KR20210098116A - 다공성 윅 및 이를 포함하는 증기화기와 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

Abstract

다공성 윅, 이를 포함하는 증기화기 및 에어로졸 발생 장치가 제공된다. 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기는, 액상의 에어로졸 발생 기재를 저장하는 액상 저장조, 상기 저장된 에어로졸 발생 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는 가열 요소 및 다공성 바디(porous body)를 통해 상기 저장된 에어로졸 발생 기재를 상기 가열 요소로 전달하되, 상기 다공성 바디를 형성하는 복수의 면 중 적어도 일부에 코팅막이 형성된 다공성 윅을 포함할 수 있다. 상기 코팅막은 액상의 목표 이송 경로와 연관되지 않은 면에 형성됨으로써, 액상이 목표 이송 경로를 따라 집중 이송되도록 할 수 있다.

Description

다공성 윅 및 이를 포함하는 증기화기와 에어로졸 발생 장치{POROUS WICK, VAPORIZER AND AEROSOL-GENERATING APPARATUS INCLUDING THE SAME}

본 개시는 다공성 윅 및 이를 포함하는 증기화기와 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 액상이 목표 이송 경로를 따라 집중 이송될 수 있도록 고안된 다공성 윅 및 이를 포함하는 증기화기와 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.

근래에 일반적인 궐련의 단점을 극복하는 대체 흡연 물품에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련이 아닌 액상 조성물을 기화함으로써 에어로졸을 발생시키는 에어로졸 발생 장치(e.g. 액상형 전자 담배)에 관한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 액상 기화식 에어로졸 발생 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

액상 기화식 에어로졸 발생 장치에서, 윅(wick)은 장치의 핵심 구성요소 중 하나로서, 액상을 흡수하여 가열 요소(e.g. 히터)로 전달하는 역할을 수행한다. 최근에는 다공성 구조체에 기반한 윅(이른바 "다공성 윅")이 제안된 바 있다.

그런데, 다공성 윅은 바디 전체가 다공성이기 때문에 전방향으로 액상 이송이 이루어지며, 액상 이송 방향이 원하는 데로 제어될 수가 없다. 즉, 액상 이송 방향이 목표 이송지(e.g. 가열 요소)로 집중되지 않기 때문에, 다공성 윅을 이용하더라도 액상 이송 능력과 무화량이 생각만큼 향상되지 않을 수 있다.

본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 액상이 목표 이송 경로를 따라 집중 이송될 수 있도록 고안된 다공성 윅, 이를 포함하는 증기화기와 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 액상 이송 속도 및 이송량의 균일성을 보장할 수 있는 다공성 윅 및 이를 포함하는 증기화기와 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 개시의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시의 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기는, 액상의 에어로졸 발생 기재를 저장하는 액상 저장조, 상기 저장된 에어로졸 발생 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는 가열 요소 및 다공성 바디(porous body)를 통해 상기 저장된 에어로졸 발생 기재를 상기 가열 요소로 전달하되, 상기 다공성 바디를 형성하는 복수의 면 중 적어도 일부에 코팅막이 형성된 다공성 윅을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 복수의 면 중 적어도 일부는 상기 에어로졸 발생 기재의 목표 이송 경로와 연관되지 않은 적어도 하나의 면을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 가열 요소는 평면 형태의 가열 패턴을 포함하고, 상기 가열 패턴은 상기 복수의 면 중 적어도 하나의 면에 배치되며, 상기 복수의 면 중 적어도 일부는 상기 가열 패턴이 배치되지 않은 면을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 코팅막은 유리막일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 다공성 바디는 복수의 비드(bead)에 의해 형성될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 다공성 윅의 상부 방향에 배치되고 상기 발생된 에어로졸을 전달하는 기류관을 더 포함하되, 상기 가열 요소는 상기 다공성 윅의 하부에 배치될 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 가열 요소는 평면 형태의 가열 패턴을 포함하고, 상기 가열 패턴은 상기 다공성 바디의 표면으로부터 0㎛ 내지 400㎛ 깊이에 내장될 수 있다.

상술한 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 다공성 윅의 바디를 형성하는 복수의 면들 중에서 목표 이송 경로와 연관되지 않은 일부 면에 코팅막이 형성될 수 있다. 이에 따라, 액상이 목표 이송 경로를 따라 집중 이송될 수 있으며, 다공성 윅의 액상 공급 능력과 증기화기(또는 에어로졸 발생 장치)의 무화량이 크게 증대될 수 있다.

또한, 복수의 비드를 패킹하여 윅을 제조함으로써, 공극(pore) 크기 및/또는 분포가 균일한 다공성 윅이 형성될 수 있다. 이에 따라, 균일한 액상 이송 속도 및 이송량이 보장될 수 있으며, 증기화기(또는 에어로졸 발생 장치)의 무화량도 균일하게 유지될 수 있다. 나아가, 다공성 윅의 탄화 현상은 최소화될 수 있다.

본 개시의 기술적 사상에 따른 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기의 예시적인 구성도다.
도 2는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기의 예시적인 분해도이다.
도 3 내지 도 5는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따라 다공성 윅의 액상 이송 경로를 제어하는 방법을 예시한다.
도 6은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 다공성 윅의 제조 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 비드 사이즈와 다공성 윅의 액상 이송 속도에 관한 실험 결과를 도시한다.
도 8은 비드 사이즈와 다공성 윅의 강도에 관한 실험 결과를 도시한다.
도 9 내지 도 11은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기가 적용될 수 있는 에어로졸 발생 장치를 나타내는 예시적인 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 기술적 사상은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 개시에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 개시의 다양한 실시예들에 대한 설명에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 몇몇 용어들에 대하여 명확하게 하기로 한다.

본 명세서에서, "에어로졸 발생 기재"는 에어로졸(aerosol)을 발생시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 에어로졸은 휘발성 화합물을 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 기재는 고체 또는 액상일 수 있다.

예를 들면, 고체의 에어로졸 발생 기재는 판상엽 담배, 각초, 재구성 담배 등 담배 원료를 기초로 하는 고체 물질을 포함할 수 있으며, 액상의 에어로졸 발생 기재는 니코틴, 담배 추출물 및/또는 다양한 향미제를 기초로 하는 액상 조성물을 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시의 범위가 상기 열거된 예시에 한정되는 것은 아니다.

보다 구체적인 예로서, 액상의 에어로졸 발생 기재는 프로필렌글리콜(PG) 및 글리세린(GLY) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 에어로졸 발생 기재는 니코틴, 수분 및 가향 물질 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 에어로졸 발생 기재는 계피, 캡사이신 등의 다양한 첨가 물질을 더 포함할 수도 있다. 에어로졸 발생 기재는 유동성이 큰 액체 물질뿐만 아니라 젤 또는 고형분 형태의 물질을 포함할 수도 있다. 이와 같이, 에어로졸 발생 기재의 조성 성분은 실시예에 따라 다양하게 선택될 수 있으며, 그 조성 비율 또한 실시예에 따라 달라질 수 있다. 이하의 명세서에서, "액상"은 액상의 에어로졸 발생 기재를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.

본 명세서에서, "에어로졸 발생 장치"는 사용자의 입을 통해 사용자의 폐로 직접적으로 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸 발생 기재를 이용하여 에어로졸을 발생시키는 장치를 의미할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 예를 들어 증기화기를 이용하는 액상형 에어로졸 발생 장치, 증기화기와 궐련을 함께 이용하는 하이브리드형 에어로졸 발생 장치를 포함할 수 있다. 단, 이외에도 다양한 유형의 에어로졸 발생 장치가 더 포함될 수 있어서, 본 개시의 범위가 상기 열거된 예시에 한정되는 것은 아니다. 에어로졸 발생 장치의 몇몇 예시에 대해서는 도 9 내지 도 11을 참조하도록 한다.

본 명세서에서, "퍼프(puff)"는 사용자의 흡입(inhalation)을 의미하며, 흡입이란 사용자의 입이나 코를 통해 사용자의 구강 내, 비강 내 또는 폐로 끌어 당기는 상황을 의미할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 다양한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기(1)를 나타내는 예시적인 구성도이고, 도 2는 증기화기(1)를 나타내는 예시적인 분해도이다. 도 1에서, 점선의 화살표는 공기 또는 에어로졸의 전달 경로를 나타낸다.

도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 증기화기(1)는 상부 케이스(11), 기류관(12), 액상 저장조(13), 윅 하우징(14), 다공성 윅(15), 가열 요소(16) 및 하부 케이스(17)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1에는 본 개시의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 개시가 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 구성요소(11 내지 17) 모두가 증기화기(1)의 필수적인 구성요소가 아닐 수도 있다. 즉, 본 개시의 다른 몇몇 실시예들에서는, 도 1에 도시된 구성요소 중 적어도 일부가 생략되거나 다른 구성 요소로 대체될 수도 있다. 이하, 증기화기(1)의 각 구성요소에 대하여 설명하도록 한다.

상부 케이스(11)는 증기화기(1)의 상부를 덮는 덮개 또는 하우징 역할을 할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상부 케이스(11)는 마우스피스의 역할을 겸할 수도 있다.

다음으로, 기류관(12)은 공기 및/또는 에어로졸에 대한 기류 패스의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 가열 요소(16)에 의해 생성된 에어로졸은 가류관(12)을 통해 상부 케이스 방향으로 배출되어 사용자에게 흡입될 수 있다. 다만, 도 1은 사용자의 흡인이 증기화기(1)의 상단 방향으로 이루어지는 것을 가정하고 있을 뿐이며, 에어로졸 발생 장치 및/또는 기류관(12)의 설계 방식에 따라 기류관(12)의 형태와 전달 경로는 변형될 수 있다.

다음으로, 액상 저장조(13)는 내부에 소정의 공간을 구비하고, 해당 공간에 액상의 에어로졸 발생 기재를 저장할 수 있다. 또한, 액상 저장조(13)는 저장된 에어로졸 발생 기재를 다공성 윅(15)을 통해 가열 요소(16)로 공급할 수 있다.

다음으로, 윅 하우징(14)은 액상 저장조(13)와 다공성 윅(15) 사이에 배치되고, 다공성 윅(15)의 적어도 일부를 감싸고 있는 하우징을 의미할 수 있다.

다음으로, 다공성 윅(15)은 다공성 바디(porous body)를 통해 액상 저장조(13)에 저장된 에어로졸 발생 기재를 흡수하고 이를 가열 요소(16)로 전달할 수 있다. 도 1 및 도 2는 다공성 윅(15)이 H 유사 형상의 다공성 바디를 갖는 것을 예로써 도시하고 있으나, 다공성 윅(15)은 다양한 형태로 설계되고 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 3 등의 도면에 도시된 바와 같이, 다공성 윅(15)은 직육면체 유사 형상의 다공성 바디를 갖도록 구현될 수도 있다.

몇몇 실시예들에서, 다공성 바디의 적어도 일부에는 코팅막이 형성되어 있을 수 있다. 바람직하게는, 다공성 바디를 형성하는 복수의 면들 중에서 액상의 목표 이송 경로와 연관되지 않은 면에 코팅막이 형성될 수 있다. 이때, 코팅막은 액상 이동을 차단하거나 제한하는 역할을 수행할 수 있다. 그렇게 함으로써, 액상 이송이 목표 이송 경로로 집중될 수 있기 때문이다. 본 실시예에 관하여서는, 추후 도 3 내지 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

또한, 몇몇 실시예들에서, 다공성 바디는 복수의 비드(bead)들에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 비드를 스피어 패킹(sphere packing)하여 다공성 바디가 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 비드를 패킹하여 다공성 바디를 형성함으로써, 공극 분포가 균일한 다공성 윅이 제조될 수 있으며, 이에 따라 다공성 윅의 액상 이송 속도와 이송량의 균일성이 보장될 수 있다. 본 실시예에 관하여서는, 추후 도 6 내지 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

다시, 도 1 및 도 2를 참조하여 증기화기(1)의 구성요소에 대한 설명을 이어가도록 한다.

몇몇 실시예들에서, 가열 요소(16)는 평평한 형태의 가열 패턴 및 배터리(미도시)로부터 전기를 공급받기 위한 단자를 포함할 수 있다(도 2 참조). 가열 패턴은 다공성 윅(15) 바디의 하부에 부착되거나 내장되어, 바텀 히팅(bottom heating) 방식으로 흡수된 액상을 가열할 수 있다. 이와 같은 경우, 가열 요소(16)가 다공성 윅(15)에 흡수된 액상을 고르게 가열할 수 있기 때문에, 에어로졸 발생량(즉, 무화량)이 크게 증대될 수 있다. 가열에 의해 발생된 에어로졸은 상부 방향에 배치된 기류관(12)을 통해 사용자에게 흡입될 수 있다.

또한, 몇몇 실시예들에서, 상기 단자는 다공성 윅(15) 바디의 양 측면에 밀착되는 형태로 배치될 수 있다(도 2 참조). 이와 같은 경우, 가열 요소(16)가 차지하는 공간이 최소화될 수 있으며, 단자가 기류를 방해하여 에어로졸 발생량이 감소되는 문제가 완화될 수 있다.

또한, 몇몇 실시예들에서, 상기 가열 패턴은 다공성 윅(15) 바디의 하부 표면으로부터 0 내지 400㎛ 거리(깊이)에 내장될 수 있다. 이러한 수치 범위에서, 에어로졸 발생량은 최대화되고 윅의 파손 현상은 최소화될 수 있다.

다음으로, 하부 케이스(17)는 하부에 위치한 하우징이자, 증기화기(1)의 하부와 다공성 윅(15), 가열 요소(16) 등을 지지하는 역할을 할 수 있다.

몇몇 실시예들에서는, 공기가 가열 요소(16) 쪽으로 원활하게 유입될 수 있도록 하부 케이스(17)에 공기홀 또는 기류관이 포함될 수 있다(도 1 참조).

또한, 몇몇 실시예들에서, 하부 케이스(17)에는 가열 요소(16)의 단자와 배터리(미도시)를 전기적으로 연결하기 위한 연결 단자가 포함될 수 있다(도 1 참조).

지금까지, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 증기화기(1)에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 다공성 윅(15)의 액상 이송 경로를 제어하는 방법에 대하여 설명하도록 한다. 이해의 편의를 제공하기 위해 다공성 윅(15)이 직육면체 형상의 바디를 갖는다고 가정하여 설명을 이어가도록 한다.

본 개시의 몇몇 실시예들에 따르면, 다공성 윅(15)의 액상 이송 경로를 제어하기 위해 다공성 윅(15) 바디의 적어도 일부에 코팅막이 형성될 수 있다. 보다 자세하게는, 목표 이송 경로를 따라 액상이 이송되도록 제어하기 위해, 다공성 윅(15) 바디를 형성하는 복수의 면 중 적어도 일부에 코팅막이 형성될 수 있다.

여기서, 코팅막은 액상의 이송(e.g. 유입, 유출)을 차단하거나 제한하는 역할을 수행할 수 있으며, 코팅막의 형성 위치는 액상의 목표 이송 경로(또는 이송 방향)에 기초하여 결정될 수 있다. 예컨대, 코팅막은 다공성 윅(15) 바디를 형성하는 복수의 면들 중에서 목표 이송 경로와 연관되지 않은 면에 형성될 수 있다. 보다 이해의 편의를 제공하기 위해 도 3 내지 도 5에 도시된 예를 참조하여 부연 설명하도록 한다. 도 3내지 도 5의 우측에 도시된 전개도는 좌측의 다공성 윅(15)을 평면 상에 전개한 것이다.

예를 들어, 액상의 목표 이송 방향이 도 3에 도시된 바와 같다고 가정하자. 이와 같은 경우, 목표 이송 경로는 다공성 윅(15) 바디를 형성하는 복수의 면들(151 내지 156) 중에서 2개의 면(152, 154)을 통과하게 된다. 따라서, 목표 이송 경로와 연관된 면은 면(152, 154)이 되며, 이를 제외한 다른 면(151, 153, 155, 156)에 코팅막이 형성될 수 있다. 그렇게 함으로써, 액상의 이송이 목표 이송 경로를 따르도록 제어될 수 있기 때문이다. 참고로, 목표 이송 경로의 종착지는 가열 요소(16)가 존재하는 곳이므로, 가열 요소(16)와 연관된 면(154)은 목표 이송 경로와 연관될 수 밖에 없다.

다른 예로서, 액상의 목표 이송 방향이 도 4에 도시된 바와 같다고 가정하자. 이와 같은 경우, 목표 이송 경로는 다공성 윅(15) 바디를 형성하는 복수의 면들(151 내지 156) 중에서 3개의 면(154 내지 156)을 통과하게 된다. 따라서, 목표 이송 경로와 연관된 면은 면(154 내지 156)이 되며, 이를 제외한 다른 면(152, 155, 156)에 코팅막이 형성될 수 있다. 그렇게 함으로써, 액상의 이송이 목표 이송 경로를 따르도록 제어될 수 있기 때문이다.

또 다른 예로서, 목표 이송 방향이 도 5에 도시된 바와 같다고 가정하자. 이와 같은 경우, 목표 이송 경로는 다공성 윅(15) 바디를 형성하는 복수의 면들(151 내지 156) 중에서 3개의 면(151, 153, 154)을 통과하게 된다. 따라서, 목표 이송 경로와 연관된 면은 면(15, 153, 154)이 되며, 이를 제외한 다른 면(152, 155, 156)에 코팅막이 형성될 수 있다. 그렇게 함으로써, 액상의 이송이 목표 이송 경로를 따르도록 제어될 수 있기 때문이다.

앞서 언급한 바와 같이, 코팅막은 액상의 이송을 제한할 수 있는 물질 또는 방수성 물질에 의해 형성될 수 있으며, 그 종류는 실시예에 따라 달라질 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 코팅막은 유리막일 수 있다. 본 실시예에서, 다공성 윅(15)은 소성을 통해 다공성 바디를 형성하는 1차 소성 과정과 유리 프릿(frit)을 다공성 윅(15) 바디의 외면에 도포하고 소성하는 2차 소성 과정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 다공성 바디의 소성 온도보다 낮은 융점을 갖는 유리 프릿을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 유리 프릿의 융점이 다공성 구조체의 소성 온도보다 높은 경우, 2차 소성 과정에서 다공성 바디의 외면이 용융되는 현상이 발생될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 다공성 바디의 소성 온도는 800도를 상회하는 것이 바람직할 수 있고, 유리 프릿의 융점은 600도 내지 800도인 것이 바람직할 수 있다.

다른 몇몇 실시예들에서, 코팅막은 폴리이미드 코팅막일 수 있다.

또 다른 몇몇 실시예들에서, 코팅막은 발수 코팅막일 수 있다.

또 다른 몇몇 실시예들에서, 코팅막은 앞선 실시예들의 조합에 기초한 것일 수도 있다. 예를 들어, 코팅막은 유리막과 발수 코팅막을 포함하는 이중막의 형태로 구현될 수도 있는데, 이러한 경우 코팅막의 방수 성능이 더욱 향상될 수 있다.

또 다른 몇몇 실시예들에서, 코팅막은 액체의 투과를 선택적으로 차단하는 멤브레인(membrane) 소재로 구현될 수도 있다.

지금까지 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따라 다공성 윅(15)의 액상 이송 경로를 제어하는 방법에 대하여 설명하였다. 상술한 방법에 따르면, 다공성 윅(15)의 바디를 형성하는 복수의 면들 중에서 목표 이송 경로와 연관되지 않은 일부 면에 코팅막이 형성될 수 있다. 이에 따라, 액상이 목표 이송 경로를 따라 집중 이송되도록 제어될 수 있으며, 다공성 윅(15)의 액상 공급 능력과 증기화기(1)(또는 에어로졸 발생 장치)의 무화량이 크게 증대될 수 있다.

이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 비드 집합체 기반의 다공성 윅(15)에 대하여 설명하도록 한다.

도 6은 다공성 윅(15)의 제조 과정을 예시하고 있다.

도 6에 예시된 바와 같이, 복수의 비드(20)를 패킹(packing)하여 다공성 윅(15-1, 15-2)이 제조될 수 있다. 예를 들어, 복수의 비드(20)를 스피어 패킹(sphere packing)하고 소성함으로써, 다공성 윅(15-1, 15-2)의 바디가 형성될 수 있다. 비드의 패킹 구조는 예를 들어 체심입방구조(Body-Centered Cubic; BCC), 면심입방구조(Face-Centered Cubic) 등이 될 수 있다. 그러나, 이외에도 다양한 패킹 구조가 활용될 수 있어서, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 면심입방구조와 체심입방구조는 이미 당해 기술 분야에 널리 알려진 스피어 패킹 구조이므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

다공성 윅(15)이 비드 집합체로 제조되는 경우, 다공도(공극률), 공극(pore) 사이즈, 공극 분포 등이 비드 사이즈, 패킹 방식 및/또는 패킹 구조에 기초하여 용이하게 제어될 수 있다. 예컨대, 다공도가 기준치 이상이고 균일한 공극 분포를 갖는 다공성 윅이 용이하게 제조될 수 있으며, 제조된 다공성 윅은 액상 이송 속도와 이송량의 균일성을 보장할 수 있다.

다공성 윅의 기반이 되는 비드의 소재는 다양할 수 있다. 예를 들어, 비드의 소재는 세라믹일 수 있고, 세라믹 비드는 글라스(glass) 세라믹 비드 또는 알루미나(alumina) 세라믹 비드를 포함할 수 있다. 그러나, 이외에도 다른 소재의 비드가 활용될 수 있어서, 본 개시에 범위가 상기 열거된 예시에 한정되는 것은 아니다.

한편, 비드의 사이즈(e.g. 직경)는 액상 이송 속도와 윅 강도와 연관되기 때문에, 비드의 사이즈를 적절하게 결정하는 것이 중요할 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8의 실험 결과에 나타난 바와 같이, 비드의 직경이 증가하면 윅의 액상 이송 속도가 증가하는 반면 윅의 강도는 감소할 수 있다. 이는 비드의 직경이 증가하면 공극의 크기도 커지고, 단위 부피당 비드 수는 감소하여 소결(sintering) 시 접촉계면의 수가 감소하기 때문이다. 따라서, 적정한 윅 강도와 액상 이송 속도를 함께 달성하기 위해서는, 비드의 사이즈를 적절하게 결정하는 것이 중요할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 비드의 직경은 10㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 바람직하게는, 비드의 직경은 30㎛ 내지 270㎛, 50㎛ 내지 250㎛일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 비드의 직경은 60㎛ 내지 100㎛, 65㎛ 내지 90㎛, 70㎛ 내지 95㎛, 75㎛ 내지 90㎛, 80㎛ 내지 95㎛, 75㎛ 내지 85㎛ 또는 75㎛ 내지 80㎛일 수 있다. 이러한 수치 범위에서, 적절한 강도를 갖는 다공성 윅이 제조될 수 있으며, 액상 이송 속도도 섬유 묶음(fiber bundle) 기반 윅보다 개선될 수 있다.

또한, 몇몇 실시예들에서, 다공성 윅을 형성하는 복수의 비드에 대한 직경 분포는 평균 직경 대비 30% 이내의 오차 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 복수의 비드의 직경 분포는 25%, 23% 또는 21% 이내의 오차 범위를 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 복수의 비드의 직경 분포는 20%, 18%, 16%, 14%, 12% 또는 10% 이내의 오차 범위를 갖을 수 있다. 더욱 더 바람직하게는, 복수의 비드의 직경 분포는 8%, 6% 또는 5% 이내의 오차 범위를 가질 수 있다. 동일한 직경을 갖는 비드를 연속적으로 제조하는 것은 쉽지 않기 때문에, 이러한 오차 범위 내에서 다공성 윅 제조에 소요되는 비용과 난이도가 크게 경감될 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 오차 범위를 갖는 복수의 비드를 패킹(packing)하여 다공성 윅을 제조하는 경우, 비드 간에 접촉 면적이 증가하여 윅의 강도가 향상되는 효과도 달성될 수 있다.

이외에도, 비드의 사이즈 및/또는 패킹 구조는 타깃(target) 에어로졸 발생 기재의 점도에 더 기초하여 결정될 수 있다. 점도가 높은 에어로졸 발생 기재에 대해 적정한 액상 이송 속도를 보장하기 위해서는, 윅의 다공도를 증가시킬 필요가 있기 때문이다. 여기서, 타깃 에어로졸 발생 기재는 액상 저장조에 보관될 기재를 의미할 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, 타깃 에어로졸 발생 기재의 점도에 기초하여 비드 사이즈의 오차 범위가 조절될 수도 있다. 예를 들어, 타깃 에어로졸 발생 기재의 점도가 기준치 이상인 경우, 비드 사이즈의 오차 범위가 감소될 수 있다. 비드 사이즈의 오차 범위가 작아지면, 공극의 크기가 커져 액상 이송 속도가 증가할 수 있기 때문이다. 반대의 경우라면, 비드 사이즈의 오차 범위는 증가될 수 있다.

비드 집합체로 다공성 윅을 구현하는 경우, 다음과 같은 다양한 이점들을 얻을 수 있다.

첫번째 이점은, 균일한 공극 크기 및 분포를 갖는 다공성 윅이 용이하게 제조될 수 있고 윅의 품질 편차도 최소화될 수 있다는 점이다. 또한, 제조된 다공성 윅은 액상 이송 속도와 이송량의 균일성을 보장할 수 있어 탄맛이 발현되거나 윅이 파손되는 현상도 최소화할 수 있다.

두번째 이점은, 다공성 윅의 물리적 특성(e.g. 다공도, 공극의 크기, 공극의 분포, 강도)이 손쉽게 제어될 수 있다는 점이다. 다공성 윅의 물리적 특성은 액상 이송 능력(e.g. 이송 속도, 이송량)과 밀접하게 연관되기 때문에, 이는 곧 윅의 액상 이송 능력이 제어될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 비드의 사이즈, 패킹 방식 및/또는 패킹 구조 등의 제어 가능 인자를 조절함으로써 다공성 윅의 액상 이송 능력이 제어될 수 있다.

한편, 에어로졸 발생 장치의 무화량(즉, 에어로졸 발생량)은 가열 요소의 성능(e.g. 발열량)과 윅의 액상 이송 능력에 의존하는데, 가열 요소의 성능이 우수하더라도 윅의 액상 이송 능력이 뒤떨어지면 순간적인 액상 고갈로 인해 액상이 타버릴 수 있다. 또한, 윅의 액상 이송 능력이 가열 요소의 성능을 상회하는 경우, 기화되지 못한 액상이 윅 표면에 남아 누액 현상을 야기할 수 있다. 따라서, 윅의 액상 이송 속도와 가열 요소의 성능이 균형 있게 제어되는 것이 중요한데, 가열 요소의 성능은 쉽게 제어될 수 있지만, 윅의 액상 이송 능력을 제어하는 것은 쉽지 않은 문제이다. 이러한 점에서, 비드 집합체로 구현된 다공성 윅은 액상 이송 능력을 손쉽게 제어할 수 있어, 무화량을 가장 효과적으로 증대시킬 수 있다.

한편, 본 개시의 다른 몇몇 실시예들에서는, 코팅막을 이용하지 않고 다공성 윅(15)의 비드 사이즈, 패킹 구조 등을 달리함으로써 액상 이송 경로가 제어될 수도 있다.

예를 들어, 다공성 윅(15)의 바디를 형성하는 복수의 면들 중에서 목표 이송 경로와 연관이 없는 면들에 더 작은 사이즈의 비드가 적용될 수 있다. 이러한 경우, 목표 이송 경로와 연관이 없는 면들의 공극 크기가 작아지기 때문에, 목표 이송 경로와 연관이 없는 방향으로 액상이 이송되는 것이 제한될 수 있다.

다른 예로서, 다공성 윅(15)의 바디를 형성하는 복수의 면들 중에서 목표 이송 경로와 연관이 없는 면들에 더 조밀한 패킹 구조가 적용될 수 있다. 이러한 경우, 목표 이송 경로와 연관이 없는 면들의 다공도가 작아지기 때문에, 목표 이송 경로와 연관이 없는 방향으로 액상이 이송되는 것이 제한될 수 있다.

또 다른 예로서, 다공성 윅(15)의 바디를 형성하는 복수의 면들 중에서 목표 이송 경로와 연관이 없는 면들에 사이즈의 오차범위가 더 큰 비드 집합이 적용될 수 있다. 이러한 경우, 목표 이송 경로와 연관이 없는 면들의 다공도와 공극 크기가 작아지기 때문에, 목표 이송 경로와 연관이 없는 방향으로 액상이 이송되는 것이 제한될 수 있다.

지금까지 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 비드 집합체 기반의 다공성 윅(15)에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 도 9 내지 도 11를 참조하여 실시예에 따른 증기화기(1)가 적용될 수 있는 에어로졸 발생 장치(100-1 내지 100-3)에 대하여 설명하도록 한다.

도 9 내지 도 11은 에어로졸 발생 장치(100-1 내지 100-3)을 나타내는 예시적인 블록도이다. 구체적으로, 도 9는 액상형 에어로졸 발생 장치(100-1)를 예시하고 있고, 도 10 및 도 11은 액상과 궐련을 함께 이용하는 하이브리드형 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)를 예시하고 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(100-1)는 마우스 피스(110), 증기화기(1), 배터리(130) 및 제어부(120)를 포함할 수 있다. 단, 이는 본 개시의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예일뿐이며, 필요에 따라 일부 구성 요소가 추가되거나 생략될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 9에 도시된 에어로졸 발생 장치(100-1)의 각각의 구성 요소들은 기능적으로 구분되는 기능 요소들을 나타낸 것으로서, 복수의 구성 요소가 실제 물리적 환경에서는 서로 통합되는 형태로 구현되거나, 단일 구성 요소가 복수의 세부 기능 요소로 분리되는 형태로 구현될 수도 있다. 이하, 에어로졸 발생 장치(100-1)의 각 구성 요소에 대하여 설명하도록 한다.

마우스피스(110)는 에어로졸 발생 장치(100-1)의 일단에 위치하고, 증기화기(1)로부터 발생된 에어로졸을 흡입하기 위해 사용자의 구부와 접촉될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 마우스피스(110)는 증기화기(1)의 일 구성요소일 수도 있다.

다음으로, 증기화기(1)는 액상의 에어로졸 발생 기재를 기화시켜 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 중복된 설명을 배제하기 위해, 증기화기(1)에 대한 설명은 생략하도록 한다.

다음으로, 배터리(130)는 에어로졸 발생 장치(100-1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 배터리(130)는 증기화기(1)의 가열 요소(16)가 에어로졸 발생 기재를 가열할 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(120)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.

또한, 배터리(130)는 에어로졸 발생 장치(100-1)에 설치된 디스플레이(미도시), 센서(미도시), 모터(미도시) 등의 전기적 구성요소가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.

다음으로, 제어부(120)는 에어로졸 발생 장치(100-1)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 증기화기(1) 및 배터리(130)의 동작을 제어할 수 있고, 에어로졸 발생 장치(100-1)에 포함된 다른 구성요소들의 동작도 제어할 수 있다. 제어부(120)는 배터리(130)가 공급하는 전력, 증기화기(1)에 포함된 가열 요소(16)의 가열 온도 등을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(120)는 에어로졸 발생 장치(100-1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 발생 장치(100-1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.

제어부(120)는 적어도 하나의 프로세서(processor)에 의해 구현될 수 있다. 상기 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 제어부(120)가 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 자명하게 이해할 수 있다.

한편, 몇몇 실시예들에서, 에어로졸 발생 장치(100-1)는 사용자 입력을 수신하기 위한 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입력부는 스위치 또는 버튼으로 구현될 수 있으나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서, 제어부(120)는 입력부를 통해 수신된 사용자 입력에 응답하여 에어로졸 발생 장치(100-1)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 사용자가 스위치 또는 버튼을 작동시킴에 따라 에어로졸이 발생되도록 에어로졸 발생 장치(100-1)를 제어할 수 있다.

이하에서는, 도 10 및 도 11을 참조하여 하이브리드형 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)에 대하여 간략하게 설명하도록 한다.

도 10은 증기화기(1)와 궐련(150)이 병렬로 배치된 에어로졸 발생 장치(100-2)를 예시하고 있고, 도 11은 증기화기(1)와 궐련(150)이 직렬로 배치된 에어로졸 발생 장치(100-3)를 예시하고 있다. 그러나, 본 개시의 실시예에 따른 증기화기(1)가 적용되는 에어로졸 발생 장치의 내부 구조는 도 10 및 도 11에 예시된 것에 한정되는 것은 아니며, 설계 방식에 따라 구성요소의 배치는 변경될 수 있다.

도 10 또는 도 11에서, 에어로졸 발생 장치(100-2, 100-3)는 궐련(150)을 가열하는 히터(140)를 더 포함할 수 있다. 히터(140)는 궐련(150)의 주변에 배치되어 궐련(150)을 가열할 수 있다. 히터(140)는 예를 들어 전기 저항성 히터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 히터(140) 또는 히터(140)의 가열 온도는 제어부(120)에 의해 제어될 수 있다. 증기화기(1)에서 발생된 에어로졸은 궐련(150)을 통과하여 사용자의 구부로 흡입될 수 있다.

지금까지 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예에 따른 증기화기(1)가 적용될 수 있는 다양한 유형의 에어로졸 발생 장치(100-1 내지 100-3)에 대하여 설명하였다.

이상에서, 본 개시의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 개시의 기술적 사상이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 개시의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들을 설명하였지만, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 개시가 다른 구체적인 형태로도 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시에 의해 정의되는 기술적 사상의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 증기화기 11: 상부 케이스
12: 기류관 13: 액상 저장조
14: 윅하우징 15: 다공성 윅
16: 가열 요소 17: 하부 케이스
100-1, 100-2, 100-3: 에어로졸 발생 장치
110: 마우스피스 120: 제어부
130: 배터리 140: 히터
150: 궐련

Claims (12)

1. 액상의 에어로졸 발생 기재를 저장하는 액상 저장조;
   상기 저장된 에어로졸 발생 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는 가열 요소; 및
   다공성 바디(porous body)를 통해 상기 저장된 에어로졸 발생 기재를 상기 가열 요소로 전달하되, 상기 다공성 바디를 형성하는 복수의 면 중 적어도 일부에 코팅막이 형성된 다공성 윅을 포함하는,
   증기화기.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 면 중 적어도 일부는 상기 에어로졸 발생 기재의 목표 이송 경로와 연관되지 않은 적어도 하나의 면을 포함하는,
   증기화기.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 가열 요소는 평면 형태의 가열 패턴을 포함하고,
   상기 가열 패턴은 상기 복수의 면 중 적어도 하나의 면에 배치되며,
   상기 복수의 면 중 적어도 일부는 상기 가열 패턴이 배치되지 않은 면을 포함하는,
   증기화기.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 코팅막은 방수성 물질에 의해 형성되는,
   증기화기.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 코팅막은 유리막인,
   증기화기.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 다공성 윅은,
   상기 다공성 바디를 소성하는 1차 소성 과정 및 유리 프릿(frit)을 상기 적어도 일부에 도포하고 소성하는 2차 소성 과정을 통해 제조되는,
   증기화기.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 다공성 바디는 복수의 비드(bead)에 의해 형성되는,
   증기화기.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 비드는 세라믹 비드인,
   증기화기.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 비드의 직경은 70㎛ 내지 100㎛인,
   증기화기.
10. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 비드의 직경 분포는 평균 직경 대비 20% 이내의 오차 범위를 갖는,
    증기화기.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 다공성 윅의 상부 방향에 배치되고 상기 발생된 에어로졸을 전달하는 기류관을 더 포함하되,
    상기 가열 요소는 상기 다공성 윅의 하부에 배치되는,
    증기화기.
12. 제1 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 평면 형태의 가열 패턴을 포함하고,
    상기 가열 패턴은 상기 다공성 바디의 표면으로부터 0㎛ 내지 400㎛ 깊이에 내장되는,
    증기화기.

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