KR20210069103A - 에어로졸 발생 장치를 위한 코팅된 가열 요소 - Google Patents
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Abstract
에어로졸 발생 장치용 가열 요소는 열 발생부 및 열 발생부와 열 접촉하는 탄소 함유 층을 포함한다. 에어로졸 발생 장치는 이러한 가열 요소 및 에어로졸 형성 기재를 함유하는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성되는 가열 챔버를 포함한다.
Description
본 발명은 에어로졸 발생 장치용 코팅된 가열 요소, 코팅된 가열 요소를 포함하는 에어로졸 발생 장치, 및 이러한 에어로졸 발생 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 담배와 같은 에어로졸 발생 기재를 태우지 않고 가열하는 에어로졸 발생 장치가 공지되어 있다. 이러한 장치는 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸을 생성하기에 충분히 높은 온도로 에어로졸 발생 기재를 가열한다.
이러한 에어로졸 발생 장치는 통상적으로 가열 챔버를 포함하며, 가열 요소는 가열 챔버 내에 또는 가열 챔버를 둘러싸고 배열된다. 에어로졸 형성 기재를 포함하는 에어로졸 발생 물품은 가열 챔버 내로 삽입되고 가열 요소에 의해 가열될 수 있다. 가열 요소는 물품이 가열 챔버 내로 삽입될 때 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재 내로 관통하는 가열 블레이드로서 구성될 수 있다. 가열 요소가 균질하게 가열되고 가능한 한 빨리 작동 온도에 도달하도록 가열 요소를 구성하는 것이 바람직하다.
에어로졸 형성 물품 내로 침투하고 이 물품으로부터 후퇴할 때, 가열 요소의 표면은 에어로졸 형성 물품과의 접촉으로 인해 마찰력을 받는다. 따라서, 가열 요소의 표면의 탄성을 개선하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은 에어로졸 형성 기재의 균일한 가열을 허용하는 가열 요소를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가 목적은 증가된 수명을 갖는 가열 요소를 제공하는 것이다.
이러한 및 추가 목적을 해결하기 위해, 본 발명은 에어로졸 발생 장치용 가열 요소를 제안한다. 가열 요소는 열 발생부 및 탄소 함유 층을 포함한다. 탄소 함유 층은 열 발생부와 열 접촉한다.
탄소 함유 층을 가열 요소에 제공함으로써, 열 발생부에 의해 생성된 열 에너지는 가열 요소의 표면에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 보다 균일한 열 분포는 또한 열 발생부가 약간 더 낮은 온도에서 작동될 수 있기 때문에, 가열이 더욱 에너지 효율적일 수 있는 효과를 갖는다.
탄소 함유 층의 제공은, 유리하게는 탄소 함유 층이 없는 가열 요소와 비교하여 가열 요소의 하나 이상의 기계적 특성을 개선할 수 있다. 하나 이상의 기계적 특성은 가열 요소의 강도, 인성, 경도, 내구성, 및 내마모성을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 가열 요소의 전체 강도가 증가될 수 있다.
가열 요소의 탄소 함유 층은 그래핀의 층을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "그래핀"은 탄소 원자가 규칙적인 육방 격자(hexagonal lattice)로 조밀하게 패킹되는 탄소의 평면 결정형 동소체를 지칭한다. 그래핀은 단일 탄소 원자만의 두께를 가질 수 있으며, 이는 "단층 그래핀"으로 지칭될 수 있다. 그래핀은 단지 몇 개의 탄소 원자의 두께를 가질 수 있으며, 이는 "다층 그래핀"으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 그래핀이 다층 그래핀인 경우, 이는 50개 이하의 탄소 원자, 20개 이하의 탄소 원자, 또는 10개 이하의 탄소 원자의 두께를 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "그래핀"은 원시적 그래핀, 결함, 불순물 또는 함유물을 갖는 그래핀, 환원된 그래핀 산화물, 및 이들의 조합을 포함한다. 그래핀은 현저한 2차원 특성을 소유하는 것으로 알려져 있다. 특히, 그래핀은 그래핀의 층에 의해 정의된 평면을 따라 매우 높은 열 및 전기 전도성을 갖는다. 따라서, 그래핀 열 에너지의 층을 제공함으로써, 그래핀 층이 제공되는 가열 요소의 이러한 부분에 걸쳐 신속하고 균일하게 분포된다. 그래핀 층은 가열 요소의 표면에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 가열 요소의 균일한 열 분포가 달성될 뿐만 아니라, 가열 요소의 표면의 내구성과 같은 기계적 특성도 증가될 수 있다.
탄소 함유 층은 코팅의 형태로, 바람직하게는 그래핀 코팅의 형태로 제공될 수 있다. 코팅은 대기압 화학 기상 증착법(APCVD), 진공 증착법, 스퍼터링(sputtering), 종래의 CVD, 플라즈마 CVD, 또는 화염 열분해법에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 재료는 당업자에게 알려진 다른 코팅 방법을 사용하여 도포될 수 있다.
탄소 함유 층은 하나 이상의 그래핀 시트를 포함할 수 있다. 그래핀 시트는 박리 기법, 그래파이트 산화물 단층 필름의 절단 또는 환원과 같은 다양한 기계적 생산 기법을 사용하여 생산될 수 있다.
탄소 함유 층은 그래핀 시트 사이에 추가 탄소 함유 구조를 갖는 복수의 그래핀 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄소 함유 층은 적어도 2개의 그래핀 시트를 포함할 수 있고, 추가 탄소 함유 구조는 적어도 2개의 그래핀 시트 사이에 제공된다. 그래핀 시트 사이의 추가 탄소 구조는 단일 벽 탄소 나노튜브, 다중 벽 탄소 나노튜브, 풀러렌, 예컨대 버크민스터풀러렌(Buckminsterfullerene), 이들의 조합 및 부분, 또는 다른 탄소계 구조일 수 있다. 추가 탄소 구조는 그래핀 시트의 평면에 수직인 방향으로 열 전도율을 향상시키기 위해 제공된다. 추가 탄소 함유 구조가 탄소 나노튜브인 경우, 탄소 나노튜브의 길이방향 축은 인접한 그래핀 시트의 평면에 실질적으로 수직으로 배열될 수 있다. 이는 탄소 나노튜브의 높은 축 방향 열 전도율으로 인해 그래핀 시트의 평면에 수직인 방향으로 열 전도율을 더욱 향상시킬 수 있다.
추가 탄소 함유 구조는 인접한 그래핀 시트에 화학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 추가 탄소 함유 구조의 탄소 원자는 그래핀 시트의 탄소 원자에 공유 결합될 수 있다. 이는, 유리하게는 추가 탄소 함유 구조와 그래핀 시트 사이의 열 전도율을 증가시킬 수 있다.
그래핀 시트 사이의 추가 탄소 함유 구조는 그래핀 시트 사이에 규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 추가 탄소 구조는 그래핀 시트를 서로로부터 이격하기 위한 개선된 기계적 지지를 제공할 수 있다. 동시에, 규칙적으로 배열된 추가 탄소 구조는 또한 그래핀 시트의 평면에 수직인 방향으로 열 전달의 균질성을 증가시킬 수 있다.
가열 요소는 전기 가열식 가열 요소일 수 있다. 가열 요소는 전기 저항성 재료를 포함할 수 있다. 적합한 전기 저항성 재료는 도핑된 세라믹과 같은 반도체, 전기 "전도성" 세라믹(예를 들어, 이규화 몰리브덴 등), 탄소, 그래파이트, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 재료 금속 재료로 이루어진 복합 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이러한 복합 재료는 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적합한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다. 적합한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 백금, 금 및 은을 포함한다. 적합한 금속 합금의 예는 스테인리스 강, 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 금- 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 스틸, Ti금속® 및 철-망간-알루미늄계 합금에 기초한 초합금을 포함한다.
설명한 바와 같이, 본 개시의 양태 중 어느 하나에서, 가열 요소는 에어로졸 발생 장치의 일부일 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 내부 가열 요소 또는 외부 가열 요소, 또는 내부 및 외부 가열 요소 둘 모두를 포함할 수 있으며, "내부" 및 "외부"는 히터가 에어로졸 형성 기재를 가열하는 데 사용될 때, 에어로졸 형성 기재에 대한 히터의 위치를 지칭한다. 내부 가열 요소는 임의의 적합한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 내부 가열 요소는 가열 블레이드의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 내부 히터는 상이한 도전부를 갖는 케이싱이나 기판, 또는 전기 저항성 금속 튜브의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 내부 가열 요소는 사용 시 에어로졸 형성 기재의 중심을 통과하는 하나 이상의 가열 니들, 핀(pin), 또는 로드일 수 있다. 다른 대안은 가열 와이어 또는 필라멘트, 예를 들어 니켈-크롬(Ni-Cr), 백금, 텅스텐 또는 합금 와이어 또는 가열 플레이트를 포함한다. 선택적으로, 내부 가열 요소는 경연성 캐리어 재료 내에 또는 위에 증착될 수 있다. 하나의 이러한 구현예에서, 전기 저항성 가열 요소는 온도와 비저항 간의 규정된 관계를 갖는 금속을 이용해 형성될 수 있다. 이러한 예시적인 장치에서, 금속은 세라믹 재료와 같은 적합한 절연 재료 상에 트랙으로서 형성된 다음 유리와 같은 다른 절연 재료 내에 개재될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 히터는 작동 중에 가열 요소를 가열하는 것 및 가열 요소의 온도를 모니터링하는 것 둘 모두에 사용될 수 있다.
내부 가열 요소는 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재 내로 가열 요소를 삽입하는 것을 용이하게 하기 위해 테이퍼지거나(taperd), 뾰족하거나, 날카로운 단부를 가질 수 있다.
외부 가열 요소는 임의의 적합한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 외부 가열 요소는 폴리이미드 같은 유전체 기재 상의 하나 이상의 가요성 가열 포일의 형태를 취할 수 있다. 가요성 가열 포일은 기재 수용 공동의 둘레와 일치하도록 형상화될 수 있다. 대안적으로, 외부 가열 요소는 금속 그리드 또는 그리드들, 가요성 인쇄 회로 기판, 몰딩식 상호연결 장치(MID), 세라믹 히터, 가요성 탄소 섬유 히터의 형태를 취할 수 있거나, 적합한 형상의 기재 상에 플라즈마 기상 증착과 같은 코팅 기술을 사용해 형성될 수 있다. 또한 외부 가열 요소는 온도와 비저항 간의 정의된 관계를 갖는 금속을 이용해 형성될 수 있다. 이러한 예시적인 장치에서, 금속은 적합한 절연 재료의 2개 층 사이에 트랙으로서 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 외부 가열 요소는 외부 가열 요소를 가열하는 것 및 작동 중에 외부 가열 요소의 온도를 모니터링하는 것 둘 모두에 사용될 수 있다.
내부 또는 외부 가열 요소는, 열을 흡수 및 저장하고 차후에 에어로졸 형성 기재에 대하여 어떠한 시간을 걸쳐서 열을 방출할 수 있는 재료를 포함하는 히트 싱크, 또는 열 저장소를 포함할 수 있다. 히트 싱크는 적합한 금속 또는 세라믹 재료와 같은 임의의 적절한 재료로 형성된 것일 수 있다. 일 구현예에서, 재료는 높은 열용량(현열 축열 재료(sensible heat storage material))를 갖거나, 고온 위상 변화 같은 가역 과정을 통하여 열을 흡수하고 차후에 방출할 수 있는 재료이다. 적합한 현열 축열 재료는 실리카 겔, 알루미나, 탄소, 유리 매트(glass mat), 유리 섬유, 미네랄, 알루미늄, 은 또는 납과 같은 금속 또는 합금, 및 종이와 같은 셀룰로스 재료를 포함한다. 가역 위상 변화를 통하여 열을 방출하는 다른 적합한 재료는 파라핀, 아세트산나트륨, 나프탈렌, 왁스, 폴리에틸렌 옥사이드, 금속, 금속염, 공융염(eutectic salt)의 혼합물 또는 합금을 포함한다. 히트 싱크 또는 열 저장소는 에어로졸 형성 기재와 직접 접촉하고 저장된 열을 기재에 직접 전달할 수 있도록 배열될 수 있다. 대안적으로, 히트 싱크 또는 열 저장소에 저장된 열은 금속 튜브 같은 열 전도체에 의해 에어로졸 형성 기재에 전달될 수 있다.
가열 요소는, 유리하게는 전도에 의해 에어로졸 형성 기재를 가열한다. 가열 요소는 기재 또는 기재가 증착되는 캐리어와 적어도 부분적으로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 내부 또는 외부 가열 요소 중 어느 하나로부터의 열은 열 전도성 요소에 의해 기재에 전도될 수 있다.
작동하는 동안에, 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 장치 내에 완전히 함유될 수 있다. 이 경우, 사용자는 에어로졸 발생 장치의 마우스피스 상에서 퍼핑할 수 있다. 대안적으로, 작동하는 동안에 에어로졸 형성 기재를 함유하는 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 발생 장치 내에 부분적으로 포함될 수 있다. 그 경우, 사용자는 에어로졸 발생 물품을 직접 퍼핑할 수 있다.
가열 요소는 전기 절연 재료의 층을 포함할 수 있다. 전기 절연 재료는 가열 요소의 열 발생부와 탄소 함유 층 사이에 배열될 수 있다. 열 발생부와 탄소 함유 층 사이에 전기 절연 재료를 제공함으로써, 탄소 함유 층은 가열 요소의 전기 회로로부터 전기적으로 분리된다. 이는 탄소 함유 층이 그래핀을 포함하는 경우 특히 중요하다. 그래핀은 높은 전기 전도성을 갖고, 전류에 대한 이차 경로로서의 역할을 할 수 있어, 열 발생부의 저항 가열을 방해한다. 전기 절연 재료는, 바람직하게는 가열 요소의 열 발생부로부터 탄소 함유 층으로의 열 전달을 용이하게 하기 위해 높은 열 전도율을 갖는다.
탄소 함유 층의 적어도 일부는 바람직하게는 가열 요소의 전기 절연 재료의 층 상에 배열된다. 이러한 방식으로, 탄소 함유 층은 가열 요소의 열 발생부에 근접하여 그리고 이와 열 접촉하여 제공된다. 열 발생부와 열 접촉하지만 열 발생부로부터 전기적으로 절연되는 탄소 함유 층을 제공함으로써, 탄소 함유 층의 높은 열 전도율은 발생된 열 에너지를 가열 요소에 걸쳐 신속하고 균질하게 분배하기 위해 효율적으로 사용될 수 있다.
가열 요소는 비열 발생부(non-heat-generating portion)를 더 포함할 수 있다. 비열 발생부는 가열 요소의 열 발생부에 인접하여 배열될 수 있다. 탄소 함유 층은 발생된 열을 가열 요소의 열 발생부로부터 비열 발생부로 전달하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 열 발생부에 의해 발생된 열 에너지는 전체 가열 요소에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 비열 발생부는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다.
탄소 함유 층은 미리 결정된 공간 배열을 갖도록 설계될 수 있다. 이러한 방식으로, 탄소 함유 층의 열 전도 특성은 사용 시 미리 결정된 온도 분포를 나타내는 가열 요소를 제공하도록 구체적으로 설계될 수 있다.
추가 양태에 따르면, 본 발명은 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위한 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 형성 기재를 함유하는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성되는 가열 챔버를 포함한다. 에어로졸 발생 장치는 전술한 바와 같은 가열 요소를 더 포함한다.
에어로졸 발생 장치는 하우징, 가열 요소에 연결된 전기 전력 공급부 및 전력 공급부로부터 가열 요소로 전력의 공급을 제어하도록 구성된 제어 요소를 더 포함할 수 있다.
하우징은 가열 요소를 둘러싸거나 그 부근에서 공동을 정의할 수 있다. 공동은 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성될 수 있다. 공동은 에어로졸 발생 장치의 가열 챔버를 형성하거나 포함할 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 발생 장치는 사용자가 한 손의 손가락들 사이에 잡기에 편안한 휴대용 또는 핸드헬드 에어로졸 발생 장치이다.
에어로졸 발생 장치는 그 형상이 실질적으로 원통형일 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 대략 70 mm 내지 대략 120 mm의 길이를 가질 수 있다.
가열 요소는 에어로졸 발생 장치의 가열 챔버 내에 배열되는 내부 가열 요소일 수 있다. 가열 요소는 가열 챔버의 중앙에 배열되고 이의 길이방향 축을 따라 정렬될 수 있다.
가열 요소는 가열 챔버의 측벽에 인접하여 배열되는 외부 가열 요소일 수 있거나, 가열 챔버의 측벽의 일부를 적어도 부분적으로 형성한다. 가열 요소는 가열 요소의 탄소 함유 층이 에어로졸 발생 장치의 가열 챔버의 내부 측벽에 걸쳐 적어도 부분적으로 연장되도록 구성될 수 있다.
에어로졸 발생 장치에 수용될 에어로졸 발생 물품은 실질적으로 원통형 형상일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 실질적으로 세장형일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 길이 및 이 길이에 실질적으로 수직인 원주를 가질 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 형상이 실질적으로 원통형일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실질적으로 세장형일 수 있다. 에어로졸 형성 기재 또한 길이 및 이 길이에 실질적으로 수직인 원주를 가질 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 대략 45 mm의 총 길이를 가질 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 대략 7.2 mm의 외경을 가질 수 있다. 또한, 에어로졸 형성 기재는 대략 10 mm의 길이를 가질 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 대략 12 mm의 길이를 가질 수 있다. 또한, 에어로졸 형성 기재의 직경은 대략 5 mm 내지 대략 12 mm일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 외부 종이 래퍼를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재와 필터 플러그 사이의 분리부를 포함할 수 있다. 분리부는 대략 18 mm일 수 있으나, 대략 5 mm 내지 대략 25 mm 범위 내일 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 방출될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는, 가열될 때 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 대안적으로 비-담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 식물계 재료를 포함할 수 있다.
에어로졸 형성 기재는, 바람직하게는 약 55 중량% 내지 약 75 중량%의 균질화된 담배 재료; 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 에어로졸 형성제; 및 약 10 중량% 내지 약 20 중량%의 물을 포함한다.
에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는, 사용 시, 조밀하고 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하고 시스템의 작동 온도에서 열적 열화에 대하여 실질적으로 저항하는 임의의 적합한 공지된 화합물 또는 화합물의 혼합물이다. 적합한 에어로졸 형성제는 당업계에 잘 공지되어 있으며, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 에어로졸 형성제는 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올 또는 그의 혼합물일 수 있다. 에어로졸 형성제는 프로필렌 글리콜일 수 있다. 에어로졸 형성제는 글리세린 및 프로필렌 글리콜 둘 모두를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 제어 요소, 전력 공급부 및 접촉부를 더 포함할 수 있다. 접촉부는 가열 요소의 열 발생부와 전기적으로 접촉한다. 제어 요소는 전력 공급부로부터 접촉부를 통해 열 발생부로 전력의 공급을 제어하도록 구성된다.
전력 공급부는 임의의 적합한 전력 공급, 예를 들어 배터리와 같은 DC 전압원일 수 있다. 일 구현예에서, 전력 공급부는 리튬-이온 배터리이다. 대안적으로, 전력 공급부는 니켈-수소 합금 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 또는 리튬계 배터리, 예를 들어 리튬-코발트, 리튬-철-인산염, 리튬티탄산염 또는 리튬-폴리머 배터리일 수 있다.
컨트롤러 요소는 간단한 스위치일 수 있다. 대안적으로, 제어 요소는 전기 회로일 수 있고, 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 위의 설명에 따른 에어로졸 발생 장치 및 에어로졸 발생 장치의 공동에 수용되도록 구성된 하나 이상의 에어로졸 발생 물품을 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 제공된다.
본 발명의 추가 양태에서, 에어로졸 발생 장치용 가열 요소를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은 열 발생부를 제공하는 단계, 및 본 발명의 가열 요소를 얻기 위해 열 발생부 상에 그리고 이와 열 접촉하여 탄소 함유 층을 배열하는 단계를 포함한다.
열 발생부 상에 배열되는 탄소 함유 층은 그래핀의 층을 포함할 수 있다. 탄소 함유 층은 그래핀 함유층일 수 있다. 그래핀의 층을 배열하는 방법 단계는 그래핀의 층을 그래핀 코팅의 형태로 열 발생부에 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 그래핀의 층은 또한 가열 요소의 열 발생부 상에 기계적으로 배열되는 그래핀의 시트를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 장치용 가열 요소를 제조하는 방법은 열 발생부 및 비열 발생부를 포함하는 가열 요소를 제공하는 단계, 및 열 발생부 및 비열 발생부 둘 모두 상에 그리고 이와 열 접촉하여 그래핀 함유 층을 배열하는 단계를 포함할 수 있다.
일 양태 또는 구현예에 관하여 설명된 특징은 또한 본 발명의 다른 양태 및 구현예에 적용 가능할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 추가로 설명될 것이며,
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 가열 요소를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 수정된 가열 요소를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 가열 요소를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 수정된 가열 요소를 도시한다.
도 1은 에어로졸 발생 물품(10) 및 에어로졸 발생 장치(20)를 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 단면도를 도시한다. 에어로졸 발생 물품(10)의 일 단부에는 에어로졸 형성 기재(12)가 제공된다. 에어로졸 발생 물품(10)의 제2 단부에는 필터 요소(14)가 제공된다.
에어로졸 발생 장치(20)는 전원(24) 및 컨트롤러 회로(26)가 배열되는 하우징(22)을 포함한다. 하우징의 일 단부에서, 에어로졸 발생 물품(10)을 수용하도록 구성되는 공동(28)이 형성된다. 공동(28)에는 가열 요소(30)가 제공된다. 도시된 구현예에서, 가열 요소(30)는 공동(28)의 중앙에 그리고 이의 길이방향 축을 따라 배열되는 블레이드 히터이다. 따라서, 공동(28)은 또한 에어로졸 발생 장치(20)의 가열 챔버를 형성한다.
제어 회로(26)는 전원(24)으로부터 가열 요소(30)로 전기 에너지의 흐름을 제어하도록 구성된다. 도 1에서, 에어로졸 발생 물품(10)은 에어로졸 발생 장치(20)의 공동(28) 내로 삽입된다. 사용 후, 에어로졸 발생 물품(10)은 공동(28)으로부터 제거되고 폐기될 수 있다.
도 2에는 도 1의 에어로졸 발생 장치(20)에 사용된 바와 같은 히터 요소(30)의 확대도가 도시된다. 히터 요소(30)는 열 발생부(32)를 포함한다. 열 발생부(32)는 제어 회로(26)를 통해 전원(24)에 연결되는 전기 접촉부(34)를 포함한다. 열 발생부(32)는 에어로졸 형성 기재(12)의 에어로졸 형성제를 휘발시키는 데 필요한 열 에너지를 발생시키기 위한 저항성 가열 요소를 포함한다.
열 발생부(32)는 가열 요소(30)의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 연장될 수 있다. 대안적으로 그리고 도 2에서의 음영 부분에 의해 표시된 바와 같이, 열 발생부(32)는 가열 요소(30)의 일 단부에만 제공될 수 있다. 열 발생부(32)에 인접하여, 비열 발생부(34)가 제공된다. 비열 발생부(34)는 열 저항성 유리로 형성되고, 열 발생부(32)에 부착된다. 열 발생부(32)는 전기 절연 재료에 의해 커버된다. 이 경우에, 절연 재료는 유리 층이고, 비열 발생부(34)와 동일한 재료로 제조된다.
가열 요소(30)는 전기 절연 재료 상에 그리고 열 발생부(32) 및 비열 발생부(34) 둘 모두에 걸쳐 제공된 탄소 함유 층(36)을 더 포함한다. 도 2의 구현예에서, 탄소 함유 층(36)은 그래핀의 층이고, 가열 요소(30)에 제공된 육각형 패턴으로 개략적으로 표시된다. 그래핀의 층은 유리층에 의해 열 발생부(32)로부터 전기적으로 절연된다. 그러나, 그래핀의 층은 여전히 열 발생부(32)와 양호하게 열 접촉한다.
사용 시, 가열 요소(30)의 열 발생부(32)에서 발생된 열 에너지는 가열 요소(30)의 전체 표면을 가로질러 탄소 함유 층(36)을 통해 신속하고 균질하게 분포된다.
도 3은 본 발명에 따른 가열 요소(30)의 수정된 설계를 도시한다. 가열 요소(30)는 도 2에 도시된 가열 요소와 실질적으로 동일하다. 수정은 제1 그래핀 층(38) 및 제2 그래핀 층(39)을 포함하는 탄소 함유 층(36)에 있다. 제2 그래핀 층(39)은 제1 그래핀 층(38)의 상단에 제공된다. 제1 그래핀 층(38)은 도 2의 구현예에 도시된 탄소 함유 층(36)과 본질적으로 동일하다.
제2 그래핀 층(39)의 설계는 제1 그래핀 층(38)의 설계와 상이하다. 제2 그래핀 층(39)은 또한 가열 요소(30)의 완전한 열 발생부(32)를 커버한다. 이러한 방식으로, 열 발생부(32)에 대한 그래핀 층(38, 39)의 양호한 열 접촉이 얻어진다. 그러나, 가열 요소(30)의 비열 발생부(34)의 영역에서, 그래핀(39)의 제2 층은 열 발생부(32)로부터 비열 발생부(34)를 가로질러 가열 요소(30)의 팁을 향해 연장되는 복수의 스트립을 형성하도록 형상화된다. 이러한 방식으로, 탄소 함유 층(36)은 가열 요소(30)의 표면 상에 바람직한 열 분포 채널을 정의한다.
Claims (15)
- 에어로졸 발생 장치용 가열 요소로서, 상기 가열 요소는 열 발생부 및 상기 열 발생부와 열 접촉하는 탄소 함유 층을 포함하고, 상기 탄소 함유 층은 그래핀을 포함하고, 상기 가열 요소는 비열 발생부(non-heat-generating portion)를 더 포함하고, 그래핀의 층은 발생된 열을 상기 가열 요소의 열 발생부로부터 상기 비열 발생부로 전달하도록 구성되는, 가열 요소.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 요소는 전기 가열식 가열 요소인, 가열 요소.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 열 발생부와 상기 탄소 함유 층 사이에 배열된 전기 절연 재료의 층을 포함하는, 가열 요소.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 함유 층은 그래핀 코팅의 형태이거나, 하나 이상의 그래핀 시트를 포함하는, 가열 요소.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 함유 층은 적어도 2개의 그래핀 시트를 포함하고, 추가 탄소 함유 구조는 상기 적어도 2개의 그래핀 시트 사이에 제공되는, 가열 요소.
- 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위한 에어로졸 발생 장치로서, 상기 장치는 에어로졸 형성 기재를 함유하는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성되는 가열 챔버를 포함하고, 상기 에어로졸 발생 장치는 제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 따른 가열 요소를 포함하는, 에어로졸 발생 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 가열 챔버 내에 배열되는 내부 가열 요소인, 에어로졸 발생 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 가열 챔버의 중앙에 배열되고 상기 가열 챔버의 길이방향 축을 따라 정렬되는, 에어로졸 발생 장치.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 가열 요소는 하나 이상의 가열 블레이드 또는 가열 니들을 포함하는, 에어로졸 발생 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 가열 챔버의 측벽에 인접하여 배열되는 외부 가열 요소이거나, 상기 가열 요소는 상기 가열 챔버의 측벽의 일부를 적어도 부분적으로 형성하는 외부 가열 요소인, 에어로졸 발생 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 탄소 함유 층은 상기 가열 챔버의 내부 측벽에 걸쳐 적어도 부분적으로 연장되는, 에어로졸 발생 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 컨트롤러, 전력 공급부 및 접촉부를 더 포함하며, 상기 접촉부는 상기 가열 요소의 열 발생부와 전기적으로 접촉하고, 상기 컨트롤러는 상기 전력 공급부로부터 상기 접촉부를 통해 상기 열 발생부로 전력의 공급을 제어하도록 구성되는, 에어로졸 발생 장치.
- 에어로졸 발생 장치용 가열 요소를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
i) 열 발생부를 제공하는 단계; 및
ii) 상기 열 발생부 상에 그리고 이와 열 접촉하여 그래핀 함유 층을 배열하는 단계를 포함하는, 방법. - 제13항에 있어서, 상기 그래핀 함유 층은 상기 가열 요소의 열 발생부에 그래핀 코팅의 형태로 제공되는, 에어로졸 발생 장치용 가열 요소를 제조하는 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 방법은,
iii) 가열 요소의 비열 발생부를 제공하는 단계; 및
iv) 상기 가열 요소의 비열 발생부 상에 그리고 이와 열 접촉하여 상기 그래핀 함유 층을 배열하는 단계를 더 포함하는, 에어로졸 발생 장치용 가열 요소를 제조하는 방법.
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