛을 향상시킬 수 있다. 또한, 담배 로드(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 유도 가열식 히터에 의해 가열되는 서셉터로서의 기능을 할 수 있다. 이때, 도면에 도시되지는 않았으나, 담배 로드(210)는 외부를 둘러싸는 열 전도 물질 이외에도 추가의 서셉터를 더 포함할 수 있다.

일 예에서, 담배 로드(210)는 복수 개의 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다. 이때, 하나는 액체 상태의 에어로졸 형성 기재로, 하나는 고체 상태의 에어로졸 형성 기재로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 둘 모두 액체 상태의 에어로졸 형성 기재로, 또는 둘 모두 고체 상태의 에어로졸 형성 기재로 구성될 수 있다. 상기 에어로졸 형성 기재들은 서로에 대해 고정된 위치에 유지되는 것이 바람직하다.

한편, 담배 로드(210)는 에어로졸 형성 물품(200)의 중심부에 길이 방향으로 연장되는 캐비티, 보어(bore) 또는 채널을 구비할 수 있다. 이는 후술할 세장형 히터 요소의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 또는, 상기 세장형 히터 요소의 차원보다 약간 작은 차원으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 세장형 히터 요소가 상기 중앙 캐비티, 보어 또는 채널 내에 적절하게 수용될 수 있도록 한다. 그리고, 사용 이후 에어로졸 형성 기재의 제거를 용이하게 한다.

필터 로드(220)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 필터 로드(220)의 형상에는 다양한 모양들이 존재한다. 예를 들어, 필터 로드(220)는 원기둥 형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형(type) 로드일 수도 있다. 또한, 필터 로드(220)는 리세스 형(type) 로드일 수도 있다. 만약, 필터 로드(220)가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다.

필터 로드(220)는 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 일 예로서, 필터 로드(220)에 가향액이 분사될 수도 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터 로드(220)의 내부에 삽입될 수도 있다.

또한, 필터 로드(220)에는 적어도 하나의 캡슐(230)이 포함될 수 있다. 여기에서, 캡슐(230)은 향미를 발생시키는 기능을 수행할 수도 있고, 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 캡슐(230)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싼 구조일 수 있다. 캡슐(230)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

만약, 필터 로드(220)에 에어로졸을 냉각하는 세그먼트가 포함될 경우, 냉각 세그먼트는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 냉각 세그먼트는 순수한 폴리락트산 만으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또는, 냉각 세그먼트는 복수의 구멍들이 뚫린 셀룰로오스 아세테이트 필터로 제작될 수 있다. 그러나, 냉각 세그먼트는 상술한 예에 한정되지 않고, 에어로졸이 냉각되는 기능을 수행할 수 있다면, 제한 없이 해당될 수 있다.

한편, 도 3에는 도시되지 않았으나, 일 실시예에 따른 에어로졸 형성 물품(200)은 전단 필터를 더 포함할 수 있다. 전단 필터는 담배 로드(210)에 있어서, 필터 로드(220)에 대향하는 일측에 위치한다. 전단 필터는 담배 로드(210)가 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있으며, 흡연 중에 담배 로드(210)로부터 액상화된 에어로졸이 에어로졸 발생 장치로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 에어로졸 생성 장치의 작동 상태를 나타낸 사시도이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 서로 분리 가능하게 결합되는 하부 케이스(10) 및 상부 케이스(20)와, 상부 케이스(20)의 상면에 슬라이딩 이동하도록 설치되는 커버(24)를 구비한다. 커버(24)는 커버 가이드(22)를 매개로 슬라이딩 이동한다. 다른 실시예에서, 커버(24)는 반드시 구비되어야 하는 것은 아니고, 에어로졸 형성 물품(200)이 삽입되는 물품 삽입 개구(26)가 노출되어도 무방하다. 물품 삽입 개구(26)의 노출은 에어로졸 생성 장치(100)의 내부의 금속 나노입자들로 주변 광의 도입을 용이하게 하는데 중요한 요소이다.

상부 케이스(20)의 상면에는 커버(24)의 슬라이딩 이동 방향을 따라 연장되고 상부 케이스(20)의 외부와 내부를 연결하도록 개방된 커버 가이드(22)와 물품 삽입 개구(26)가 구비된다. 커버(24)가 상부 케이스(20)의 상면에 형성된 커버 가이드(22)를 따라 슬라이딩 이동하면 물품 삽입 개구(26)가 외부로 노출되므로, 이때, 물품(200)을 물품 삽입 개구(26)에 삽입할 수 있다. 여기서, 물품(200)은 에어로졸 생성 장치(100)에 사용되는 고체상 에어로졸 생성원의 일 예이다.

한편, 상부 케이스(20)의 상면을 따라 커버(24)가 슬라이딩 이동함으로써 물품 삽입 개구(26)가 개방되는 동작과 연계하여 여러 준비 동작이 실행될 수 있다. 예를 들어, 커버(24)에 의해 물품 삽입 개구(26)이 개방되는 순간 에어로졸 생성 장치(100)의 내부에 구비된 히터의 예비적인 가열 동작이나 사용자를 인식하는 동작 등이 실행될 수 있고, 나아가서 에어로졸 생성을 위한 다양한 준비 동작들이 실행될 수 있다.

에어로졸 생성 장치(100)의 하부 케이스(10)의 외부에는 사용자가 조작할 수 있는 UI 버튼(12)(기계적 버튼을 포함함)과, 여러 가지 색상으로 발광함으로써 에어로졸 생성 장치(100)의 내부 작동 상태를 표시하는 표시기에 해당하는 LED(14)가 설치될 수 있다. 상기 UI 버튼(12)은 푸시-버튼, 스크롤-휠, 터치-버튼, 터치-스크린 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 UI 버튼(12)은 사용자가 표면 플라즈몬 공명을 통한 가열을 위해 구비된 광원으로 전원의 공급을 활성화시키는데 사용될 수 있다. UI 버튼(12)은 복수 개가 구비되어 서로 다른 광원으로의 전원 공급 활성화를 제어하는데 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 세장형 히터 요소에 에어로졸 형성 물품이 삽입된 예를 도시한 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 에어로졸 생성 장치(100)는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 세장형 히터 요소(30) 및 광원(40)을 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 에어로졸 형성 물품(200)을 수용하기 위한 캐비티를 갖는 하우징을 포함한다. 에어로졸 형성 물품(200)은 하우징의 일 단부의 개구를 통해 삽입된다. 장치는 캐비티 내에 세장형 히터 요소(30)를 포함한다. 에어로졸 형성 물품(200)이 개구를 통해 캐비티로 삽입되면 세장형 히터 요소(30)는 에어로졸 형성 물품(200)을 관통하고, 에어로졸 형성 물품(200) 내의 에어로졸 형성 기재를 내부적으로 가열한다. 다른 예에서, 부가적인 히터 요소(예컨대, 환형 히터 요소)가 캐비티의 내벽을 따라 구비될 수 있다. 이는 도 11을 통해 보다 상세히 설명한다.

세장형 히터 요소(30)는 광원(40)으로부터 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 생성한다. 여기서, 표면 플라즈몬 공명은 금속 나노입자들의 자유전자들의 집단 공명 진동을 의미하며, 금속 나노입자들의 표면에서 전하들의 분극화를 야기하는 현상을 나타낸다. 상기 자유전자들의 집단 공명 진동 및 그에 따른 전하들의 분극화는 금속 나노입자들 상에 입사되는 광원으로부터의 광에 의해 보다 자극된다. 자유전자들이 진동함으로써 발생된 에너지는 여러 다양한 메카니즘들에 의해 소모되는데, 이때, 열이 발생할 수 있다. 따라서, 금속 나노입자들이 광원에 의해 조사될 때, 금속 나노입자들은 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 발생시킬 수 있다.

세장형 히터 요소(30)는 광원을 향해 가열 표면에서 복수의 금속 나노입자들을 노출함에 의해 열을 생성한다. 보다 구체적으로, 플라즈몬 히터 요소들(plasmonic heating elements)은 복수의 금속 나노입자들을 포함하는 가열 표면을 포함한다. 일 예에서, 이러한 가열 표면은 세장형 히터 요소(30)의 외주면(윤곽 면(outline surface))에 형성된다. 예컨대, 복수의 금속 나노입자들은 세장형 히터 요소(30)의 윤곽 면의 내면 및/또는 외면에 도포될 수 있다. 본 명세서에서, 가열 표면은 금속 나노입자가 도포되어 직접 가열이 되는 표면을 의미할 수도 있지만, 금속 나노입자가 배치된 면의 반대편 표면을 지시할 수도 있다. 예컨대, 상기 반대편 표면이 금속 나노입자가 배치된 면과 연결되어 있고, 열 전도율이 높은 재료로 이루어져 금속 나노입자가 배치된 면의 온도 상승과 함께 가열되는 표면이라면 이 역시 가열 표면이라 부를 수 있는 것이다. 즉, 특정 면(예컨대, 히터 요소의 윤곽 면)의 내면에 금속 나노입자가 배열된 경우, 그 반대편 면인 외면이 금속 나노입자가 배열된 면과 연결되어 있으면서 열 전도율이 높은 재료로 형성되어 있는 경우, 상기 내면뿐만 아니라 외면도 가열 표면이라 부를 수 있다. 특히, 외면에 에어로졸 형성 기재가 접촉된다면 더욱 그러할 것이다. 여기서 열 전도율이 높은 금속 재료는 20℃에서 10 W/mK 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 약 60 W/mK이상의 열 전도율을 갖는 것이 좋다.

한편, 금속 나노입자들에 의해 흡수된 입사광은 금속 나노입자들의 자유전자들의 집단 진동 및 나노입자들의 표면에서의 전하들의 분극화를 야기한다. 자유전자들이 그들의 초기 상태로 회복하기 위해, 나노입자들은 열의 형태로 과잉의 에너지를 방출한다. 이때, 세장형 히터 요소(30)에 사용되는 나노입자들은 입사광의 파장보다 같거나 작은 입자 사이즈를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 다양한 직경 중 임의의 직경을 갖는 금속 나노입자들을 사용할 때, 주어진 직경에 기반하여 적절한 파장을 갖는 광원을 선택하는 것이 바람직하다. 반대로, 다양한 파장들 중 임의의 파장을 갖는 광원을 사용할 때, 금속 나노입자들의 직경을 주어진 파장에 기반하여 적절히 선택하는 것 역시 중요하다.

복수의 금속 나노입자들은 금, 은, 백금, 구리, 팔라듐, 알루미늄, 크롬, 티타늄, 로듐, 및 루테늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이는 기본적인 형태로 배치될 수도 있고, 금속 합금, 금속혼합물 또는 금속 질화물의 형태로 배치될 수 있다. 복수의 금속 나노입자들은 단일 금속일 수 있고, 또는 서로 다른 금속의 혼합일 수 있다. 복수의 금속 나노입자들은 광원(40)으로부터의 광의 최대 방출 파장과 동일하거나 더 작은 최대 직경을 갖는 것이 적합하다. 보다 구체적으로, 금속 나노입자들은 700 나노미터보다 적은 최대 직경을 갖는 것이 좋다. 또는, 600, 500, 400, 300, 200, 150 및 100 나노미터 중 하나보다 적은 최대 직경을 갖는 것이 바람직하다.

추가적으로, 세장형 히터 요소(30)는 전형적인 블레이드 형상 히터 요소와 다른 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 세장형 히터 요소(30)는 두꺼운 바디를 가진 핀 형의 히터 요소일 수 있다. 블레이드의 평면 면적보다 높은 면적을 갖는데 충분한 두께의 바디를 갖도록 함으로써 외부에 노출되는 가열 표면을 증가시켜 가열 효율을 제고시킬 수 있다. 다른 예에서, 세장형 히터 요소(30)는 3차원 형상을 가질 수 있고, 원뿔, 원통, 직육면체 또는 평평한 블레이드와 같은 형상을 가질 수 있다. 블레이드의 경우 충분한 두께를 갖는 것이 바람직하다.

세장형 히터 요소(30)의 내부는 광을 투과하는 재료로 구성될 수 있다. 이에 세장형 히터 요소(30)는 광 전송 코어로 불릴 수 있다. 광 전송 코어는 광원으로부터의 광을 가열표면까지 전달하고 안내한다. 광전송 코어는 광의 도관(conduit) 역할을 수행한다. 광 전송 코어는 광학적으로 투명하거나 반-투명한 고체 재료를 포함한다. 또는, 내부가 비어있는 공간으로 구성될 수도 있다.

세장형 히터 요소(30)는 장치의 동작 동안 연속적으로 에어로졸 형성 기재를 가열할 수 있다. 연속적인 가열은 장치에 공기흐름이 존재하지 않는 경우에도 광원에 전력이 인가되어 가열이 이루어짐을 의미할 수 있다. 다른 예에서는, 장치 내에서 공기 흐름이 감지될 때에만 가열이 이루어지도록 제어할 수도 있다.

추가적으로, 세장형 히터 요소(30)는 렌즈(32) 및 반사 표면 중 적어도 하나를 갖는 베이스를 포함할 수 있다. 렌즈(32)는 광 전송 코어를 통해 광원(40)으로부터 방출된 광을 굴절시킬 수 있다. 굴절된 광은 렌즈(32)에 의해 포커싱될 수도 있고 또는 산란될 수도 있다. 이에 따라 가열 표면 중 적어도 일부로 또는 가열 표면 전체에 전달되는 광의 양이 가변될 수 있다. 광의 굴절률을 조절함으로써 가열 표면에 도달하는 광의 양을 조절할 수도 있고, 특정 영역으로 광을 집중시킴으로써 국소 부위의 가열이 이루어지도록 할 수도 있다. 반사 표면은 렌즈를 통하거나 혹은 직접 가열 표면으로 광을 반사시킨다. 광원(40)으로부터 방출된 광은 일련의 반사 표면들을 통해 순차적으로 반사될 수 있다. 광원(40)은 광 전송 코어로부터 이격되어 배치될 수 있다.

광 전송 코어는 광원(40)으로부터 방출된 광들 중 특정 광을 필터링하기 위한 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 특정 광은 임계값 이상 또는 이하의 파장을 갖는 광 또는 임계값들 사이의 범위의 파장을 갖는 광을 나타낼 수 있다. 필터는 컬러 필터일 수 있다. 예컨대, 광 전송 코어는 가시 광 스펙트럼 내의 광의 특정 파장과 같은 특정 광 파장을 갖는 광을 흡수하기 위한 다이(dye)로 도핑될 수 있다.

선택적으로, 에어로졸 생성 장치(100)는 복수의 세장형 히터 요소(30)들을 가질 수 있다. 복수의 세장형 히터 요소(30)들은 동일한 형상을 가질 수도 있고, 서로 다른 형상을 가질 수도 있다. 복수의 세장형 히터 요소(30)들은 동일한 광원(40)을 공유할 수 있다. 또는, 서로 다른 광원(40)으로부터 광을 수신할 수도 있다. 복수의 세장형 히터 요소(30)들의 사용은 다수의 가열 표면들의 제공을 야기하고, 이에 따라 에어로졸 형성 기재에 대한 균일 가열을 달성할 수 있다. 각 세장형 히터 요소(30)의 가열 온도는 개별적으로 제어가능할 수 있다.

선택적으로, 에어로졸 생성 장치(100)는 증기화기, 저항성 히터 요소, 유도 가열식 히터 요소 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 세장형 히터 요소(30)는 증기화기, 저항성 히터 요소, 유도 가열식 히터 요소 중 적어도 하나와 함께 사용될 수 있다.

광원(40)은 앞서 설명한 배터리(도 1의 110 참조)로부터 전력을 공급받아 광을 조사한다. 제어부(도 1의 120 참조)는 하나 이상의 광원(40)들에 통신가능하게 연결되며, 전원의 인가를 제어한다. 일 실시예에 따르면, 광원(40)은 LED 및 레이저 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 레이저는 고체 상태 레이저 및 반도체 레이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광원(40)은 복수의 광원(40)들을 포함할 수 있다. 광원들은 동일한 종류 또는 서로 다른 종류의 광원들을 포함할 수 있다. 광원(40)은 주 광원과 보조 광원의 조합으로 이루어질 수 있다. 보조 광원은 주 광원이 동작하지 않을 때만 동작하도록 제어될 수 있다. 광원(40)은 복수의 금속 나노입자들의 일부에만 조사되도록 배열될 수 있다. 또는, 복수의 광원(40)들 각각이 금속 나노입자들의 서로 다른 부분을 조사하도록 배열될 수 있다. 제어부는 복수 개의 광원(40)들이 동시에 금속 나노입자들의 서로 다른 부분을 조사하도록 제어할 수 있다. 또는 서로 다른 시간에 금속 나노입자들의 서로 다른 부분을 조사하도록 할 수 있다.

광원(40)은 전자기적 스펙트럼의 가시광선 영역의 광을 방출하도록 배열된 광원을 포함할 수 있다. 또는, 자외선 광원 및 적외선 광원 중 적어도 하나와 같은 가시광선 영역을 넘어선 광을 방출하도록 배열된 광원을 포함할 수도 있다. 이러한 다양한 범위의 광원(40)의 구성은 다양한 크기 또는 구성의 나노입자들과 같은 보다 넓은 범위의 나노입자들의 여기(exciting)에 적합하다. 일 예에 있어서, 광원(40)은 380 나노미터와 700 나노이터 사이의 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 광원은 약 495 내지 약 580 나노미터 사이의 최대 방출 파장에 적합하도록 구성될 수 있다. 위의 범위의 파장의 광은 표면 플라즈몬 공명에 의한 히터 요소의 최대 가열을 달성하는데 적합하다.

광원(40)에 의해 방출된 광은 방출되는 광의 주파수, 세기(amplitude), 또는 주파수와 세기의 조합을 제어함으로써 초당 방출되는 광자의 수와 같은 광량 관련 팩터가 조절될 수 있다.

한편, 제어부가 광원(40)에 전원을 공급하면, 세장형 히터 요소(30)는 기설정된 동작 온도까지 가열된다. 일 예에서, 제어부는 장치(100)가 사용중인 동안 기저장된 가열 프로파일에 따라 상기 세장형 히터 요소(30)를 가열한다. 광원(40)은 세장형 히터 요소(30)와 물리적인 연결을 요구하지 않기 때문에, 구조적인 제약 없이 장치를 제조할 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 장치의 동작 동안 히터 요소에 직접적인 데미지를 입히지 않기 때문에, 장치의 성능이 상대적으로 오랫동안 유지될 수 있도록 한다. 더욱이, 전원과 물리적 접촉이 없기 때문에, 세장형 히터 요소(30)의 수리 및 교체 또한 용이하다.

추가적으로, 세장형 히터 요소(30)는 외부의 광원으로부터 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 생성하다. 외부 광은 주변 광을 포함한다. 주변 광은 태양 광을 포함한다. 주변 광은 에어로졸 생성 장치 외부의 인위적인 광원(예컨대, 형광등)을 포함한다. 주변 광이 금속 나노입자들에서 흡수되면 에어로졸 형성 기재를 증기화할 정도는 아니여도 에어로졸 생성 장치의 가열 작업을 용이하게 하기 위한 예열을 하는 효과를 볼 수 있다. 즉, 에어로졸 생성 장치의 외부로 노출된 개구를 통해 스며든 주변 광은 에어로졸 생성 장치의 광원을 보조하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 통해 전력 소모를 약간이나마 감소시킬 수 있다. 일 예에서, 장치는 주변 광을 감지하는 모듈(미도시)을 구비하여 주변 광의 광량을 검출하고, 검출된 광량이 일정 임계값 이상인 경우, 금속 나노입자들로 광이 도달할 수 있도록 개구를 자동으로 개폐시킬 수 있다. 다른 예에서, 수동으로 사용자의 조작에 의해 상기 개구를 개폐시켜 주변 광을 수광할 수 있다. 이와 같이 주변으로부터 수광되는 광은 에어로졸 생성 장치의 렌즈를 통해 금속 나노입자들에 잘 도달될 수 있도록 굴절되거나 포커싱될 수 있다.

도 6a 내지 도 6c는 도 5의 세장형 히터 요소의 내부에 형성된 요철부의 예를 나타낸 단면도이다.

도 6a를 참조하면, 에어로졸 형성 기재를 보다 잘 관통하기 위해, 세장형 히터 요소(30)는 핀형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 세장형 히터 요소(30)는 3차원의 바디를 가질 수 있다. 3차원의 바디는 에어로졸 형성 물품의 내부로 파고들 수 있을 뿐만 아니라 그것을 적절한 위치에서 붙잡아 놓는다. 이를 통해 에어로졸 형성 기재의 내부를 균일하게 가열할 수 있다. 세장형 히터 요소(30)는 광 전송 코어(34) 및 가열 표면(38)을 포함한다. 가열 표면(38)은 광 전송 코어(34)의 윤곽 면(외주 면)의 내면에 제공될 수 있다. 일 예에 따르면, 광 전송 코어(34)의 윤곽 면의 내면 및 외면 중 적어도 하나에 표면 플라즈몬 공명을 일으키는 복수의 금속 나노입자들이 도포될 수 있다. 여기서, 상기 윤곽 면의 내면이라 함은, 윤곽 면이 향하는 방향과 관련하여, 광 전송 코어(34)의 윤곽 면(또는 외주 면이라고 부를 수 있음)에서 광 전송 코어(34)의 내부를 향하는 면을 의미한다. 반대로, 외면은, 상기 윤곽 면에서, 광 전송 코어(34)로부터 외부, 즉, 에어로졸 형성 기재 또는 장치의 캐비티 측벽을 향하는 면을 의미한다.

일 실시예에 따르면, 광 전송 코어(34)의 윤곽 면의 내면에는 요철부(36)가 형성될 수 있다. 요철부(36)는 광원(40)으로부터 발생한 광의 난반사를 유도하기 위해 일부 돌출되거나 오목하게 들어간 부분을 의미한다. 이는 하나의 요철 또는 복수 개의 요철을 포함할 수 있다. 예컨대, 요철부(36)는 굵은 사포와 같은 형상 및/또는 재료로 광전송 코어(34)의 윤곽면의 내면 상에 내부 중심을 향해 배열될 수 있다. 요철부(34)의 일정하지 않은 기울기로 인해, 요철부(34)에 도달한 광은 예측할 수 없는 방향으로 반사될 수 있고, 이를 통해 광 전송 코어(34) 내부에서 광의 난반사가 유도되어 금속 나노입자로의 광 흡수가 보다 활성화될 수 있다. 이는 곧 가열 효율의 제고로 이어진다. 여기서, 광의 흡수는 표면 플라즈몬 공명을 위해 해당 부분의 금속 나노입자들의 자유전자를 자극하는데 광이 사용됨을 의미한다.

한편, 요철부(36) 상에 복수의 금속 나노입자들이 도포될 수 있다. 예컨대, 세장형 히터 요소(30)의 외주면은 기재층과 복수의 나노입자들로 이루어진 코팅 층으로 이루어질 수 있다. 기재층은 원하는 기계적 특성을 위해 선택된 재료로 선택된다. 코팅층은 복수의 나노입자들로 도포됨에 의해 형성된 층이다. 기재층은 금속 재료, 중합체 재료 및 세라믹 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기재층은 전기적으로 도전성 재료 또는 절연성 재료를 포함할 수 있다. 특히, 기재층의 금속 재료 등은 광은 반사하는 재료로 구성되어, 금속 나노입자를 통해 광이 흡수되지 않는 부분에서는 광을 반사시키고, 이러한 부분이 요철부(36) 상에 형성되어 있다면, 광의 난반사를 극대화시킬 수 있다.

코팅층은 상기 기재층 상에 적절한 공정(예컨대, PVD(Physical Vapour Deposition 등)을 통해 금속 나노입자들을 증착함으로써 형성될 수 있다. 코팅층은 연속적인 층일 수 있고 또는 이산적인 영역으로 이루어질 수 있다. 즉, 기재층 상에 서로 이격되어 존재할 수 있다. 금속 나노입자들의 이격된 영역은 에어로졸 형성 기재의 부분적인 영역에 대한 가열을 촉진한다. 보다 구체적으로, 세장형 히터 요소(30)의 표면은 눌러붙지 않는 코팅(non-stick coating) 또는 마찰 감소 코팅(PTFE(polyterafluoroethylen) 코팅을 포함함)을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 요철부(36) 상에 일부 영역에만 금속 나노입자들이 도포될 수 있다. 이때, 금속 나노입자들이 도포되지 않은 요철부(36)의 영역에는 광을 반사하는 재료로 이루어진 기재층에 의해 광이 반사되고, 반사된 광은 표면 플라즈몬 공명을 통해 광을 흡수하기에 적합한 금속 나노입자에 도달할 때까지 이동한다. 다른 예에 따르면, 광원(40)은 다양한 파장의 광을 제공할 수 있는데, 이때, 다양한 파장의 광은 요철부(36) 상의 서로 다른 영역의 금속 나노입자에 도달하여 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있다. 이때, 상기 특정 금속 나노입자에 도달하기 전에 거쳐간, 표면 플라즈몬이 일어나지 않은 다른 금속 나노입자에서는 광의 반사가 일어날 수 있다. 즉, 특정 금속 나노입자는 제 1 파장의 광에 대해서는 표면 플라즈몬 공명을 위해 광을 흡수하는 재료로써 기능하지만, 제 2 파장의 광에 대해서는 광을 반사하는 재료로써 기능할 수 있다. 다만, 광을 반사할 때, 요철부(36)를 통해 난반사를 유도함으로써 거의 모든 파장의 광을 광 전송 코어의 요철부(36) 상의 복수의 금속 나노입자에서 흡수하여 표면 플라즈몬 공명을 통한 가열 에너지로 활용될 수 있도록 한다.

특히, 요철부(36)가 광 전송 코어(34)의 내부를 향해 있고, 요철부(36) 상에 금속 나노입자들이 도포되어 광 전송 코어(34)의 윤곽 면의 내면에서 표면 플라즈몬 공명에 따른 가열이 이루어질 수 있다.

일 예에서, 광 전송 코어(34) 내부의 요철부(36)의 형성은 광 전송 코어(34) 내부를 비어놓고 광 전송 코어(34)의 외형을 제작한 후, 후속하여 상기 외형의 내벽에 요철부(36)를 형성하는 방법이 있다. 그리고는, 형성된 요철부 상에 금속 나노입자들을 도포한 후, 부가적인 코팅을 통해 요철부(36) 및 금속 나노입자들이 보호될 수 있도록 한다. 그리고는, 금속 나노입자들이 도포된 광 전송 코어(34)의 내벽 안에 광 전송 코어(34)의 재료(예컨대, 유리, 석영 등)를 채울 수 있다. 이때, 광 전송 코어(34)의 재료를 채우기 전에 먼저 형성되는 광 전송 코어(34)의 외형의 재료는 광 투과성 재료가 아닌 것이 바람직할 수 있다. 다만, 필요에 따라 요철부(36)가 형성된 윤곽 면의 내면이 아닌, 윤곽 면의 외면에 금속 나노입자들이 도포된 경우, 요철부(36)는 투명 재료 또는 반투명 재료로 형성될 수 있다.

다른 예에서, 광 전송 코어(34)의 재료를 이용하여 광 전송 코어(34)를 생성한 후, 외벽을 연마시켜, 요철부(36)를 형상을 생성한다. 그리고는, 요철부(36)의 형상을 갖는 광 전송 코어(34)의 외벽 상에 금속 나노입자들을 도포하고 도포된 금속 나노입자들 상에 열 전도성이 높은 금속을 배치함으로써 광 전송 코어(34)의 내부를 향하는 요철부(36)의 형상 및 요철부(36) 상에 도포되는 금속 나노입자들을 형성할 수 있다. 이때, 요철부(36) 자체의 재료가 금속 나노입자들로 이루어질 수 있다.

또 다른 예에서, 광 전송 코어(34)의 재료를 채워 넣은 상태로 광 전송 코어(34)를 생성한 후, 요철부(36)의 형상으로 금속 나노입자들을 주입하는 방식으로 요철부(36) 형상 및 그 형상 위의 금속 나노입자들을 형성할 수도 있다.

광 전송 코어(34)의 내부에 요철부(36) 및 금속 나노입자들이 형성된 상태에서, 광 전송 코어(34)의 외면(38)은 금속과 같은 열전도성이 높은 재질로 구성하는 것이 바람직하다. 이는, 에어로졸 형성 물품이 광 전송 코어(34)의 외곽에 위치하기 때문에, 광 전송 코어(34)의 외면에서의 가열이 잘 이루어지도록 하기 위함이다. 외면에 형성되는 열 전도성이 높은 금속 재료는 철, 니켈, 알루미늄, 금, 은, 텅스텐 등을 포함할 수 있다. 이러한 열 전도성이 높은 금속 재료를 이용하여 서로 열교환이 이루어지도록 함으로써 금속 나노입자에 의해 생성된 열이 에어로졸 형성 기재에 균일하게 전달될 수 있도록 한다.

다른 실시예에서, 광 전송 코어(34)의 윤곽 면의 외면에 표면 플라즈몬 공명에 따른 가열이 이루어질 수 있도록 금속 나노입자들이 도포될 수 있다. 경우에 따라, 상기 윤곽 면의 내면의 요철부(36) 상과 윤곽 면의 외면에 모두 금속 나노입자들이 도포될 수 있고, 요철부(36)에는 금속 나노입자들이 도포되지 않고 외면에만 금속 나노입자들이 도포되도록 구성될 수도 있다.

또 다른 실시예에서, 세장형 히터 요소(30)는 전기적 전원 공급기로부터 전력을 수신하도록 배열된 전기적 저항 부분을 포함할 수 있다. 즉, 상기 복수의 금속 나노입자들의 표면 플라즈몬 공명에 의해 생성된 열에 부가하여 전기적 부분을 통한 열을 제공할 수 있다. 이때, 금속 나노입자들은 전기적으로 저항성 부분을 형성할 수 있다. 앞서 설명한, 기재층과 코팅층 중 적어도 하나가 상기 전기적 저항 부분을 형성할 수 있다. 전기적 저항 부분은 전기적 저항성 금속 및 전기적 저항성 세라믹을 포함할 수 있다. 기재층은 전기적 저항 재료뿐만 아니라 직물 재료를 포함할 수 있고, 전기적 저항 재료의 쓰레드들이 직물 재료의 적어도 일부를 형성한다. 에어로졸 형성 장치는 표면 플라즈몬 공면에 의한 열 생성에 부가하여 전기적 저항 부분에 따른 열을 생성하기 위해 전원을 공급할 수 있도록 배열될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 세장형 히터 요소(30)는 광원(40)으로부터 방출된 광을 반사하고 포커싱하기 위한 렌즈(32)를 포함한다. 광 전송 코어(34)는 약 200 내지 350 도 사이의 온도로 가열 표면(38)이 가열될 수 있도록 광원(40)으로부터 방출되는 광을 전송하기 위한 도관 기능을 수행한다. 일 예에서, 광 전송 코어(34)는 유리를 포함한다. 유리는 광학적 투과도와 같은 광학 특성에서 좋은 성능을 보이는 상대적으로 값싼 재료이다. 무엇보다, 유리는 상승하는 온도를 견디는데 적합하고 이에 따라 가열 표면으로부터의 열에 의해 손상되거나 성능이 저하되는 문제로부터 떨어져 가열 표면에 최대한 근접하게 위치할 수 있다. 또는, 석영 또는 유체와 같은 다른 광학적으로 투과가능하거나 반투명한 재료를 포함할 수 있다.

도 6b는 내부 영역이 빈 형태로 되어 있는 실시예를 나타내며, 이때, 광 전송 코어(34)의 외주면을 구성하는 윤곽 면의 내부를 향해 요철부(36)가 형성될 수 있다. 광원(40)으로부터 방출된 광은 내부의 빈 공간을 통해 요철부(36)로 도달하고, 요철부(36)에서 금속 나노입자들로 광이 흡수되거나 또는 반사되어 다른 요철부(36)를 향해 이동한다. 도 6b의 실시예와 같이 빈 챔버 또는 보이드(void) 형상의 광 전송 코어(34)를 구비함에 따라 에어로졸 생성 장치의 전체적인 무게를 경감시킬 수 있다.

도 6c의 실시에서, 요철부(36)는 광 전송 코어(34)의 일부 영역에만 형성될 수 있다. 일 예에서, 요철부(36)는 광 전송 코어의 하부 영역에만 배열될 수 있다. 이러한 구성은 하부에서 광의 난반사를 유도하여 광을 상부 측으로 끌어올림에 따라 상대적으로 광량이 적은 광 전송 코어의 상부로 광이 많이 도달하도록 함으로써 균일한 가열을 달성할 수 있도록 한다. 다른 예에서, 요철부(36)는 광 전송 코어(34)의 상부 영역에만 배열될 수 있다. 이러한 구성은 상부에서도 잘 흡수되지 못한 광이 난반사되어 다시 하부 영역으로 되돌아갈 수 있도록 유도하여 광이 광 전송 코어(34)를 빠져나가지 않도록 한다. 이를 통해 가열효율이 제고될 수 있다. 이때, 요철부(36)가 존재하는 영역은 요철부(36) 상(예컨대, 윤곽 면의 내면)에 금속 나노입자들이 배열되고, 요철부(36)가 없는 영역은 윤곽 면의 외면에 금속 나노입자들이 배열되도록 하여, 상기 외면에서 열 전도에 의한 가열이 아닌, 직접 가열이 이루어지도록 할 수 있다.

도 7은 도 5의 세장형 히터 요소에 포함된 렌즈에 의해 광원으로부터의 광이 기준값 이상의 입사각을 갖도록 하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 세장형 히터 요소(30)의 베이스에 포함된 렌즈(32)는 광원(40)으로부터 발생된 광의 조사 각을 조절한다. 특히, 요철부(36)로 도달하는 광(P₁, P₂, P₃)이 각각 일정한 값 이상의 각도를 갖도록 함으로써 난반사가 보다 쉽게 일어날 수 있도록 배열된다. 제 1 파장의 광(P₁)의 광 전송 코어로의 입사각이 θ₁이고, 제 2 파장의 광(P₂)의 광 전송 코어로의 입사각이 θ₂이며, 제 3 파장의 광(P₃)의 광 전송 코어로의 입사각이 θ₃일 때, θ₁, θ₂ 및 θ₃는 서로 다른 각도일 수 있다. 다만, θ₁, θ₂ 및 θ₃의 각도가 서로 다른 값을 갖더라도 일정 범위의 각도를 갖는 것이 바람직하다. 만약, 0도에 가까운 값을 가질 경우, 광 전송 코어 내의 요철부(36)에 도달하는데 너무 많은 간섭을 받게 된다. 만약, 90도에 가까운 값을 가질 경우, 요철부(36)에서의 난반사를 기대하기 어렵다. 따라서, 약 30도 내지 70도의 각도로 입사될 수 있도록 조절되는 것이 바람직하다. 특히, 약 40도 내지 50도의 각도로 입사되는 것이 보다 바람직할 수 있다.

도 8은 도 6a의 요철부 상에 서로 다른 종류의 금속 나노입자가 도포된 예를 도시한 단면도이다.

도 8을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 복수의 금속 나노입자들은 서로 다른 종류의 금속 재료로 구성될 수 있고, 서로 다른 종류의 금속 재료는 서로 다른 파장의 광은 흡수하는데 적합한다. 예컨대, A 금속은 제 1 범위의 파장을 갖는 광을 흡수하고, B 금속은 제 2 범위의 파장을 갖는 광을 흡수할 수 있다. 이때, 광원(40)을 복수 개의 범위의 파장을 갖는 광원들(40-1, 40-2, 40-3)로 배열하고, 서로 다른 파장의 광을 독립적으로 제어하여 조사한다면, 서로 다른 광원들(40-1, 40-2, 40-3)로부터 방출된 광은 서로 다른 재료의 금속 나노입자들에서 흡수될 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(40-1)으로부터 방출된 광(P₁)은 A 및 B 금속 나노입자에서는 잘 흡수되지 않기 때문에 해당 요철부(36)에서는 반사되고 흡수영역(B)의 C 금속 나노입자에서 흡수된다. 반면, 제 2 광원(40-3)으로부터 방출된 광(P₂)은 B 및 C 금속 나노입자에서는 흡수되지 않고 반사되며, 흡수영역(A)의 A 금속 나노입자에서 흡수될 수 있다. 이와 같이, 요철부(36)에서의 난반사 이후에 특정 금속 나노입자에서 광이 잘 흡수될 수 있도록 다양한 파장의 광원과 다양한 종류의 금속 나노입자를 구비하는 것이 바람직하다. 특히, 광원의 파장과 이를 흡수하는 금속 나노입자의 대응관계를 고려하여 적절한 파장의 광원과 금속 나노입자의 재료를 매칭하는 것이 바람직하다. 예컨대, 금(Au)의 경우, 약 480 내지 580 nm의 파장대의 광에 매칭될 수 있다. 여기서, 금속 나노입자와 매칭되는 광의 파장과의 관계에서, 금속 나노입자의 종류뿐만 아니라, 금속 나노입자의 밀도, 크기 및 직경, 기재층의 종류, 형상 및 광학상수 등도 금속 나노입자에서 흡수되는 광의 파장에 영향을 미치는 파라미터이기 때문에, 함께 또는 독립적으로, 고려될 수 있다.

특히, 외부로부터 수신되는 주변 광은 다양한 파장의 광이 혼합된 것이기 때문에, 위와 같이 요철부(36)와 다양한 종류의 금속 나노입자의 구비는 보다 중요할 수 있다.

도 9는 도 6a의 요철부의 다양한 형상을 나타낸 단면도이다.

도 9의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 요철부는 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형과 같은 다각형의 형상을 가질 수 있고, 반원과 같은 곡면 형상을 가질 수 있다. 또한, 이는 위의 예시에 한정되지 않는다. 또한, 복수 개의 요철부는 연속하여 배열될 수도 있고, 이격하여 배열될 수도 있다. 이때, 이격거리는 수직 및 수평 방향으로 등간격일 수도 있고, 일정하지 않은 간격일 수도 있다.

또한, 요철부가 다각형 형상일 때, 광 전송 코어의 내벽으로부터 형성하는 각도(α)는 일정 각도 이상의 각도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 일정 각도는 난반사 형성에 적합하도록, 30도 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 40도 내지 60도의 각도가 좋다. 또한, 삼각형 형태의 요철부의 경우, 코어의 내벽과 형성되는 양 각도는 반드시 동일할 필요는 없다.

다른 예에서, 나노입자와 광의 도달 정도를 고려할 때, 요철부의 높이(h)는 약 1um 내지 100um인 것이 바람직하다. 즉, 나노입자가 요철부의 계곡부에 배치될 수 있도록 나노입자의 크기를 10nm 내지 100nm 정도로 가정할 때, 상기 높이(h)는 약 50 내지 200배가 되는 것이 적절하다. 따라서, 약 2.5um 내지 10um인 것이 바람직할 수 있다. 보다 바람직하게는, 약 80배 내지 150배인 것이 좋다.

또 다른 예에서, 요철부의 형상, 각도, 및 높이 중 적어도 하나는 배열 영역에 따라 달라질 수 있다. 일 예에서, 길이방향에서 하부 영역의 요철부는 삼각형 형상을 가정할 때, 상부를 향하는 면이 길게 배열되도록 하여 광이 잘 도달하지 않는 상부측으로 광을 잘 보내기 위한 형상 및 각도를 가질 수 있다. 반대로 상부 영역의 요철부는 하부를 향하는 면이 길게 배열되도록 하여 흡수되지 못한 광이 다시 하부로 내려가도록 하는 것을 돕는다. 위 예시의 반대의 경우도 가능하다. 높이의 경우도, 하부는 상대적으로 낮은 높이의 요철부가 배열되고, 상부에는 상대적으로 높은 높이의 요철부가 배열되도록 할 수 있다. 이 반대의 경우도 가능하다.

도 10은 서로 다른 종류의 금속 나노입자가 서로 다른 영역에 배열된 세장형 히터 요소를 나타낸 단면도이다.

도 10을 참조하면, 광 전송 코어(34)의 길이방향으로 동일한 종류의 금속 나노입자는 특정 영역에 집중하여 배치함으로써 부분적인 가열이 이루어지도록 설계할 수 있다. 예컨대, 제 1 파장의 광을 흡수하는 A 금속을 광 전송 코어(34)의 길이방향에 있어서 가장 하부 영역에, 제 2 파장의 광을 흡수하는 B 금속을 광 전송 코어(34)의 길이방향에 있어서 중간 영역에, 제 3 파장의 광을 흡수하는 C 금속을 광 전송 코어(34)의 길이방향에 있어서 가장 상부 영역에 집중하여 배치할 수 있다. 그리고, 광원은 제 1 파장의 광(40-1), 제 2 파장의 광(40-2) 및 제 3 파장의 광(40-3)을 구비할 수 있다. 이때, 서로 다른 흡수 영역의 외면 사이에는 열 전도가 되지 않도록 광 전송 코어의 외면에 배열되는 열 전도성 재료를 흡수 영역의 구분에 대응되게 분리하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 특정 파장의 광을 흡수하는 서로 다른 종류의 금속 나노입자들을 특정 영역에 집중 배치하고 상기 서로 다른 종류의 금속 나노입자들에 대응하는 광을 사용자가 독립적으로 제어하도록 함으로써 가열영역이 특정될 수 있도록 한다. 이에 따라, 사용자는 특정 파장의 광을 조사함으로써 해당 광을 흡수하는 영역만 가열될 수 있도록 한다. 집중 배치되는 영역은 반드시 광 전송 코어(34)의 길이방향에 대해서 특정되지 않아도 된다. 길이방향의 수직한 방향으로 서로 다른 영역에 특정되어 배치될 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 것이다.

한편, 광 전송 코어(34)의 원통형 부분 상단의 뾰족한 부분은 서로 다른 종류의 금속 나노입자들이 순차적으로 배치될 수 있도록 하여 제 1 내지 제 3 파장 흡수영역에서 흡수되지 못한 광이 모두 처리되거나 일부 반사되어 다시 원통형 부분에서 처리될 수 있도록 한다. 필요에 따라, 상기 뾰족한 부분은 광 반사 재료로 형성하여 다시 원통형 부분에서 반사된 광이 모두 처리될 수 있도록 할 수 있다.

선택적으로, 도 10의 실시예의 광 전송 코어(34)의 내벽에는 요철부가 존재할 수도 있고, 존재하지 않을 수도 있다. 어느 경우든 무방하다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 세장형 히터 요소와 환형 히터 요소 사이에 에어로졸 형성 물품이 삽입된 예를 도시한 단면도이다.

도 11을 참조하면, 환형 히터 요소(50)는 앞선 도 5의 세장형 히터 요소(30)와 함께 사용될 수도 있고, 단독으로 사용될 수도 있다. 환형 히터 요소(50)는 에어로졸 형성 물품(200)을 외부에서 가열하기 위해 환형으로 형성될 수 있다. 환형 히터 요소(50)는 세장형 히터 요소(30)와 동시에 사용될 수도 있고, 순차적으로 사용될 수도 있다. 세장형 히터 요소(30)와 환형 히터 요소(50)의 조합된 사용은 내부 및 외부 가열의 조합을 통해 에어로졸 형성 기재의 균일한 가열을 도모할 수 있기에 보다 효율적인 가열 시스템을 제공한다고 볼 수 있다.

도 11의 실시예에서는, 세장형 히터 요소(30)가 내벽에 요철부를 포함하는 것으로 도시되었으나, 요철부가 없는 세장형 히터 요소(30)(요철부가 없고 윤곽면의 외면에 금속 나노입자가 도포된 형태)가 사용되어도 무방하다. 다른 예에서, 세장형 히터 요소(30)는 핀 형태 또는 블레이드 형태의 저항성 히터일 수 있다. 또 다른 예에서, 세장형 히터 요소(30)는 유도 가열형 히터일 수도 있다.

한편, 환형 히터 요소(50)는 에어로졸 생성 장치의 광원(56)으로부터 광을 수신하도록 배열된 복수의 금속 나노입자들을 포함하고, 이러한 복수의 금속 나노입자들의 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 생성한다. 환형 히터 요소(50)의 광원(56)은 세장형 히터 요소(30)의 광원과 동일한 광원일 수도 있고, 필요에 따라서는 서로 다른 광원일 수도 있다. 후자의 경우, 서로 다른 광원(56)은 세장형 히터 요소(30)의 광원(40)과 동시에 또는 독립적으로 동작할 수 있다. 또한, 광원의 세기 역시 동일할 수도 있고 서로 다른 세기를 가질 수도 있다.

더욱이, 세장형 히터 요소(30)와 환형 히터 요소(50)는 제어부를 통해 독립적으로 제어될 수 있다. 예컨대, 두 히터 요소들(30, 50)은 서로 다른 온도들을 달성하도록 독립적으로 동작할 수 있고, 서로 다른 시간에 가열되도록 동작할 수도 있다. 즉, 위 두 히터 요소들(30, 50)의 가열 프로파일은 서로 다르게 설정될 수 있다.

환형 히터 요소(50)는 캐비티의 적어도 일부를 따라 연장될 수 있고, 바람직하게는 캐비티의 전체 길이를 따라 연장된다. 이는 에어로졸 형성 기재 주변에 가열 재킷(jacket)을 형성하도록 한다. 바람직하게는, 에어로졸 형성 기재가 캐비티 내에 수용된 때, 에어로졸 형성 기재의 외부 표면에 접촉하도록 배열되는 것이 좋다.

다른 예에서, 환형 히터 요소(50)는 전기적 전원 공급기로부터 전력을 공급받도록 배열된 저항성 가열 부분을 포함할 수 있다. 사용 동안, 상기 전기적 저항 부분은 전력을 공급받아 가열된다. 이러한 전기적 저항 부분은 복수의 금속 나노입자들의 표면 플라즈몬 공명에 의해 생성되는 열을 대체하거나 또는 부가적인 가열원으로써 기능한다.

또 다른 예에서, 환형 히터 요소(50)는 서셉터를 가열하기 위해 캐비티 내에 와전류를 생성하는 유도 코일을 포함할 수 있다. 캐비티의 벽은 서셉터를 포함할 수 있다.

도 12는 도 11의 환형 히터 요소를 구체적으로 나타낸 단면도이다.

도 12를 참조하면, 환형 히터 요소(40)는 캐비티의 측벽을 따라 제공되고, 마운트(70) 상에 장착된다. 환형 히터 요소(40)는 그 사이에 환형 갭을 갖는 내부 환형 튜브(54b)와 외부 환형 튜브(54a)를 포함한다. 환형 갭은 에어로졸 형성 물품으로 주변 공기를 제공하기 위한 공기 흐름 통로(60)를 형성한다.

가열 표면(52)은 내부 환형 튜브(52a)의 내부 표면에 정의되고, 표면 플라즈몬 공명에 의한 열을 생성하기 위한 복수의 금속 나노입자들을 포함한다. 외부 환형 튜브(52b)와 내부 환형 튜브(52a) 둘 모두 광학적으로 투명 또는 반투명할 수 있다. 이에 따라 광원(56)으로부터 방출된 광이 환형 튜브들(52a, 52b)을 통해 전달될 수 있다. 이러한 배열은 가열 표면(52) 상의 나노입자들이 광원(56)으로부터의 광을 흡수하고 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 생성하도록 한다. 환형 히터 요소(50)는 세장형 히터 요소(30)의 가열 양에 의존하여 세장형 히터 요소(30)와 독립적으로 동작할 수 있다.

일 예에서, 환형 히터 요소(50)의 가열 표면(52)은 기재층과 코팅층을 포함할 수 있고, 코팅층은 은, 금, 백금, 알루미늄 등과 같은 금속 나노입자들로 코팅될 수 있다. 이때, 서로 다른 종류의 금속 나노입자들의 혼합이 가열 표면(52)에 적용될 수 있다. 나노입자들의 양 및 밀도는 가열량을 결정하는 중요한 요소이기 때문에, 주어진 가열표면(52) 상에 최대한 많은 양의 나노입자들을 도포하는 것이 바람직하다.

한편, 환형 히터 요소(50)의 광원(56)은 그 사이에 공기 흐름 통로를 규정하기 위해 환형 히터 요소(50)로부터 이격되어 위치하는 것이 바람직하다. 이는 유입되는 공기가 광원(56)과 환형 히터 요소(50) 사이로 흐를 수 있도록 허용한다. 이에 따라 유입 공기는 캐비티를 향해 이동하고, 그 안에 보유된 에어로졸 형성 기재로 이동된다. 공기가 환형 히터 요소(50)와 에어로졸 형성 물품 이외의 장치의 다른 부분 또는 광원(56)을 냉각시킬 수 있고, 이는 가열에 의한 데미지를 감소시킬 수 있기 때문에 이점이 있다. 특히, 공기 통로의 이러한 부분은 에어로졸 형성 기재에 도달하기 전에 공기를 예열하는데 사용될 수 있고, 가열이 요구되지 않는 장치의 부분들을 냉각시킬 수 있다.

다른 실시예에서, 환형 히터 요소(50)의 내부 환형 튜브(54a) 및 외부 환형 튜브(54b)의 측벽들 중 적어도 일 측벽에는 요철부(미도시)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 공기 흐름 통로(60)의 두 측벽에 요철부를 형성하여 요철부에 도달한 광의 난반사를 유도하고, 이를 통해 표면 플라즈몬 공명 현상을 극대화시킴에 의해 가열 효율을 제고시킬 수 있다. 이때, 금속 나노입자들은 공기 흐름 통로(60)의 내부 환형 튜브(54a) 측의 요철부 상에 도포되고, 상기 요철부가 배열된 면과 연결된 가열 표면(52)은 열 전도성이 높은 금속 재료로 형성하여 금속 나노입자를 통한 가열 이후 열교환에 의해 상기 가열 표면(52)이 가열될 수 있도록 할 수 있다. 만약 요철부가 외부 환형 튜브(54b) 측에 형성된 경우, 상기 요철부는 투명 또는 반투명 재료로 형성하여 광의 투과를 방해하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 13a 및 도 13b는 도 11의 세장형 히터 요소와 환형 히터 요소를 포함하는 히터 조립체의 단면도 및 평면도이다.

도 13a를 참조하면, 가열 표면(38, 52)은 에어로졸 형성 기재에 최대한 근접하여 배열되는 것이 바람직하다. 최대한의 근접은 3mm 이하의 거리를 의미할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 환형 공기 흐름 통로(60)는 캐비티의 근위 종단에서 공기 입구(62)와 캐비티의 원위 종단을 규정하는 공기 도관(66)에 근접한 공기 출구(64) 사이에서 연장된다. 공기 도관(66)은 에어로졸 형성 물품이 캐비티에 수용된 때, 에어로졸 형성 물품에 인접한 다공성 벽(68)을 포함한다. 사용시에, 사용자는 마우스피스에서 퍼프를 하면, 도 13a의 화살표 방향의 공기 경로와 같이, 공기 입구(62)로부터 공기를 공급받고, 공기 흐름 통로(60)를 통과하고, 그리고 공기 도관(66)으로 가기 위해 공기 출구(64)를 통과하고, 에어로졸 형성 물품을 향하는 공기 도관(66)을 통과한다. 공기 도관(66)은 공기의 공급이 에어로졸 형성 기재의 폭을 가로질러 고르게 배분되도록 형성되며, 이에 따라 정체된 에어 포켓의 생성을 최소화한다.

공기가 환형의 공기 흐름 통로(60)를 통해 통과하면서 가열 표면(52)을 지나게 되므로, 공기는 에어로졸 형성 기재로 들어가기 전에 먼저 한번 가열되며, 이에 따라 에어로졸 형성 기재에 뜨거운 공기를 제공한다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 주변에서 공급되는 공기 흐름은 LED와 같은 다른 구성요소의 과열을 방지한다.

일 예에서, 가열 표면(52)은 서로 다른 종류의 나노입자, 서로 다른 수의 나노입자 층 또는 서로 다른 나노입자 밀도를 갖는 복수의 이산된 가열 영역을 포함할 수 있다. 이는 균일한 광원에 노출될 때, 서로 다른 가열 영역들에서 온도 상의 다양성을 가능케 한다. 선택적 가열이 달성된다.

또한, 환형 히터 요소(50)의 코팅층의 생성은 금속 나노입자들을 도포하는 것인데, 이는 세장형 히터 요소(30)의 그것과 유사하다. 환형 히터 요소(50)에서도 금속 나노입자들은 눌러붙지 않는 코팅(non-stick coating) 및 마찰 감소 코팅에 의해 도포될 수 있다.

도 14a 및 도 14b는 동작 위치 및 방출 위치에서의 도 13a 및 도 13b의 히터 조립체의 단면도들이다.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, 세장형 히터 요소(30)는 장치의 길이 방향으로 환형 히터 요소(50)와 관련하여 이동가능하다. 도 14a의 실시예에서, 세장형 히터 요소(30)와 환형 히터 요소(50)를 포함하는 히터 조립체는 동작 위치에 위치된다.

마운트와 함께 통합되어 형성된 레버(72)는 하우징(102)의 슬릿(104)을 통해 외부를 향해 연장된다. 슬릿(104)을 따라 레버(72)가 이동함으로써, 마운트는 도 14b에 도시된 바와 같이, 세장형 히터 요소(30)로부터 방출 위치로 왔다 갔다할 수 있다. 이는 에어로졸 형성 물품의 일부를 사용자가 잡고 뺄 필요 없이, 세장형 히터 요소(30)로부터 에어로졸 형성 물품을 제거할 수 있도록 한다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 세장형 히터 요소와 환형 히터 요소 사이에 에어로졸 형성 물품이 삽입된 예를 도시한 단면도이다.

도 15를 참조하면, 환형 히터 요소(50)는 캐비티의 측벽을 따라 제공되고, 이때, 환형 히터 요소(50)의 적어도 일 표면에 금속 나노입자들이 도포되며, 환형 히터 요소(50)의 하부에 배치된 광원(40)으로부터 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명에 의해 열을 생성할 수 있다. 이때, 광원(40)은 세장형 히터 요소(30)에서 사용하는 광원과 동일한 것일 수 있다.

일 예에서, 앞서 도 5의 세장형 히터 요소(30)의 요철부와 마찬가지로, 환형 히터 요소(50)의 공기 흐름 통로(60)의 내벽에도 요철부(51, 53)가 배열될 수 있다. 도 15의 실시예에서는, 요철부(51, 53)가 공기 흐름 통로(60)의 양 측벽에 모두 형성된 것으로 묘사되었지만, 필요에 따라, 에어로졸 형성 물품과 맞닿는 부분의 내벽(51)에만 배열될 수도 있고, 상기 내벽(51)의 외곽 쪽 측벽(53)에만 배열될 수도 있다. 요철부(51, 53)를 통해 하부의 광원(40)으로부터 들어오는 광의 난반사를 유도하여 금속 나노입자에서의 표면 플라즈몬 공명 현상에 따른 열의 생성이 효율적으로 일어날 수 있도록 한다. 이때, 가열 표면은 요철부(51)가 존재하는 내벽 측이기 때문에, 금속 나노입자는 요철부(51) 상에만 도포되는 것이 바람직하다. 금속 나노입자가 도포된 내벽의 반대면인 외면(에어로졸 형성 기재와 접촉하는 면)은 역시 열 전도율이 높은 금속 재료로 형성외어 금속 나노입자 면에서의 열을 전도할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이외에, 세장형 히터 요소(30)의 요철부(36)에 적용되는 다양한 기술적 특징들(도 5 내지 도 10 참조)이 환형 히터 요소(50)의 요철부(51, 53)에 동일하게 또는 유사하게 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.

또한, 공기 흐름 통로(60) 내부는 빈 공간으로 형성되어, 공기 입구(62)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 도 13a의 실시예와 같이, 유입되는 공기는 공기 흐름 통로(60)(가열이 일어남)를 따라 공기 출구(64) 및 외부 도관(66)을 통해 에어로졸 형성 물품에 도달할 수 있다. 광원(40)이 환형 히터 요소(50)의 하부에 배치되기 때문에, 세장형 히터 요소(30)의 그것과 마찬가지로, 환형 히터 요소(50)의 하부에 렌즈(80) 및 반사표면(미도시)을 포함하는 베이스가 구비될 수 있다. 렌즈(80)는 하부의 광원(40)으로부터의 광을 공기 흐름 통로(60)의 내벽의 특정 영역으로 보낼 수 있도록 한다.

도 16a 및 도 16b는, 다른 실시예에 따라, 도 15의 에어로졸 생성 장치에서 세장형 히터 요소와 환형 히터 요소 하부에 배치된 광원이 각각의 히터 요소에 독립적으로 복수 개 배열된 예를 나타낸 단면도 및 평면도이다.

도 16a 및 도 16b를 참조하면, 세장형 히터 요소(30)의 광원(40-1)과 환형 히터 요소(50)의 광원(40-2)이 서로 다른 구성으로 형성될 수 있다. 일 예에서, 환형 히터 요소(50)는 두 광원(40-1, 40-2)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 도 15의 실시예와 같이, 환형 히터 요소(50)는 내벽에 요철부를 포함하고 광원(40-1)으로부터 독립적으로 제어되는 광원(40-2)을 통해 외부 가열의 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 환형 히터 요소(50)의 일 측벽에 도포되는 금속 나노입자의 종류, 밀도, 입자 크기 등은 서로 다를 수 있고, 서로 다른 금속 나노입자들의 혼합이 도포될 수 있다.

도 17은 서로 다른 종류의 금속 나노입자가 서로 다른 영역에 배열된 환형 히터 요소를 나타낸 단면도이다.

도 17을 참조하면, 환형 히터 요소(50)의 길이방향으로 동일한 종류의 금속 나노입자는 특정 영역에 집중하여 배치함으로써 부분적인 가열이 이루어지도록 설계할 수 있다. 예컨대, 제 1 파장의 광을 흡수하는 A 금속을 환형 히터 요소(50)의 길이방향에 있어서 가장 하부 영역에, 제 2 파장의 광을 흡수하는 B 금속을 환형 히터 요소(50)의 길이방향에 있어서 중간 영역에, 제 3 파장의 광을 흡수하는 C 금속을 환형 히터 요소(50)의 길이방향에 있어서 가장 상부 영역에 집중하여 배치할 수 있다. 그리고, 광원은 제 1 파장의 광, 제 2 파장의 광 및 제 3 파장의 광을 광원(40-2)에 포함시켜 구비할 수 있다. 이때, 서로 다른 흡수 영역의 외면 사이에는 열 전도가 되지 않도록 환형 히터 요소(50)의 외면에 배열되는 열 전도성 재료를 흡수 영역의 구분에 대응되게 분리하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 특정 파장의 광을 흡수하는 서로 다른 종류의 금속 나노입자들을 특정 영역에 집중 배치하고 상기 서로 다른 종류의 금속 나노입자들에 대응하는 광을 사용자가 독립적으로 제어하도록 함으로써 가열영역이 특정될 수 있도록 한다. 이에 따라, 사용자는 특정 파장의 광을 조사함으로써 해당 광을 흡수하는 영역만 가열될 수 있도록 한다. 집중 배치되는 영역은 반드시 환형 히터 요소(50)의 길이방향에 대해서 특정되지 않아도 된다. 길이방향의 수직한 방향으로 서로 다른 영역에 특정되어 배치될 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 것이다.

선택적으로, 도 17의 실시예의 환형 히터 요소(50)의 내벽에는 요철부가 존재할 수도 있고, 존재하지 않을 수도 있다. 어느 경우든 무방하다.

이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 하부 케이스 12: UI 버튼
14: LED 20: 상부 케이스
22: 커버 가이드 24: 커버
26: 물품 삽입 개구 30: 세장형 히터 요소
32: 렌즈 34: 광 전송 코어
36: 요철부 38: 가열 표면
40: 광원 40-1: 제 1 광원
40-2: 제 2 광원 40-3: 제 3 광원
50: 환형 히터 요소 51: 요철부
52: 가열 표면 53: 요철부
54a: 외부 환형 튜브 54b: 내부 환형 튜브
56: 광원 60: 공기 흐름 통로
62: 공기 입구 64: 공기 출구
66: 공기 도관 68: 다공성 벽
70: 마운트 72: 레버
80: 렌즈 100: 에어로졸 생성 장치
102: 하우징 104: 슬릿
110: 배터리 120: 제어부
130: 히터 140: 캐비티
150: 증기화기 200: 에어로졸 형성 물품
210: 담배 로드 220: 필터 로드
230: 캡슐 240: 궐련지

Claims (19)

1. 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하는 캐비티;
   상기 캐비티의 일 방향으로 연장되고 상기 에어로졸 형성 기재가 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재를 관통하도록 배열된 세장형 히터 요소; 및
   상기 세장형 히터 요소로 광을 조사하는 광원을 포함하되,
   상기 세장형 히터 요소에 복수의 금속 나노 입자들이 배열되고,
   상기 복수의 금속 나노 입자들은 상기 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 열을 발생하며,
   상기 세장형 히터 요소에 적어도 하나의 요철부 - 상기 적어도 하나의 요철부는 상기 세장형 히터 요소의 내부에서 조사된 광의 난반사를 야기함 - 가 형성되고,
   상기 복수의 금속 나노 입자들 중 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 요철부 상에 배열되는, 에어로졸 생성 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 요철부는 상기 세장형 히터 요소의 윤곽면(outline surface)의 내면으로부터 내부를 향하는 방향으로 형성되는, 에어로졸 생성 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 세장형 히터 요소는 내부에 빈 공간을 포함하고,
   상기 세장형 히터 요소의 내벽으로부터 상기 빈 공간을 향하는 방향으로 상기 적어도 하나의 요철부가 형성되는, 에어로졸 생성 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 세장형 히터 요소는 광을 투과하는 재료를 포함하여 내부가 비어있지 않은 형태로 형성되고,
   상기 적어도 하나의 요철부는 상기 세장형 히터 요소의 윤곽면의 내면으로부터 내부를 향하는 방향으로 형성되는, 에어로졸 생성 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 요철부의 높이는 상기 복수의 금속 나노입자 중 하나의 직경의 50 배 내지 200 배 사이의 범위를 갖는, 에어로졸 생성 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 세장형 히터 요소는 렌즈를 포함하고,
   상기 광원으로부터의 광은 상기 렌즈를 거쳐 상기 세장형 히터 요소로 입사할 때, 상기 렌즈에 의해 30° 내지 70°의 입사각을 갖는, 에어로졸 생성 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 금속 나노 입자들은 서로 다른 파장의 광을 흡수하는 서로 다른 종류의 재료의 혼합으로 형성되는, 에어로졸 생성 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   제 1 파장의 광을 흡수하는 제 1 금속 나노입자는 상기 세장형 히터 요소의 제 1 영역에 배열되고,
   제 2 파장의 광을 흡수하는 제 2 금속 나노입자는 상기 세장형 히터 요소의 제 2 영역에 배열되는, 에어로졸 생성 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 광원은 복수 개의 광원들을 포함하고,
   상기 복수 개의 광원들은 상기 제 1 금속 나노입자에 대응하는 상기 제 1 파장의 광원 및 상기 제 2 금속 나노입자에 대응하는 상기 제 2 파장의 광원을 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어로졸 형성 기재가 상기 캐비티 내에 수용될 때, 상기 복수의 금속 나노입자에서 발생한 열을 상기 에어로졸 형성 기재로 전도하기 위해, 상기 세장형 히터 요소의 윤곽 면의 외면은 열 전도율(thermal conductivity)이 10 W/mK 이상인 금속 재료로 이루어지는, 에어로졸 생성 장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티의 측벽 중 적어도 일부를 따라 연장되고, 상기 에어로졸 형성 기재가 상기 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 둘러싸도록 배열된 환형 히터 요소를 더 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 환형 히터 요소로 광을 조사하는 상기 광원과는 다른 광원을 더 포함하고,
    상기 환형 히터 요소에는 상기 금속 나노입자들과는 다른 금속 나노 입자들이 배열되며,
    상기 다른 금속 나노 입자들은 상기 다른 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR)에 의해 열을 발생하는, 에어로졸 생성 장치.
13. 삭제
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 다른 광원은 상기 환형 히터 요소의 하부에 배열되는, 에어로졸 생성 장치.
15. 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하는 캐비티;
    상기 캐비티의 측벽 중 적어도 일부를 따라 연장되고, 상기 에어로졸 형성 기재가 상기 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 둘러싸도록 배열된 환형 히터 요소; 및
    상기 환형 히터 요소로 광을 조사하는 광원을 포함하되,
    상기 환형 히터 요소에 복수의 금속 나노 입자들이 배열되고,
    상기 복수의 금속 나노 입자들은 상기 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 열을 발생하며,
    상기 환형 히터 요소에 적어도 하나의 요철부 - 상기 적어도 하나의 요철부는 상기 환형 히터 요소의 내부에서 조사된 광의 난반사를 야기함 - 가 형성되고,
    상기 복수의 금속 나노 입자들 중 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 요철부 상에 배열되는, 에어로졸 생성 장치.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 요철부는 상기 환형 히터 요소의 내벽에 배열되는, 에어로졸 생성 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 금속 나노입자는 상기 환형 히터 요소의 내벽에 배열된 적어도 하나의 요철부 중 상기 에어로졸 형성 물품과 근접한 측의 내벽 상에 배열된 적어도 하나의 요철부 상에만 배열되는, 에어로졸 생성 장치.
18. 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하는 캐비티;
    상기 캐비티의 일 방향으로 연장되고 상기 에어로졸 형성 기재가 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재를 관통하도록 배열된 세장형 히터 요소; 및
    상기 세장형 히터 요소로 광을 조사하는 광원을 포함하되,
    상기 세장형 히터 요소에 복수의 금속 나노 입자들이 배열되고,
    상기 복수의 금속 나노 입자들은 상기 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 열을 발생하며,
    제 1 파장의 광을 흡수하는 제 1 금속 나노입자는 상기 세장형 히터 요소의 제 1 영역에 배열되고,
    제 2 파장의 광을 흡수하는 제 2 금속 나노입자는 상기 세장형 히터 요소의 제 2 영역에 배열되고,
    상기 세장형 히터 요소에 적어도 하나의 요철부 - 상기 적어도 하나의 요철부는 상기 세장형 히터 요소의 내부에서 조사된 광의 난반사를 야기함 - 가 형성되는, 에어로졸 생성 장치.
19. 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하는 캐비티;
    상기 캐비티의 측벽 중 적어도 일부를 따라 연장되고, 상기 에어로졸 형성 기재가 상기 캐비티 내에 수용될 때, 상기 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 둘러싸도록 배열된 환형 히터 요소; 및
    상기 환형 히터 요소로 광을 조사하는 광원을 포함하되,
    상기 환형 히터 요소의 내면에 복수의 금속 나노 입자들이 배열되고,
    상기 복수의 금속 나노 입자들은 상기 광원으로부터의 광을 수신하여 표면 플라즈몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance)에 의해 열을 발생하며,
    제 1 파장의 광을 흡수하는 제 1 금속 나노입자는 상기 환형 히터 요소의 제 1 영역에 배열되고,
    제 2 파장의 광을 흡수하는 제 2 금속 나노입자는 상기 환형 히터 요소의 제 2 영역에 배열되고,
    상기 환형 히터 요소에 적어도 하나의 요철부 - 상기 적어도 하나의 요철부는 상기 환형 히터 요소의 내부에서 조사된 광의 난반사를 야기함 - 가 형성되는, 에어로졸 생성 장치.
    

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