KR20200105376A - 카트리지 및 이를 구비한 전자담배 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카트리지에 관한 것으로, 흡입구를 통해 사용자의 흡입력이 제공되는 마우스 피스; 상기 마우스 피스에 결합되며, 상기 흡입력에 의해 공기가 유입되어 상기 흡입구로 안내되도록, 공기의 유입경로와, 상기 유입경로와 상기 흡입구를 연결하는 배출경로를 각각 제공하는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되며, 액체상(liquid phase, 液體相) 담배용 물질을 저장하는 저장탱크; 상기 흡입력에 의하여 상기 유입 경로로 공기가 유입되며, 자중(自重) 또는 상기 유입된 공기의 흐름에 따라 상기 저장탱크로부터 상기 액체상 담배용 물질이 유인되는 혼합챔버; 및 상기 유인된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기체상(vapor phase, 氣體相) 담배용 물질로 기화되도록 함으로써, 상기 기체상 담배용 물질이 상기 유입된 공기에 혼합되어 상기 배출경로로 안내되도록 하는 히터를 포함하고, 상기 유입경로는, 서로 다른 방향으로 연장되는 복수 개의 유입로들을 포함하되, 상기 혼합챔버로 유인된 상기 액체상 담배용 물질이 상기 유입경로로 역류되는 것을 방지하기 위하여, 상기 유입로들 중 적어도 하나는 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향에 역행하는 방향으로 상기 공기를 유동시키는 카트리지를 제공한다.
본 발명에 의하면, 카트리지 내 액체상 담배용 물질의 누수를 크게 경감함으로써, 전기적으로 동작하는 전자담배의 청결을 유지하여 장치의 잔고장을 방지하고 내구수명의 연장을 기대할 수 있다.

Description

카트리지 및 이를 구비한 전자담배{Cartridge and electronic cigarette having the same}

본 발명은 전자담배용 카트리지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기의 유입경로를 조절하여 액체상(liquid phase, 液體相) 담배용 물질이 공기의 유입경로로 역류하여 누수되지 않도록 하는 카트리지에 관한 것이다.

흡연은 여러 질병의 위험 인자일 뿐만 아니라, 간접 흡연으로 인한 피해를 주게 되므로, 사회적으로 규제가 강화되고 있다. 국내에서도 금연을 권장하는 다양한 정책들이 시행되고 있으며, 금연 보조를 위한 약물이나 대체제가 개발되고 있다. 담배 연기에는 니코틴 뿐만 아니라 타르, 일산화탄소 등 4,700여 가지의 유해성분이 포함되어 있다고 한다. 이러한 유해물질의 흡수를 줄이고 순수하게 니코틴만을 흡수할 수 있도록 개발된 것이 전자담배이다.

전자담배(Electronic cigarettes)는 일반적으로 니코틴, 향료(Flavors), 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 글리세롤(Glycerol) 등의 다양한 화학물질을 포함한 액체(e-liquid)를 배터리 구동을 통해 기화시켜 흡입할 수 있도록 하는 장치이다.

일반적으로 전자담배는 액체상 담배용 물질을 저장하는 카트리지, 카트리지에 저장된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기화시키는 기화기, 기화기에 전원을 공급하는 배터리 등으로 구성된다.

이러한 구성의 전자담배는 액체상 담배용 물질을 기화시키며, 외부 공기를 끌어들여 액체상 담배용 물질과 혼합시키는 과정이 수반된다. 이때, 액체상 담배용 물질이 외부 공기가 유입되는 경로로 역류하여 외부로 누수되던 고질적인 문제가 있었다.

특허문헌 (0001) 『대한민국공개특허공보 제10-2017-0124305호, 발명의 명칭: 전자담배 무화기, (공개일: 2017년11월10일, 출원인: 김종희)』

본 발명은 액체상 담배용 물질이 공기의 유입경로를 통해 역류되지 않도록 하는 카트리지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 흡입구를 통해 사용자의 흡입력이 제공되는 마우스 피스; 상기 마우스 피스에 결합되며, 상기 흡입력에 의해 공기가 유입되어 상기 흡입구로 안내되도록, 공기의 유입경로와, 상기 유입경로와 상기 흡입구를 연결하는 배출경로를 각각 제공하는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되며, 액체상(liquid phase, 液體相) 담배용 물질을 저장하는 저장탱크; 상기 흡입력에 의하여 상기 유입 경로로 공기가 유입되며, 자중(自重) 또는 상기 유입된 공기의 흐름에 따라 상기 저장탱크로부터 상기 액체상 담배용 물질이 유인되는 혼합챔버; 및 상기 유인된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기체상(vapor phase, 氣體相) 담배용 물질로 기화되도록 함으로써, 상기 기체상 담배용 물질이 상기 유입된 공기에 혼합되어 상기 배출경로로 안내되도록 하는 히터를 포함하고, 상기 유입경로는, 서로 다른 방향으로 연장되는 복수 개의 유입로들을 포함하되, 상기 혼합챔버로 유인된 상기 액체상 담배용 물질이 상기 유입경로로 역류되는 것을 방지하기 위하여, 상기 유입로들 중 적어도 하나는 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향에 역행하는 방향으로 상기 공기를 유동시키는 카트리지를 제공한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 상기 카트리지는 전자담배에 사용될 수 있다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 카트리지 내 액체상 담배용 물질의 누수를 크게 경감함으로써, 전기적으로 동작하는 전자담배의 청결을 유지하여 장치의 잔고장을 방지하고 내구수명의 연장을 기대할 수 있다.

둘째, 카트리지 내 액체상 담배용 물질의 누수가 경감됨으로써, 사용자에게 휴대되며 사용 시 신체에 닿게 되는 전자담배의 위생적으로 사용하게 할 수 있어, 사용상의 편의를 크게 증대시킬 수 있다.

셋째, 카트리지 내 액체상 담배용 물질을 전량 누수됨 없이 사용할 수 있어, 카트리지의 사용시간을 연장시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자담배의 전체적인 외부 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자담배의 개략적인 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 카트리의 내부 단면이 나타나는 A-A` 방향의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 카트리지의 세부 구성을 설명하기 위한 분해도이다.
도 5는 도 3에 도시된 카트리지의 공기의 유입과정과 관련된 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 6은 도 5에 도시된 카트리지의 요부 단면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 카트리지에 경로팁이 설치되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 8은 도 2에 도시된 카트리지에 돌출돌기들이 설치되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 9는 도 2에 도시된 카트리지에 와이어 메쉬 패드가 설치되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 10은 도 2에 도시된 카트리지에 지그재그 배플이 설치되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 11은 도 7 내지 10에 도시된 구성들과 함께 배출경로와 흡입경로가 다시 굴절되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자담배(EC)가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전자담배(EC)는 크게 카트리지(100) 및 배터리 수용체(200)를 포함한다.

카트리지(100)는 내부에 액체상(liquid phase, 液體相) 담배용 물질과 히터(160)를 내장하여, 상기 히터(160)를 통해 액체상 담배용 물질을 가열 및 기화시킴으로써, 기화된 기체상(vapor phase, 氣體相) 담배용 물질이 종래의 담배연기를 대신하게 한다. 그리고, 배터리 수용체(200)는 내부에 배터리(220)를 수용하여 카트리지(100)의 히터(160)에 전원을 공급함은 물론, 탈착되어 교체되는 카트리지(100)를 고정하여 지지하는 지지수단으로서의 역할을 수행하게 한다.

여기서, 카트리지(100)에는 히터(160)의 전극이 카트리지(100)의 저면을 통해 노출되며, 배터리 수용체(200)의 결합커버(210) 내 노출되는 배터리(220)의 전극과 전기적으로 연결된다. 또한 카트리지(100)의 외주면에 걸림홈(111)이 형성되고, 결합커버(210)의 내주면에 걸림돌기(211)가 상기 걸림홈(111)에 대응되게 형성되어 상호 걸림 또는 끼움 결합됨으로써, 상기 카트리지(100)가 배터리 수용체(200)에 기계적으로 결합된다.

카트리지(100)가 배터리 수용체(200) 내부에 결합되면, 아래와 같은 과정을 통해 액체상 담배용 물질을 기화시켜 사용자에 제공한다.

카트리지(100)가 결합커버(210)에 결합되면 진공 감지센서(230)가 슬리핑 모드로 전환되어 대기하며, 사용자가 마우스 피스(170)를 통해 흡입력을 전달하면 카트리지(100)와 배터리 수용체(200) 사이 공간의 공기가 카트리지(100) 내부로 유입되어, 상기 카트리지(100)와 배터리 수용체(200) 사이의 공간은 압력저하(진공)가 발생한다.

이때, 진공 감지센서(230)가 카트리지(100)와 배터리 수용체(200) 사이 공간의 압력저하 상태를 감지하면, 앞선 슬리핑 모드가 동작 모드로 전환되어 진공 감지센서(230)가 히터(160)에 전원을 공급하여 발열되도록 한다. 히터(160)의 발열에 의해 액체상 담배용 물질은 기화되어 기체상 담배용 물질 상태로 사용자의 흡입력에 의해 마우스 피스(170)를 거쳐 사용자에게 제공됨으로써, 기존의 담배연기를 대신한다.

한편, 압력이 저하된 카트리지(100)와 배터리 수용체(200) 사이의 공간에는 카트리지(100)와 결합커버(210) 사이의 틈새 또는 배터리 수용체(200) 내 틈새를 통해 새로운 공기가 유입되어 채워지게 된다.

아울러, 이러한 본 발명의 전자담배(EC)의 작동 과정은 배터리 수용체(200)의 외주면에 노출된 동작램프(112)를 통해 사용자가 용이하게 인지할 수 있고, 도면에 도시되지는 않았으나 배터리 수용체(200)의 하부에 USB용 충전단자가 설치되어 상기 배터리(220)를 충전할 수 있다.

도 3 내지 도 6에는 상기 전자담배(EC) 중 카트리지(100)의 구성이 도시되어 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 이러한 전자담배(EC)에 사용되는 카트리지(100)는 하우징(110), 베이스 파트(120), 커버 파트(130), 혼합챔버(140), 저장탱크(150), 히터(160) 및 마우스 피스(170)를 포함한다.

하우징(110)은 카트리지(100)의 본체를 형성하는 것으로, 카트리지(100)의 전체 외형을 형성함은 물론, 후술될 베이스 파트(120)와 커버 파트(130), 혼합챔버(140) 및 저장탱크(150) 등이 상호 결합됨으로써 형성되는 틈새들을 마감할 수 있는 일체화된 구조로 마련된다. 본 발명의 카트리지(100)는 내부에 액체상 담배용 물질을 저장하고, 외부로부터 공기를 유입 받는 등의 유체의 수용과 유동을 고려하여야만 하는 구성으로, 공기와 액체상 담배용 물질의 유입과, 기체상 담배용 물질의 배출을 위한 부분을 제외한 나머지 부분은 모두 폐쇄된 형태로 마련되는 것이 바람직하다.

베이스 파트(120)는 상기 하우징(110)의 하부에 결합되어 카트리지(100)의 저면을 형성하며, 유입관(121), 마감캡(122), 유입구(123), 베이스 수평면(124) 및 고랑(125)을 포함한다.

유입관(121)은 베이스 파트(120)의 저면으로부터 상부로 일체화되어 연장 형성되는 내부가 관통된 원통형 튜브로, 공기의 유입경로(IR) 중 굴절됨 없는 직선화된 제1 유입로(1IR)를 형성한다. 이때, 유입관(121)은 다량의 공기가 유입될 수 있도록 소정 반경의 폭을 갖도록 형성되며, 이물질의 유입을 방지함은 물론, 히터(160)로부터 전달되는 열적변형 또는 물리력에 의한 기계적인 변형 등을 억제하기 위하여, 일정 강도 이상의 마감캡(122)이 설치되어 개구부를 마감한다. 다만, 공기의 유입을 위해 마감캡(122)과 유입관(121)의 대면 부분에는 굴절된 경로를 갖는 유입구(123)가 형성되어 소량의 공기가 지속적으로 유입관(121)에 공급되게 한다.

여기서, 유입관(121)과 연통되는 유입구(123)는 마감캡(122)에 형성되는 홀일 수 있겠으나, 제작의 편의는 물론, 마감캡(122)과 유입관(121)의 간격에 따라 그 크기가 조절되는 유로를 형성하기 위하여, 마감캡(122)에 형성되는 것이 아니라 마감캡(122)과 유입관(121) 내주면의 이격된 틈새를 이용하여 형성되도록 한다.

또한, 베이스 수평면(124)은 후술될 제3 유입로(3IR)를 형성하는 일면을 제공하기 위한 것으로, 유입관(121)과 혼합챔버(140) 사이에 형성되며, 고랑(125)은 상기 베이스 수평면(124)과 유입관(121)의 외주면 사이의 이격된 틈새로 제작의 편의성을 보장하기 위한 목적은 물론, 역류되는 액체상 담배용 물질을 수용하는 수용공간으로서의 역할을 수행한다.

커버 파트(130)는 베이스 파트(120)에 적층결합됨으로써, 제2 유입로(2IR)과 제2 유입로(2IR)와 연달아 형성되는 제3 유입로(3IR)를 상기 베이스 파트(120)와 함께 제공하는 것으로, 챔버 결속공(131), 커버 수직면(132) 및 커버 수평면(133)을 포함한다.

챔버 결속공(131)은 혼합챔버(140)와의 결합을 위해 중심에 형성된 관통공이며, 커버 수직면(132)은 상술한 유입관(121)의 외주면과 함께 제2 유입로(2IR)를 형성하기 위해, 유입관(121)의 외주면과 마주보는 위치에 형성되고, 커버 수평면(133)은 역시 상술한 베이스 수평면(124)과 함께 제3 유입로(3IR)을 형성하기 위해, 베이스 수평면(124)과 마주보는 위치에 형성된다.

여기서, 제2 유입로(2IR) 및 제3 유입로(3IR)는 제1 유입로(1IR)의 돌출에 의해 생성된 굴절 경로로서, 제1 유입로(1IR)가 상기 혼합챔버(140) 내 공기의 진행 방향을 순행하는 방향으로 형성될 때, 제2 유입로(2IR)는 역행하는 방향으로 형성되고, 제3 유입로(3IR)는 혼합챔버(140)를 향해 가로지르는 방향으로 형성되어 혼합챔버(140)에 연결된다. 즉, 혼합챔버(140)에서 역류되는 액체상 담배용 물질은 제1 유입로(1IR)가 일정 단턱을 형성하고, 제2 유입로(2IR)가 거슬러 올라가는 경로를 제공함으로써, 혼합챔버(140) 내 액체상 담배용 물질의 역류를 방지할 수 있다.

이러한, 유입경로(IR)의 굴절을 이용한 액체상 담배용 물질의 역류를 방지하는 과정은 후술될 도 5 및 도 6에 다시 상세히 설명하기로 한다.

혼합챔버(140)는 액체상 담배용 물질을 가열하여 기화시킴으로써 기화된 기체상 담배용 물질이 공기에 혼합되어 합류되게 하는 공간으로, 액상 혼합관(141), 액상 유인홀(142) 및 심지(143)를 포함한다.

액상 혼합관(141)은 길이방향을 따라 일측에 공기의 유입경로(IR)와 연결되고, 타측으로 기화되어 공기와 혼합된 기체상 담배용 물질의 배출경로(OR)와 연결된 스테인레스 재질의 내부가 관통된 원통형 구조로 마련되며, 혼합챔버(140)와 배출경로(OR)가 일체화된 구조를 제공하여 공기와 기체상 담배용 물질이 배출경로(OR)를 따라 이동함으로써, 공기와 기체상 담배용 물질이 용이하게 혼합되도록 할 수 있다.

액상 유인홀(142)은 복수개의 관통홀이 액상 혼합관(141)의 외주면을 따라 형성되어 혼합챔버(140)와 후술될 저장탱크(150)를 연결한다. 이러한 액상 유인홀(142)은 저장탱크(150)의 액체상 담배용 물질을 혼합챔버(140)에 공기의 진행방향을 가로지르는 방향으로 유인시켜, 공기의 흐름에 액체상 담배용 물질이 합류되는 구조를 제공한다. 이는 공기를 매개로 하여 기화된 담배용 물질이 공기에 희석된 상태로 사용자에게 자연스레 제공될 수 있게 한다.

심지(143)는 액체상 담배용 물질을 후술될 혼합챔버(140) 내부에 배치된 히팅코일(161)에 지속적으로 제공하게 하는 것으로, 섬유 구조로 형성되어 액상 혼합관(141) 내주면을 따라 설치됨으로써, 액상 유인홀(142)로부터 유입되는 액체상 담배용 물질을 내부에 스며들게 하여 히팅코일(161)에 제공한다.

저장탱크(150)는 상기 액체상 담배용 물질을 저장하는 공간으로, 본 실시예에서는 하우징(110) 내부에 혼합챔버(140)가 형성되고, 저장탱크(150)가 그 주위를 감싸듯이 형성되어 저장탱크(150)에 저장된 액체상 담배용 물질의 양이 외부로 노출되는 구조로 마련된다. 이를 통해, 사용자가 액체상 담배용 물질의 남은 잔량을 용이하게 확인할 수 있게 하고, 혼합챔버(140)로 공급되는 액체상 담배용 물질이 전후좌우 수평면 상에서 대칭된 구조로 진입됨으로써, 공기와 기체상 담배용 물질의 혼합비율을 향상시키고, 균등한 하중을 지지하여 카트리지(100)의 내구 수명 연장효과를 기대하게 한다.

히터(160)는 혼합챔버(140) 내 액상 유인홀(141) 부근에 마련되어 배터리(220)로부터 인가된 전원으로 동작하여, 액상 유인홀(141)을 통해 심지(143)에 젖은 액체상 담배용 물질을 기화시킨다. 이때, 히팅코일(161)에 전원을 인가하는 전극은 상술한 바와 같이, 베이스 파트(120)로부터 노출되어 배터리 수용체(200) 내 배터리(220)의 전극과 전기적으로 연결된다.

본 카트리지의 무화과정은 혼합챔버(140)와 배출경로(OR)가 일체화된 액상 혼합관(141) 내 공기의 유동경로를 액상 혼합관(141)의 길이방향을 따라 형성하고, 그 유동경로 내 배치된 히팅코일(161)에 액체상 담배용 물질을 유인하여 기화되도록 한다. 이후, 내부가 관통된 원통 형상의 히팅코일(161)의 중심으로 공기의 흐름이 형성될 때, 히팅코일(161)의 외주면에서 가열되어 기화된 기체상 담배용 물질이 액상 혼합관(141)의 길이방향을 따라 이동하면서 공기에 합류되어 혼합 및 희석된다.

이와 같이, 유입경로(IR)와 배출경로(OR) 사이에 혼합챔버(140)를 마련하여, 유동성이 좋은 공기를 매개로 액체상 담배용 물질을 기화시켜 유동하게 함으로써, 사용자의 흡입력만으로 일련의 무화과정을 손쉽게 실시할 수 있다.

마우스 피스(170)는 본체 상단에 결합되어 혼합챔버(140)를 통해 기화된 기체상 담배용 물질을 사용자의 입으로 전달되게 한다. 이러한, 마우스 피스(170)는 혼합챔버(140)와 연결된 배출경로(OR)와는 다른 경로를 갖는 복수개의 흡입구(171)가 형성되어 굴절된 흡입경로(BR)를 제공하며, 마우스 피스(170)와 하우징(110)의 수밀을 위한 배출실링(172)를 포함한다.

이 역시, 흡입구(171)를 통해 배출경로(OR) 내 이물질이 인입되는 것을 방지함은 물론, 기체상 담배용 물질이 곧바로 사용자의 입안으로 흡입되는 것이 아니라, 유로의 벽면에 부딪힌 상태에서 굴절되어 사용자에게 전달되게 하기 위함이다. 유체는 벽면을 타고 흐르는 성질이 있으므로, 공기 내 액적(droplet, 液滴) 형태의 담배용 물질은 흡입구(171) 주변의 벽에 부딪혀 다른 액적과 합쳐지게 되며, 합쳐질수록 액적의 크기가 점점 커져 공기의 흐름에서 이탈 및 중력에 의해 침강하게 되므로, 이러한 구성을 통해 액적 상태의 담배용 물질을 제거한 후 사용자에게 제공할 수 있다.

이러한, 마우스 피스(170)와 관련하여 액적을 제거하는 과정은 후술될 도 7 내지 도 11에서 다시 상세히 설명하기로 한다.

아래에서는, 혼합챔버(140)로 유입되는 공기의 유입경로(IR)를 따라 역류하는 액체상 담배용 물질의 역류를 방지하는 기술에 대해 설명한다.

도 5 및 6을 참조하면, 공기의 유입경로(IR)는 상술한 바와 같이, 베이스 파트(120)와 커버 파트(130)의 적층에 의한 결합구조를 통해 형성된다.

베이스 파트(120)에는 제1 유입로(1IR)가 혼합챔버(140) 내 공기의 진행 방향을 따라 굴절됨 없이 직선형으로 형성되어, 혼합챔버(140)의 공기의 유입단과 일정한 단차를 형성한다. 이때, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)는 제1 유입로(1IR)와 다르게 유로가 굴절되는 구조로 형성되어, 상술한 일정 단차가 형성된 제1 유입로(1IR)와 혼합챔버(140)를 연결한다. 따라서, 제1 유입로(1IR)는 베이스 파트(120)만으로도 형성될 수 있으나, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)는 베이스 파트(120)와 커버 파트(130)의 조립에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 제2 유입로(2IR)는 혼합챔버(140) 내 공기의 진행 방향을 역행하는 방향으로 형성되도록 하여, 공기의 유동에 비해 액체상 담배용 물질의 유동은 크게 제약함으로써, 역류를 방지할 수 있다. 다시 말해, 점성이 낮은 공기는 역행하는 방향이나 순행하는 방향 모두 큰 제약 없이 원활한 유동이 가능하나, 공기에 비해 비교적 점성이 큰 액체상 담배용 물질은 제2 유입로(2IR)의 역행 방향에 의해 크게 제약되어, 공기의 유동은 원활한 상태에서 액체상 담배용 물질의 역류를 억제할 수 있다.

한편, 제3 유입로(3IR)는 제2 유입로(2IR)가 상기 역행하는 방향으로 형성될 때, 혼합챔버(140)의 공기의 유입단을 향해 형성되며, 제2 유입로(2IR)의 끝단으로부터 단계적인 경사를 갖는 구조로 형성된다. 이는, 혼합챔버(140)에서 누수되어 공기의 유입경로(IR) 내에 고여 있는 액체상 담배용 물질이 사용자의 흡입력에 의해 혼합챔버(140) 내로 손쉽게 재진입하게 할 수 있다. 이에, 공기의 유입경로(IR)는 다시 유동이 원활한 상태를 유지할 수 있다.

나아가, 제3 유입로(3IR)가 혼합챔버(140)의 공기의 유입단과 연결될 때, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)가 함께 형성하는 전체적인 구조는 제1 유입로(1IR)의 끝단과 혼합챔버(140)의 공기의 유입단을 잇는 사선형태와 유사하게 형성될 수 있어, 사용자의 흡입 동작에 따른 하중의 전달 방향과 매우 유사하게 형성할 수 있다. 이를 통해, 제2 유입로(2IR) 및 제3 유입로(3IR) 내의 하중 전달의 사각지대를 크게 제거할 수 있어, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR) 내에 액체상 담배용 물질의 고임 현상을 방지하게 할 수 있어, 액체상 담배용 물질을 혼합챔버(140) 내로 손쉽게 재진입시킬 수 있다.

다만, 이러한 구성은 오히려 액체상 담배용 물질의 역류를 용이하게 할 수 있는 구성이기도 하여, 제2 유입로(2IR)와 제3 유입로(3IR)가 연결되어 굴절되는 부분에 고랑(125)을 형성하여 역류하는 액체상 담배용 물질의 양이 많아지면, 넘치는 양만큼은 고랑(125)에 수용하게 하여 사선 형태를 크게 벗어나지 않으면서도 액체상 담배용 물질의 역류 현상을 방지할 수 있다.

첨언하여, 본 발명의 일 실시예에서는 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)를 상술한 바와 같이, 각각 역행하는 방향과 혼합챔버(140)를 향한 방향 즉, 가로지르는 방향으로 나누어 연속적이거나 단계적 경사를 제공하는 구조를 상정하여 도시하고 설명하였으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)는 하나의 유로로 형성되어 연속적/단계적 경사를 제공하는 것 역시 본 발명의 기술적 사상 내에 있음은 자명하다.

한편, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)의 직경은 혼합챔버(140)의 직경보다 좁게 형성되는 것이 바람직하다. 액체상 담배용 물질의 점성은 공기에 비해 비교적 큰 끈적한 물질로 병목현상이 일어나는 구간에서 점성에 의한 아치 형태의 지지구조를 형성함으로써, 액체상 담배용 물질이 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)로 진입되기 어렵게 할 수 있다.

이를 통해, 앞서 설명한 제1 유입로(1IR)가 형성하는 단차, 즉, 역행 방향으로 형성되는 제2 유입로(2IR)에 의한 역류 억제 기능과 더불어, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)의 반경 변화 역시 액체상 담배용 물질의 역류 억제 기능을 부가하여 제공할 수 있다.

첨언하면, 제1 유입로(1IR)의 폭은 액체상 담배용 물질의 누수 방지를 위해, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)에 비해 크게 형성될 필요는 없겠으나, 공기의 유입량을 늘리는 목적 또는 베이스 파트(120)와 커버 파트(130)의 결합에 따른 굴절 구조 속에서, 제1 유입로(1IR)의 직선형 구조는 지지축으로서의 기능을 수행할 수 있어, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)에 비해 비교적 직경이 크게 형성될 필요가 있다.

더불어, 커버 파트(130)는 베이스 파트(120)에 적층되듯 조립되되, 베이스 파트(120)를 감싸듯이 결합되어 두 파트(2IR, 3IR)의 결합에 의해 발생되는 이격된 틈새가 어느 하나의 방향 또는 면에 형성되게 하는 것이 바람직하다. 이는, 내부에 유체를 수용하는 카트리지(100)의 수밀을 위해 단일한 면에 집중적으로 틈새가 형성되게 하고, 이를 억제하는 실링구조를 제공하는 것이 제조 및 관리 차원에서 유리함이 있기 때문이다.

아울러, 이러한 감싸는 조립구조는 베이스 파트(120)와 커버 파트(130)의 결합에 따른 이격된 틈새를 한 번 더 굴절 및 연장시켜 역류 방지 효과를 얻을 수 있고, 나아가, 유입실링(112)를 끼워 넣어 그에 따른 수밀 효과를 극대화할 수 있음은 물론이다.

한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 제3 유입로(3IR)는 혼합챔버(140) 내 공기의 유입단 방향을 향하게 형성되되, 혼합챔버(140)를 따라 만곡된 고리 구조, 링 구조 또는 나선형 구조로 형성되어 혼합챔버(140)와 연결될 수 있다.

본 발명의 카트리지(100)가 설치되는 전자담배(EC)는 사용자의 흡입 동작에서는 기립된 상태 즉, 카트리지(100)가 배터리 수용체(200)의 상부에 위치하는 구조로 유지되나, 휴대 시 카트리지(100)와 배터리 수용체(200)는 눕혀진 상태 또는 뒤집힌 상태일 수 있다. 따라서, 제3 유입로(3IR)는 기립된 상태 또는 눕혀진 상태를 모두 감안하여, 혼합챔버(140)의 둘레를 따라 만곡되는 고리 구조, 링 구조, 나선형 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 제3 유입로(3IR)의 끝단은 혼합챔버(140)의 둘레를 따라 180° 이내로 만곡된 대칭형 고리 구조, 360° 범위 링 구조, 하부로 경사를 갖는 나선형 구조로 형성되어 혼합챔버(140)와 연결될 수 있다.

본 발명의 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)의 굴절된 구조를 갖는 유로들은 베이스 파트(120) 및 커버 파트(130)와 같이 복수 개의 파트를 적층 조립하여 형성되는 구조로, 상술한 바와 같이, 복수 개의 파트를 적층하여 조립하는 구조는 보다 다양한 형상 및 구조의 공기 유입경로(IR)를 제공할 수 있는 이점을 제공할 수 있다.

이하에서는, 혼합챔버(140)에서 기화된 기체상 담배용 물질의 배출과정에서 액적 상태의 담배용 물질(이하, ‘액적’이라 함)을 제거하는 과정에 대해 설명한다.

도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 기체상 담배용 물질의 배출과정은 혼합챔버(140)에서 기화된 기체상 담배용 물질이 배출경로(OR)를 지나 마우스 피스(170)로 이동되어 사용자에게 제공될 때, 혼합챔버(140)와 마우스 피스(170) 사이의 배출경로(OR) 또는 배출경로(OR)와 흡입구(171) 사이의 흡입경로(BR)에서 관성충돌(Inertial impaction, 慣性衝突)에 의해 기체상 담배용 물질 내 액적이 크기가 커져 자중에 의해 침강하는 과정으로 이루어진다.

구체적으로, 혼합챔버(140) 내 공급되어 공기와 혼합된 액체상 담배용 물질은 히터(160)에 의해 기화되어 마우스 피스(170)를 통해 사용자에게 제공된다. 이때, 기화된 기체상 담배용 물질은 미세한 액적들을 포함하고 있으며, 이러한 미세 액적들은 그 밀도가 높아질수록 사용자의 입에 액체상 담배용 물질의 냄새나 맛이 느껴지게 되어 심한 불쾌감을 준다.

여기서, 미세한 액적들의 설명을 약술하면, 기화된 기체상 담배용 물질은 응축된 상태의 미스트(mist)/에어로졸(aerosol) 상태로 공기의 흐름에 편입되어 사용자에게 제공된다. 그러나, 일부의 기화된 기체상 담배용 물질은 상기 미스트/에어로졸 상태의 기체상 담배용 물질의 입자들이 상호 응집되어, 그 크기가 커진 액적 상태로 사용자에게 제공됨으로써 사용자가 심한 불쾌감을 느끼게 된다.

이러한, 액적들은 혼합챔버(140)에서 히팅코일(161)에 의해 액체상 담배용 물질이 증발에 의해 응축되어 발생하거나, 사용자의 과도한 흡입력에 의하여 액체상 담배용 물질 중 일부가 공기의 흐름에 편입되어 발생할 수 있다.

따라서, 기체상 담배용 물질 내 미세 액적을 제거하기 위하여, 본 발명의 실시예에서는 관성충돌을 유도하여 자중에 의해 침강되는 구성들을 상정하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예로 배출경로(OR) 또는 흡입경로(BR) 내 반경이 급격히 좁혀지는 구간이 형성되도록, 중심에 배출경로(OR)와 흡입경로(BR) 보다 작은 직경의 배출공(173a)이 형성된 경로팁(173)을 각각 끼움결합되게 하여, 반경을 좁히기 위해 돌출된 부분에 미세 액적들이 충돌하여 자중에 의해 침강됨으로써, 미세 액적이 다시 액체상 담배용 물질로 환원되게 함은 물론, 마우스 피스(170)를 통해 새어 나오는 액적의 양을 크게 저감할 수 있다.

도 8을 참조하면, 다른 실시예로 배출경로(OR) 또는 흡입경로(BR)의 내주면을 따라 엇갈리게 돌출된 구조의 돌출돌기(174)들이 형성되어, 각 기체상 담배용 물질을 굴절시켜 유동시킨다. 이러한 경로의 굴절과 연장을 통해 액적들의 상호 접촉 확률을 높이고, 관벽을 확장시켜 관벽에 충돌하는 액적의 양을 늘림으로써, 기체상 담배용 물질에 포함된 미세 액적을 충분히 제거할 수 있다.

다만, 경로가 굴절되면 될수록 경로가 연장됨은 물론, 흡입력의 전달이 용이하지 않아 압력의 손실이 발생할 수 있어, 굴절된 경로 내 돌출돌기(174)에는 진행 방향으로 관통공이 형성되어, 기체상 담배용 물질의 유동은 원활하되 미세 액적들의 유동은 제약하여 액적의 자중에 의한 침강을 유도할 수 있다.

도 9를 참조하면, 또 다른 실시예로 배출경로(OR) 또는 흡입경로(BR)에 다양한 밀도와 공간율을 갖는 직조된 메쉬(Knitted mesh)를 사용하여 미세 액적을 제거할 수 있다.

직조된 메쉬는 스테인레스 강이나 플라스틱 섬유(fIber)를 인발하여 선재(wire) 형태로 가공하여 사용할 수 있으며, 메쉬의 적층 형식을 달리 할 수 있다. 예를 들어, Wave 진 섬유를 동 방향으로 적층한 형식, 공극율을 증가시키며 비접촉 면적을 감소시키고 표면적 효율을 높이는 Wave 섬유를 교차로 적층한 형식 및 압력손실을 1/3로 감소시키는 나선형 감김 적층 형식이 사용될 수 있다. 이러한, 와이어 메쉬(Wire mesh) 패드(175)는 가스와 액의 밀도, 액의 표면 장력, 액의 점성, 와이어 메쉬의 비표면적, 유입되는 액의 량, 함께 유입되는 고체 부유물의 농도 등에 따라 기체상 담배용 물질의 흐름이 결정될 수 있다.

도 10을 참조하면, 또 다른 실시예로 배출경로(OR) 또는 흡입경로(BR)에 지그재그 배플 미스트 세퍼레이터(Zigzag baffle mist separator)를 설치하여 미세 액적을 용이하게 제거할 수 있다.

액적을 포함한 기체상 담배용 물질의 흐름이 지그재그 배플(176)로 유입된다면 가스의 유선은 지그재그 형태로 되려고 할 것이고, 질량체인 액적은 관성력에 의해 유선을 벗어나게 되어 배플(Baffle)에 충돌, 포집되게 된다. 지그재그 배플 미스트 세퍼레이터의 포집효율은 미스트의 크기와 장치의 기하학적 형상에 따라 달라지지만 일반적인 경우, 액적경, 액적의 밀도, 가스의 점성계수, 같은 줄에 있는 baffle의 간격, 가스의 겉보기 유속, baffle의 줄수, baffle의 경사각, baffle의 폭, 원심력에 의해 발생되는 가속도 등의 변수 요인의 영향을 받는다.

지그재그 배플(176)과 와이어 메쉬 패드(175)의 세부적인 구성은 이미 공지된 바와 크게 다르지 않아 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 11을 참조하면, 마우스 피스(170)의 흡입구(171)는 배출경로(OR)의 축중심과 이격된 위치에 축중심이 형성되도록 배치되어 흡입경로(BR)가 배출경로(OR)로부터 굴절되게 형성되도록 하여, 상술한 경로팁(173), 돌출돌기(174), 와이어 매쉬 패드(175) 및 지그재그 배플(176)의 구성과 별개로 경로들 사이에서의 관성충돌과 자중에 의한 침강을 유도함으로써, 기체상 담배용 물질 내 액적의 제거 효율을 높일 수 있다.

아울러, 배출경로(OR)와 흡입경로(BR) 사이에는 배출경로(OR)를 지난 기체상 담배용 물질을 수용한 후, 사용자의 흡입력에 의해 복수개의 흡입구(171)들로 각각 배분하여 안내하는 굴절공간(RS)이 형성된다. 이러한, 굴절공간(RS)은 배출경로(OR)를 지난 기체상 담배용 물질들을 한데 모아 복수개의 흡입구(171)에 제공함으로써, 굴절공간(RS) 내 기체상 담배용 물질의 대류에 의한 와류 유동이 형성되게 하여 액적 간 접촉 확률을 증가시켜 보다 증진된 액적 제거 효율을 기대하게 할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

EC : 전자담배
100 : 카트리지
110 : 하우징 111 : 걸림홈
112 : 동작램프 113 : 유입실링
120 : 베이스 파트 121 : 유입관
122 : 마감캡 123 : 유입구
124 : 베이스 수평면 125 : 고랑
IR : 유입경로 ( 1IR, 2IR, 3IR : 제1, 제2, 제3 유입로 )
130 : 커버 파트 131 : 챔버 결속공
132 : 커버 수직면 133 : 커버 수평면
140 : 혼합챔버 141 : 액상 혼합관
142 : 액상 유인홀 143 : 심지(Wick)
OR : 배출경로
150 : 저장탱크 160 : 히터
161 : 히팅코일 170 : 마우스 피스
171 : 흡입구 172 : 배출실링
173 : 경로팁 173a : 배출공
174 : 돌출돌기 175 : 와이어 메쉬 패드
176 : 지그재그 배플
BR : 흡입경로 RS : 굴절공간
200 : 배터리 수용체
210 : 결합커버 211 : 걸림돌기
220 : 배터리 230 : 진공 감지센서

Claims (13)

1. 흡입구를 통해 사용자의 흡입력이 제공되는 마우스 피스;
   상기 마우스 피스에 결합되며, 상기 흡입력에 의해 공기가 유입되어 상기 흡입구로 안내되도록, 공기의 유입경로와, 상기 유입경로와 상기 흡입구를 연결하는 배출경로를 각각 제공하는 하우징;
   상기 하우징 내에 배치되며, 액체상(liquid phase, 液體相) 담배용 물질을 저장하는 저장탱크;
   상기 흡입력에 의하여 상기 유입 경로로 공기가 유입되며, 자중(自重) 또는 상기 유입된 공기의 흐름에 따라 상기 저장탱크로부터 상기 액체상 담배용 물질이 유인되는 혼합챔버; 및
   상기 유인된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기체상(vapor phase, 氣體相) 담배용 물질로 기화되도록 함으로써, 상기 기체상 담배용 물질이 상기 유입된 공기에 혼합되어 상기 배출경로로 안내되도록 하는 히터를 포함하고,
   상기 유입경로는,
   서로 다른 방향으로 연장되는 복수 개의 유입로들을 포함하되, 상기 혼합챔버로 유인된 상기 액체상 담배용 물질이 상기 유입경로로 역류되는 것을 방지하기 위하여, 상기 유입로들 중 적어도 하나는 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향에 역행하는 방향으로 상기 공기를 유동시키는 카트리지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 역행하는 방향의 유입로의 시작단과 상기 마우스 피스와의 거리가 상기 혼합챔버의 공기의 유입단과 상기 마우스 피스와의 거리보다 작게 형성되는 카트리지.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 유입경로는 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향을 가로지르는 방향으로 상기 혼합챔버 둘레를 따라 만곡되는 유입로를 하나 이상 포함하는 카트리지.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 유입경로는 상기 하우징 내 베이스 파트와 커버 파트의 적층된 조립에 의해 형성되는 카트리지.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 커버 파트가 상기 베이스 파트를 감싸는 구조로 결합되어, 상기 두 파트의 결합에 따른 이격된 틈새들이 상기 하우징의 동일면에 노출되는 카트리지.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 유입되는 공기의 점성보다 높은 점성의 액체상 담배용 물질이 상기 혼합챔버에서 상기 유입경로로 역류하면 직경의 차이에 의해 병목화(bottleneck)되도록, 상기 유입경로의 직경이 상기 혼합챔버의 직경보다 좁게 형성된 카트리지.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 베이스 파트는 공기의 유입구로부터 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향과 순행하는 방향으로 형성되는 유입로를 포함하고,
   상기 유입경로가 변형 또는 수축되지 않도록, 상기 유입구에 끼워져 상기 유입경로를 마감하는 마감캡을 포함하는 카트리지.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 히터는 사용자의 흡입 동작에 따라 작동되고, 흡입력에 비례하여 발열량이 조절되는 카트리지.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 혼합챔버는 내부에 히터가 배치되어 상기 저장탱크의 중심에 배치되며, 상기 액체상 담배용 물질이 자중에 의해 유입되도록, 상기 저장탱크의 하단부와 연결된 액상 유입홀이 축 중심을 따라 대칭되게 복수개로 형성되는 카트리지.
10. 청구항 1에 있어서,
    청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 카트리지를 포함하는 전자담배.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 히터와 전기적으로 연결된 배터리가 수용된 배터리 수용체에 탈착되어 교체되는 전자담배.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 카트리지와 상기 배터리 수용체 사이의 압력 변화를 측정하여 사용자의 흡입 동작과 상기 흡입력의 크기를 감지하는 진공 감지센서를 더 포함하는 전자담배.
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 하우징의 외주면에는 걸림홈이 형성되고, 상기 카트리지가 끼워지는 상기 배터리 수용체의 내주면에는 상기 걸림홈에 대응되는 걸림돌기가 형성되어, 상기 걸림홈과 상기 걸림돌기의 걸림결합에 의해 상기 카트리지와 상기 배터리 수용체에 결합되는 전자담배.

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