KR102658267B1 - 다중 스월을 이용한 에어로졸 흡입 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어로졸 흡입 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 스월을 생성하는 스월러를 포함하는 에어로졸 흡입 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에어로졸 흡입 구조는 에어로졸이 포함된 흡입 유동이 이동하는 원통형의 기류패스 및 기류패스에 삽입되며 흡입 유동에 다중 스월을 발생시키는 다중 스월러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 스월을 이용한 에어로졸 흡입 구조{AEROSOL INHALATION STRUCTURE WITH MULTIPLE SWIRLER}

본 발명은 에어로졸 흡입 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 스월을 생성하는 스월러를 포함하는 에어로졸 흡입 구조에 관한 것이다.

공기 중의 미세 입자, 즉 에어로졸을 흡입하는 것으로 흔히 말하는 흡연과 같은 기호 물질 흡입이 달성될 수 있다. 종래에는 궐련 형태의 담배가 이러한 기호 물질 흡입의 거의 유일한 수단이었으나 최근에는 전자 담배라는 것도 또 하나의 수단으로 자리 잡고 있다. 전자 담배는 흡입 물질이 액체 형태로 담긴 카트리지에 열이나 초음파를 가하여 흡입 물질을 증기로 기화시켜 에어로졸을 발생시키므로 연소를 시켜 연기를 발생시키는 종래의 궐련 형태의 담배와는 방식 면에서 완전히 차별되며, 그로 인한 장점, 특히 연소로 발생할 수 있는 다양한 유해 물질의 발생을 저지할 수 있다는 장점을 보유한다.

에어로졸 발생 장치는 심지에 적셔진 액상을 열로 기화하거나 초음파로 기화하여 에어로졸을 만들고, 사용자가 입으로 흡입력을 가하여 흡입 유동을 발생시켜 흡입한다. 이 과정에서 불완전 기화되어 발생한 액적 역시 흡입 유동에 섞여 입으로 흡입될 수 있다. 에어로졸 발생 장치에 사용되는 액상은 에어로졸 형태로 흡입될 것을 가정하여 농도가 조절되는데, 불완전 기화된 액적이 사용자의 입으로 흡입될 경우, 불쾌한 경험을 유발할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 기호제품으로서 사용자 경험이 품질의 중요한 요소로 작용한다는 점에서 이는 반드시 해결이 요구되는 문제이다. 종래기술인 대한민국 등록특허 제10-2080137호에서는 공기 흐름을 전달하기 위한 가이드를 포함하는 흡연 시스템에 대하여 개시하고 있으나 더욱 개선된 효과가 요구된다.

본 발명은 다중 스월을 발생시키는 다중 스월러를 이용하여 불완전 기화된 액적이 흡입되는 것을 방지할 수 있는 에어로졸 흡입 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 다중 스월을 발생시키는 다중 스월러를 이용하여 에어로졸의 분포를 최적화하는 에어로졸 흡입 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 불완전 기화된 액적을 수용 공간에 수집하여 흡입 유동에 다시 섞이는 것을 방지할 수 있는 에어로졸 흡입 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실시예에 따라, 흡입 행위로 흡입 유동이 발생하여, 액상에서 변환된 에어로졸을 흡입할 수 있도록 하는 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 에어로졸이 포함된 흡입 유동이 이동하는 원통형의 기류패스 및 기류패스에 삽입되며 흡입 유동에 다중 스월을 발생시키는 다중 스월러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기의 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 다중 스월러는 동축의 제1 스월러와 제2 스월러로 형성되고, 제1 스월러에는 소정 각도로 배열된 제1 베인 세트가 형성되고, 제2 스월러에는 소정 각도로 배열된 제2 베인 세트가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기의 어느 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 제1 스월러에는 원통형의 내부 공동이 형성되며, 제2 스월러는 제1 스월러 내부 공동에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기의 어느 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 제1 스월러와 제2 스월러는 끼워맞춤 방식으로 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기의 어느 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 다중 스월러는 기류패스 내에 끼워맞춤 방식으로 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기의 어느 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 제1 베인 세트와 제2 베인 세트는 서로 반대 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기의 어느 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 제1 베인 세트와 제2 베인 세트는 동일한 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기의 어느 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 제1 베인 세트와 제2 베인 세트는 서로 다른 각도로 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기의 어느 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 기류패스 일측에는 다중 스월러를 통과한 흡입 유동이 스월할 수 있도록 다중 스월러의 너비보다 확장되는 스월룸이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 상기의 어느 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 스월룸의 일측에는 스월룸의 내벽에 맺힌 액적이 흘러내려 수용될 수 있는 액적수용홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명이 제공하는 에어로졸 흡입 구조는 흡입 유동에 다중 스월을 발생시켜 불완전 기화된 액적을 스월의 주변부로 이동시켜 사용자에게 흡입되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명이 제공하는 에어로졸 흡입 구조는 불완전 기화된 액적을 따로 수용할 수 있어 흡입 유동에 다시 섞이는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명이 제공하는 에어로졸 흡입 구조는 다중 스월을 통하여 흡입 유동에 포함된 에어로졸의 더 균일한 분포를 생성하여 사용자 경험이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 흡입 구조의 분해도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 분해도,
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 상면도,
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 단면도,
도 4a는 카운터스월 시의 위치에 따른 입자 속도 분포도,
도 4b는 카운터스월 시의 기류패스(100) 내부에서의 상하 유동을 도시한 참고도,
도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 상면도,
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 단면도,
도 6a는 코스월 시의 위치에 따른 입자 속도 분포도,
도 6b는 코스월 시의 기류패스(100) 내부에서의 상하 유동을 도시한 참고도,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 흡입 구조의 내부 구성도,
도 8a는 카운터스월 시의 기류패스(100) 내부에서의 선회 유동을 도시한 참고도,
도 8b는 코스월 시의 기류패스(100) 내부에서의 선회 유동을 도시한 참고도,
도 9a는 카운터스월 시의 반경거리에 따른 입자 수 밀도를 나타낸 분포도,
도 9b는 코스월 시의 반경거리에 따른 입자 수 밀도를 나타낸 분포도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 흡입 구조의 분해도이다. 본 실시예의 에어로졸 흡입 구조는 에어로졸이 포함된 흡입 유동이 이동하는 원통형의 기류패스(100)와 다중 스월(swirl)을 발생시키기 위한 다중 스월러(swirler)(200)를 포함한다. 본 발명의 에어로졸 흡입 구조의 일반적인 사용 상태를 고려하면, 기류패스(100)의 일측에는 액상 저장 탱크와, 액상을 에어로졸로 변환시킬 수 있는, 예를 들어 심지와 히터와 같은 장치가 추가로 구비될 수 있다. 기류패스(100)의 일측에서 에어로졸이 생성되고, 타측에서 사용자의 흡입 행위가 발생하면, 흡입 유동이 생성되어 액상에서 변환된 에어로졸이 사용자의 입으로 이동하여, 사용자에 의해 흡입될 수 있다. 다중 스월러(200)와 기류패스(100)는 당업자가 고려할 수 있는 다양한 방법으로 결합할 수 있지만 바람직하게 다중 스월러(200)는 기류패스(100) 내에 끼워맞춤 방식으로 결합한다. 다중 스월러(200)는 예를 들어 소정 배열의 베인(vane)을 구비한 스월러를 중첩하여 형성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 분해도이다. 본 실시예에서 다중 스월러(200)는 제1 스월러(210)와 제2 스월러(220)가 결합된 2중 스월러이다. 제1 스월러(210)는 원통형 바디(211)와 그 원주에 리브(rib) 형상으로 돌출된 하나 또는 다수의 베인(vane)(212)으로 구성된다. 제2 스월러(220)도 제1 스월러(210)와 유사하게 원통형 바디(221)와 하나 혹은 다수의 베인(222)으로 구성된다. 제1 스월러의 베인(212)과 제2 스월러의 베인(222)은 흡입 유동에 스월을 형성하기 위하여 바디(211, 221)에 소정 각도(베인각)로 기울어져 배열된다. 바람직하게 각 스월러(210, 220)에 있어서 베인(212, 222)은 동일한 각도로 기울어진 다수의 베인(212, 222)이 모여 베인 세트를 형성한다. 예를 들어, 제1 스월러(210)에 다수의 베인(212)이 소정 각도와 간격으로 배열되어 제1 베인 세트를 형성할 수 있다. 또한 제2 스월러(220)에 다수의 베인(222)이 소정 각도와 간격으로 배열되어 제2 베인 세트를 형성할 수 있다.

다중 스월러(200)는 다수의 스월러가 동축으로 배열되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서 제1 스월러(210)와 제2 스월러(220)는 동축으로 배열된다. 특히 본 실시예에서 제1 스월러(210)는 내부에 원통형의 내부 공동(213)이 형성되고 그 내부 공동(213) 내부에 제2 스월러(220)를 삽입하여 동축으로 서로 결합한다. 바람직하게는 제1 스월러(210)와 제2 스월러(220)는 끼워맞춤 방식으로 결합한다. 기류패스(100)의 일측에서 에어로졸이 생성되고, 타측에서 사용자의 흡입 행위가 발생하면, 흡입 유동이 발생하고, 이 흡입 유동이 기류패스(100) 내에서 동축으로 배열된 제1 스월러(210)와 제2 스월러(220)를 거치면서 베인들(212, 222)에 의해 다중 스월이 발생하게 된다. 흡입 유동의 소용돌이(스월) 운동과 그에 따른 원심력으로 인해 에어로졸은 입자 크기에 따라 분리되고 특히 크기가 큰 입자일수록 회전 중심부에서 더 먼 곳, 즉 기류패스(100)의 내벽 방향으로 집중된다. 그 중 일부는 기류패스(100)의 내벽에 닿아 부착되면서 흡입 유동에서 이탈하며, 이에 따라 흡입 유동에 포함되는 불완전 기화된 액적의 비율을 줄일 수 있다.

도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 상면도, 도 3b는 동일 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 단면도(A-A)이다. 본 실시예에서 다중 스월러(200)는 도 2의 실시예에서와 마찬가지로 제1 스월러(210) 내부에 제2 스월러(220)가 삽입되며 동축으로 결합한다. 또한 본 실시예에서 제1 스월러(210)에 형성된 베인 세트(제1 베인 세트)와 제2 스월러(220)에 형성된 베인 세트(제2 베인 세트)는 서로 반대 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다. 스월러에 있어서 이러한 배열을 카운터스월(counter-swirl)이라고 일반적으로 지칭하며, 유동 중심부에 넓은 범위로 순환하는 원형의 유동을 생성한다. 순환하는 원형의 유동의 중심에는 내측, 즉 흡입 유동의 역방향으로 향하는 유동이 형성되며 이러한 유동으로 불완전 기화된 액적이 사용자에게 흡입되는 것을 방지할 수 있다. 제1 실시예의 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 기류패스(100) 내에서 에어로졸이 포함된 흡입 유동이 생성되면 다중 스월러(200)를 통과하고, 이 때 제1 베인 세트와 제2 베인 세트는 서로 반대 방향으로 배열되므로 제1 스월러(210)과 제2 스월러(220)는 도면에 표시된 화살표 a와 화살표 b처럼 서로 반대 방향으로 회전하게 된다. 그에 따라 다중 스월의 여러 형태 중 카운터스월이 생성된다. 도 4a는 유동이 카운터스월하는 경우, 회전 중심부에서의 반경거리(y축)와 다중 스월러(200)와의 거리(x축)에 따른 에어로졸 입자 속도의 분포를 나타낸다. 이에 따르면 회전 중심부에 음의 속도를 가진 에어로졸 입자들이 분포하는 것을 볼 수 있다. 도 4b는 기류패스(100) 내에서 이러한 흡입 유동의 움직임을 나타내었다. 카운터스월의 중앙부에서는 비교적 넓은 범위의 재순환 유동이 관찰된다.

도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 상면도, 도 5b는 동일 실시예에 따른 다중 스월러(200)의 단면도(B-B)이다. 본 실시예에서 다중 스월러(200)는 도 2의 실시예에서와 마찬가지로 제1 스월러(210) 내부에 제2 스월러(220)가 삽입되며 동축으로 결합한다. 또한 본 실시예에서 제1 스월러(210)에 형성된 베인 세트(제1 베인 세트)와 제2 스월러(220)에 형성된 베인 세트(제2 베인 세트)는 서로 동일한 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다. 스월러에 있어서 이러한 배열을 코스월(co-swirl)이라고 일반적으로 지칭하며, 카운터스월의 경우보다 중심부에 집중되어 좁은 범위로 순환하는 원형의 유동을 생성한다. 이러한 유동으로 역시 불완전 기화된 액적이 사용자에게 흡입되는 것을 방지할 수 있다. 제2 실시예의 에어로졸 흡입 구조에 있어서, 기류패스(100) 내에서 에어로졸이 포함된 흡입 유동이 생성되면 다중 스월러(200)를 통과하고, 이 때 제1 베인 세트와 제2 베인 세트는 동일한 방향으로 배열되므로 제1 스월러(210)과 제2 스월러(220)는 도면에 표시된 화살표 c와 화살표 d처럼 동일한 방향으로 회전하게 된다. 그에 따라 다중 스월의 여러 형태 중 코스월이 생성된다. 도 6a는 유동이 코스월하는 경우, 회전 중심부에서의 반경거리(y축)와 다중 스월러(200)와의 거리(x축)에 따른 에어로졸 입자 속도의 분포를 나타낸다. 이에 따르면 제1 실시예의 카운터스월과 유사하게 회전 중심부에 음의 속도를 가진 에어로졸 입자들이 분포하는 것을 볼 수 있다. 도 6b는 기류패스(100) 내에서 이러한 흡입 유동의 움직임을 나타내었다. 코스월의 중앙부에서는 비교적 좁은 범위의 재순환 유동이 관찰된다.

일반적으로 카운터스월은 코스월에 비하여 더 격렬한 소용돌이 운동을 생성하는 것으로 알려져 있다. 따라서 제1 실시예의 다중 스월러(200)는 카운터스월을 생성하며 비교적 큰 회전 반경을 일으킨다. 또한 제2 실시예의 다중 스월러(200)는 코스월을 생성하며 비교적 작은 회전 반경을 일으킨다. 따라서 제1 실시예의 카운터스월 구성에서는 액적이 결합하는 기회를 줄여 에어로졸의 입자 분포가 더욱 균일해지고, 불완전 기화된 액적을 회전 반경으로부터 더욱 멀리 분리시킬 수 있다. 제2 실시예에서는 제1 실시예보다 입자 분포의 균일성은 떨어지지만 중앙부에 많은 에어로졸 입자가 집중되어 사용자가 한번에 더 많은 에어로졸 입자를 흡입할 수 있다. 이렇듯 다중 스월러(200)의 구성에 따라 독자적인 효과가 도출된다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 흡입 구조의 내부 구성도이다. 본 실시예에서 원통형의 기류패스(100) 일단의 내측에 다중 스월러(200)가 삽입된다. 특히 본 실시예는 기류패스(100)의 일측에 다중 스월러(200)를 통과한 흡입 유동이 원활하게 스월할 수 있도록 다중 스월러(200)의 너비(D)보다 확장되는 스월룸(swirl room)(110)이 형성되는 것을 특징으로 한다. 스월룸(110)은 다중 스월러(200)에 의해 유발되는 흡입 유동의 스월이 원활하도록 선회 공간을 제공하는 효과를 제공한다. 또한 스월 반경을 넓혀, 스월 중 원심력에 의해 회전 중심부에서 벗어난 비교적 큰 입자의 에어로졸을 흡입 유동에서 이탈시키기 위한 공간을 제공한다. 특히 불완전 기화된 비교적 큰 액적은 원심력에 의해 흡입 유동에서 이탈하여 스월룸(110)의 내벽(110a)에 부딪혀 맺히게 된다.

또한 본 발명의 제3 실시예에는 흡입 유동에서 이탈하여 스월룸(110)의 내벽(110a)에 부딪혀 맺힌 액적이 흘러내려 수용되는 액적수용홀(120)이 스월룸(110)의 일측에 구비된다. 액적수용홀(120)은 내벽(110a)에 맺힌 액적을 수집하여 분리수용함으로써 액적이 다시 흡입 유동에 섞이는 것을 방지할 수 있다.

도 8a는 본 발명의 제1 실시예의 카운터스월 시의 기류패스(100) 내부에서의 선회 유동을 참고적으로 도시한 것이고, 도 8b는 본 발명의 제2 실시예의 코스월 시의 기류패스(100) 내부에서의 선회 유동을 참고적으로 도시한 것이다. 전술한 대로 제1 실시예의 카운터스월은 비교적 넓은 반경의 소용돌이를 생성하여 에어로졸 입자 분포를 더욱 균일하게 분포시키며, 제2 실시예의 코스월은 비교적 좁은 반경의 소용돌이를 생성하여, 에어로졸 입자가 중앙에 집중될 수 있도록 한다.

본 발명의 에어로졸 흡입 구조는 실시예에 따라 3개 이상의 스월러를 다중으로 결합하여 구성할 수 있다. 또한 각 스월러의 베인 방향이나 베인 각을 달리 구성하여 흡입 유동에 다양한 유동 특성을 부여할 수 있다. 도 9a는 카운터스월로 인한 유동 내의 에어로졸 입자의 분포를 도시한 것이며, 도 9b는 코스월로 인한 유동 내의 에어로졸 입자의 분포를 도시한 것이다. 다중 스월로 인하여 회전 중심부에서의 입자 밀도가 전체적으로 감소하였으며 특히 도 9a의 카운터스월의 경우, 회전 중심부에서의 입자 밀도는 도 9b의 코스월의 경우보다 더욱 크게 감소하였다. 이처럼 다중 스월러(200)의 도입으로 유동 중에 포함된 특정 입자의 분포를 변화시켜, 특히 반경 방향으로 입자 밀도를 높일 수 있다. 결국 다중 스월러의 도입은 에어로졸 흡입 구조에 있어서 소정의 유동 특성을 부여하여 에어로졸 입자의 분포를 제어할 수 있다는 점에서 유리한 효과가 있다.

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.

100: 기류패스 110: 스월룸
120: 액적수용홀 200: 다중 스월러
210: 제1 스월러 211: 바디(제1 스월러)
212: 베인(제1 스월러) 213: 내부 공동(제1 스월러)
220: 제2 스월러 221: 바디(제2 스월러)
222: 베인(제2 스월러)

Claims (10)

1. 흡입 행위로 흡입 유동이 발생하여, 액상에서 변환된 에어로졸을 흡입할 수 있도록 하는 에어로졸 흡입 구조에 있어서,
   에어로졸이 포함된 흡입 유동이 이동하는 원통형의 기류패스; 및
   기류패스에 삽입되며 흡입 유동에 다중 스월을 발생시키는 다중 스월러;를 포함하고,
   다중 스월러는 동축의 제1 스월러와 제2 스월러로 형성되고,
   제1 스월러에는 소정 각도로 배열된 제1 베인 세트가 형성되고,
   제2 스월러에는 소정 각도로 배열된 제2 베인 세트가 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 흡입 구조.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   제1 스월러에는 원통형의 내부 공동이 형성되며,
   제2 스월러는 제1 스월러 내부 공동에 삽입되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 흡입 구조.
4. 제3항에 있어서,
   제1 스월러와 제2 스월러는 끼워맞춤 방식으로 결합하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 흡입 구조.
5. 제1항에 있어서,
   다중 스월러는 기류패스 내에 끼워맞춤 방식으로 결합하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 흡입 구조.
6. 제1항에 있어서,
   제1 베인 세트와 제2 베인 세트는 서로 반대 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 흡입 구조.
7. 제1항에 있어서,
   제1 베인 세트와 제2 베인 세트는 동일한 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 흡입 구조.
8. 제1항에 있어서,
   제1 베인 세트와 제2 베인 세트는 서로 다른 각도로 배열되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 흡입 구조.
9. 제1항에 있어서,
   기류패스 일측에는 다중 스월러를 통과한 흡입 유동이 스월할 수 있도록 다중 스월러의 너비보다 확장되는 스월룸이 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 흡입 구조.
10. 제9항에 있어서,
    스월룸의 일측에는 스월룸의 내벽에 맺힌 액적이 흘러내려 수용될 수 있는 액적수용홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 흡입 구조.