KR20210110983A - 대류형 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치 - Google Patents
대류형 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치 Download PDFInfo
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Abstract
대류형 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치가 제공된다. 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치는, 에어로졸 발생 물품을 수용하는 수용 공간과 외관을 형성하는 하우징과 히터 조립체를 포함할 수 있다. 히터 조립체는 발열체 및 발열체와 열적으로 결합되는 다공성 구조체를 포함할 수 있고, 기류를 통해 수용된 에어로졸 발생 물품을 가열함으로써 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 이때, 열 전달 매체로 기능하는 다공성 구조체는 작은 공간 내에서 복잡한 기류 경로를 형성함으로써 발열체의 가열 효율 및 열 전달 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 히터 조립체와 에어로졸 발생 장치가 컴팩트한 형태로 제작될 수 있다.
Description
본 개시는 대류형 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 가열 효율과 열 전달 효율을 향상시킴으로써 열 전달 매체로 기능하는 기류 경로의 길이를 효과적으로 줄일 수 있는 대류형 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
근래에 전통 궐련의 단점을 극복하는 대체 흡연 물품에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 전기적으로 가열함으로써 에어로졸을 발생시키는 에어로졸 발생 장치(e.g. 궐련형 전자 담배)에 관한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 전기 가열식 에어로졸 발생 장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
일부 전기 가열식 에어로졸 발생 장치는 궐련에 직접적으로 열을 가하는 것이 아니라 기류 경로를 통해 궐련으로 열을 전달하는 대류형 히터 구조를 채용하고 있다. 그런데, 이러한 히터 구조에서 궐련이 충분히 가열될 만큼 적정한 온도를 만들기 위해서는 발열체와 열 전달 매체로 기능하는 기류 경로의 길이가 충분히 길게 설계되어야 하며, 이는 컴팩트(compact)한 에어로졸 발생 장치의 제조를 어렵게 만든다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 가열 효율 및 열 전달 효율을 향상시킴으로써 열 전달 매체로 기능하는 기류 경로의 길이를 효과적으로 줄일 수 있는 대류형 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 컴팩트한 구조의 대류형 히터 조립체와 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 에어로졸 발생 장치는, 에어로졸 발생 물품을 수용하는 수용 공간과 외관을 형성하는 하우; 및 발열체와 상기 발열체와 열적으로 결합되는 다공성 구조체를 포함하고, 기류를 통해 상기 수용된 에어로졸 발생 물품을 가열함으로써 에어로졸을 발생시키는 히터 조립체를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 발열체의 적어도 일부는 메쉬(mesh) 구조로 이루어질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 다공성 구조체는 복수의 비드(bead)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 수용 공간의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고, 상기 히터 조립체에서 발생된 열을 전도 방식으로 상기 수용된 에어로졸 발생 물품으로 전달하는 전도부를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 하우징 내부에 배치되고, 적어도 일부가 중공형 비드의 다공성 집합체로 구현된 단열부를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 히터 조립체는 배터리와 전기적으로 연결된 단자를 더 포함하되, 상기 단자는 상기 히터 조립체의 측면에 밀착된 형태로 배치될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 개시의 다른 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치는, 에어로졸 발생 물품을 수용하는 수용 공간과 외관을 형성하는 하우징 및 다공성 바디(porous body)를 통해 발열하는 다공성 구조체를 포함하고, 기류를 통해 상기 수용된 에어로졸 발생 물품을 가열함으로써 에어로졸을 발생시키는 히터 조립체를 포함할 수 있다.
상술한 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 작은 공간 내에서 복잡한 기류 경로를 형성할 수 있는 다공성 구조체를 열 전달 매체로 활용함으로써, 대류형 히터 구조체의 가열 효율 및 열 전달 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 다공성 구조체를 통해 열 전달 매체로 기능하는 기류 경로의 길이를 혁신적으로 줄임으로써, 사용자의 니즈(needs)에 부합하는 컴팩트한 에어로졸 발생 장치가 용이하게 설계 및 제조될 수 있다.
또한, 비드 집합체로 다공성 구조체를 구현함으로써, 기류 경로의 복잡성과 열 전달 매체로 기능하는 기류 경로의 길이가 용이하게 제어될 수 있다.
또한, 전도 방식으로 열을 에어로졸 발생 물품으로 전달하는 전도부를 배치함으로써, 대류형 히터 구조체의 가열 효율 및 열 전달 효율이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 장치 내부에 중공형 비드의 집합체로 구현된 단열부를 배치함으로써, 에어로졸 발생 장치 내부의 열이 외부로 손실되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 대류형 히터 구조체의 가열 효율 및 열 전달 효율은 더욱 향상될 수 있다.
또한, 중공형 비드 집합체의 외면에 방수막을 배치함으로써, 액적화된 부류연이 단열재에 흡수되는 문제가 미연에 방지될 수 있다. 이에 따라, 단열부의 성능이 지속적으로 유지될 수 있다.
또한, 전기 전도성 비드의 집합체로 구현된 다공성 구조체가 발열체이자 열 전달 매체로 이용될 수 있다. 이러한 경우, 다공성 구조체가 3차원의 다공성 바디 전체에 걸쳐 볼륨 히팅(volume heating)을 수행하기 때문에, 대류형 히터 구조체의 가열 효율 및 열 전달 효율이 더욱 향상될 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 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 2는 단순 기류 경로를 열 전달 매체로 이용하는 대류형 히터 구조를 예시한다.
도 3은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 대류형 히터 조립체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 대류형 히터 조립체를 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 5는 본 개시의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 6은 본 개시의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 7은 본 개시의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 8은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 단열부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9 내지 도 11은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 대류형 히터 조립체가 적용될 수 있는 에어로졸 발생 장치를 나타내는 예시적인 블록도이다.
도 2는 단순 기류 경로를 열 전달 매체로 이용하는 대류형 히터 구조를 예시한다.
도 3은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 대류형 히터 조립체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 대류형 히터 조립체를 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 5는 본 개시의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 6은 본 개시의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 7은 본 개시의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 8은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 단열부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9 내지 도 11은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 대류형 히터 조립체가 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.
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 액상 카트리지를 이용하는 액상형 에어로졸 발생 장치, 액상 카트리지와 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, 본 개시의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-1)를 개략적으로 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(10-1)는 외부 하우징(11), 내부 하우징(12) 및 히터 조립체(13)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. 예를 들어, 도시되어 있지는 않으나, 에어로졸 발생 장치(10-1)는 히터 조립체(13)에 전력을 공급하는 배터리(미도시), 에어로졸 발생 장치(10-1)의 구성요소(e.g. 히터 조립체 13, 배터리 등)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이하, 에어로졸 발생 장치(10-1)의 각 구성요소에 대하여 설명하도록 한다.
외부 하우징(11)은 에어로졸 발생 장치(10-1)의 외관을 형성할 수 있다. 또한, 외부 하우징(11)은 에어로졸 발생 물품(2)을 수용하기 위한 수용 공간을 형성할 수 있다. 에어로졸 발생 물품(2)은 수용 공간에 삽입된 상태로 전기적으로 가열되어 에어로졸을 발생시킬 수 있으며, 발생된 에어로졸은 사용자에게 흡입될 수 있다. 에어로졸 발생 물품(2)은 예를 들어 궐련이 될 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 상기 예시에 한정되는 것은 아니다.
에어로졸 발생 물품(2)의 일부분(21)에는 고체 에어로졸 발생 기재가 포함될 수 있다. 고체 에어로졸 발생 기재는 히터 조립체(13)에 의해 가열되어 에어로졸을 형성할 수 있다.
다음으로, 내부 하우징(12)은 에어로졸 발생 장치(10-1) 내부의 구조를 정의할 수 있다. 내부 하우징(12)의 소재, 배치 형태 등은 에어로졸 발생 장치(10-1)의 내부 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
다음으로, 히터 조립체(13)는 수용 공간에 수용된 에어로졸 발생 물품(2)을 가열할 수 있다. 보다 구체적으로, 히터 조립체(13)는 수용 공간에 이격 배치되어 기류를 통해 열을 전달함으로써(즉, 대류 방식으로) 에어로졸 발생 물품(2)을 가열할 수 있다. 예컨대, 흡연 과정에서 히터 조립체(13)에 의해 가열된 주변 공기가 기류를 따라 에어로졸 발생 물품(2) 쪽으로 전달됨으로써, 에어로졸 발생 물품(2)이 가열될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 히터 조립체(13)는 다공성 구조체(131), 다공성 구조체(131)와 열적으로 결합된 발열체(132), 배터리를 통해 발열체(132)에 전기를 공급하는 하나 이상의 단자(133)를 포함할 수 있다. 여기서, 다공성 구조체(131)는 열 전달 매체로 기능하는데, 다공성 구조체(131)를 활용하는 이유는 구조적 특성 상 작은 공간 내에서 복잡한 기류 경로를 형성할 수 있고, 열 보존 성능도 뛰어나 발열체의 가열 효율과 열 전달 효율을 동시에 향상시킬 수 있기 때문이다. 보다 이해의 편의를 제공하기 위해, 히터 조립체(13)의 세부 구성요소와 그에 따른 효과들에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
다공성 구조체(131)는 발열체(132)의 열 전달(확산) 매체로 기능할 수 있다. 보다 자세하게는, 다공성 구조체(131) 내에 형성된 복잡한 기류 경로가 열 전달 매체로 작용함으로써 효율적인 열 전달(확산)이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 가열되는 기류 경로의 길이(L)와 히터 조립체(13)의 크기가 크게 감소될 수 있다. 보다 이해의 편의를 제공하기 위해, 도 2에 예시된 대류형 히터 구조와 비교하여 설명하도록 한다.
도 2는 단순 기류 경로를 열 전달 매체로 이용하는 대류형 히터 구조를 예시하고 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 히터 조립체(3)는 세라믹 봉에 가열선을 감은 형태를 갖고, 가열선 주변의 공기가 단순 기류 경로를 통해 전달됨으로써 에어로졸 발생 물품(2)을 가열하는 구조를 채택하고 있다. 이러한 구조에서는, 가열된 공기가 충분하게 축적되기 어렵기 때문에 히터 조립체(3)의 가열 면적이 상당히 커져야 하며, 이로 인해 히터 조립체(3)와 열 전달 매체로 작용하는 기류 경로의 길이(L)가 충분히 길게 설계되어야만 한다. 즉, 도 2에 예시된 구조에서는, 히터 조립체(3)의 크기가 커질 수 밖에 없어, 에어로졸 발생 장치가 컴팩트하게 제조되기 어렵다.
이와 달리, 도 1에 예시된 히터 조립체(13)에서는, 다공성 구조체(131) 내부에 복잡한 기류 경로가 형성되어 작은 공간 내에서 공기가 충분하게 가열될 수 있다. 따라서, 가열되는 기류 경로의 길이(L)가 훨씬 짧아질 수 있으며, 에어로졸 발생 장치(10-1)도 컴팩트한 형태로 제조될 수 있다.
한편, 몇몇 실시예들에서, 다공성 구조체(131)는 복수의 비드(bead)에 대한 집합체(응집체)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 비드(20)를 패킹(packing)하여 다공성 구조체(131)가 형성될 수 있다. 패킹 방식은 스피어 패킹(sphere packing)이 될 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 패킹 구조는 예를 들어 체심입방구조(Body-Centered Cubic; BCC), 면심입방구조(Face-Centered Cubic; FCC) 등과 같이 다양한 구조가 가능할 것이며, 이는 기류 경로의 복잡도 등에 따라 다양하게 선택되고 설계될 수 있다.
상술한 실시예에서, 비드는 예를 들어 세라믹 비드일 수 있다. 그러나, 다른 소재의 비드가 적용될 수도 있어서, 본 개시의 범위가 특정 소재의 비드에 한정되는 것은 아니다.
또한, 비드는 예를 들어 구형 비드 또는 중공형 비드가 될 수 있다. 그러나, 다른 유형의 비드가 적용될 수도 있어서, 본 개시의 범위가 특정 유형의 비드에 한정되는 것은 아니다.
또한, 복수의 비드의 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 구조체(131) 제조에 소요되는 비용과 난이도가 크게 경감될 수 있다.
다음으로, 발열체(132)는 열을 발생시키는 요소로서, 단자(133)를 통해 전기를 공급받음으로써 열을 발생시킬 수 있다. 발열체(132)는 전기 저항성 소재로 구현될 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 발열체(132)의 유형, 구조 및/또는 형태는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 발열체(132)의 적어도 일부도 다공성 구조로 구현될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 발열체(132)의 적어도 일부는 메쉬(mesh) 구조(e.g. 메쉬 히터)로 이루어질 수 있다. 다른 예로서, 발열체(132)의 적어도 일부는 금속 폼(metal foam)으로 구현될 수 있다. 단, 본 개시의 범위가 상기 열거된 예시에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에 따르면, 히터 조립체(13)의 대부분이 다공성 구조로 구현됨으로써, 히터 조립체(13)의 가열 효율과 열 전달 효율이 극대화될 수 있다.
다음으로, 단자(133)는 배터리(미도시)와 전기적으로 연결되어 발열체(132)에 전기를 공급할 수 있다. 이 같은 제어 과정은 제어부(미도시)에 의해 수행될 수 있다.
한편, 히터 조립체(13)가 유도 가열식으로 구현되는 경우, 발열체(132)는 서셉터(susceptor)로 동작할 수도 있다.
지금까지, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 개시의 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-1)에 대하여 설명하였다. 상술한 바에 따르면, 작은 공간 내에서 복잡한 기류 경로를 형성할 수 있는 다공성 구조체를 열 전달 매체로 이용함으로써, 대류형 히터 구조체의 가열 효율과 열 전달 효율이 크게 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 다공성 구조체를 통해 열 전달 매체로 기능하는 기류 경로의 길이(L)를 혁신적으로 줄임으로써, 사용자의 니즈(needs)에 부합하는 컴팩트한 에어로졸 발생 장치가 용이하게 설계 및 제조될 수 있다. 나아가, 비드 집합체로 다공성 구조체를 구현함으로써, 기류 경로의 복잡성과 열 전달 매체로 기능하는 기류 경로의 길이(L))가 용이하게 제어될 수 있다.
이하에서는, 본 개시의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-2)에 대하여 설명하도록 한다. 이하의 설명에서는, 명세서의 명료함을 위해, 중복되는 설명은 배제하고 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명을 이어가도록 한다.
도 5는 본 개시의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-2)를 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 히터 조립체(13)의 발열체(132)는 평평한 형태의 가열 패턴으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 가열 패턴(132)은 다공성 구조체(131)에 하부에 내장되거나 하부 측에 부착될 수 있다.
또한, 단자(133)는 다공성 구조체(131)의 양 측면에 밀착되는 형태로 배치될 수 있다. 이와 같은 경우, 단자(133)가 차지하는 공간이 최소화되어, 에어로졸 발생 장치(10-2)가 더욱 컴팩트한 형태로 제조될 수 있다.
지금까지 도 5를 참조하여 본 개시의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-2)에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 본 개시의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-3)에 대하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 개시의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-3)를 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(10-3)는 수용 공간에 수용된 에어로졸 발생 물품(2)에 열적으로 인접하여 배치된 전도부(14)를 더 포함할 수 있다.
전도부(14)는 열 전도성 물질로 구현되어 전도 방식으로 히터 조립체(13)의 열을 에어로졸 발생 물품(2)으로 전달할 수 있다. 이에 따라, 히터 조립체(13)의 열 전달 효율이 더욱 향상될 수 있으며, 히터 조립체(13)와 에어로졸 발생 장치(10-3)가 더욱 컴팩트한 형태로 제조될 수 있다.
지금까지, 도 6를 참조하여 본 개시의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-3)에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 도 7을 참조하여 본 개시의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-4)에 대하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 개시의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-4)를 나타내는 예시적인 구성도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(10-4)는 내부 하우징(12)과 전도부(14) 사이에 배치된 단열부(15)를 더 포함할 수 있다. 다만, 몇몇 실시예에서는, 전도부(14)는 생략될 수 있으며, 이와 같은 경우, 단열부(15)는 내부 하우징(12) 내측에 배치될 수 있다.
단열부(15)는 에어로졸 발생 장치(10-4) 내부의 열이 외부로 손실되는 것을 차단함으로써, 히터 조립체(13)의 가열 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 단열부(15)는 중공형 비드(151)의 집합체와 집합체 외면에 형성된 방수막(152)을 포함할 수 있다. 중공형 비드는 예를 들어 세라믹 소재의 중공형 비드가 될 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 방수막은 예를 들어 유리막, 폴리이미드(polyimide) 코팅막, 발수 코팅막 및 이들의 조합을 포함할 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에 따르면, 수분 흡수로 인해 단열부(15)의 성능이 저감되는 문제가 해결될 수 있다. 가령, 부류연(sidestream smoke)이 장치 내로 침투하여 액적화되는 경우, 단열재가 젖어서 점차적으로 단열 능력이 저하될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 방수막을 통해 액적화된 부류연의 흡수를 차단함으로써 이와 같은 문제가 해결될 수 있다.
상술한 실시예에서, 중공형 비드의 직경은 75㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 바람직하게는, 중공형 비드의 직경은 100㎛ 내지 450㎛, 150㎛ 내지 450㎛, 또는 150㎛ 내지 400㎛일 수 있다. 이러한 수치 범위 내에서 우수한 단열 성능과 제조의 용이성이 확보될 수 있다. 가령, 중공형 비드의 직경은 75㎛ 이상이 되는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 중공형 비드의 사이즈가 커질수록 다공성 구조체의 단열 성능이 향상되기 때문이다. 또한, 중공형 비드의 직경은 500㎛ 이하가 되는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 중공형 비드의 사이즈가 커질수록 표면의 굴곡이 커져 방수막 형성에 소요되는 비용과 난이도가 증가하기 때문이다.
지금까지 도 7 및 도 8을 참조하여 본 개시의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(10-4)에 대하여 설명하였다. 상술한 바에 따르면, 장치 내부에 중공형 비드의 집합체로 구현된 단열부(15)를 배치함으로써, 에어로졸 발생 장치(10-4) 내부의 열이 외부로 손실되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 대류형 히터 구조체(13)의 가열 효율 및 열 전달 효율이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 중공형 비드 집합체의 외면에 방수막(152)을 배치함으로써, 액적화된 부류연이 단열재에 흡수되는 문제가 미연에 방지될 수 있다. 이에 따라, 시간이 경과하더라도 단열부(15)의 성능이 보존될 수 있다.
한편, 지금까지는 히터 조립체(13)를 구성하는 다공성 구조체(131)는 발열체(132)와 서로 분리된 구성요소임을 가정하여 설명하였다. 즉, 다공성 구조체(131)는 자체 발열하지 않고 발열체(132)에 의해 발생된 열을 전달(확산)하는 기능을 수행하는 구성요소인 것으로 설명하였다. 그러나, 본 개시의 다른 몇몇 실시예들에서는, 다공성 구조체(131)가 볼륨 히팅(volume heating)을 수행하는 발열체이자 열 전달 매체로 동작할 수도 있다.
상술한 실시예에서, 다공성 구조체(131)는 3차원의 다공성 바디(porous body)를 통해 발열하고, 발생된 열을 기류를 통해 전달함으로써 에어로졸 발생 물품(2)을 가열할 수 있다. 보다 구체적으로, 다공성 구조체(131)는 전기 전도성 재질의 비드 집합체로 구현되어, 전원이 인가됨에 따라 자체적으로 발열할 수 있다. 또한, 다공성 구조체(131)는 다공성 바디를 통해 발생된 열을 축적하고 축적된 열을 기류를 통해 전달할 수 있다. 그렇게 함으로써, 히터 조립체(13)의 가열 효율 및 열 전달 효율이 더욱 향상되고, 히터 조립체(13)와 에어로졸 발생 장치(e.g. 10-1 내지 10-4)가 더욱 컴팩트하게 제조될 수 있다.
다공성 구조체(131)는 전기 전도성 재질의 비드로 구현될 수 있다. 전기 전도성 재질의 비드는 예를 들어 전기 전도성 비드, 전기 전도성 물질이 코팅되어 있는 비드를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전기 전도성 비드는 예를 들어 알루미늄 비드와 같은 금속 비드를 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 전기가 통하는 다양한 종류의 비드를 포함할 수 있다. 또한, 전기 전도성 물질이 코팅되어 있는 비드는 예를 들어 전기 전도성 물질이 코팅된 세라믹 비드를 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 몇몇 실시예들에서, 다공성 구조체(131)는 비드 집합체가 아니라 전기 전도성을 갖는 발포체로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 다공성 구조체(131)는 금속 발포체로 구현될 수도 있다.
이하에서는, 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 히터 조립체(13)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)를 나타내는 예시적인 블록도이다. 도면들에 자세히 도시되어 있지는 않으나, 앞서 언급한 히터 조립체(13) 및 이와 관련된 기술적 구성(e.g. 전도부 14, 단열부 15)들은 히터부(140)를 구현하기 위해 적용될 수 있다.
도 9는 궐련형 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. 이하, 각 에어로졸 발생 장치(100-1 내지 100-3)에 대하여 설명하도록 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(100-1)는 히터부(140), 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.
히터부(140)는 대류 방식으로 궐련(150)을 가열할 수 있다. 궐련(150)은 고체 에어로졸 발생 기재가 포함하고, 가열됨에 따라 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 발생된 에어로졸은 사용자의 구부를 통해 흡입될 수 있다. 히터부(140) 또는 히터부(140)의 가열 온도는 제어부(120)에 의해 제어될 수 있다. 히터부(140)에 대해서는 앞서 언급한 히터 조립체(13)에 대한 설명 내용을 참조하도록 한다.
다음으로, 배터리(130)는 에어로졸 발생 장치(100-1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 배터리(130)는 히터부(140)가 궐련(150)에 포함된 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 히터부(140) 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, 히터부(140)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.
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, 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 및 도 11에서, 증기화기(1)는 액상의 에어로졸 발생 기재를 저장하는 액상 저장조, 에어로졸 발생 기재를 흡수하는 윅(wick) 및 흡수된 에어로졸 발생 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는 가열 요소를 포함할 수 있다. 증기화기(1)에서 발생된 에어로졸은 궐련(150)을 통과하여 사용자의 구부를 통해 흡입될 수 있다. 증기화기(1)의 가열 요소 또한 제어부(120)에 의해 제어될 수 있다.
지금까지 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 히터조립체(13)가 적용될 수 있는 예시적인 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 2: 에어로졸 발생 물품
10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 100-1, 100-2, 100-3: 에어로졸 발생 장치
11: 외부 하우징 12: 내부 하우징
13: 히터 조립체 14: 전도부
15: 단열부 131: 다공성 구조체
132: 발열체 133: 단자
120: 제어부 130: 배터리
140: 히터부 150: 궐련
10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 100-1, 100-2, 100-3: 에어로졸 발생 장치
11: 외부 하우징 12: 내부 하우징
13: 히터 조립체 14: 전도부
15: 단열부 131: 다공성 구조체
132: 발열체 133: 단자
120: 제어부 130: 배터리
140: 히터부 150: 궐련
Claims (12)
- 에어로졸 발생 물품을 수용하는 수용 공간과 외관을 형성하는 하우징; 및
발열체와 상기 발열체와 열적으로 결합되는 다공성 구조체를 포함하고, 기류를 통해 상기 수용된 에어로졸 발생 물품을 가열함으로써 에어로졸을 발생시키는 히터 조립체를 포함하는,
에어로졸 발생 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 발열체의 적어도 일부는 메쉬(mesh) 구조로 이루어지는,
에어로졸 발생 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 다공성 구조체는 복수의 비드(bead)를 포함하는,
에어로졸 발생 장치. - 제3 항에 있어서,
상기 비드는 세라믹 비드인,
에어로졸 발생 장치. - 제3 항에 있어서,
상기 비드는 중공형 비드인,
에어로졸 발생 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 수용 공간의 적어도 일부를 감싸도록 배치되고, 상기 히터 조립체에서 발생된 열을 전도 방식으로 상기 수용된 에어로졸 발생 물품으로 전달하는 전도부를 더 포함하는,
에어로졸 발생 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 하우징 내부에 배치되고, 적어도 일부가 중공형 비드의 다공성 집합체로 구현된 단열부를 더 포함하는,
에어로졸 발생 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 단열부는 상기 다공성 집합체의 외면에 형성된 유리막을 더 포함하는,
에어로졸 발생 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 단열부는 상기 다공성 집합체의 외면에 형성된 폴리이미드 코팅막 또는 발수 코팅막을 더 포함하는,
에어로졸 발생 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 히터 조립체는 배터리와 전기적으로 연결된 단자를 더 포함하되,
상기 단자는 상기 히터 조립체의 측면에 밀착된 형태로 배치되는,
에어로졸 발생 장치. - 에어로졸 발생 물품을 수용하는 수용 공간과 외관을 형성하는 하우징; 및
다공성 바디(porous body)를 통해 발열하는 다공성 구조체를 포함하고, 기류를 통해 상기 수용된 에어로졸 발생 물품을 가열함으로써 에어로졸을 발생시키는 히터 조립체를 포함하는,
에어로졸 발생 장치. - 제11 항에 있어서,
상기 다공성 바디는 전기 전도성 비드 또는 전기 전도성 물질이 코팅된 비드 중 적어도 하나에 의해 구현되는,
에어로졸 발생 장치.
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