KR102535304B1 - 에어로졸 생성 장치 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 시스템 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 물품을 수용하는 수용부, 수용부를 형성하며, 에어로졸 생성 물품이 수용되면 에어로졸 생성 물품을 둘러싸는 가열 표면, 광을 방출하는 광원 및 광원으로부터 방출된 광을 가열 표면으로 전달하는 경로 변경부를 포함하고, 가열 표면은 광원으로부터 방출된 광에 의해 가열되는 금속 나노 입자를 포함하여, 수용부에 수용된 에어로졸 생성 물품을 가열할 수 있다.
Description
실시예들은 에어로졸 생성 장치 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광에 의해 가열되는 금속 나노 입자를 통하여 에어로졸 생성 물품을 가열할 수 있는 에어로졸 생성 장치 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 시스템에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 내의 에어로졸 생성 물질을 가열함에 따라 에어로졸을 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 가열식 궐련에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
실시예들은 광(光)에 의해 가열되는 금속 나노 입자를 통하여 에어로졸 생성 물품을 가열할 수 있는 에어로졸 생성 장치 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 시스템을 제공한다.
본 실시예들이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 물품을 수용하는 수용부, 수용부를 형성하며, 에어로졸 생성 물품이 수용되면 에어로졸 생성 물품을 둘러싸는 가열 표면, 광을 방출하는 광원 및 광원으로부터 방출된 광을 가열 표면으로 전달하는 경로 변경부를 포함하고, 가열 표면은 광원으로부터 방출된 광에 의해 가열되는 금속 나노 입자를 포함하여, 수용부에 수용된 에어로졸 생성 물품을 가열할 수 있다.
실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 물질을 포함하는 에어로졸 생성 물품을 가열함으로써 에어로졸을 생성할 수 있다. 이때 단일의 광원에 의해 에어로졸 생성 물품을 가열할 수 있다. 이에 따라 에어로졸 생성 장치의 구조가 단순화될 수 있어 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
또한 실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치에서 가열 표면 및/또는 가열 부재는 광에 의해 가열될 수 있는데 광을 생성하는 광원은 LED, 레이저뿐 아니라 태양광을 결집시키는 구성일 수 있다. 이에 따라 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.
실시예들에 의한 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치에 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 에어로졸 생성 물품의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에서 에어로졸 생성 물품을 가열하기 위한 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에서 에어로졸 생성 장치의 광원으로부터 가열 표면에 광이 전달되는 예시를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치를 도시한 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 실시예에서 경로 변경부의 일 예시를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 경로 변경부의 다른 예시를 도시한 단면도이다.
도 9는 도 7에 도시된 경로 변경부의 다른 예시를 도시한 단면도이다.
도 2는 에어로졸 생성 물품의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에서 에어로졸 생성 물품을 가열하기 위한 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에서 에어로졸 생성 장치의 광원으로부터 가열 표면에 광이 전달되는 예시를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치를 도시한 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 실시예에서 경로 변경부의 일 예시를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 경로 변경부의 다른 예시를 도시한 단면도이다.
도 9는 도 7에 도시된 경로 변경부의 다른 예시를 도시한 단면도이다.
실시예들에서 사용되는 용어는 본 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 실시예들의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 '실시예'는 본 명세서에서 발명을 용이하게 설명하기 위한 임의의 구분으로서, 실시예 각각이 서로 배타적일 필요는 없다. 예를 들어, 일 실시예에 개시된 구성들은 다른 실시예에 적용 및 구현될 수 있으며, 본 명세서의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 한도에서 변경되어 적용 및 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 실시예들을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
명세서 전체에서 구성 요소의“길이 방향”은 구성 요소가 구성 요소의 일 방향 축을 따라 연장하는 방향일 수 있으며, 이때 구성 요소의 일 방향 축은 일 방향 축을 가로지르는 타 방향 축보다 구성 요소가 더 길게 연장하는 방향을 의미할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 에어로졸 생성 장치에 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 배터리(110), 제어부(120), 하우징(130), 광원(140), 경로 변경부(141) 및 가열 표면(142)을 포함한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(100)의 수용부(132)에는 에어로졸 생성 물품(200)이 삽입될 수 있다.
도 1에 도시된 에어로졸 생성 장치(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성 장치(100)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 1에는 배터리(110), 제어부(120) 및 광원(140)이 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(100)의 설계에 따라, 배터리(110), 제어부(120) 및 광원(140)의 배치는 변경될 수 있다.
에어로졸 생성 물품(200)이 에어로졸 생성 장치(100)에 삽입되면, 에어로졸 생성 장치(100)는 에어로졸 생성 물품(200)을 가열하기 위하여 동작할 수 있다. 에어로졸 생성 물품(200) 내의 에어로졸 생성 물질은 에어로졸 생성 장치(100)의 가열 구성에 의하여 온도가 상승하고, 이에 따라 에어로졸이 생성될 수 있다. 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 물품(200)의 필터(220)를 통하여 사용자에게 전달된다.
필요에 따라, 에어로졸 생성 물품(200)이 에어로졸 생성 장치(100)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 생성 장치(100)는 가열 구성을 동작시킬 수 있다.
배터리(110)는 에어로졸 생성 장치(100)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(110)는 광원(140)과 전기적으로 연결되어 광원(140)에 전력을 공급할 수 있고, 제어부(120)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(110)는 에어로졸 생성 장치(100)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 배터리(110)는 충전이 가능한 배터리(110)거나 일회용 배터리(110)일 수 있다. 예를 들어, 배터리(110)는 리튬폴리머(LiPoly) 배터리(110)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제어부(120)는 에어로졸 생성 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(120)는 배터리(110) 및 광원(140)뿐 만 아니라 에어로졸 생성 장치(100)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(120)는 사용자의 입력에 따라 광원(140)을 온(on) 또는 오프(off)할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 에어로졸 생성 장치(100)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성 장치(100)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(120)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
하우징(130)은 에어로졸 생성 장치(100)의 외관을 형성한다. 하우징(130)의 일면에는 에어로졸 생성 물품(200)이 삽입될 수 있는 개구(131)가 형성되어 있다. 수용부(132)는 하우징(130)의 내부에서 에어로졸 생성 물품(200)의 길이 방향으로 연장하도록 형성될 수 있다. 에어로졸 생성 물품(200)은 개구(131)를 통해 수용부(132)에 수용될 수 있다.
광원(140)은 배터리(110)로부터 공급된 전력에 의하여 광(光)을 방출할 수 있다. 광원(140)으로부터 방출된 광은 경로 변경부(141)를 통해 수용부(132)를 형성하는 가열 표면(142)으로 전달될 수 있다. 가열 표면(142)은 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 기술에 의해 가열될 수 있다. 한편, 표면 플라즈몬 공명 기술에 의해 가열 표면(142)을 가열하는 구성에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 1에 도시된 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 물품(200)이 에어로졸 생성 장치(100)의 개구(131)를 통해 삽입되어 수용부(132)에 수용되면, 가열 표면(142)은 에어로졸 생성 물품(200)을 감싸고 있다. 따라서, 가열된 가열 표면(142)은 에어로졸 생성 물품(200) 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 에어로졸 생성 물품(200)을 가열하기 위한 가열 부재(150)가 에어로졸 생성 물품(200)의 내부에 위치할 수도 있다. 이에 따라 가열 표면(142) 및/또는 가열 부재(150)는 희망 온도까지 가열될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(100)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 에어로졸 생성 장치(100)는 배터리(110), 제어부(120) 하우징(130), 광원(140), 경로 변경부(141) 및 가열 표면(142) 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, 에어로졸 생성 물품 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(100)는 에어로졸 생성 물품(200)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출 될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.
도 1에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(100)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(100)의 배터리(110)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 에어로졸 생성 장치(100)가 결합된 상태에서 광원(140)에서 방출된 광에 의해 가열 표면(142)이 가열될 수도 있다.
에어로졸 생성 물품(200)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물품(200)은 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제 1 부분(210)과 필터 등을 포함하는 제 2 부분(220)으로 구분될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 물품(200)의 제 2 부분(220)에도 에어로졸 생성 물질이 포함될 수도 있다. 예를 들어, 과립 또는 캡슐의 형태로 만들어진 에어로졸 생성 물질이 제 2 부분(220)에 삽입될 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(100)의 내부에는 제 1 부분(210) 전체가 삽입되고, 제 2 부분(220)은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(100)의 내부에 제 1 부분(210)의 일부만 삽입될 수도 있고, 제 1 부분(210) 및 제 2 부분(220)의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 제 2 부분(220)을 입으로 문 상태에서 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 제 1 부분(210)을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제 2 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 의하여 조절될 수 있다. 이에 따라, 무화량, 끽연감 등이 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 다른 예로서, 외부 공기는 에어로졸 생성 물품(200)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 에어로졸 생성 물품(200)의 내부로 유입될 수도 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 에어로졸 생성 물품(200)의 일 예에 대하여 설명한다.
도 2는 에어로졸 생성 물품의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 에어로졸 생성 물품(200)은 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)를 포함한다. 도 1을 참조하여 상술한 제 1 부분(210)은 담배 로드(210)를 포함하고, 제 2 부분(220)은 필터 로드(220)를 포함한다.
도 2에는 필터 로드(220)가 단일 세그먼트로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 필터 로드(220)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 필터 로드(220)는 에어로졸을 냉각하는 제 1 세그먼트 및 에어로졸 내에 포함된 소정의 성분을 필터링하는 제 2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 필터 로드(220)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트를 더 포함할 수 있다.
에어로졸 생성 물품(200)은 적어도 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼(240)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로서, 에어로졸 생성 물품(200)은 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로서, 에어로졸 생성 물품(200)은 2 이상의 래퍼(240)들에 의하여 중첩적으로 포장될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 래퍼에 의하여 담배 로드(210)가 포장되고, 제 2 래퍼에 의하여 필터 로드(220)가 포장될 수 있다. 그리고, 개별 래퍼에 의하여 포장된 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)가 결합되고, 제 3 래퍼에 의하여 에어로졸 생성 물품(200) 전체가 재포장될 수 있다. 만약, 담배 로드(210) 또는 필터 로드(220) 각각이 복수의 세그먼트들로 구성되어 있다면, 각각의 세그먼트가 개별 래퍼에 의하여 포장될 수 있다. 그리고, 개별 래퍼에 의하여 포장된 세그먼트들이 결합된 에어로졸 생성 물품(200) 전체가 다른 래퍼에 의하여 재포장될 수 있다.
담배 로드(210)는 에어로졸 생성 물질을 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물질은 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 첨가할 수 있다.
담배 로드(210)는 다양하게 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.
필터 로드(220)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 한편, 필터 로드(220)의 형상에는 제한이 없다. 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.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에서 에어로졸 생성 물품을 가열하기 위한 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 실시예에서 에어로졸 생성 장치의 광원으로부터 가열 표면에 광이 전달되는 예시를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 수용부(132)는 길이 방향의 일 측 단부에 배치되는 바닥면(133)과 가열 표면(142)에 의해 형성될 수 있다. 따라서 에어로졸 생성 물품(200)이 수용부(132)에 수용되면, 가열 표면(142)은 에어로졸 생성 물품(200)을 둘러싼다.
광원(140)은 바닥면(133)에 대해 수용부(132)와 대향하도록 배치될 수 있다. 광원(140)으로부터 방출된 광은 경로 변경부(141)에 의해 가열 표면(142)으로 전달될 수 있다. 가열 표면(142)은 광원(140)으로부터 방출된 광에 의해 가열되는 금속 나노 입자(143)를 포함하고 있으며, 전달된 광에 의해 금속 나노 입자는 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 따라서 가열 표면(142)이 가열되면 수용부(132)에 수용된 에어로졸 생성 물품(200)이 가열될 수 있다.
표면 플라즈몬 공명 기술은 금속 나노 입자의 진동을 통하여 금속을 가열시키는 방법이다. 금속의 내부에는 수많은 자유 전자들이 존재하는데 자유 전자는 금속 원자에 속박되어 있지 않으므로 외부의 특정 자극(예를 들어 광의 입사)에 쉽게 반응할 수 있다.
특히, 금속이 나노 크기가 되면 이러한 자유 전자의 거동에 의해 표면 플라즈몬 공명 특성이 나타날 수 있다. 표면 플라즈몬 공명은 도체인 금속 나노 입자 표면과 공기, 물 등의 유전체 사이에 광이 입사되면 광이 가지는 특정 에너지의 전자기장과의 공명으로 인하여 금속 표면의 자유 전자들이 집단적으로 진동하며 금속 나노 입자의 표면에서 전하들의 분극화를 야기하는 현상을 말한다.
이때 금속 표면의 자유 전자들의 진동 및 그에 따른 전하들의 분극화에 따라 금속 나노 입자는 가열될 수 있다. 금속 나노 입자가 가열됨에 따라 금속 나노 입자를 포함하는 물체는 온도가 상승하여 히터로서 기능할 수 있다.
이에 따라 에어로졸 생성 장치(100)는 금속 나노 입자(143)를 포함하는 가열 표면(142)을 히터로서 사용하여 에어로졸 생성 장치(100)에 수용된 에어로졸 생성 물품(200)을 가열할 수 있다. 에어로졸 생성 물품(200)이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성되어 사용자에게 제공될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예와 같이, 가열 표면(142)은 광원(140)으로부터 방출된 광에 의해 가열되는 금속 나노 입자(143)를 포함할 수 있다. 금속 나노 입자(143)는 나노 크기의 금속 입자일 수 있으며 가열 표면(142)에 도포될 수 있다.
금속 나노 입자(143)는 서로 다른 파장의 광에 각각 진동함으로써 가열되는 복수 종류의 금속 나노 입자(143)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 나노 입자(143)는 400nm의 파장을 갖는 광에 의해 진동하여 가열될 수 있으며, 제2 금속 나노 입자(143)는 500nm의 파장을 갖는 광에 의해 진동하여 가열될 수 있다. 금속 나노 입자(143)는 제n 금속 나노 입자(143)를 포함할 수 있으며, 각각의 금속 나노 입자(143)가 진동하는 파장은 금속의 종류에 따라 변경될 수 있다.
가열 표면(142)이 복수 종류의 금속 나노 입자(143)를 포함함에 따라, 가열 표면(142)을 가열시킬 수 있는 광의 파장은 복수 개일 수 있다. 이에 따라, 가열 표면(142)은 특정 파장이 아니라 소정 범위 내의 파장을 갖는 광에 의해 가열될 수 있다. 예를 들어 광원(140)으로부터 방출된 광은 380nm 내지 780nm의 파장을 가질 수 있다. 380nm 내지 780nm 범위의 파장을 가지는 광은 가시 광선으로서, 광원(140)으로부터 용이하게 생성 및 방출될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광원(140)은 하우징(130)의 내부 공간의 중심에 배치될 수 있으며, LED 또는 레이저를 포함할 수 있다. 광원(140)은 전력을 공급받아 광을 발생시켜 방사상 방향으로 광을 방출할 수 있다.
한편, 도 3 및 4에는 도시되지 않았으나, 태양광은 가시 광선을 포함하고 있으므로 광원(140)은 별도의 광 생성 장치가 아닌 태양광을 결집시키는 구성일 수 있다. 예를 들어, 광원(140)은 외부의 태양광을 결집시켜 가열 표면(142)을 향하여 방출시키는 렌즈를 포함할 수 있다. 광원(140)이 태양광을 결집시키는 구성일 때 별도의 전력 소모 없이 가열 표면(142)을 향하여 광을 방출시킬 수 있다. 이에 따라 에어로졸 생성 장치(100)의 전력 소모가 감소될 수 있다.
경로 변경부(141)는 광원(140)에 대해 방사상 방향으로 이격되어 배치될 수 있으며, 광원(140)으로부터 방사상 방향으로 방출된 광을 가열 표면(142)을 향하여 경로를 변경할 수 있다. 따라서 실시예들에 따른 에어로졸 생성 장치(100)는 단일의 광원(140)에 의해 가열 표면(142)의 전체를 가열할 수 있다.
경로 변경부(141)는 광의 진행 경로를 변경할 수 있는 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 경로 변경부(141)는 프리즘을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 경로 변경부(141)는 프리즘 뿐만 아니라 거울 또는 렌즈를 더 포함할 수 있으며, 또한, 경로 변경부(141)는 프리즘, 거울 및 렌즈 중 적어도 하나 이상의 조합을 포함할 수도 있다.
도 5는 다른 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 가열 부재(150)를 포함할 수 있다. 가열 부재(150)는 수용부(132)의 내부에 배치되고, 바닥면(133)으로부터 길이 방향을 향하여 연장할 수 있다. 따라서, 에어로졸 생성 물품(200)이 수용부(132)에 수용되면, 에어로졸 생성 물품(200)의 내부에 삽입될 수 있다.
가열 부재(150)는 관 형상, 판 형상, 침 형상 또는 봉 형상의 가열 부재(150)일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 에어로졸 생성 물품(200)의 내부에 삽입될 수 있는 형상이라면 제한 없이 포함될 수 있다.
또한, 가열 부재(150)는 에어로졸 장치(100)에 복수 개로 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 가열 부재(150)들은 에어로졸 생성 물품(200)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있다.
가열 부재(150)는 전술한 가열 표면(142)과 같이, 광원(140)으로부터 방출된 광에 의해 가열되는 금속 나노 입자를 포함할 수 있다. 따라서 가열 표면(142)에 대해 전술한 설명은 가열 부재(150)에 동일하게 적용될 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 광원(140)은 방사상 방향뿐만 아니라 가열 부재(150)가 배치된 수용부(132)를 향하는 방향으로도 광을 방출할 수 있다. 바닥면(133)은 광원(140)으로부터 방출된 광을 투과시키는 투과면(133t)을 포함할 수 있다. 이에 따라 광원(140)으로부터 방출된 광은 투과면(133t)을 투과하여 상기 가열 부재(150)에 도달할 수 있다.
가열 부재(150)의 가열 속도 내지 가열 효율이 상승시키기 위하여 가열 부재(150)에 광이 도달하는 면적을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 가열 부재(150)는 내부에 공동을 포함하는 중공 형상일 수 있으며, 금속 나노 입자는 가열 부재(150)의 공동이 형성된 내부 표면에 도포될 수 있다. 이를 통하여 가열 부재(150)에 광이 도달하는 면적을 증가시킬 수 있으며, 동시에 가열 부재(150)의 두께가 감소되기 때문에 가열 부재(150)의 내부에서 외부를 향하는 열전달이 신속하고 효율적으로 이뤄질 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치(100)는 전술한 경로 변경부(141)를 포함함으로써 단일의 광원(140)에 의해 가열 표면(142)과 가열 부재(150)를 동시에 가열할 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1000)는 하우징(130)의 내부에 배치되어 하우징(130)의 내부에서 발생된 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 방열 구조체(160)를 포함할 수 있다.
광원(1400)이 배터리(110)로부터 전력을 공급받아 광을 방출할 때 광원(140)에 발열이 발생할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 물품(200)을 가열하기 위한 가열 표면(142) 및/또는 가열 부재(150)에서도 열이 발생할 수 있다. 방열 구조체(160)는 하우징(130)의 내부에 배치된 내부 부품들(예를 들어, 광원(140), 가열 표면(142) 및/또는 가열 부재(150))로부터 발생할 수 있는 발열에 의해 사용자에게 열감이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
방열 구조체(160)는 하우징(130)의 내부의 공간 전체를 감싸도록 배치될 수 있다. 이때, 방열 구조체(160)는 내부벽과 외부벽을 포함할 수 있으며, 방열 구조체(160)의 내부벽과 외부벽 사이에 진공의 내부 공간이 형성될 수 있다. 내부벽과 외부벽 사이에 형성된 진공의 내부 공간은 내부벽에서 방출된 열이 외부벽을 통과하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
방열 구조체(160)는 열 전도율이 낮은 재료로 제조되거나, 전술한 진공의 내부 공간으로 인하여, 방열 구조체(160)의 외부로 전달되는 열의 전달율이 감소될 수 있다. 이에 따라 에어로졸 생성 장치(100)를 파지한 사용자에게 열이 전달되어 사용자가 불편함을 느끼거나 열상을 입는 것이 효과적으로 방지될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 실시예에서 경로 변경부의 일 예시를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)의 경로 변경부(141)의 일 예시로서 프리즘(141)이 도시되어 있다. 광원(140)으로부터 광이 입사되는 프리즘(141)의 표면은 평면이다. 길이 방향의 길이가 h인 광원(140)에서 방출된 광은 프리즘(141)에 의해 길이 방향의 길이가 H인 가열 표면(142)의 전체에 전달될 수 있다.
이하에서는 광이 입사되는 프리즘(141)의 표면 형상에 따른 광원(140) 및 가열 표면(142)의 길이 방향의 길이(h, H)의 변화에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 도 7에 도시된 경로 변경부의 다른 예시를 도시한 단면도이고, 도 9는 도 7에 도시된 경로 변경부의 또 다른 예시를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 광원(140')으로부터 광이 입사되는 프리즘(141')의 표면은 볼록하다. 길이 방향의 길이가 h'인 광원(140')에서 방출된 광은 프리즘(141')에 의해 길이 방향 길이가 H'인 가열 표면(142')의 전체에 전달될 수 있다.
이때, 도 7에 도시된 실시예와 비교하면, 광원(140')의 길이(h')가 광원(140)의 길이(h)보다 짧은 경우에도 가열 표면(142)의 길이(H)와 동일한 길이(H')의 가열 표면(142')의 전체에 광이 전달될 수 있다. 또한, 광원(140')의 길이(h')가 광원(140)의 길이(h)와 동일한 경우에는 가열 표면(142)의 길이(H)보다 더 긴 길이(H')의 가열 표면(142')의 전체에 광이 전달될 수 있다.
따라서, 광이 입사되는 프리즘(141')의 표면을 볼록하게 함으로써, 동일한 광원을 사용하더라도 더 넓은 면적을 가열하는 것이 가능하고, 또한 동일한 면적을 가열하는 경우에는 크기가 더 작은 광원을 사용하는 것도 가능하다. 이에 따라 에어로졸 생성 장치(100')를 좀 더 콤팩트(compact)하게 구성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 광원(140")으로부터 광이 입사되는 프리즘(141")의 표면은 오목하다. 길이 방향의 길이가 h"인 광원(140")에서 방출된 광은 프리즘(141")에 의해 길이 방향 길이가 H"인 가열 표면(142")의 전체에 전달될 수 있다.
이때, 프리즘(141")에 의해 광이 전달되는 경로는 도 5에 도시된 경우와는 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 실시예에서, 광원(140)의 상부에서 방출된 빛은 프리즘(141)의 상부에 도달하여 가열 표면(142)의 상부에 전달되고, 광원(140)의 하부에서 방출된 빛은 프리즘(141)의 하부에 도달하여 가열 표면(142)의 하부에 전달될 수 있다. 반면, 도 9에 도시된 실시예에서, 광원(140")의 상부에서 방출된 빛은 프리즘(141")의 하부에 도달하여 가열 표면(142")의 하부에 전달되고, 광원(140")의 하부에서 방출된 빛은 프리즘(141")의 상부에 도달하여 가열 표면(142")의 상부에 전달될 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 실시예에서 프리즘(141")의 오목한 표면의 곡률을 조절함으로써, 도 8에 도시된 실시예의 프리즘(141')과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 실시예와 비교하여, 광원(140")의 길이(h")가 광원(140)의 길이(h)보다 짧은 경우에도 가열 표면(142)의 길이(H)와 동일한 길이(H")의 가열 표면(142")의 전체에 광이 전달될 수 있다. 또한, 광원(140")의 길이(h")가 광원(140)의 길이(h)와 동일한 경우에는 가열 표면(142)의 길이(H)보다 더 긴 길이(H")의 가열 표면(142")의 전체에 광이 전달될 수 있다.
따라서, 광이 입사되는 프리즘(141")의 표면을 오목하게 함으로써, 동일한 광원을 사용하더라도 더 넓은 면적을 가열하는 것이 가능하고, 또한 동일한 면적을 가열하는 경우에는 크기가 더 작은 광원을 사용하는 것도 가능하다. 이에 따라 에어로졸 생성 장치(100")를 좀 더 콤팩트(compact)하게 구성할 수 있다.
본 실시예들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 카트리지 110: 배터리
120: 제어부 130: 하우징
131: 개구 132: 수용부
133: 바닥면 133t: 투과면
140: 광원 141: 경로 변경부(프리즘)
142: 가열 표면 143: 금속 나노 입자
150: 가열 부재 160: 방열 구조체
200: 에어로졸 생성 물품
120: 제어부 130: 하우징
131: 개구 132: 수용부
133: 바닥면 133t: 투과면
140: 광원 141: 경로 변경부(프리즘)
142: 가열 표면 143: 금속 나노 입자
150: 가열 부재 160: 방열 구조체
200: 에어로졸 생성 물품
Claims (14)
- 에어로졸 생성 물품을 수용하는 수용부;
광을 방출하는 광원; 및
상기 광원으로부터 방출된 광의 경로를 변경하고, 상기 광원과 이격되어 배치되는 경로 변경부;를 포함하고,
상기 수용부는,
상기 에어로졸 생성 물품의 수용 시, 상기 에어로졸 생성 물품을 둘러싸는 가열 표면; 및
상기 수용부의 길이 방향의 일 측 단부에 배치되어, 상기 가열 표면과 함께 상기 수용부를 형성하는 바닥면을 포함하고,상기 경로 변경부는 상기 광원에서 방출되는 광을 상기 가열 표면으로 전달하고,
상기 가열 표면은 상기 광원으로부터 방출된 광에 의해 가열되는 금속 나노입자를 포함하여, 상기 수용부에 수용된 상기 에어로졸 생성 물품을 가열하는, 에어로졸 생성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광원은 상기 바닥면에 대해 상기 수용부와 대향하도록 배치되는, 에어로졸 생성 장치. - 제2항에 있어서,
상기 광원은 방사상 방향으로 광을 방출하고,
상기 경로 변경부는 방사상 방향으로 방출된 광을 상기 가열 표면을 향하여 경로를 변경하는, 에어로졸 생성 장치. - 제3항에 있어서,
상기 경로 변경부는, 상기 광원에 대해 방사상 방향으로 이격되어 배치된 프리즘을 포함하는, 에어로졸 생성 장치. - 제4항에 있어서,
상기 광원으로부터 광이 입사되는 상기 프리즘의 표면은 볼록한, 에어로졸 생성 장치. - 제4항에 있어서,
상기 광원으로부터 광이 입사되는 상기 프리즘의 표면은 오목한, 에어로졸 생성 장치. - 제2항에 있어서,
상기 수용부의 내부에 배치되어 상기 바닥면으로부터 상기 길이 방향으로 연장하고, 상기 광원으로부터 방출된 광에 의해 가열되는 금속 나노 입자를 포함하는 가열 부재를 더 포함하는, 에어로졸 생성 장치 - 제7항에 있어서,
상기 바닥면은 상기 광원으로부터 방출된 광을 투과시키는 투과면을 포함하고,
상기 광원으로부터 방출된 광은 상기 투과면을 투과하여 상기 가열 부재에 도달하는, 에어로졸 생성 장치. - 제8항에 있어서,
상기 가열 부재는 내부에 공동을 포함하는 중공 형상이고,
상기 금속 나노 입자는 상기 가열 부재의 상기 공동이 포함된 내부 표면에 도포되는, 에어로졸 생성 장치. - 제1항에 있어서,
상기 금속 나노 입자는 서로 다른 파장의 광에 각각 진동함으로써 가열되는 복수 종류의 금속 나노 입자를 포함하는, 에어로졸 생성 장치. - 제10항에 있어서,
상기 광원으로부터 방출된 광은 380nm 내지 780nm의 파장을 갖는, 에어로졸 생성 장치. - 제1항에 있어서,
외관을 형성하는 하우징; 및
상기 하우징의 내부에 배치되어 상기 하우징 내부에서 발생된 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 방열 구조체를 더 포함하는, 에어로졸 생성 장치. - 제12항에 있어서,
상기 방열 구조체의 내부는 진공으로 형성되는, 에어로졸 생성 장치. - 에어로졸 생성 물질을 포함하는 에어로졸 생성 물품; 및
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 에어로졸 생성 장치;를 포함하는, 에어로졸 생성 시스템.
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