KR20210108152A - 카트리지 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

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KR20210108152A
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Abstract

카트리지는 액상부, 액상부의 일 측에 배치되어 액상부를 가열하는 제 1 히터, 매질부, 및 매질부의 적어도 일부를 감싸며 매질부를 가열하는 제 2 히터를 포함하고, 제 1 히터는 다공성으로 형성되고, 제 1 히터 및 제 2 히터는 유도 가열형 히터이고, 액상부가 가열되어 생성된 에어로졸은 다공성의 제 1 히터를 통과하여 매질부를 향하여 유동하고, 매질부를 통과한 에어로졸은 매질부의 일 측 단부에서 배출된다.

Description

카트리지 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치{Cartridge and Aerosol generating device comprising the same}
실시예들은 카트리지 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 유도 가열형 히터를 통하여 에어로졸을 생성하는 카트리지, 카트리지와 유도 자기장을 발생시키는 유도 코일을 갖는 본체부를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 거이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 또는 카트리지 내의 에어로졸 생성 물질을 가열함에 따라 에어로졸을 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 가열식 궐련 또는 가열식 카트리지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
에어로졸 생성 장치는 히터를 통하여 에어로졸 생성 물품을 가열하고, 사용자는 가열된 에어로졸 생성 물품을 통하여 에어로졸을 흡입한다. 이때, 종래의 에어로졸 생성 장치는 하나의 히터를 통하여 에어로졸을 생성하거나, 복수 개의 히터를 개별적으로 제어함으로써 에어로졸을 생성하였다.
하나의 히터 또는 복수 개의 히터를 개별적으로 제어하는 종래의 에어로졸 생성 장치는 에어로졸 생성 장치 내에서의 열 교환이 부족해 탄 맛과 같은 부정적인 향미를 발생시킬수 있고, 에어로졸을 생성시키기 위한 온도까지 도달하기 위한 가열 시간이 길어 사용자에게 불편함을 야기시킬 수 있었다.
실시예들은 유도 자기장을 발생시키는 유도 코일에 의해 제어되는 복수 개의 유도 가열형 히터를 통하여 에어로졸을 생성하는 카트리지를 제공한다.
또한 실시예들은 카트리지 및 카트리지를 수용하며 유도 코일을 갖는 본체부를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 제공한다.
본 실시예들이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
실시예들에 관한 카트리지는 액상부; 상기 액상부의 일 측에 배치되어 상기 액상부를 가열하는 제 1 히터; 매질부; 및 상기 매질부의 적어도 일부를 감싸며 상기 매질부를 가열하는 제 2 히터;를 포함하되, 상기 제 1 히터는 다공성으로 형성되고, 상기 제 1 히터 및 상기 제 2 히터는 유도 가열형 히터이고, 상기 액상부가 가열되어 생성된 에어로졸은 다공성의 상기 제 1 히터를 통과하여 상기 매질부를 향하여 유동하고, 상기 매질부를 통과한 상기 에어로졸은 상기 매질부의 일 측 단부에서 배출된다.
상기 매질부는 상기 제 2 히터에 의해 가열되어 상기 매질부를 통과하는 상기 에어로졸에 향미를 부가할 수 있다.
상기 매질부는 상기 제 1 히터로부터 상기 카트리지의 길이 방향에 대해 이격 배치될 수 있다.
상기 액상부는 액상 조성물을 저장하는 저장조로 형성될 수 있다.
상기 액상부는 액상 조성물을 함유하는 권지로 형성될 수 있다.
상기 카트리지를 수용하며, 상기 카트리지의 상기 제 1 히터 및 상기 제 2 히터를 가열시키도록 유도 자기장을 발생시키는 유도 코일을 갖는 본체부;를 포함할 수 있다.
상기 유도 코일은 상기 제 1 히터 및 상기 제 2 히터 모두에 유도 자기장을 인가시키도록 상기 본체부의 길이 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제 1 히터와 상기 제 2 히터는 상기 에어로졸 생성 장치의 예열 모드 시 60 도 내지 150 도로 가열될 수 있다.
상기 에어로졸 생성 장치의 가열 모드 시 상기 제 1 히터는 상기 제 2 히터의 온도보다 높은 150 도 내지 300 도로 가열될 수 있다.
상기 매질부는 상기 제 2 히터에 의해 감싸지는 제 1 매질부 및 상기 제 2 히터에 의해 감싸지지 않는 제 2 매질부를 포함하고, 상기 제 2 매질부 주위에는 에어로졸이 배출되는 통공이 형성될 수 있다.
상기 본체부는 마우스피스부를 더 포함하고, 상기 통공을 통과하여 상기 카트리지로부터 배출된 상기 에어로졸은 상기 마우스피스부로 유동하여 사용자에게 전달될 수 있다.
상기 마우스피스부는 상기 액상부를 기준으로 상기 매질부의 반대측에 위치할 수 있다.
상기 카트리지와 상기 유도 코일 사이에는 격벽이 형성되고, 상기 에어로졸은 상기 카트리지와 상기 격벽 사이에 형성된 기류 패스를 통하여 상기 마우스피스부로 유동할 수 있다.
상기 본체부는 사용자의 흡입을 감지하는 퍼프 감지 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 퍼프 감지 센서는 상기 기류 패스 내에 위치할 수 있다.
상기 제 1 히터 전기 저항성 히터이되, 유도 가열될 수 있도록 서셉터 재료를 포함할 수 있다.
실시예들에 관한 카트리지는 복수 개의 유도 가열형 히터를 포함한다. 카트리지의 복수 개의 유도 가열형 히터는 유도 자기장을 발생시키는 유도 코일에 의해 동시에 가열될 수 있다.
복수 개의 히터가 유도 코일에 의하여 동시에 가열됨에 따라 각각의 히터는 소정의 온도로 예열될 수 있다. 이에 따라 각각의 히터가 에어로졸을 생성시키기 위한 온도까지 도달하기 위한 가열 시간을 감소시킬 수 있다. 히터 각각의 가열 시간 감소는 카트리지 내에서 보다 빠른 에어로졸 생성을 가능하게 하고, 사용자가 에어로졸 생성 장치를 사용하기 위한 대기 시간을 감소시켜 편의성을 증가시킬 수 있다.
실시예들에 관한 카트리지에서 생성된 에어로졸은 카트리지 내에서 열 교환이 활발하게 이루어질 수 있다. 이에 따라 카트리지는 풍부한 연무량을 갖는 에어로졸을 생성하여 사용자의 흡연 만족감을 상승시키고 탄 맛과 같은 부정적인 향미가 에어로졸에 함유되는 것을 방지할 수 있다.
실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치는 상술한 카트리지 및 본체를 포함한다. 이때, 카트리지에서 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 장치 내의 기류 패스를 통과하여 사용자에게 제공된다. 에어로졸 생성 장치는 퍼프 감지 센서를 포함할 수 있는데, 퍼프 감지 센서를 사용할 경우 카트리지의 히터의 응답 속도를 증가시켜 에어로졸의 생성 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1a는 실시예들에 관한 카트리지의 일 양태로서의 단면도이다.
도 1b는 실시예들에 관한 카트리지의 다른 양태로서의 사시도이다.
도 2a는 실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치의 투과 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 에어로졸 생성 장치의 단면도이다.
도 3은 실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치 내에서 에어로졸이 흐르는 기류 패스를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
실시예들에서 사용되는 용어는 본 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 실시예들의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 실시예들을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
명세서 전체에서 구성 요소의“길이 방향”은 구성 요소가 구성 요소의 일 방향 축을 따라 연장하는 방향일 수 있으며, 이때 구성 요소의 일 방향 축은 일 방향 축을 가로지르는 타 방향 축보다 구성 요소가 더 길게 연장하는 방향을 의미할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1a는 실시예들에 관한 카트리지(100)의 일 양태로서의 단면도이다.
실시예들에 관한 카트리지(100)는 액상부(110), 액상부(110)의 일 측에 배치되어 액상부(110)를 가열하는 제 1 히터(120), 매질부(130), 및 매질부(130)의 적어도 일부를 감싸며 매질부(130)를 가열하는 제 2 히터(140)를 포함한다.
실시예들에 관한 카트리지(100)는 액상부(110)를 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있다. 액상부(110)는 액상 조성물을 저장하는 저장조로 형성될 수 있다. 액상 조성물은 예를 들어, 발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다. 액상부(110)는 카트리지(100)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 카트리지(100)와 일체로서 제작될 수도 있다.
액상 조성물은 에어로졸 생성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 액상 조성물은 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 더 포함할 수 있다. 또한, 액상 조성물은, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 또는 비타민 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미제는 사용자에게 다양한 향미 또는 풍미를 제공할 수 있는 성분을 포함할 수 있다.
액상부(110)를 가열하는 제 1 히터(120)는 액상 조성물을 가열하기 위한 요소로서 액상부(110)에 인접하게 형성될 수 있다. 일 예시로서, 제 1 히터(120)는 액상부(110) 내의 액상 조성물과 직접 접촉하도록 액상부(110)의 일 측에 형성될 수 있다.
액상부(110)의 일 측 단부는 제 1 히터(120)에 의해 감싸져, 액상부(110)에 저장된 액상 조성물이 제 1 히터(120)로 유동할 수 있다. 이때 액상부(110)의 일 측 단부에는 제 1 히터(120)로 유동할 수 있는 개구가 형성될 수 있으며, 개구의 크기는 필요에 따라 변경될 수 있으며, 예를 들어 개구는 액상부(110)의 일 측 단부 크기와 동일할 수 있다.
제 1 히터(120)가 액상 조성물과 접촉하도록 형성될 때 제 1 히터(120)는 액상 조성물을 흡수하여 소정 기간 함유할 수 있도록 다공성으로 형성될 수 있다. 즉, 제 1 히터(120)는 액상 조성물을 유지함과 동시에 액상 조성물을 가열할 수 있다.
제 1 히터(120)는 복수 개의 통공이 형성된 메쉬(mesh) 형상으로 형성될 수 있다. 액상 조성물은 제 1 히터(120)에 함유된 후 가열되어 에어로졸로 기화되고, 기화된 에어로졸은 다공성의 제 1 히터(120)를 통과할 수 있다.
제 1 히터(120)는 다공성의 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 제 1 히터(120)는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있다. 제 1 히터(120)는 전자기 유도에 의해 가열될 수 있다. 제 1 히터(120)는 접촉된 액상 조성물에 열을 전달하여, 액상 조성물을 가열할 수 있다. 그 결과, 에어로졸이 생성될 수 있다. 제 1 히터(120)는 액상 조성물을 가열하는 카트리지 히터일 수 있다. 제 1 히터(120)는 일반적인 전기 저항성 히터일 수 있으며, 유도 가열될 수 있는 서셉터 재료를 포함할 수 있다.
다른 예시로서, 제 1 히터(120)는 액상부(110) 내의 액상 조성물을 흡수하는 전달 수단과 접촉하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 전달 수단은 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제 1 히터(120)는 접촉 수단을 액상 조성물을 흡수하는 전달 수단을 통하여 액상 조성물과 접촉할 수 있다.
이때, 제 1 히터(120)는 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으며, 제 1 히터(120)는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있고, 전달 수단에 감기는 구조로 배치될 수 있다. 제 1 히터(120)는 전달 수단에 흡수된 액상 조성물에 열을 전달하여, 액상 조성물을 가열할 수 있다. 그 결과, 액상 조성물이 전달 수단으로부터 기화되어 에어로졸이 생성될 수 있다.
실시예들에 관한 카트리지(100)의 제 2 히터(140)는 매질부(130)를 가열할 수 있다. 매질부(130)는 제 2 히터(140)에 의해 가열되어 매질부(130)를 통과하는 에어로졸에 향미를 부가할 수 있다.
매질부(130)는 니코틴을 포함하는 담배 물질을 포함할 수 있다. 또는, 매질부(130)의 니코틴은 담뱃잎을 성형하거나, 재구성함으로써 획득되는 담배 물질에 포함되는 니코틴이 아니라, 자연적으로 발생하는 니코틴 또는 합성 니코틴일 수 있다. 예를 들어, 니코틴은 프리 베이스 니코틴(free base nicotine), 니코틴 염(nicotine salt) 또는 이들의 조합 중 하나를 포함할 수 있다.
매질부(130)는 다양하게 제작될 수 있다. 매질부(130)는 시트(sheet)로 제작될 수도 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또한, 매질부(130)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다.
매질부(130)는 제 1 히터(120)로부터 카트리지(100)의 길이 방향에 대해 이격 배치될 수 있다. 즉, 카트리지(100)에서 액상부(110), 제 1 히터(120), 및 매질부(130)는 카트리지(100)의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다. 액상부(110)와 제 1 히터(120)가 서로 접촉하도록 배치될 때, 매질부(130)와 제 1 히터(120)는 소정 거리만큼 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
제 2 히터(140)는 매질부(130)를 가열할 수 있다. 제 2 히터(140)는 매질부(130)의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 히터(140)는 매질부(130)의 외주를 따라 매질부(130)의 적어도 일부를 감싸며 카트리지(100)의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 이때 제 2 히터(140)가 연장되는 길이는 매질부(130)에 대응되는 길이 영역 내일 수 있다.
제 2 히터(140)는 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 제 2 히터(140)는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있다. 제 2 히터(140)는 전자기 유도에 의해 가열될 수 있다. 제 2 히터(140)는 매질부(130)를 가열하여 매질부(130)가 소정 범위 이상의 온도를 갖도록 할 수 있다.
매질부(130)는 액상부(110)가 가열되어 생성된 에어로졸에 향미를 부가할 수 있다. 매질부(130)는 제 2 히터(140)에 의해 가열될 뿐 아니라, 생성된 에어로졸이 유동하며 전달하는 열에 의하여 가열될 수 있다.
예를 들어, 매질부(130)는 제 2 히터(140)에 의하여 소정 온도 이상으로 가열될 수 있다. 이후, 액상부(110)에 저장된 액상 조성물이 가열되어 생성된 에어로졸이 매질부(130)를 통과할 수 있다. 매질부(130)를 통과하는 에어로졸은 매질부(130)와 열 교환할 수 있으며, 에어로졸과의 열 교환에 의하여 매질부(130)는 니코틴과 같은 향미 물질을 유동하는 에어로졸 내로 방출할 수 있다.
에어로졸 내로 방출된 향미 물질은 에어로졸에 함유되어 향미를 부가할 수 있다. 매질부(130)를 통과한 에어로졸은 이후 매질부(130)의 일 측 단부에서 배출되고, 배출된 에어로졸은 사용자에게 흡수될 수 있다.
도 1b는 실시예들에 관한 카트리지(100)의 다른 양태로서의 사시도이다.
실시예들에 관한 카트리지(100)의 다른 양태에서 카트리지(100)는 궐련으로 형성될 수 있다. 이때, 액상부(110)는 액상 조성물을 함유하는 권지로 형성될 수 있다. 예를 들어 액상부(110)는 권축된 시트로 형성될 수 있으며, 액상 조성물은 권축된 시트에 함침된 상태로 액상부(110)에 포함될 수 있다. 또한, 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질들 및 가향액은 권축된 시트에 흡수된 상태로 액상부(110)에 포함될 수 있다.
액상부(110)를 형성하는 권축된 시트는 고분자 소재로 구성된 시트일 수 있다. 예를 들어, 고분자 소재는 종이, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 라이오셀(lyocell), 폴리락트산(polylactic acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 권축된 시트는 고온으로 가열되더라도 열에 의한 이취가 발생되지 않는 종이 시트일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
권지에 함유되는 액상 조성물은 에어로졸 생성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
액상부(110)를 가열하는 제 1 히터(120)는 액상 조성물을 가열하기 위한 요소로서 액상부(110)에 인접하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 히터(120)는 액상 조성물을 함유하는 권지를 가열할 수 있으며, 권지와 제 1 히터(120)는 서로 접촉할 수 있다.
제 1 히터(120)는 복수 개의 통공이 형성된 다공성의 메쉬(mesh) 형상으로 형성될 수 있다. 액상 조성물은 제 1 히터(120)에 의해 가열되어 에어로졸로 기화되고, 기화된 에어로졸은 다공성의 제 1 히터(120)를 통과할 수 있다.
제 1 히터(120)는 다공성의 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 제 1 히터(120)는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있다. 제 1 히터(120)는 전자기 유도에 의해 가열될 수 있다. 제 1 히터(120)는 접촉된 권지에 열을 전달하고, 가열된 권지에 함유된 액상 조성물이 가열되어 에어로졸이 형성될 수 있다.
실시예들에 관한 카트리지(100)의 다른 양태에서 카트리지(100)가 궐련으로 형성될 때 매질부(130)는 제 2 히터(140)에 의해 가열되어 매질부(130)를 통과하는 에어로졸에 향미를 부가할 수 있다.
도 1b에 도시된 매질부(130) 및 제 2 히터(140)는 도 1a에 도시된 매질부(130) 및 제 2 히터(140)와 구성 및 효과가 동일한 바, 이와 중복되는 범위에서의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
매질부(130)는 제 1 히터(120)로부터 카트리지(100)의 길이 방향에 대해 이격 배치될 수 있다. 이때 제 1 히터(120)와 매질부(130) 사이에는 냉각부(150)가 형성될 수 있다. 냉각부(150)는 예를 들어 셀룰로오스 아세테이트로 제작되며, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형태의 구조물일 수 있다. 냉각부(150)는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 가소제(예를 들어, 트리아세틴)를 가하여 제작될 수 있다.
냉각부(150)는 종이로 제작되며, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형태의 구조물일 수 있다. 다만, 냉각부(150)는 상술한 예에 한정되지 않고, 에어로졸이 냉각되는 기능을 수행할 수 있다면, 제한 없이 해당될 수 있다.
실시예들에 관한 카트리지(100)의 다른 양태에서 카트리지(100)가 궐련으로 형성될 때 매질부(130)의 타 측에는 필터부(160)가 형성될 수 있다. 매질부(130)의 타 측의 매질부(130)를 기준으로 액상부(110)로부터 멀어지는 방향을 의미할 수 있다.
필터부(160)는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 가소제(예를 들어, 트리아세틴)를 가하여 제작될 수 있다. 필터부(160)는 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 일 예로서, 필터부(160)에 가향액이 분사될 수도 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터부(160)의 내부에 삽입될 수도 있다.
또한, 필터부(160)에는 적어도 하나의 캡슐이 포함될 수 있다. 여기에서, 캡슐은 향미를 발생시키는 기능을 수행할 수도 있고, 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 캡슐은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싼 구조일 수 있다. 캡슐은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
매질부(130)의 타 측에는 필터부(160)가 형성될 때, 에어로졸은 필터부(160)를 통하여 사용자에게 흡수될 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물을 함유하는 권지는 제 1 히터(120)에 의해 가열되고, 이후 에어로졸이 형성될 수 있다.
에어로졸은 냉각부(150)를 통과하며 냉각될 수 있다. 매질부(130)는 냉각부(150)를 통과하며 냉각된 에어로졸에 향미를 부가할 수 있다. 매질부(130)는 제 2 히터(140)에 의해 가열될 뿐 아니라, 에어로졸이 유동하며 전달하는 열에 의하여 가열될 수 있다.
매질부(130)를 통과하는 에어로졸은 매질부(130)와 열 교환할 수 있으며, 에어로졸과의 열 교환에 의하여 매질부(130)는 니코틴과 같은 향미 물질을 유동하는 에어로졸 내로 방출할 수 있다.
매질부(130)를 통과한 에어로졸은 이후 필터부(160)를 통과할 수 있다. 필터부(160)는 사용자의 구부와 접촉할 수 있다. 필터부(160)를 통과한 에어로졸은 사용자에게 제공될 수 있다.
도 1b에 도시되어 있지 않지만, 궐련으로 형성된 카트리지(100)는 궐련을 감싸는 래퍼를 포함할 수 있으며, 카트리지(100)의 각 구성은 별도의 래퍼를 포함할 수 있다. 래퍼에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 액상부(110) 및 제 1 히터(120)는 제 1 래퍼에 의해 포장되고, 냉각부(150)는 제 2 래퍼에 의해 포장되고, 매질부(130)는 제 3 래퍼에 의해 포장되고, 필터부(160)는 제 4 래퍼에 의해 포장되고, 제 1 래퍼, 제 2 래퍼, 제 3 래퍼, 및 제 4 래퍼는 제 5 래퍼에 의해 포장될 수 있다.
매질부(130)를 가열하는 제 2 히터(140)는 제 3 래퍼에 의해 포장될 수 있다. 또는, 제 2 히터(140)는 궐련을 감싸는 제 5 래퍼 외부에서 매질부(130)를 감싸도록 형성될 수 있다.
도 2a는 실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치(200)의 투과 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 에어로졸 생성 장치(200)의 단면도이다.
실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치(200)는 카트리지(100) 및 카트리지(100)를 수용하며 카트리지(100)의 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)를 가열시키도록 유도 자기장을 발생시키는 유도 코일(210)을 갖는 본체부를 포함할 수 있다.
에어로졸 생성 장치(200)의 본체부는 카트리지(100)를 수용할 수 있다. 예를 들어, 카트리지(100)는 본체부의 길이 방향을 따라 본체부에 수용되거나, 본체부의 길이 방향을 가로지르는 방향으로 삽입될 수 있다.
본체부는 카트리지(100)의 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)를 가열시키도록 유도 자기장을 발생시키는 유도 코일(210)을 가질 수 있다. 유도 코일(210)은 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140) 모두에 유도 자기장을 인가시키도록 본체부의 길이 방향으로 연장될 수 있다.
본체부의 유도 코일(210)은 카트리지(100)가 수용되는 공간의 측면을 따라 권선되어 유도 자기장을 발생시키고, 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)는 유도 코일(210)의 위치에 대응되는 위치에 배치되어 유도 코일(210)에서 발생된 유도 자기장에 의해 발열할 수 있다. 유도 코일(210)은 카트리지(100)가 수용되는 공간으로부터 소정 거리 이격될 수 있다. 유도 코일(210)과 카트리지(100)의 수용 공간 사이에는 격벽(260)이 형성될 수 있다.
자성체에 교번 자기장이 인가되는 경우, 자성체에는 와류손(eddy current loss) 및 히스테리시스손(hysteresis loss)에 따른 에너지 손실이 발생할 수 있고, 손실되는 에너지가 열에너지로서 자성체로부터 방출될 수 있다. 자성체에 인가되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 클수록 자성체로부터 많은 열에너지가 방출될 수 있다.
실시예들에 따르면, 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)는 유도 자기장에 의해 가열되는 서셉터일 수 있다. 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)는 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)는 페라이트(ferrite), 강자성 합금(ferromagnetic alloy), 스테인리스강(stainless steel) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)는 흑연(graphite), 몰리브덴(molybdenum), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 니오븀(niobium), 니켈 합금(nickel alloy), 금속 필름(metal film), 지르코니아(zirconia) 등과 같은 세라믹, 니켈(Ni)이나 코발트(Co) 등과 같은 전이 금속, 붕소(B)나 인(P)과 같은 준금속 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
도시되지 않았지만, 본체부는 배터리(230) 및 제어부(240)를 포함할 수 있다. 유도 코일(210)은 배터리(230)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 제어부(240)는 유도 코일(210)에 흐르는 전류를 제어함으로써, 자기장을 발생시킬 수 있고, 이 자기장의 영향으로 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)에 유도 전류가 발생할 수 있다. 이러한 유도 가열 현상은 패러데이의 유도 법칙(Faraday's Law of induction) 및 옴의 법칙(Ohm's Law)으로 설명되는 공지된 현상으로서, 전도체 내의 자기 유도가 변화하는 경우 변화되는 전기장이 전도체 내에 생성되는 현상을 의미한다.
위와 같이, 전기장이 전도체 내에 생성됨으로써, 와전류가 옴의 법칙에 따라 전도체 내에 흐르고, 와전류는 전류 밀도 및 전도체 저항에 비례하는 열을 발생시킨다.
다시 말하면, 유도 코일(210)에 전력이 공급되는 경우 유도 코일(210)의 내부에 자기장이 형성될 수 있다. 유도 코일(210)에 배터리(230)로부터 교류 전류가 인가되는 경우 유도 코일(210)의 내부에 형성되는 자기장은 주기적으로 방향이 변할 수 있다. 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)가 유도 코일(210)의 내부에 형성되어 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장에 노출되는 경우 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)가 발열하여 본체부에 수용되는 카트리지(100)가 가열될 수 있다.
유도 코일(210)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 변하는 경우 카트리지(100)를 가열하는 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)의 온도 또한 변할 수 있다. 제어부(240)는 유도 코일(210)에 공급되는 전력을 제어하여 유도 코일(210)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수를 조정할 수 있고, 그에 따라 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)의 온도가 제어될 수 있다.
실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치(200)에서 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)는 예열 모드에 따른 온도 프로파일을 가질 수 있다. 예열 모드에서 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)는 60 도 내지 150 도로 가열될 수 있다. 제 1 히터(120)와 제 2 히터(140)는 예열 프로파일에서 서로 동일한 온도를 가질 수 있다. 제 1 히터(120)와 제 2 히터(140)가 예열 모드에 따른 온도 프로파일을 가짐에 따라 가열 모드 시 빠르게 가열되어 에어로졸 생성 장치(200)의 응답 속도가 향상될 수 있다.
에어로졸 생성 장치(200)의 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)는 또한 가열 모드에 따른 온도 프로파일을 가질 수 있다. 가열 모드 시 제 1 히터(120)와 제 2 히터(140)는 서로 다른 온도 프로파일을 가질 수 있다. 제 1 히터(120)와 제 2 히터(140)는 서로 다른 재료, 형상, 크기를 가질 수 있다. 이에 따라 가열 모드 시, 서로 다른 온도 프로파일을 가질 수 있다. 이때, 제 1 히터(120)는 제 2 히터(140)의 온도보다 높을 수 있으며, 제 1 히터(120)의 온도는 150 도 내지 300 도일 수 있다.
가열 모드 시, 제 1 히터(120)가 제 2 히터(140)의 온도보다 높은 온도는 150 도 내지 300 도로 가열됨에 따라 액상부(110)에 저장된 액상 조성물이 가열되고, 이후 에어로졸이 생성될 수 있다.
가열 모드 시, 제 2 히터(140)의 온도는 예열 모드와 같은 온도일 수 있다. 즉, 제 2 히터(140)는 60 도 내지 150 도로 가열될 수 있다. 매질부(130)는 제 2 히터(140) 및 생성된 에어로졸과 열 교환할 수 있다. 열 교환에 따라 매질부(130)는 에어로졸에 향미 물질을 방출할 수 있으며, 이에 따라 향미가 에어로졸에 함유될 수 있다.
일 예시로서, 유도 코일(210)은 솔레노이드(solenoid)로 구현될 수 있다. 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질은 구리(Cu)일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 낮은 비저항값을 가져 높은 전류가 흐르도록 하는 재질로서 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 아연(Zn) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나, 또는 적어도 하나를 포함하는 합금이 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질이 될 수 있다.
배터리(230)는 본체부가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(230)는 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)가 가열될 수 있도록 유도 코일(210)에 전력을 공급할 수 있고, 제어부(240)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(230)는 본체부에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(240)는 본체부의 동작을 전반적으로 제어한다. 예를 들어, 제어부(240)는 유도 코일(210)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 또한 제어부(240)는 배터리(230)뿐만 아니라 본체부에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(240)는 본체부의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 본체부가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(240)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 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, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
본체부에는 2 개 이상의 히터가 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터들들은 카트리지(100)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 카트리지(100)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터들들 중 일부는 카트리지(100)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 카트리지(100)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터들의 형상은 도면에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
본체부는 마우스피스(220)부를 더 포함할 수 있다. 카트리지(100) 내에서 생성된 에어로졸은 마우스피스(220)부를 통해 사용자에게 제공될 수 있다. 카트리지(100)가 궐련으로 형성될 때, 에어로졸은 마우스피스(220)부가 아닌 궐련의 단부로부터 배출되어 사용자에게 제공될 수 있다.
한편, 본체부는 유도 코일(210), 배터리(230), 및 제어부(240) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체부는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다.
도 3은 실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치(200) 내에서 에어로졸이 흐르는 기류 패스를 예시적으로 나타낸 단면도이다. 도 3을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(200) 내에서 에어로졸의 유동을 보다 상세히 알 수 있다.
카트리지(100) 내에서 생성된 에어로졸은 매질부(130)의 일 측 단부에서 카트리지(100)로부터 배출될 수 있다. 이때, 매질부(130)는 제 2 히터(140)에 의해 감싸지는 제 1 매질부(130a) 및 제 2 히터(140)에 의해 감싸지지 않는 제 2 매질부(130b)를 포함할 수 있으며, 제 2 매질부(130b) 주위에는 에어로졸이 배출되는 통공이 형성될 수 있다.
즉, 카트리지(100) 내에서 생성된 에어로졸은 카트리지(100)의 일 측 단부에서 배출되는데, 에어로졸은 제 2 매질부(130b) 주위에 형성된 통공을 통과하여 카트리지(100)로부터 배출될 수 있다. 제 2 매질부(130b) 주위에 형성된 통공은 카트리지(100)의 외벽 중 제 2 매질부(130b)를 둘러싸는 카트리지(100)의 외벽에 형성될 수 있다. 이때 통공은 복수 개일 수 있으며, 서로 이격되어 형성될 수 있다.
통공을 통과하여 카트리지(100)로부터 배출된 에어로졸은 마우스피스(220)부로 유동할 수 있다. 마우스피스(220)부로 유동한 에어로졸은 사용자에게 전달될 수 있다. 마우스피스(220)부는 액상부(110)를 기준으로 매질부(130)의 반대측에 위치할 수 있다.
즉, 에어로졸이 배출되는 매질부(130)의 일 측 단부와 마우스피스(220)부는 액상부(110)를 기준으로 대향되도록 위치할 수 있으며, 카트리지(100)로부터 배출된 에어로졸은 카트리지(100)의 길이 방향을 따라 카트리지(100)의 주위를 지나치며 유동할 수 있다. 카트리지(100)의 주위를 지나치며 에어로졸 생성 장치(200) 내를 유동한 에어로졸은 마우스피스(220)부를 통과할 수 있다.
실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치(200)에서 카트리지(100)와 유도 코일(210) 사이에는 격벽(260)이 형성될 수 있다. 이때 기류 패스는 카트리지(100)와 격벽(260) 사이에 형성될 수 있으며, 에어로졸은 기류 패스를 통하여 마우스피스(220)로 유동할 수 있다.
실시예들에 관한 에어로졸 생성 장치(200)에서 본체부는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 카트리지 삽입 감지 센서)를 포함할 수 있다. 이때 센서는 퍼프 감지 센서(250)일 수 있으며, 퍼프 감지 센서(250)는 기류 패스 내에 위치할 수 있다.
기류 패스 내에 위치하는 퍼프 감지 센서(250)는 사용자의 흡입을 감지할 수 있다. 퍼프 감지 센서(250)는 본체부 내부의 제어부(240)와 전기적으로 연결될 수 있다. 퍼프 감지 센서(250)에 의해 사용자의 흡입이 감지될 때, 제어부(240)는 유도 코일(210)에 전력을 공급시킬 수 있다. 유도 코일(210)에 전력이 공급되는 경우 유도 코일(210)의 내부에 자기장이 형성될 수 있으며, 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)가 가열될 수 있다.
퍼프 감지 센서(250)에 의한 감지에 따라 가열 프로파일을 변경시킴에 따라 에어로졸 생성 장치(200)의 응답 속도가 향상될 수 있다. 이에 따라 사용자의 대기 시간을 감소시켜 사용자 편의성을 증가시킬 수 있다.
본체부는 카트리지(100)가 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출 될 수 있는 구조로 제작될 수 있다. 일 예로서, 외부 공기는 본체부에 형성된 적어도 하나의 공기 통로를 통하여 유입될 수 있다. 예를 들어, 본체부에 형성된 공기 통로의 개폐 및/또는 공기 통로의 크기는 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 이에 따라, 무화량, 끽연감 등이 사용자에 의하여 조절될 수 있다.
본체부는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 본체부의 배터리(230)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 본체부가 결합된 상태에서 제 1 히터(120) 및 제 2 히터(140)가 가열될 수도 있다.
실시예들에 관한 카트리지(100)는 복수 개의 가열형 히터를 포함한다. 카트리지(100)의 복수 개의 가열형 히터는 유도 자기장을 발생시키는 유도 코일(210)에 의해 동시에 가열될 수 있는데, 이에 따라 각각의 히터는 소정의 온도로 예열될 수 있다.
히터가 소정의 온도로 예열됨에 따라 히터가 에어로졸을 생성시키기 위한 온도까지 도달하기 위한 시간을 감소시킬 수 있다. 히터 각각의 가열 시간 감소는 카트리지(100) 내에서 보다 빠른 에어로졸 생성을 가능하게 하고, 사용자가 에어로졸 생성 장치(200)를 사용하기 위한 대기 시간을 감소시켜 편의성을 증가시킬 수 있다.
실시예들에 관한 카트리지(100)에서 생성된 에어로졸은 카트리지(100) 내에서 열 교환이 활발하게 이루어질 수 있다. 이에 따라 카트리지(100)는 풍부한 연무량을 갖는 에어로졸을 생성하여 사용자의 흡연 만족감을 상승시키고 탄 맛과 같은 부정적인 향미가 에어로졸에 함유되는 것을 방지할 수 있다.
에어로졸 생성 장치(200)는 퍼프 감지 센서(250)를 포함할 수 있는데, 퍼프 감지 센서(250)를 사용할 경우 카트리지(100)의 히터의 응답 속도를 증가시켜 에어로졸의 생성 속도를 향상시킬 수 있다.
본 실시예들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 카트리지 110: 액상부
120: 제 1 히터 130: 매질부
140: 제 2 히터 150: 냉각부
160: 필터부 200: 에어로졸 생성 장치
210: 유도 코일 220: 마우스피스
230: 배터리 240: 제어부
250: 퍼프 감지 센서 260: 격벽

Claims (16)

  1. 액상부;
    상기 액상부의 일 측에 배치되어 상기 액상부를 가열하는 제 1 히터;
    매질부; 및
    상기 매질부의 적어도 일부를 감싸며 상기 매질부를 가열하는 제 2 히터;를 포함하되,
    상기 제 1 히터는 다공성으로 형성되고,
    상기 제 1 히터 및 상기 제 2 히터는 유도 가열형 히터이고,
    상기 액상부가 가열되어 생성된 에어로졸은 다공성의 상기 제 1 히터를 통과하여 상기 매질부를 향하여 유동하고,
    상기 매질부를 통과한 상기 에어로졸은 상기 매질부의 일 측 단부에서 배출되는, 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매질부는 상기 제 2 히터에 의해 가열되어 상기 매질부를 통과하는 상기 에어로졸에 향미를 부가하는, 카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 매질부는 상기 제 1 히터로부터 상기 카트리지의 길이 방향에 대해 이격 배치된, 카트리지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상부는 액상 조성물을 저장하는 저장조로 형성되는, 카트리지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상부는 액상 조성물을 함유하는 권지로 형성되는, 카트리지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 카트리지; 및
    상기 카트리지를 수용하며, 상기 카트리지의 상기 제 1 히터 및 상기 제 2 히터를 가열시키도록 유도 자기장을 발생시키는 유도 코일을 갖는 본체부;를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유도 코일은 상기 제 1 히터 및 상기 제 2 히터 모두에 유도 자기장을 인가시키도록 상기 본체부의 길이 방향으로 연장되는, 에어로졸 생성 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 히터와 상기 제 2 히터는 상기 에어로졸 생성 장치의 예열 모드 시 60 도 내지 180 도 로 가열되는, 에어로졸 생성 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 장치의 가열 모드 시 상기 제 1 히터는 상기 제 2 히터의 온도보다 높은 150 도 내지 300 도로 가열되는, 에어로졸 생성 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 매질부는 상기 제 2 히터에 의해 감싸지는 제 1 매질부 및 상기 제 2 히터에 의해 감싸지지 않는 제 2 매질부를 포함하고,
    상기 제 2 매질부 주위에는 에어로졸이 배출되는 통공이 형성되는, 카트리지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 본체부는 마우스피스부를 더 포함하고,
    상기 통공을 통과하여 상기 카트리지로부터 배출된 상기 에어로졸은 상기 마우스피스부로 유동하여 사용자에게 전달되는, 에어로졸 생성 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 마우스피스부는 상기 액상부를 기준으로 상기 매질부의 반대측에 위치하는, 에어로졸 생성 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 카트리지와 상기 유도 코일 사이에는 격벽이 형성되고,
    상기 에어로졸은 상기 카트리지와 상기 격벽 사이에 형성된 기류 패스를 통하여 상기 마우스피스부로 유동하는, 에어로졸 생성 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 본체부는 사용자의 흡입을 감지하는 퍼프 감지 센서를 더 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 퍼프 감지 센서는 상기 기류 패스 내에 위치하는, 에어로졸 생성 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 히터는 전기 저항성 히터이되, 유도 가열될 수 있도록 서셉터 재료를 포함하는, 에어로졸 생성 장치.
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