KR102588179B1 - 파이로촉매 물질을 갖는 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위한 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다. 장치는 측벽면(16)을 포함하고 있는 가열실(10) 및 가열실(10) 내에 배열된 가열 요소(12)를 포함하고 있다. 가열 요소(12) 및 가열실(10)의 측벽면(16) 중 하나 이상에 코팅으로서 파이로촉매 물질(14/18)이 적용된다. 가열 요소(12)는 파이로촉매 세정을 위해 구성되어 있다.

Description

파이로촉매 물질을 갖는 에어로졸 발생 장치
본 발명은 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위한 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
담배와 같은 에어로졸 발생 기재를 태우지 않고 가열하는 에어로졸 발생 장치가공지되어 있다. 이러한 장치는 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸을 생성하기 위해 에어로졸 발생 기재를 충분히 높은 온도로 가열한다.
이러한 에어로졸 발생 장치는 통상적으로 가열실을 포함하고, 여기서 가열 요소는 가열실 내에 배열되어 있다. 에어로졸 발생 기재를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품은 가열실 내에 삽입되어 가열 요소에 의해 가열될 수 있다. 가열 요소는 통상적으로 가열 블레이드로서 구성되어 있고 물품이 가열실 내로 삽입될 때 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 발생 기재 내로 침투한다. 에어로졸 발생 물품이 고갈되면, 고갈된 물품이 제거되고, 새로운 물품이 가열실 내로 삽입된다. 물품의 제거 및 삽입 및 장치의 작동 동안, 에어로졸 발생 기재의 원하지 않는 잔류물이 가열 요소 상에 또는 가열실에 남겨질 수 있다.
결과적으로, 가열 요소 및 가열실로부터 원하지 않는 잔류물을 제거할 필요가 있다.
이러한 및 추가 목적을 해결하기 위해, 본 발명은 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위한 에어로졸 발생 장치를 제안한다. 상기 장치는 측벽면을 포함하고 있는 가열실 및 가열실 내에 배열된 가열 요소를 포함하고 있다. 가열 요소 및 가열실의 측벽면 중 하나 이상에 코팅으로서 파이로촉매(pyrocatalytic) 물질이 적용된다. 가열 요소는 파이로촉매 세정을 위해 구성되어 있다.
가열 요소 및/또는 가열실로부터 잔류물을 제거하기 위해, 본 발명은 열 세정 기능을 가능하게 한다. 이러한 기능을 용이하게 하기 위해, 가열 요소는 에어로졸 발생 온도보다 높은 온도까지 가열한다. 이 온도에서, 유기 증착물은 휘발성 유기 화합물, 탄화수소 및 탄화 가스로 변환된다. 이 변환은 이하 파이로촉매 세정으로 표기된다. 용어 "파이로촉매 세정"은 열분해(pyrolysis) 및 산화를 포함하는 것이다. 탄화된 증착물은 파이로촉매 세정 후에 장치의 가벼운 브러싱 또는 쉐이킹에 의해 쉽게 제거된다.
에어로졸 발생 기재는 담배를 함유하고 있다. 담배 증착물의 종래의 열분해를 위한 요구되는 세정 온도는, 예를 들어, 약 500℃만큼 높다. 이 온도는 전형적인 가열 요소에 의해 도달될 수 있지만, 전체 가열실에는 아니다. 따라서, 가열 요소와 직접 접촉하지 않는 가열실의 일부 내의 담배 증착물은 종래의 장치에서 열분해 사이클 동안 열분해될 수 없다. 높은 요구 온도 때문에, 파이로촉매 세정은 추가적으로 많은 에너지를 필요로 한다. 가열 비연소 장치는 종종 휴대용 및 배터리 전력을 공급받기 때문에, 파이로촉매 세정은 장치의 사용 시간을 감소시키고 배터리의 수명을 감소시킨다. 본 발명은 파이로촉매 물질의 적용으로 인해 보다 낮은 온도에서 파이로촉매 세정을 용이하게 한다. 파이로촉매 세정을 위한 온도는 300℃ 내지 380℃로 감소될 수 있다. 따라서, 전체 가열실 내에서 파이로촉매 세정이 용이해질 수 있다. 파이로촉매 세정은 온도가 낮기 때문에 더 효율적이며 배터리 수명을 증가시킬 수 있다.
파이로촉매 물질은 코팅으로서 적용된다. 파이로촉매 물질을 코팅으로서 제공하는 것은 파이로촉매 물질을 쉽게 적용하는 것을 용이하게 한다. 제조 동안, 코팅은 가열실 및/또는 가열실의 측벽면에 적용될 수 있다. 코팅은 분무 코팅, 분말 코팅, 침지 또는 필름 코팅 공정을 포함하는 상이한 방법에 의해 적용될 수 있다.
가열실의 측벽면은 바람직하게는 가열실의 베이스 뿐만 아니라 가열실의 길이방향 축을 둘러싸는 벽면을 포함하고 있다. 가열실은 측벽면의 일부를 형성하지 않고 에어로졸 발생 물품의 삽입을 가능하게 하기 위해 개방된 개구를 포함하고 있다. 대안적으로, 측벽면은 가열실의 베이스가 아니라 가열실의 길이방향 축을 둘러싸는 벽면만을 포함할 수 있다. 가열실은 종래의 궐련과 닮은 원통형 형상을 갖는 에어로졸 발생 물품의 삽입을 위한 중공 관형 형상을 가질 수 있다. 물품을 삽입하기 위한 가열실의 개구는 원형일 수 있다. 가열 요소는 가열실 내에서 중심에 배치된 가열 블레이드로서 구성될 수 있다.
파이로촉매 물질은 촉매 및 결합제를 포함할 수 있다. 촉매는 세륨, 구리, 바나듐, 비스무트, 몰리브덴, 망간, 철, 니켈, 주석, 니오븀, 크롬, 텅스텐, 레늄, 백금, 코발트의 백금 군 금속, 상기 금속들의 산화물, 및 상기 금속 및 산화물 중 둘 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
결합제는 촉매 물질을 결합하고, 불소중합체, 세라믹 물질 또는 에나멜 프릿일 수 있다. 촉매는 열분해 촉매일 수 있다. 열분해 촉매는 낮은 온도에서 유기 증착물의 열분해 세정을 촉진하며 이에 따라 열적 세정에 필요한 에너지를 줄인다. 촉매는 산화 촉매일 수 있다. 촉매는 열분해 및 산화 촉매일 수 있다. 열촉매 물질은 열분해 촉매 및 산화 촉매 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
결합제는 담체로서 표시될 수도 있다. 결합제는 촉매를 단단히 유지하도록 구성된다. 결합제는 가열 요소 및/또는 가열실의 측벽면에 접착되도록 구성될 수 있다. 촉매는 결합제에 매립될 수 있다. 촉매는 주로 가열실을 향하는 결합제에 매립되도록 구성될 수 있다. 즉, 결합제 내에 제공된 촉매 물질은 제거될 에어로졸 발생 기재의 잔여물과 접촉하도록 배열될 수 있는 한편, 결합제 물질은 가열 요소 및/또는 가열실의 측벽면에 주로 접착된다.
결합제는 높은 열 전도성을 가질 수 있다. 결합제의 열 전도성은 촉매 물질이 가열 요소 상에 적용될 때, 가열 요소로부터 촉매와 가열 요소를 향해 열 전달을 용이하게 할 수 있다. 이러한 점에서 결합제의 열 전도성은 가열 요소가 가열실 내에 제공될 때 특히 유익하다.
가열 요소는 가열실의 길이방향 축을 따라 중앙에 배열되어 있을 수 있다. 가열 요소는 핀 또는 블레이드로서 구성될 수 있다.
핀 또는 블레이드는 에어로졸 발생 물품을 가열실 내로 삽입하는 동안 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 발생 기재 내로 침투하도록 구성되어 있다. 핀 또는 블레이드는 바람직하게는 가열실의 길이방향 축을 따라 중앙에 정렬된다. 핀 또는 블레이드는 파이로촉매 세정을 유도하도록 구성될 수 있다. 파이로촉매 세정은 가열 요소의 표면 상에서 일어나서 원하지 않는 잔여물을 제거할 수 있다. 파이로촉매 세정은 또한 가열실의 측벽면 상에서 일어나서 가열 요소를 완전히 세정할 수 있다.
가열 요소는 또한 가열실을 둘러싸는 외부 히터로서 제공될 수 있다. 본 구현예에서, 높은 열 전도성을 갖는 결합제를 제공하는 것은 가열 요소로부터 측벽면 및 결합제를 통해 촉매와 가열실을 향하여 열 전달을 용이하게 한다.
결합제는, 특히 에어로졸 발생 물품의 삽입 및 제거 동안, 촉매 물질이 장치의 작동 동안 손상되거나 제거되지 않도록 기계적 손상을 내성이 있도록 구성될 수 있다.
상기 장치는 가열실을 적어도 부분적으로 폐쇄하고, 바람직하게는 기밀 폐쇄하기 위한 밀폐 수단을 포함할 수 있다.
파이로촉매 세정 동안, 가열실에 함유된 공기는 가열된다. 가열실이 개방되면, 가열된 공기가 가열실로부터 빠져나갈 수 있다. 따라서, 파이로촉매 세정은 개방된 가열실에 의해 부정적으로 손상될 수 있다. 폐쇄 수단은 가열된 공기가 가열실로부터 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 파이로촉매 세정을 실현하기 위해 더 적은 에너지가 요구될 수 있다.
폐쇄 수단은 또한 장치의 안전 특징부를 실현할 수 있다. 이와 관련하여, 폐쇄 수단은 사용자가 가열실 내로 도달하는 것을 방지할 수 있고 그/그녀를 부상입히는 것을 방지할 수 있다. 폐쇄 수단은 가열실에 배치된 대응 센서 또는 포카 요크와 상호작용하여, 폐쇄 수단이 가열실을 폐쇄하도록 배열되었음을 장치가 검출하도록 하는 센서 또는 포카 요크를 포함할 수 있다. 이어서, 장치의 제어기는 폐쇄 수단이 가열실을 폐쇄하면 파이로촉매 세정을 가능하게 할 수 있다.
폐쇄 수단은 뚜껑을 포함할 수 있다. 뚜껑은 가열실을 밀폐하도록 구성될 수 있다.
뚜껑은 제거 가능하게 부착될 수 있거나 장치에 고정될 수 있다. 뚜껑을 제거 가능하게 부착하는 것은 세정 작업이 필요하지 않을 때 사용자가 뚜껑을 제거할 수 있게 한다. 사용자는 장치와는 별도로 장치의 정상 작동 중에 뚜껑을 보관하고, 뚜껑을 사용하여 파이로촉매 세정 동안 가열실을 폐쇄할 수 있다. 대안적으로, 뚜껑은 장치에 고정될 수 있다. 이 구현예에서, 사용자가 파이로촉매 세정을 개시하고자 하는 경우, 뚜껑은 가열실을 폐쇄하기 위해 사용자에 의해 수동으로 이동된다. 대안적으로, 상기 뚜껑은 사용자가 파이로촉매 세정을 개시할 때에 자동으로 폐쇄될 수도 있다.
폐쇄 수단은 밀폐형 공기 유입구를 포함할 수 있다. 공기 유입구는 파이로촉매 세정 동안 가열실로부터 가열된 공기의 탈출을 허용할 수 있다. 밀폐가능한 공기 유입구를 제공하면 파이로촉매 세정 동안 가열된 공기가 가열실을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
상기 장치는, 파이로촉매 세정을 작동시키기 위한 버튼과 같은 활성화 수단을 포함할 수 있다. 활성화 수단은 버튼으로서 구성될 수 있다. 대안적으로, 활성화 수단은, 파이로촉매 세정을 활성화하기 위한 스마트폰 또는 스마트워치 같은 외부 장치와 통신하는 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.
단열층은 가열실의 측벽면과 파이로촉매 물질 사이 또는 가열실 주위에 배열될 수 있다.
단열층은 파이로촉매 세정에 필요한 에너지를 감소시킬 수 있다. 단열층의 제공은 가열 요소가 가열실의 내부에 배열된 내부 히터로서 제공될 때 특히 유용하다. 이 경우, 가열 요소를 빠져나가는 가열 요소에 의해 방출된 열이 단열층을 이용하여 감소되거나 방지될 수 있다.
에어로졸 발생 기재는 담배를 함유할 수 있으며, 여기서, 파이로촉매 물질은 380℃ 미만, 바람직하게는 360℃ 미만, 더욱 바람직하게는 340℃ 미만으로 담배의 열분해를 위해 필요한 온도를 감소시키도록 구성될 수 있다. 열분해 세정을 위한 필요한 온도는 파이로촉매 물질의 결과로서 300℃ 내지 380℃일 수 있다.
에어로졸 발생 물품에 제공된 에어로졸 발생 기재의 가열 동안 에어로졸 발생 장치의 정상 작동을 위한 온도는 파이로촉매 세정을 위해 증가된다. 그러나, 일반적으로 파이로촉매 세정을 용이하게 하는데 필요한 온도는 380℃이다. 이 온도는 가열 요소 및/또는 가열실의 측벽면에 적용된 파이로촉매 물질에 의해 감소될 수 있다. 따라서, 가열 요소는 정상적인 에어로졸 발생을 위해 가열 요소의 온도 위의 온도 및 담배의 촉매되지 않은 파이로촉매 세정에 필요한 온도 아래의 온도로 파이로촉매 세정 동안 가열되도록 구성되어 있다.
본 발명은 추가로 하기 단계들을 포함하고 있는 에어로졸 발생 장치의 가열실을 세정하기 위한 방법에 관한 것이다:
i) 에어로졸 발생 기재를 함유하는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성된 가열실 및 상기 가열실 내에 배열된 가열 요소를 포함하는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 단계;
ii) 파이로촉매 물질을 상기 가열 요소 및 상기 가열실의 측벽면 중 하나 이상에 코팅으로서 적용하는 단계; 및
iii) 상기 가열 요소 및 상기 가열실의 측벽면 중 하나 이상으로부터 원하지 않는 잔여물을 제거하기 위해 가열 요소를 가열하는 단계.
상기 가열 요소의 온도는 가열 단계 동안 정상적인 에어로졸 발생 온도 위 및 380℃ 미만, 바람직하게는 360℃ 미만, 보다 바람직하게는 340℃ 미만으로 증가될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 더욱 상세히 설명될 것이며, 여기서:
도 1: 가열 요소 및 가열실의 측벽면에 적용된 파이로촉매 물질을 갖는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치의 가열실;
도 2: 파이로촉매 물질이 가열 요소 또는 가열실의 측벽면에만 적용되는 구현예들; 및
도 3: 외부 가열 요소의 한 구현예.
도 1은 에어로졸 발생 장치의 가열실(10)을 보여주고 있다. 가열 요소(12)는 가열실(10) 내에 배열되어 있다. 가열 요소(12)는 가열 블레이드로서 제공되며 가열실(10)의 길이방향 축을 따라 중앙에 정렬되어 있다.
도 1에서, 촉매(14)를 포함하고 있는 파이로촉매 물질이 가열 요소(12)뿐만 아니라 가열실(10)의 측벽면(16)에 적용된다. 파이로촉매 물질은 코팅으로서 제공되고, 촉매(14)뿐만 아니라 결합제(18)를 포함하고 있다.
결합제(18)는, 에어로졸 발생 물품의 제거 후에 촉매(14)뿐만 아니라 가열 요소(12)와 가열실(10)의 측벽면(16)에 부착되는 에어로졸 발생 기재의 잔여물을 향하여, 가열 요소(12)에 의해 발생된 열이 전달되도록 높은 열 전도성을 가지고 구성되어 있다.
도 2는, 파이로촉매 물질이 도 2의 (a)의 가열 요소(12)에만 적용되고 도 2의 (b)의 가열실(10)의 측벽면(16)에만 적용되는 구현예들을 보여주고 있다. 파이로촉매 물질이 가열 요소(12)에만 적용될 때, 파이로촉매 세정은 380℃의 파이로촉매 세정에 필요한 통상적인 온도에 비해 감소된 온도를 가지고 가열 요소(12)의 표면 상에서 가능해질 수 있다. 파이로촉매 물질이 가열실(10)의 측벽면(16)에 제공된 경우, 측벽면(16) 상의 파이로촉매 세정에 필요한 온도가 가열 요소(12)의 표면에 필요한 온도에 비해 낮기 때문에, 가열 요소(12)의 표면뿐만 아니라 가열실(10)의 측벽면(16)에서도 파이로촉매 세정이 용이하게 될 수 있다. 이와 관련하여, 가열 요소(12)는 가열 요소(12)의 표면에서 약 380℃의 온도로 가열되도록 구성될 수 있는 한편, 가열실(10)의 측벽면(16) 상에서 달성가능한 온도는 낮을 수 있다. 가열실(10)의 측벽면(16)에 제공된 파이로촉매 물질로 인해, 이러한 낮은 온도는 파이로촉매 세정을 가능하게 하기에 여전히 충분할 수 있다.
도 3은 가열 요소(12)가 외부 히터로서 제공되는 가열 요소(12)의 한 구현예를 보여주고 있다. 가열 요소(12)가 내부 히터로서 제공되는, 도 1 및 도 2와 비교하여, 도 3에 도시된 외부 히터는 가열실(10)의 측벽면(16)을 둘러싸고 배열되어 있다. 결합제(18)와 바람직하게는 가열실(10)의 측벽면(16) 또한 본 구현예에서 높은 열 전도성을 가지고 제공되어, 외부 가열 요소(12)로부터 가열실(10)의 측벽면(16) 및 결합제(18)를 통해서 촉매(14)뿐만 아니라 가열실(10)에 남아있는 에어로졸 발생 물질의 잔여물을 향해 열 전달을 가능하게 할 수 있다.

Claims (14)

  1. 흡입 가능한 에어로졸의 발생을 위한 에어로졸 발생 장치로서, 상기 장치는
    Figure 112020128778661-pct00001
    측벽면을 포함하는 가열실; 및
    Figure 112020128778661-pct00002
    상기 가열실 내에 배열된 가열 요소를 포함하고,
    파이로촉매 물질이 상기 가열 요소 및 상기 가열실의 측벽면 중 하나 이상에 코팅으로서 적용되고, 상기 가열 요소는 파이로촉매 세정을 위해 구성되어 있는, 에어로졸 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파이로촉매 물질은 촉매 및 결합제를 포함하는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 결합제는 높은 열 전도성을 갖는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 요소는 핀 또는 블레이드로서 구성되어 있는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 가열실을 적어도 부분적으로 폐쇄하기 위한 폐쇄 수단을 더 포함하는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 폐쇄 수단은 뚜껑을 포함하는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 뚜껑은 상기 장치에 제거가능하게 부착가능하거나 고정되어 있는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 폐쇄 수단은 폐쇄 가능한 공기 유입구를 포함하는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단열층은 상기 가열실의 측벽면과 상기 파이로촉매 물질 사이 또는 상기 가열실 주위에 배열되어 있는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열실은 에어로졸 발생 기재를 함유하는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성되고, 상기 에어로졸 발생 기재는 담배를 함유하고, 상기 파이로촉매 물질은 담배의 열분해(pyrolysis)를 위해 요구되는 온도를 380℃ 미만으로 감소시키도록 구성되어 있는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파이로촉매 물질은 열분해 세정에 필요한 온도를 300℃ 내지 380℃로 감소시키도록 구성되어 있는 것인, 에어로졸 발생 장치.
  12. 에어로졸 발생 장치의 가열실을 세정하는 방법으로서, 상기 방법은,
    i) 에어로졸 발생 기재를 함유하는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성된 가열실 및 상기 가열실 내에 배열된 가열 요소를 포함하는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 단계;
    ii) 파이로촉매 물질을 상기 가열 요소 및 상기 가열실의 측벽면 중 하나 이상에 코팅으로서 적용하는 단계; 및
    iii) 상기 가열 요소 및 상기 가열실의 측벽면 중 하나 이상으로부터 원하지 않는 잔여물을 제거하기 위해 상기 가열 요소를 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가열 요소의 온도는 상기 가열 단계 동안 정상적인 에어로졸 발생 온도 위 및 380℃ 미만으로 증가되는, 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 가열 요소의 온도는 상기 가열 단계 동안 300℃ 내지 380℃로 증가되는, 방법.
KR1020207034377A 2018-06-14 2019-06-13 파이로촉매 물질을 갖는 에어로졸 발생 장치 KR102588179B1 (ko)

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