KR102622611B1 - Fpcb를 이용한 인덕션 히팅 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인덕션 히팅 장치에 관한 것으로서, 특히 에어로졸 형성 물품을 가열 공간에 수용하는 히터 파이프의 외측에 보다 적은 체적을 차지하는 FPCB를 이용하여, 가열 공간의 중심축에 형성된 서셉터에서의 유도 가열과, FPCB의 저항 가열에 의해 에어로졸 형성 물품을 가열하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치에 관한 것이다.
본 발명인 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치는 가열 공간을 지니며 에어로졸 형성 물품을 가열 공간에 수용하는 히터 파이프와, 히터 파이프의 가열 공간에 형성된 강자성체 재질의 서셉터와, 히터 파이프의 외측에 히터 파이프를 둘러 감싸거나 히터 파이프에 감겨져서 장착되거나 배치되는 제 1 절연층과, 제 1 절연층 전면의 일정 지점을 중심으로 나선형으로 연장되는 제 1 도전성 패턴이나, 제 1 절연층의 전면에 히터 파이프의 중심축을 중심으로 나선형으로 감싸면서 연장되며 서로 평행한 복수의 평행 도전성 패턴들을 구비하는 적어도 하나 이상의 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자와, 인덕션 히팅 소자에 교류 전원을 인가하는 인버터 소자를 포함한다.
본 발명인 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치는 가열 공간을 지니며 에어로졸 형성 물품을 가열 공간에 수용하는 히터 파이프와, 히터 파이프의 가열 공간에 형성된 강자성체 재질의 서셉터와, 히터 파이프의 외측에 히터 파이프를 둘러 감싸거나 히터 파이프에 감겨져서 장착되거나 배치되는 제 1 절연층과, 제 1 절연층 전면의 일정 지점을 중심으로 나선형으로 연장되는 제 1 도전성 패턴이나, 제 1 절연층의 전면에 히터 파이프의 중심축을 중심으로 나선형으로 감싸면서 연장되며 서로 평행한 복수의 평행 도전성 패턴들을 구비하는 적어도 하나 이상의 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자와, 인덕션 히팅 소자에 교류 전원을 인가하는 인버터 소자를 포함한다.
Description
본 발명은 인덕션 히팅 장치에 관한 것으로서, 특히 에어로졸 형성 물품을 가열 공간에 수용하는 히터 파이프의 외측에 보다 적은 체적을 차지하는 FPCB를 이용하여, 가열 공간의 중심축에 형성된 서셉터에서의 유도 가열과, FPCB의 저항 가열에 의해 에어로졸 형성 물품을 가열하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 형성 물품을 가열하기 위한 유도 가열 장치를 도시한 도면이다. 유도 가열 장치(1)는, 플라스틱으로 형성될 수 있는 장치 하우징(10), 및 충전식 배터리(11a)를 포함하는 DC 전원(11)(도 2 참조)을 포함하고 있다.
유도 가열 장치(1)는, 충전식 배터리(11a)를 충전하기 위한 충전 스테이션(charging station) 또는 충전 장치에 유도 가열 장치를 도킹하기 위한 핀(12a)을 포함하는 도킹 포트(docking port; 12)를 더 포함하고 있다. 또한, 유도 가열 장치(1)는 원하는 주파수, 예를 들어 상기에서 언급한 바와 같이 5MHz의 주파수에서 작동하도록 구성된 전력 공급 전자기기(13)를 포함하고 있다. 전력 공급 전자기기(13)는, 적절한 전기 연결부(13a)를 통해 충전식 배터리(110)에 전기적으로 연결되어 있다.
서셉터(21)를 포함하는 담배-함유 고체 에어로졸 형성 물품(20)는 장치 하우징(10)의 근위 말단에서 공동(14) 내에 수용되어서, 작동하는 동안, 인덕터(L2)(나선형으로 권선된 원통형 인덕터 코일)가 흡연 물품(2)의 담배-함유 고체 에어로졸 형성 물품(20)의 서셉터(21)에 유도 결합된다. 흡연 물품(2)의 필터부(22)는 유도 가열 장치(1)의 공동(14) 외부에 배열되어서, 작동 동안, 소비자가 필터부(22)를 통해 에어로졸을 흡인할 수도 있다.
유도 가열 장치는 에어로졸 형성 물품에 열적으로 인접하여 배열되어 있는 인덕터(inductor)를 포함하고, 에어로졸 형성 물품은 서셉터(susceptor)를 포함하고 있다. 인덕터의 교번 자기장은 서셉터에 히스테리시스 손실(hysteresis loss)과 와류(eddy current)를 발생시켜, 서셉터로 하여금, 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 성분을 방출할 수 있는 온도까지 에어로졸 형성 물품을 가열하게 한다.
종래의 유도 가열 기능을 위한 원통형 인덕터 코일(인덕터(L2))은 제조 공정에서 권취 작업 중에 상당한 불량이 발생되며, 권취에 의한 적층 두께로 인한 체적이 크기 때문에 소형 전자 기기에 적용함에 있어서 어려움이 있다.
본 발명은 에어로졸 형성 물품을 가열 공간에 수용하는 히터 파이프의 외측에 보다 적은 체적을 차지하는 FPCB를 이용하여, 가열 공간의 중심축에 형성된 서셉터에서의 유도 가열과, FPCB의 저항 가열에 의해 에어로졸 형성 물품을 가열하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치는 가열 공간을 지니며 에어로졸 형성 물품을 가열 공간에 수용하는 히터 파이프와, 히터 파이프의 가열 공간에 형성된 강자성체 재질의 서셉터와, 히터 파이프의 외측에 히터 파이프를 둘러 감싸거나 히터 파이프에 감겨져서 장착되거나 배치되는 제 1 절연층과, 제 1 절연층 전면의 일정 지점을 중심으로 나선형으로 연장되는 제 1 도전성 패턴이나, 제 1 절연층의 전면에 히터 파이프의 중심축을 중심으로 나선형으로 감싸면서 연장되며 서로 평행한 복수의 평행 도전성 패턴들을 구비하는 적어도 하나 이상의 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자와, 인덕션 히팅 소자에 교류 전원을 인가하는 인버터 소자를 포함한다.
또한, 히터 파이프는 열전도성 재질이며, 인덕션 히팅 소자는 교류 전원의 인가 시에 교번 자기장을 생성하여 서셉터에서 인덕션 히팅이 되도록 하며, 인덕션 히팅 소자의 저항 가열에 의해 생성된 열이 히터 파이프를 통하여 히터 파이프의 가열 공간에 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 히터 파이프는 강자성체 재질인 것이 바람직하다.
또한, 적어도 하나 이상의 FPCB는 제 1 절연층 전면에 나선형으로 형성된 제 1 도전성 패턴과, 제 1 도전성 패턴의 일단에 형성되며 인버터 소자의 제 1 단자와 전기적으로 연결되는 제 1 전기 접점과, 제 1 도전성 패턴의 타단에 형성된 제 2 전기 접점과, 제 1 절연층 배면에 인버터 소자의 제 2 단자와 전기적으로 연결되는 제 3 전기 접점과, 제 2 전기 접점에 전기적으로 연결되는 제 4 전기 접점과, 제 3 전기 접점과 제 4 전기 접점을 전기적으로 연결하는 제 2 도전성 패턴을 구비하는 제 1 FPCB를 포함하는 것을 것이 바람직하다.
또한, 적어도 하나 이상의 FPCB는 제 1 절연층 전면에 나선형으로 형성된 제 1 도전성 패턴과, 제 1 도전성 패턴의 일단에 형성되며 제 1 인버터 소자의 제 1 단자와 전기적으로 연결되는 제 1 전기 접점과, 제 1 도전성 패턴의 타단에 형성된 제 2 전기 접점을 구비하는 제 1 FPCB와, 제 2 절연층 전면에 제 1 인버터 소자의 제 2 단자와 전기적으로 연결되는 제 5 전기 접점과, 제 2 전기 접점에 전기적으로 연결되는 제 6 전기 접점과, 제 5 전기 접점과 제 6 전기 접점을 전기적으로 연결하는 제 3 도전성 패턴을 구비하는 제 2 FPCB를 포함하고, 제 1 FPCB와 제 2 FPCB는 적층되는 것이 바람직하다.
또한, 적어도 하나 이상의 FPCB는 복수의 제 1 FPCB들이 적층된 구조를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 인덕션 히팅 소자는 히터 파이프의 중심축을 중심으로 나선형으로 감싸되, 히터 파이프의 외측면 하단부터 나선형으로 감겨져서 히터 파이프의 외측면 상단까지 감겨져서 히터 파이프에 장착되는 것이 바람직하다.
또한, 인덕션 히팅 소자는 복수의 도전성 패턴들 각각의 일단을 전기적으로 연결시키는 제 1 전기 접점과, 복수의 도전성 패턴들 각각의 타단을 전기적으로 연결하는 제 2 전기 접점을 포함하여 구성되며, 제 1 전기 접점은 인버터 소자의 제 1 단자에 전기적으로 연결되며, 제 2 전기 접점은 인버터 소자의 제 2 단자에 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 인덕션 히팅 소자는 적층된 복수의 FPCB를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 도전성 패턴과 평행 도전성 패턴은 구리나 콘스탄탄으로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명은 종래의 권선 코일체를 사용하지 않고, 에어로졸 형성 물품을 가열 공간에 수용하는 수용체의 외측에 보다 적은 체적을 차지하는 FPCB가 장착되어, FPCB에 의한 서셉터에서의 유도 가열과, FPCB의 저항 가열에 의해 에어로졸 형성 물품을 가열하여, 에너지 효율을 증대시켜 에어로졸 형성 물품에 대한 보다 신속한 가열이 가능하다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 형성 물품을 가열하기 위한 유도 가열 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자의 제 1 실시예의 평면도들이다.
도 3은 도 2의 인덕션 히팅 소자가 장착된 히팅 유닛의 개념 사시도이다.
도 4는 도 2의 히팅 유닛이 장착된 인덕션 히팅 장치의 위치별 온도 그래프들이다.
도 5는 본 발명에 따른 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자의 제 2 실시예의 평면도들이다.
도 6은 도 5의 인덕션 히팅 소자가 장착된 히팅 유닛의 개념 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자의 제 1 실시예의 평면도들이다.
도 3은 도 2의 인덕션 히팅 소자가 장착된 히팅 유닛의 개념 사시도이다.
도 4는 도 2의 히팅 유닛이 장착된 인덕션 히팅 장치의 위치별 온도 그래프들이다.
도 5는 본 발명에 따른 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자의 제 2 실시예의 평면도들이다.
도 6은 도 5의 인덕션 히팅 소자가 장착된 히팅 유닛의 개념 사시도이다.
이하에서, 본 발명은 실시예와 도면을 통하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
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본 문서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
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본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성(또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
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본 발명에 따른 인덕션 히팅 소자가 장착되는 인덕션 히팅 장치(에어로졸 발생 장치)는 배터리와, 적어도 열전도성이 우수하며 내부에 중공으로 가열 공간을 형성하는 히터 파이프와, 히터 파이프의 외측에 배치되거나 히터 파이프를 둘러 감싸거나 감겨져 장착되는 인덕션 히팅 소자와, 히터 파이프 내의 가열 공간의 중심축에 형성된 강자성체인 서셉터와, 배터리의 직류 전원을 공급 받아 교류 전원으로 변환하여 인덕션 히팅 소자에 교류 전원을 인가하는 인버터 소자와, 인버터 소자를 제어하여 교류 전원의 인가 및 차단을 수행하거나 배터리 전원의 인버터 소자로의 공급 및 차단을 수행하여 히터 파이프 내에 삽입되는 에어로졸 형성 물품(예를 들면, 궐련, 필터 등)을 가열하여 에어로졸 발생 기능을 수행하는 데이터 프로세서 등을 포함하여 구성된다.
인덕션 히팅 소자는 인버터 소자로부터의 교류 전원의 인가에 의해 교번 자기장을 생성하여 서셉터 또는 히터 파이프에서 유도 가열에 의한 발열이 이루어지도록 한다. 본 실시예에서, 히터 파이프와 인덕션 히팅 소자 및 서셉터는 히팅 유닛으로 지칭된다. 인덕션 히팅 장치는 히팅 유닛의 히터 파이프(즉, 가열 공간)를 통하는 기류 패스를 구비한다.
에어로졸 형성 물품이 히터 파이프 내에 삽입 안착될 때, 에어로졸 형성 물품의 하단부가 수직 방향인 상단 방향으로 서셉터의 상단부에 의해 뚫어져서, 에어로졸 형성 물품 내부의 적어도 일부분에 서셉터가 진입된다.
도 2는 본 발명에 따른 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자의 제 1 실시예의 평면도들이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 인덕션 히팅 소자에 포함되는 제 1 FPCB(F1)를 도시한다. 제 1 FPCB(F1)는 연성 재질이면서 평판 형상의 절연층(30)(예를 들면, 폴리이미드 필름 등)을 포함한다.
도 2의 (a)에서와 같이, 제 1 FPCB(F1)는 절연층(30) 전면(30a)에 2차원 나선형(예를 들면, 직각 나선형)으로 형성된 제 1 도전성 패턴(32a)과, 제 1 도전성 패턴(32a)의 일단에 형성되며 인버터 소자(미도시)의 제 1 단자와 전기적으로 연결되는 제 1 전기 접점(34a)과, 제 1 도전성 패턴(32a)의 타단에 형성된 제 2 전기 접점(34b)을 구비한다.
제 1 도전성 패턴(32a)은 절연층(30)의 전면(30a)에 2차원 나선형(예를 들면, 직각 나선형)으로 연장되되, 절연층(30)의 전면(30a)의 특정 지점이나 특정 영역(일정 지점)을 중심으로 하여 나선형으로 연장되어 형성된다. 제 1 전기 접점(34a)은 인버터 소자의 제 1 단자와의 전기적 연결을 위한 것이기에, 절연층(30) 전면(30a)의 가장자리에 인접하여 형성된다. 또한, 제 1 도전성 패턴(32a)의 타단과 절연층(30)의 가장 자리 간의 간격보다 이 제 1 도전성 패턴(32a)의 일단과 절연층(30)의 가장 자리 간의 간격보다 더 크도록 형성된다.
또한, 도 2의 (b)에서와 같이, 제 1 FPCB(F1)의 절연층(30) 배면(30b)에, 인버터 소자(미도시)의 제 2 단자와 전기적으로 연결되는 제 3 전기 접점(36a)과, 제 2 전기 접점(34b)에 전기적으로 연결되는 제 4 전기 접점(36b)과, 제 3 전기 접점(36a)과 제 4 전기 접점(36b)을 전기적으로 연결하는 제 2 도전성 패턴(32b)이 구비된다.
제 2 전기 접점(34b)과 제 3 전기 접점(36b) 각각은 절연층(30)의 스루홀(through hole)을 통한 서로 전기적으로 연결된다.
제 1 도전성 패턴(32a)과 제 2 도전성 패턴(32b)은 절연층(30)에 의해 전기적으로 절연된다.
제 2 도전성 패턴(32b)은 도 2의 (b)와 같이, 'L'자형으로 연장된다.
또 다른 실시예로, 도 2의 (b)에서의 절연층(30)의 배면(30b)에 제 2 도전성 패턴(32b) 대신에, 제 1 전기 접점(34a)과 제 2 전기 접점(34b) 각각이 전기적 도선을 통하여 인버터 소자의 제 1 및 제 2 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 전기적 도선은 외부가 절연층으로 피복된 구리선으로 이루어질 수 있다.
또 다른 실시예로, 제 2 도전성 패턴(32b) 대신에, 절연층(30)의 배면(30b)에 제 1 도전성 패턴(32b)과 동일한 형상이면서 절연층(30)에 대하여 서로 대칭적인 2차원 나선형(또는 직각 나선형)인 도전성 패턴이 형성될 수도 있다.
도 2의 (c)는 도 2의 (b) 대신에 제 1 FPCB(F1)의 배면이나 전면에 적층되는 제 2 FPCB(F2)를 도시하며, 인덕션 히팅 소자는 적층된 제 1 FPCB(F1)과 제 2 FPCB(F2)를 포함한다.
제 2 FPCB(F2)는 연성 재질이면서 평판 형상의 절연층(40)(예를 들면, 폴리이미드 필름 등)을 포함한다. 제 2 FPCB(F2)의 절연층(40) 전면(40a)에, 인버터 소자(미도시)의 제 2 단자와 전기적으로 연결되는 제 5 전기 접점(44a)과, 제 2 전기 접점(34b)에 전기적으로 연결되는 제 6 전기 접점(44b)과, 제 5 전기 접점(44a)과 제 6 전기 접점(44b)을 전기적으로 연결하는 제 3 도전성 패턴(42)이 구비된다.
제 2 전기 접점(34b)과 제 6 전기 접점(44b) 각각은 절연층(40)의 스루홀(through hole)을 통한 서로 전기적으로 연결된다.
제 1 도전성 패턴(32a)과 제 3 도전성 패턴(42)은 절연층(30) 또는 (40)에 의해 전기적으로 절연된다.
본 발명에 따른 인덕션 히팅 소자(H)는 제 1 FPCB(F1)만을 포함하거나 적층 구조인 제 1 및 제 2 FPCB(F1), (F2)를 포함하여 구성된다.
다른 실시예로, 인덕션 히팅 소자(H)는 상술된 도 2의 (a)와 (c)에서의 적층된 제 1 FPCB(F1)와 제 2 FPCB(F2)에 추가하여, 제 1 FPCB(F1) 상에 적어도 하나 이상의 제 1 FPCB가 추가적으로 적층되며, 스루홀을 통하여 제 2 전기 접점들이 제 6 전기 접점(44b)에 전기적으로 연결되며, 제 1 전기 접점들도 전기적으로 인버터 소자의 제 1 단자에 연결될 수도 있다.
본 발명에서, 도전성 패턴 및 전기적 도선은 구리나 콘스탄탄의 재질로 이루어지며, 도전성 패턴에 의해 감싸지는 전기 접점은 히터 패드(heater pad)로 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 인덕션 히팅 소자가 장착된 히팅 유닛의 개념 사시도이다. 도 3에서, 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2) 각각은 도 2의 인덕션 히팅 소자(H)와 동일한 구조이다. 도 3에서는, 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2)가 사용되나, 1개의 인덕션 히팅 소자(H)만이 장착될 수도 있다.
히팅 유닛(HU1)은 히터 파이프(HP)와, 히터 파이프(HP)를 둘러 감싸는 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2)와, 히터 파이프(HP) 내의 가열 공간(HS) 내에 위치되는 서셉터(IS-1)를 포함하여 구성된다.
히터 파이프(HP)는 내부의 중공으로 가열 공간(HS)을 구비하며 단면이 원형이거나 다각형을 지닌 기둥 형태로 이루어진다. 가열 공간(HS)으로 에어로졸 형성 물품(예를 들면, 궐련 등)이 삽입 및 분리될 수 있다. 히터 파이프(HP)는 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2)를 고정하기 위한 보빈 기능도 수행한다. 히터 파이프(HP)는 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1, H2) 각각의 발열 시에 열전도에 의해 가열 공간(HS)을 가열하기 위해서, 열전도성이 우수한 재질로 구성된다. 또한, 히터 파이프(HP)는 인덕션 발열을 위해, 강자성체 재질을 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2)가 히터 파이프(HP)의 외측면에 장착되거나 일정 간격 이격되어 장착된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2) 각각은 히터 파이프(HP)의 중심축에 대하여 대칭적으로 배치된다.
서셉터(IS-1)는 가열 공간(HS)에 삽입되되, 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2) 각각과 동일한 거리만큼 이격되도록 장착된다. 서셉터(IS-1)의 형태는 봉침형이나, 원통형 등의 형태를 지닐 수 있다. 서셉터(IS-1)는 인덕션 가열이 가능한 SPCE, SUS, 알루미늄 등의 재질로 구성된다.
인덕션 히팅 장치는 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2) 각각에 연결되는 제 1 및 제 2 인버터 소자를 구비할 수도 있으며, 이 경우에 데이터 프로세서는 제 1 및 제 2 인버터 소자들 각각을 제어할 수 있어, 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2) 각각의 유도 가열 기능을 독립적으로 제어할 수 있다. 또는, 인덕션 히팅 장치에서 하나의 인버터 소자가 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2) 각각에 전기적으로 연결되어 교류 전원을 인가하도록 할 수도 있다.
본 발명에서, 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2) 각각은 교류 전원(전류)가 인가될 때, 교번 자기장을 생성하여 서셉터(IS-1) 또는 히터 파이프(HP)(강자성체 재질을 포함할 경우)에서 인덕션 가열(또는 발열)이 이루어지도록 하는 기능을 수행한다. 또한, 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2) 각각에서 교류 전원의 인가 시에 자체 저항에 의해 저항 가열이 이루어져서, 저항 가열에 의해 생성된 열(열 에너지)이 히터 파이프를 통하여 가열 공간(HS)에 공급되거나 전달된다.
도 4는 도 2의 히팅 유닛이 장착된 인덕션 히팅 장치의 위치별 온도 그래프들이다.
인덕션 히팅 장치가 히팅 유닛에 전원을 인가한 경우의 서셉터(IS-1)의 온도, 히터 파이프(HP)의 온도 및 제 1 도전성 패턴(32a)(즉, 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2))의 온도가 도 4에 도시된다.
인덕션 가열 및 저항 가열에 의해서, 서셉터(IS-1)의 온도가 가장 높으며, 히터 파이프(HP)의 온도가 제 1 및 제 2 인덕션 히팅 소자(H1), (H2)의 온도보다 근소하게 높은 것이 확인된다. 이러한 온도 분포에 의해서, 서셉터(IS-1)의 발열에 의한 에어로졸 형성 물품의 내부에 대한 가열과, 히터 파이프(HP)의 열전도에 의한 에어로졸 형성 물품의 외부에 대한 가열이 동시에 또는 함께 이뤄질 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자의 제 2 실시예의 평면도들이다.
도 5에는, 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)에 포함되는 제 3 FPCB(F3)를 도시한다.
제 3 FPCB(F3)는 연성 재질이면서 평판 형상의 절연층(50)(예를 들면, 폴리이미드 필름 등)과, 절연층(50) 전면에 평행하게 직선으로 연장되는 복수의 도전성 패턴들(52)을 포함하여 구성된다.
제 3 인덕션 히팅 소자(H3)(또는 제 3 FPCB(F3))은 절연층(50)의 일단(51a)에 근접하여 복수의 도전성 패턴들(52) 각각의 일단을 전기적으로 연결시키는 제 1 전기 접점(54a)과, 절연층(50)의 타단(51b)에 근접하여 복수의 도전성 패턴들(52) 각각의 타단을 전기적으로 연결하는 제 2 전기 접점(54b)을 포함하여 구성된다. 제 1 및 제 2 전기 접점(54a), (54b)와 도전성 패턴들(52)의 전기적 연결에 의해, 복수의 도전성 패턴들(52)은 서로 병렬로 전기적으로 연결된다. 제 1 전기 접점(54a)은 인버터 소자의 제 1 단자에 전기적 도선(미도시)에 의해 전기적으로 연결되며, 제 2 전기 접점(54b)은 인버터 소자의 제 2 단자에 전기적 도선에 의해 전기적으로 연결된다. 제 1 및 제 2 전기 접점(54a), (54b) 각각의 중심 영역에는 개방구(55a), (55b)가 형성되어, 제 1 및 제 2 전기 접점(54a, 54b) 각각에 연결되는 전기적 도선들이 개방구(55a), (55b)를 관통하여 연장되어 인버터 소자의 제 1 및 제 2 단자 각각에 연결된다.
또한, 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)는 1개의 제 3 FPCB(F3)를 포함할 수도 있으나, 수직으로 적층되며 서로 절연된 복수의 제 3 FPCB(F3)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 복수의 제 3 FPCB(F3) 각각에 형성된 복수의 도전성 패턴들(52) 간의 전기적 연결 또는 복수의 제 1 전기 접점(54a) 간의 전기적 연결 및 복수의 제 2 전기 접점(54b) 간의 전기적 연결을 위해 복수의 절연층(50)을 관통하여 복수의 스루홀(56, 57)이 구비되며, 복수의 스루홀(56, 57) 간의 전기적 연결이 이루어진다. 이러한 전기적 연결에 의해, 복수의 제 3 FPCB(F3)에서의 복수의 도전성 패턴들(52)은 서로 병렬로 전기적으로 연결된다.
도 6는 도 5의 인덕션 히팅 소자가 장착된 히팅 유닛의 개념 사시도이다.
히팅 유닛(HU2)은 히터 파이프(HP)와, 히터 파이프(HP)를 나선형으로 둘러 감싸거나 히터 파이프(HP)에 감져지는 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)와, 히터 파이프(HP) 내의 가열 공간(HS) 내에 위치되는 서셉터(IS-2)를 포함하여 구성된다.
히터 파이프(HP)는 내부에 가열 공간(HS)이 형성되며 단면이 원형이거나 다각형을 지닌 기둥 형태로 이루어진다. 가열 공간(HS)으로 에어로졸 형성 물품(예를 들면, 궐련 등)이 삽입 및 분리될 수 있다. 히터 파이프(HP)는 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)를 고정하기 위한 보빈 기능도 수행한다. 히터 파이프(HP)는 제 3 인덕션 히팅 소자(H3) 각각의 발열 시에 열전도에 의해 가열 공간(HS)을 가열하기 위해서, 열전도성이 우수한 재질로 구성된다. 또한, 히터 파이프(HP)는 인덕션 발열을 위해, 강자성체 재질을 포함할 수 있다.
제 3 인덕션 히팅 소자(H3)가 히터 파이프(HP)의 중심축을 중심으로 나선형으로 감싸되, 히터 파이프(HP)의 외측면 하단부터 나선형으로 감겨져서 히터 파이프(HP)의 외측면 상단까지 감겨져서 히터 파이프(HP)에 장착된다. 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)의 제 3 FPCB(F3)은 히터 파이프(HP)에 적어도 1회 이상 감겨진다. 도시된 바와 같이, 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)는 서로 중첩되지 않게 히터 파이프(HP)에 감길 수도 있고, 일부분이 중첩되어 감길 수도 있다. 이러한 히터 파이프(HP)에 감겨진 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)는 솔레노이드 구조에 해당된다.
서셉터(IS-2)는 가열 공간(HS)에 삽입되되, 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)과 일정 간격 이격되도록 장착된다. 서셉터(IS-2)의 형태는 봉침형이나, 원통형 등의 형태를 지닐 수 있다. 서셉터(IS-2)는 인덕션 가열이 가능한 SPCE, SUS, 알루미늄 등의 재질로 구성된다.
인덕션 히팅 장치는 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)에 연결되는 인버터 소자를 구비하며, 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)에 전기적으로 연결되어 교류 전원을 인가하도록 할 수도 있다.
본 발명에서, 제 3 인덕션 히팅 소자(H3)은 교류 전원(전류)가 인가될 때, 교번 자기장을 생성하여 서셉터(IS-2) 또는 히터 파이프(HP)(강자성체 재질을 포함할 경우)에서 인덕션 가열이 이루어지도록 하는 기능뿐만 아니라, 자체 저항에 의해 저항 가열을 수행하여, 히터 파이프를 통하여 가열 공간(HS)에 열을 공급하는 기능을 수행한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
30, 40, 50: 절연층
Claims (10)
- 가열 공간을 지니며 에어로졸 형성 물품을 가열 공간에 수용하는 히터 파이프와;
히터 파이프의 가열 공간에 형성된 강자성체 재질의 서셉터와;
히터 파이프의 외측에 히터 파이프를 둘러 감싸거나 히터 파이프에 감겨져서 장착되거나 배치되는 제 1 절연층과, 제 1 절연층 전면의 일정 지점을 중심으로 나선형으로 연장되는 제 1 도전성 패턴을 구비하는 적어도 하나 이상의 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자와;
인덕션 히팅 소자에 교류 전원을 인가하는 인버터 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
히터 파이프는 열전도성 재질이며,
인덕션 히팅 소자는 교류 전원의 인가 시에 교번 자기장을 생성하여 서셉터에서 인덕션 히팅이 되도록 하며, 인덕션 히팅 소자의 저항 가열에 의해 생성된 열이 히터 파이프를 통하여 히터 파이프의 가열 공간에 공급되는 것을 특징으로 하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
히터 파이프는 강자성체 재질인 것을 특징으로 하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
적어도 하나 이상의 FPCB는 제 1 절연층 전면에 나선형으로 형성된 제 1 도전성 패턴과, 제 1 도전성 패턴의 일단에 형성되며 인버터 소자의 제 1 단자와 전기적으로 연결되는 제 1 전기 접점과, 제 1 도전성 패턴의 타단에 형성된 제 2 전기 접점과, 제 1 절연층 배면에 인버터 소자의 제 2 단자와 전기적으로 연결되는 제 3 전기 접점과, 제 2 전기 접점에 전기적으로 연결되는 제 4 전기 접점과, 제 3 전기 접점과 제 4 전기 접점을 전기적으로 연결하는 제 2 도전성 패턴을 구비하는 제 1 FPCB를 포함하는 것을 특징으로 하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
적어도 하나 이상의 FPCB는 제 1 절연층 전면에 나선형으로 형성된 제 1 도전성 패턴과, 제 1 도전성 패턴의 일단에 형성되며 제 1 인버터 소자의 제 1 단자와 전기적으로 연결되는 제 1 전기 접점과, 제 1 도전성 패턴의 타단에 형성된 제 2 전기 접점을 구비하는 제 1 FPCB와,
제 2 절연층 전면에 제 1 인버터 소자의 제 2 단자와 전기적으로 연결되는 제 5 전기 접점과, 제 2 전기 접점에 전기적으로 연결되는 제 6 전기 접점과, 제 5 전기 접점과 제 6 전기 접점을 전기적으로 연결하는 제 3 도전성 패턴을 구비하는 제 2 FPCB를 포함하고,
제 1 FPCB와 제 2 FPCB는 적층되는 것을 특징으로 하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치. - 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
적어도 하나 이상의 FPCB는 복수의 제 1 FPCB들이 적층된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치. - 가열 공간을 지니며 에어로졸 형성 물품을 가열 공간에 수용하는 히터 파이프와;
히터 파이프의 가열 공간에 형성된 강자성체 재질의 서셉터와;
히터 파이프의 외측에 히터 파이프를 둘러 감싸거나 히터 파이프에 감겨져서 장착되거나 배치되는 제 1 절연층과, 제 1 절연층의 전면에 히터 파이프의 중심축을 중심으로 나선형으로 감싸면서 연장되며 서로 평행한 복수의 평행 도전성 패턴들을 구비하는 적어도 하나 이상의 FPCB를 포함하는 인덕션 히팅 소자와;
인덕션 히팅 소자는 히터 파이프의 중심축을 중심으로 나선형으로 감싸되, 히터 파이프의 외측면 하단부터 나선형으로 감겨져서 히터 파이프의 외측면 상단까지 감겨져서 히터 파이프에 장착되고,
인덕션 히팅 소자는 복수의 도전성 패턴들 각각의 일단을 전기적으로 연결시키는 제 1 전기 접점과, 복수의 도전성 패턴들 각각의 타단을 전기적으로 연결하는 제 2 전기 접점을 포함하여 구성되며,
제 1 전기 접점은 인버터 소자의 제 1 단자에 전기적으로 연결되며, 제 2 전기 접점은 인버터 소자의 제 2 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치. - 삭제
- 제 7 항에 있어서,
인덕션 히팅 소자는 적층된 복수의 FPCB를 구비하는 것을 특징으로 하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치. - 제 1 항 도는 제 7 항에 있어서,
제 1 도전성 패턴 또는 평행 도전성 패턴은 구리나 콘스탄탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 FPCB를 이용한 인덕션 히팅 장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |