KR20220022758A

KR20220022758A - 수소 생성 장치

Info

Publication number: KR20220022758A
Application number: KR1020200104105A
Authority: KR
Inventors: 이원경; 정헌준; 김동성; 최재성
Original assignee: 주식회사 케이티앤지
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2022-02-28
Also published as: KR102494081B1

Abstract

수소 생성 장치는 분말이 저장된 분말 저장부, 분말과 반응하여 수소 기체를 생성하는 반응액이 저장된 반응부, 분말 저장부와 반응부를 연결하는 분말 통로, 분말이 반응부로 공급되도록 분말 통로를 개방하거나 폐쇄하는 마개 및 반응부에서 생성된 수소 기체가 이동하는 수소 통로를 포함할 수 있어, 사용자는 수소 흡입을 통하여 신체에 축적된 유해 활성 산소의 제거, 피로 회복, 불안증 해소 및 숙면 등의 효과를 획득할 수 있다.

Description

수소 생성 장치{HYDROGEN GENERATING DEVICE}

본 개시는 수소 생성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분말이 저장된 분말 저장부와 분말과 반응하여 수소 기체를 생성하는 반응액이 저장된 반응부를 포함하는 수소 생성 장치에 관한 것이다.

수소 기체는 전해질 용액이 전기 분해되거나, 특정 물질들간의 화학반응을 통해 생성될 수 있다. 생성된 수소 기체는 사용자에 의하여 흡입될 수 있다. 흡입된 수소 기체는 인체에 무해한 것으로 알려져 있으며, 사용자의 인체에 축적된 유해 활성 산소를 제거할 수 있어, 사용자의 피로 회복, 불안증 해소, 숙면 및 노화 방지 등에 도움을 줄 수 있다.

또한, 액상 조성물 또는 궐련에 열이나 진동 에너지를 가하여 에어로졸을 생성하고 이를 흡입하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이때 생성된 에어로졸에는 사용자에게 끽연감을 제공할 수 있는 물질들이 포함될 수 있다. 에어로졸은 사용자에게 다양한 풍미를 제공할 수 있다.

실시예들은 수소를 생성하는 반응부를 포함하는 수소 생성 장치를 제공한다. 또한, 수소 생성 장치는 에어로졸을 생성시키는 궐련이나 액상 조성물을 포함할 수 있다. 사용자는 실시예들을 통하여 수소 및 에어로졸 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 생성할 수 있으며, 필요에 따라 수소 및 에어로졸 중 적어도 어느 하나를 흡입할 수 있다.

실시예들은 분말이 저장된 분말 저장부에서 반응액이 저장된 반응부로 분말을 공급함으로써, 외부 에너지 공급 없이 수소 기체를 생성할 수 있는 수소 생성 장치를 제공한다.

또한, 에어로졸 생성부를 포함하여 수소와 에어로졸을 선택적으로 또는 동시에 생성시키는 수소 생성 장치를 제공할 수 있다.

실시예들을 통해 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시는, 분말이 저장된 분말 저장부, 상기 분말과 반응하여 수소 기체를 생성하는 반응액이 저장된 반응부, 상기 분말 저장부와 상기 반응부를 연결하는 분말 통로, 상기 분말이 상기 반응부로 공급되도록 상기 분말 통로를 개방하거나 폐쇄하는 마개 및 상기 반응부에서 생성된 상기 수소 기체가 이동하는 수소 통로를 포함하는, 수소 생성 장치를 제공할 수 있다.

실시예들에 관한 수소 생성 장치는 분말이 저장된 분말 저장부, 수소 기체를 생성하는 반응액이 저장된 반응부 및 분말 저장부와 반응부를 연결하는 분말 통로를 포함한다. 분말 통로는 기계적으로 개폐될 수 있어, 외부 전력 공급 없이 분말이 반응부로 공급되도록 할 수 있다.

또한, 분말 통로는 전기적으로 개폐될 수 있어, 분말이 반응부로 공급되는 양이 제어되고, 수소 기체의 생성량이 정밀하게 제어될 수 있다.

또한, 사용자는 에어로졸 무화기를 더 포함하는 수소 생성 장치를 통하여 수소 및 에어로졸 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 생성하여 흡입할 수 있다.

사용자는 수소 흡입을 통하여 신체에 축적된 유해 활성 산소의 제거, 피로 회복, 불안증 해소, 및 숙면 등의 효과를 획득할 수 있으며, 에어로졸을 통하여 끽연감 및 다양한 풍미를 획득할 수 있다. 사용자는 필요에 따라 수소 및 에어로졸을 동시에 또는 수소 및 에어로졸 중 어느 하나를 흡입할 수 있다.

실시예들에 의한 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.
도 5는 액상 저장부를 포함하는 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.
도 6은 궐련 수용부를 포함하는 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 수소 생성 장치의 분말 저장부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 수소 생성 장치의 외부를 도시한 사시도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 수소 생성 장치의 블록도이다.

실시예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 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 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 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.

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.

또한, 본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 도면 상의 일부 구성 요소는 그 크기나 비율 등이 다소　과장되어　도시되었을 수 있다. 또한, 어떤 도면 상에 도시된 구성 요소가 다른 도면 상에는 도시되지 않을 수 있다.

또한, 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. 예를 들어, 길이 방향은 도 1에 도시된 수소 기체의 이동 방향과 나란한 방향을 의미할 수 있다.

또한, 명세서 전체에서 "분말"은 보드라운 정도로 잘게 부수거나 갈아서 만든 미세 입자를 의미할 뿐만 아니라, 입상과 같이 낟알이나 알갱이 형태인 것을 포함하는 것을 의미할 수 있다.

또한, 명세서 전체에서 “퍼프(puff)”는 사용자의 흡입을 의미하며, 흡입이란 사용자의 입이나 코를 통해 사용자의 구강 내, 비강 내 또는 폐로 끌어 당기는 상황을 의미할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시예들에 대하여 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 개시에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서 '실시예'는 본 개시에서 발명을 용이하게 설명하기 위한 임의의 구분으로서, 실시예 각각이 서로 배타적일 필요는 없다. 예를 들어, 일 실시예에 개시된 구성들은 다른 실시예에 적용 및/또는 구현될 수 있으며, 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 한도에서 변경되어 적용 및/또는 구현될 수 있다.

또한, 본 개시에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 실시예들을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 개시에서 단수형은 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는 분말(20)이 저장된 분말 저장부(120), 분말(20)과 반응하여 수소 기체를 생성하는 반응액(10)이 저장된 반응부(110), 분말 저장부(120)와 반응부(110)를 연결하는 분말 통로(130), 분말(20)이 반응부(110)로 공급되도록 분말 통로(130)를 개방하거나 폐쇄하는 마개(140) 및 반응부(110)에서 생성된 수소 기체가 이동하는 수소 통로(150)를 포함할 수 있다.

분말 저장부(120)는 물과 같은 반응물과 반응하여 수소를 생성할 수 있는 특정 원소들로 구성된 물질을 포함할 수 있다. 특정 원소들로 구성된 물질은 분말(20) 형태의 금속일 수 있다.

예를 들어, 특정 원소들로 구성된 물질은 알칼리 금속(리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프랑슘 등), 알칼리 토금속(베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 스트론튬, 바륨, 라듐 등), 13족 원소(붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐 등) 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 분말 저장부(120)에 포함된 분말(20)은 알루미늄(Al) 분말, 마그네슘(Mg) 분말 및 칼슘(Al) 분말 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

반응부(110)는 분말(20)과 반응하여 수소 기체를 생성하는 반응액(10)을 포함할 수 있다. 반응액(10)은 분말(20)과 반응하여 수소를 생성시킬 수 있도록, 수소 원자를 포함하는 분자로 구성된 액체일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반응액(10)은 물 또는 증류수일 수 있다.

반응액(10) 및 분말(20)은 상술한 것들에 제한되지 않고, 서로 반응하여 수소 기체를 생성할 수 있는 다양한 물질일 수 있음을 통상의 기술자라면 이해할 수 있다.

분말 저장부(120)와 반응부(110)는 분말 통로(130)에 의해 연결될 수 있다. 분말 통로(130)는 분말(20)이 반응부(110)로 공급될 수 있도록 형성될 수 있다. 분말(20)이 분말 통로(130)를 통해서 반응부(110)로 공급되면, 반응부(110)에서 분말(20)과 반응액(10)의 화학반응이 발생하고, 이에 따라 수소 기체가 생성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 수소 기체가 생성되는 반응은 금속 분말(20)이 산화되고 반응액(10)이 환원되는 산화·환원 반응일 수 있다. 분말(20)과 반응액(10)의 반응에 따라, 수소 기체와 이온 및/또는 침전물을 형성할 수 있다. 알루미늄 분말 1g이 물과 반응하면 1.3L(리터)의 수소 기체가 생성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 반응부(110)에서 생성된 수소 기체는 개방된 분말 통로(130)를 통해 수소 통로(150) 측으로 이동할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니다.

마개(140)는 분말 저장부(120)와 반응부(110)를 연결하는 분말 통로(130)를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 마개(140)의 형상은 도 1에 도시된 바와 같이 단순한 사각형 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

실시예들에 따르면, 마개(140)는 분말 통로(130)에 삽입되어 분말 통로(130)를 폐쇄하는 형상일 수 있다. 또한, 마개(140)는 분말 통로(130)의 일 측면을 빈 틈 없이 덮는 형상일 수 있다. 또한, 마개(140)는 분말 통로(130)의 적어도 일부에 형성되어, 분말 통로(130)를 개폐 가능할 수 있는 막 형상 또는 플랜지 형상일 수도 있다.

마개(140)는 수소 생성 장치(100)가 작동되지 않을 때, 분말 통로(130)를 폐쇄하여 분말(20)과 반응액(10)이 혼합되어 반응이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 마개(140)는 수소 생성 장치(100)가 작동될 때, 분말 통로(130)를 개방하여 분말(20)이 반응부(110)에 공급되도록 하여 반응이 일어나도록 할 수 있다.

이에 따라, 수소 생성 장치(100) 미사용 시 불필요한 수소 기체가 생성되는 것이 방지될 수 있고, 수소 생성 장치(100) 사용 시에만 수소 기체가 생성되도록 할 수 있다. 즉, 수소 기체 필요 시에만 적정량의 분말(20)이 반응부(110)로 공급되도록 조절될 수 있어, 분말(20)이 반응액(10)과 한꺼번에 혼합되는 것이 방지될 수 있다.

수소 통로(150)는 반응부(110)에서 생성된 수소 기체가 수소 생성 장치(100)의 외부로 배출되기 위한 수소 기체의 이동 통로일 수 있다. 수소 통로(150)의 일 단은 분말 저장부(120), 분말 통로(130) 또는 반응부(110) 중 적어도 어느 하나와 연결될 수 있다.

수소 통로(150)는 수소 통로(150)의 일 단으로부터 일 단의 반대편 단부인 타 단으로 연장되어, 수소 생성 장치(100)의 외부와 연통할 수 있다. 수소 통로(150)의 타 단은 수소 생성 장치(100)의 일 단에 형성된 마우스피스와 연결될 수 있다.

반응부(110)에서 생성된 수소 기체는 수소 통로(150)를 따라 이동하여 수소 생성 장치(100)의 외부로 배출되고, 사용자는 수소 생성 장치(100)의 일 단을 흡입하여 수소 생성 장치(100) 외부로 배출되는 수소 기체를 흡입할 수 있다.

분말 통로(130)는 기계적인 메커니즘에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있을 뿐만 아니라, 전기적인 메커니즘에 의해 개방되거나 폐쇄될 수도 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

도 1에 도시되어 있지는 않으나, 수소 생성 장치(100)는 공기, 수소 등 기체의 흐름을 원활하게 하기 위해 수소 생성 장치(100)의 외부와 내부를 연통하는 적어도 하나의 통공을 더 포함할 수 있다.

외부 공기는 통공을 통하여 수소 생성 장치(100)의 내부로 유입될 수 있다. 통공을 통해 유입된 외부 공기는 수소 통로(150) 또는 후술할 기류 통로로 유입될 수 있거나, 수소 기체 또는 후술할 에어로졸이 생성되는 공간으로 유입될 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 확대하여 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 반응부(110), 분말 저장부(120), 분말 통로(130), 마개(140) 및 수소 통로(150)가 도시되어 있다.

일 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는 탄성 요소(142)를 더 포함할 수 있다. 탄성 요소(142)의 일 단은 수소 통로(150)의 내벽에서 수소 통로(150)의 중심 방향으로 돌출 형성된 제 1 돌출부(151)의 적어도 일부에 고정될 수 있고, 탄성 요소(142)의 적어도 일부는 마개(140)와 결합될 수 있다. 그러나, 탄성 요소(142)의 고정 방식은 이에 제한되지 않고, 다양한 방식으로 고정될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

탄성 요소(142)는 마개(140)를 분말 통로(130)를 폐쇄하는 방향으로 탄성적으로 가압함으로써, 분말 통로(130)를 폐쇄할 수 있다. 예를 들어, 마개(140)는 분말 통로(130)의 일 측을 빈 틈 없이 덮을 수 있는 캡(cap) 형상일 수 있다.

마개(140)는 수소 통로(150)를 통한 사용자의 흡입 동작에 따른 압력 변화에 의해, 마개(140)가 탄성 요소(142)에 저항하여 이동함으로써 분말 통로(130)를 개방할 수 있다.

실시예에 따르면, 사용자의 흡입 동작이 없는 경우, 탄성 요소(142)는 마개(140)를 분말 통로(130)를 폐쇄하는 방향으로 가압하여 분말 통로(130)가 폐쇄될 수 있다. 반대로, 사용자의 흡입 동작이 이루어 지는 경우, 수소 생성 장치(100) 내부에 압력 구배가 형성되어, 마개(140)가 분말 통로(130)를 개방하는 방향으로 이동할 수 있다.

구체적으로, 마개(140)를 기준으로, 마개(140)를 반응부(110) 측으로부터 수소 통로(150) 측 방향으로 밀어내는 압력이, 마개(140)를 수소 통로(150) 측으로부터 반응부(110) 측 방향으로 밀어내는 압력보다 더 큰 값일 수 있다. 즉, 수소 통로(150) 내부 공간의 압력이 사용자의 흡입이 없는 경우의 압력보다 낮아짐에 따라, 반응부(110) 내부 공간의 압력이 탄성 요소(142)의 압력과 수소 통로(150) 내부 공간의 압력의 합보다 큰 값이 되어, 마개(140)가 탄성 요소(142)에 저항하여 이동함으로써 분말 통로(130)가 개방될 수 있다.

분말 통로(130)가 개방되면, 분말 저장부(120)에 포함된 분말(20)은 반응부(110)로 공급되고, 반응액(10)과 반응하여 수소 기체를 생성할 수 있다. 생성된 수소 기체는, 분말 통로(130)가 개방되어 있을 때 수소 통로(150) 방향으로 이동하고, 수소 통로(150)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는 사용자의 흡입 동작에 따른 기계적인 메커니즘에 의해 분말 통로(130)가 개방되어, 수소 기체가 생성되고, 수소 생성 장치(100) 외부로 배출될 수 있다.

실시예에 따르면, 마개(140)는 중공(141)을 포함할 수 있다. 중공(141)의 일 측은 분말 통로(130)의 내벽에서 분말 통로(130)의 중심 방향으로 돌출 형성된 제 2 돌출부(131)의 적어도 일부와 대향되고, 중공(141)의 타 측은 수소 통로(150) 방향으로 형성될 수 있다.

분말 통로(130)가 폐쇄되어 있는 경우, 중공(141)의 일 측은 분말 통로(130)의 제 2 돌출부(131)에 의해 막혀 있어, 전술한 바와 같이 사용자의 흡입 동작에 따른 압력 변화에 의해 분말 통로(130)를 개방하는 방향으로 이동할 수 있다.

분말 통로(130)가 개방되면, 중공(141)의 양 측은 모두 개방되어, 반응부(110)에서 생성된 수소 기체가 분말 통로(130)를 경유하여 분말 저장부(120) 측에서 수소 통로(150) 방향으로 이동하는 비율은 감소하고, 수소 기체가 분말 통로(130)를 경유하여 마개(140)의 중공(141)을 통해 수소 통로(150) 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 마개(140)에 포함된 중공(141)은, 반응부(110)에서 생성된 수소 기체가, 보다 효율적으로 수소 통로(150) 측으로 이동할 수 있도록 수소 기체가 이동할 수 있는 경로를 추가적으로 제공할 수 있다.

도 3은 다른 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 다른 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는 반응부(110), 분말 저장부(120), 분말 통로(130), 마개(140), 탄성 요소(142), 수소 통로(150), 직접 통로(152), 간접 통로(156), 보조 마개(145) 및 보조 탄성 요소(147)를 포함할 수 있다. 전술한 도면과 중복되는 부분에 대한 설명은 이하에서는 생략하도록 한다.

실시예에 따르면, 수소 통로(150)는 반응부(110)와 직접적으로 연결된 직접 통로(152)와 분말 저장부(120)를 경유하여 반응부(110)와 연결된 간접 통로(156)를 포함할 수 있다. 여기에서 직접적인 연결의 의미는 다른 구성을 경유하지 않고 곧바로 연결되는 것을 의미할 수 있다.

직접 통로(152)는 수소 통로(150)의 적어도 일 지점에서 분기되어 반응부(110)와 연결될 수 있다. 또한, 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는, 직접 통로(152)의 적어도 일 지점에 인접하여 위치하여, 직접 통로(152)를 개방하거나 폐쇄하는 보조 마개(145) 및 보조 마개(145)를 직접 통로(152)를 폐쇄하는 방향으로 탄성적으로 가압하는 보조 탄성 요소(147)를 더 포함할 수 있다.

간접 통로(156)는 수소 통로(150)의 적어도 일 지점에서 분기되어 분말 저장부(120)와 연결될 수 있으며, 이에 대응되는 내용은 도 2에서 설명한 내용과 동일할 수 있다.

실시예에 따르면, 사용자의 흡입 동작이 없는 경우, 탄성 요소(142)는 마개(140)를 분말 통로(130)를 폐쇄하는 방향으로 가압하여 분말 통로(130)가 폐쇄되고, 보조 탄성 요소(147) 또한, 보조 마개(145)를 직접 통로(152)를 폐쇄하는 방향으로 가압하여 직접 통로(152)가 폐쇄될 수 있다.

사용자의 흡입 동작이 이루어 지는 경우, 수소 통로(150) 내부 공간의 압력이 사용자의 흡입 동작이 없는 경우의 압력보다 낮아짐에 따라, 간접 통로(156) 내부 공간의 압력과 직접 통로(152) 내부 공간의 압력 각각이 사용자의 흡입이 없는 경우의 압력보다 낮아지게 될 수 있다.

이에 따라, 반응부(110) 내부 공간의 압력이 탄성 요소(142)의 압력과 간접 통로(156) 내부 공간의 압력의 합보다 큰 값이 되어, 마개(140)가 탄성 요소(142)에 저항하여 이동함으로써 분말 통로(130)가 개방될 수 있다.

분말 통로(130)가 개방되면, 분말(20)이 반응부(110)로 공급되고, 반응부(110)에서는 수소 기체가 생성될 수 있다. 반응부(110)에서 생성된 수소는 개방된 분말 통로(130)를 통하여 간접 통로(156) 측으로 이동할 수 있다.

또한, 사용자의 흡입 동작이 이루어지는 경우, 반응부(110) 내부 공간의 압력이 보조 탄성 요소(147)의 압력과 직접 통로(152) 내부 공간의 압력의 합보다 큰 값이 되어, 보조 마개(145)가 보조 탄성 요소(147)에 저항하여 이동함으로써 직접 통로(152)가 개방되고, 반응부(110)에서 생성된 수소는 개방된 직접 통로(152) 측으로 이동할 수도 있다.

즉, 수소 통로(150)가 간접 통로(156)와 직접 통로(152)를 포함함에 따라, 생성된 수소 기체의 추가적인 이동 경로가 확보될 수 있고, 사용자의 수소 흡입이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.

또한, 마개(140)와 보조 마개(145) 및 탄성 요소(142)와 보조 탄성 요소(147)는 각각이 형상, 구조, 치수 및 재료 등 물리적인 특성이 서로 상이할 수 있다. 이와 같은 물리적 특성 차이에 의해, 사용자의 흡입 동작에 따른 마개(140) 또는 보조 마개(145)가 변위 되는 양상이 서로 달라질 수 있다. 변위 되는 양상은 구체적으로, 변위 되는 정도, 변위 되는 시점 및 변위 되는 속도 등을 의미할 수 있다.

예를 들어, 보조 탄성 요소(147)가 탄성 요소(142)보다 더욱 큰 탄성 계수를 가질 수 있다. 이러한 경우, 사용자의 흡입 동작이 이루어 지면, 마개(140)가 보조 마개(145)보다 빠르게 가속되어, 먼저 변위될 수 있다. 이에 따라, 분말 통로(130)가 개방되어 분말(20)이 반응부(110)로 공급되고, 대략적으로 수소 기체가 생성되는 시점에 보조 마개(145)가 변위되어, 직접 통로(152)가 개방되고, 생성된 수소 기체는 직접 통로(152)를 통해 수소 통로(150) 측으로 이동할 수 있다.

즉, 탄성 요소(142)와 보조 탄성 요소(147)의 물리적 특성 차이에 따라 분말 통로(130)의 개폐와 직접 통로(152)의 개폐가 서로 상이하게 이루어 질 수 있다.

도 4는 또 다른 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는 반응부(110), 분말 저장부(120), 분말 통로(130), 마개(140), 수소 통로(150), 퍼프 센서(160), 액추에이터(actuator)(170), 프로세서(180) 및 배터리(190)를 포함할 수 있다. 전술한 도면과 중복되는 부분에 대한 설명은 이하에서는 생략하도록 한다.

퍼프 센서(160)는 사용자의 흡입을 감지할 수 있다. 퍼프 센서(160)는 수소 생성 장치(100)의 외부에서 유입되는 기류의 유량(flow) 변화, 압력 변화, 및 소리의 검출 중 적어도 하나에 기초하여 사용자의 퍼프를 감지할 수 있다. 퍼프 센서(160)는 사용자의 퍼프의 시작 타이밍 및 종료 타이밍을 검출할 수 있고, 프로세서(180)는 검출된 퍼프의 시작 타이밍 및 종료 타이밍에 따라 퍼프 기간(puff period) 및 비 퍼프(non-puff) 기간을 판단할 수 있다.

예를 들어, 퍼프 센서(160)는 사용자의 흡입에 따른 수소 생성 장치(100) 내의 압력 변화를 감지할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

액추에이터(170)는 마개(140)를 변위 또는 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(170)의 구동에 의해 마개(140)는 병진운동 할 수 있을 뿐만 아니라, 회전운동 할 수도 있다. 즉, 마개(140)의 형상 및 구조와 관계 없이 다양한 형태의 마개(140)가 분말 통로(130)를 개폐할 수 있도록 액추에이터(170)는 마개(140)를 변위시킬 수 있다. 액추에이터(170)는 예를 들어, 리니어 모터, 스텝 모터 또는 유압 및 공압 실린더일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

프로세서(180)는 퍼프 센서(160) 및 액추에이터(170)와 전기적으로 연결되고, 퍼프 센서(160)의 사용자 흡입 감지에 기초하여 액추에이터(170)의 구동을 제어함으로써 분말 통로(130)를 개방시킬 수 있다.

또한, 프로세서(180)는 퍼프 센서(160)가 감지한 사용자의 흡입 강도에 따라, 액추에이터(170)의 구동을 제어하여 분말 통로(130)의 개방 시간을 조절할 수 있다. 여기에서 흡입 강도는 흡입 시간, 흡입 압력 등을 포함하는 것을 의미한다. 구체적으로, 프로세서(180)는 퍼프 센서(160)가 감지한 퍼프 신호를 수신하고, 수신한 신호를 기초로 액추에이터(170)에 구동 명령을 송신하여 액추에이터(170)의 구동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 사용자의 흡입 강도가 강할수록 더 많은 수소가 생성될 필요가 있을 수 있다. 이 경우, 프로세서(180)는 분말 통로(130)가 보다 오랜 시간 동안 개방되어 있을 수 있도록, 액추에이터(170)가 마개(140)를 더 오랜 시간 변위된 상태를 유지하도록 제어함으로써 상대적으로 많은 양의 분말(20)이 반응부(110)로 공급되게 하고, 이에 따라 많은 양의 수소 기체가 생성될 수 있다.

반대로, 사용자의 흡입 강도가 약할수록, 프로세서(180)는 분말 통로(130)가 보다 짧은 시간 동안 개방되어 있을 수 있도록, 액추에이터(170)를 제어함으로써 상대적으로 적은 양의 수소 기체가 생성되도록 할 수도 있다.

또한, 프로세서(180)는 액추에이터(170)의 출력을 제어하여 마개(140)의 이동 속도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(180)는 퍼프 센서(160)가 감지한 사용자의 흡입 동작에 기초하여, 액추에이터(170)의 구동을 제어하여 마개(140)의 이동 속도를 조절할 수도 있다.

이에 따라, 사용자가 수소 생성 장치(100)를 흡입하는 시점과, 분말(20)이 반응부(110)로 공급되어 수소가 생성되는 시점의 시간차가 최소화 될 수 있다. 또한, 사용자의 흡입 동작 직후에 수소 기체가 생성되어, 사용자는 보다 즉각적인 수소 기체 흡입이 가능 할 수 있다.

즉, 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는 전기적인 메커니즘에 의해 분말 통로(130)가 개방됨으로써, 수소 기체의 생성이 정밀하게 제어되고, 사용자의 흡입 동작 시점과 수소 흡입 시점의 시간차가 개선될 수 있다

배터리(190)는 퍼프 센서(160), 액추에이터(170) 및 프로세서(180)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(190)는 수소 생성 장치(100)에 포함될 수 있는 다른 전기적으로 작동하는 구성에도 전력을 공급할 수 있다.

한편, 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는 배터리(190)를 포함하지 않고, 외부 전력을 공급받아 작동할 수도 있다.

또한, 수소 생성 장치(100)는 반응부(110)에 포함된 반응액(10)이 수소 생성 장치(100)의 외부로 흘러나오는 것을 방지하기 위한 기체 투과막(154)을 포함할 수 있다. 기체 투과막(154)은 분말(20)과 같은 고체 및 반응액(10)과 같은 액체는 통과할 수 없지만, 수소 기체나 미립화된 에어로졸은 통과할 수 있는 재질로 제조될 수 있다.

기체 투과막(154)은 분말 통로(130) 또는 수소 통로(150) 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다. 예를 들어, 기체 투과막(154)은 수소 통로(150) 내부의 어느 한 지점에 배치될 수 있다. 이에 따라, 반응부(110)에 포함된 반응액(10)이 수소 통로(150)를 따라 수소 생성 장치(100)의 외부로 흘러나오는 것이 방지될 수 있다.

기체 투과막(154)은 본 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)에만 적용되는 것이 아니라, 본 명세서에 포함된 모든 실시예에서도 적용될 수 있다.

도 5는 액상 저장부를 포함하는 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 액상 저장부(210)를 포함하는 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는 반응부(110), 분말 저장부(120), 분말 통로(130), 마개(140), 수소 통로(150), 퍼프 센서(160), 액추에이터(170), 프로세서(180), 배터리(190), 액상 저장부(210), 무화기(220) 및 기류 통로(230)를 포함할 수 있다. 전술한 도면과 중복되는 부분에 대한 설명은 이하에서는 생략하도록 한다.

액상 저장부(210)는 액상 조성물(200)을 포함할 수 있다. 액상 저장부(210)가 내부에 '액상 조성물을 포함한다'는 것은 액상 저장부(210)가 그릇(container)의 용도와 같이 액상 조성물(200)을 단순히 담는 기능을 수행하는 것과, 액상 저장부(210)의 내부에 예를 들어 스펀지(sponge)나 솜이나 천이나 다공성 세라믹 구조체와 같은 액상 조성물(200)을 함침(함유)하는 요소를 포함하는 것을 의미한다.

액상 저장부(210)는 예를 들어, 액체 상태, 고체 상태, 기체 상태, 또는 겔(gel) 상태 등의 어느 하나의 상태를 갖는 액상 조성물(200)을 보유할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물(200)은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다.

액상 조성물(200)은 예를 들어, 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 및 비타민 혼합물의 어느 하나의 성분이나, 이들 성분의 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. 비타민 혼합물은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C 및 비타민 E 중 적어도 하나가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한 액상 조성물(200)은 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다.

예를 들어, 액상 조성물(200)은 니코틴 염이 첨가된 임의의 중량비의 글리세린 및 프로필렌 글리콜 용액을 포함할 수 있다. 액상 조성물(200)에는 2종 이상의 니코틴 염이 포함될 수도 있다. 니코틴 염은 니코틴에 유기산 또는 무기산을 포함하는 적절한 산을 첨가함으로써 형성될 수 있다. 니코틴은 자연적으로 발생하는 니코틴 또는 합성 니코틴으로서, 액상 조성물(200)의 총 용액 중량에 대한 임의의 적절한 중량의 농도를 가질 수 있다.

니코틴 염의 형성을 위한 산은 혈중 니코틴 흡수 속도, 수소 생성 장치(100)의 작동 온도, 향미 또는 풍미, 용해도 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.

예를 들어, 니코틴 염의 형성을 위한 산은 벤조산, 락트산, 살리실산, 라우르산, 소르브산, 레불린산, 피루브산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 카프릴산, 카프르산, 시트르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 페닐아세트산, 타르타르산, 숙신산, 푸마르산, 글루콘산, 사카린산, 말론산 또는 말산으로 구성된 군으로부터 선택되는 단독의 산 또는 상기 군으로부터 선택되는 2 이상의 산들의 혼합이 될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

무화기(220)는 액상 조성물(200)을 무화시킴으로써 에어로졸을 생성시킬 수 있다. 무화기(220)는 액상 조성물(200)을 가열하는 히터 및 액상 조성물(200)에 진동을 가하는 진동자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

무화기(220)는 프로세서(180)의 제어에 따라 배터리(190)로부터 전력을 공급 받을 수 있다. 무화기(220)는 배터리(190)로부터 전력을 공급 받아, 수소 생성 장치(100)에 저장된 액상 조성물(200)을 무화시킬 수 있다.

무화기(220)는 수소 생성 장치(100)의 본체에 위치할 수 있다. 또는, 수소 생성 장치(100)가 본체 및 액상 저장부(210)로 구성되는 경우, 무화기(220)는 액상 저장부(210)에 위치하거나, 본체 및 액상 저장부(210)에 나뉘어 위치할 수도 있다. 무화기(220)가 액상 저장부(210)에 위치하는 경우, 무화기(220)는 본체 및 액상 저장부(210) 중 적어도 어느 한 곳에 위치한 배터리(190)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 또한, 무화기(220)가 본체 및 액상 저장부(210)에 나뉘어 위치하는 경우, 무화기(220)에서 전력의 공급이 필요한 부품은 본체 및 액상 저장부(210) 중 적어도 어느 한 곳에 위치한 배터리(190)로부터 전력을 공급받을 수 있다.

도 5에는 무화기(220)가 액상 저장부(210) 내부의 일 영역에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

무화기(220)는 액상 저장부(210)의 내부의 액상 조성물(200)로부터 에어로졸(aerosol)을 생성시킨다. 에어로졸은 기체 중에 액체 및/또는 고체 미세 입자가 분산되어 있는 부유물을 의미한다. 따라서 무화기(220)로부터 생성되는 에어로졸은 액상 조성물(200)로부터 생성된 증기화된 입자와 공기가 혼합된 상태를 의미할 수 있다. 예를 들어, 무화기(220)는 액상 조성물(200)의 상(phase)을 기화 및/또는 승화를 통하여 기체의 상으로 변환시킬 수 있다. 또한, 무화기(220)는 액체 및/또는 고체 상의 액상 조성물(200)을 미세 입자화하여 방출함으로써 에어로졸을 생성할 수 있다.

예를 들어, 무화기(220)는 초음파 진동 방식을 이용함으로써 액상 조성물(200)로부터 에어로졸을 생성시킬 수 있다. 초음파 진동 방식은 진동자에 의해 발생되는 초음파 진동으로 액상 조성물(200)을 무화시킴으로써 에어로졸을 생성시키는 방식을 의미할 수 있다.

구체적으로, 진동자는 짧은 주기의 진동을 발생시킬 수 있다. 진동자로부터 생성된 진동은 초음파 진동일 수 있으며, 초음파 진동의 주파수는 예를 들어 100kHz 내지 3.5 MHz일 수 있다. 진동자로부터 생성된 짧은 주기의 진동에 의해 액상 조성물(200)은 기화 및/또는 입자화되어 에어로졸로 무화될 수 있다.

진동자는 예를 들어, 압전 세라믹을 포함할 수 있으며, 압전 세라믹은 물리적인 힘(압력)에 의해 전기(전압)가 발생하고, 역으로 전기가 인가될 때 진동(기계적인 힘)으로 상호 변환할 수 있는 기능성의 재료이다. 따라서, 진동자에 인가된 전기에 의해 진동(물리적인 힘)이 발생 되고, 이와 같은 물리적인 작은 진동이 액상 조성물(200)을 작은 입자로 쪼개어 에어로졸로 무화시킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 무화기(220)는 열을 발생시킴으로써 액상 조성물(200)을 가열할 수 있는 히터일 수도 있다. 액상 조성물(200)은 히터에 의해 가열될 수 있으며, 그 결과 에어로졸이 생성될 수 있다.

히터는 임의의 적합한 전기 저항성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 적합한 전기 저항성 물질은 타이타늄, 지르코늄, 탄탈럼, 백금, 니켈, 코발트, 크로뮴, 하프늄, 나이오븀, 몰리브데넘, 텅스텐, 주석, 갈륨, 망간, 철, 구리, 스테인리스강, 니크롬 등을 포함하는 금속 또는 금속 합금일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 히터는 금속 열선(wire), 전기 전도성 트랙(track)이 배치된 금속 열판(plate), 세라믹 발열체 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

예를 들어, 일 실시예에서 히터는 액상 저장부(210) 에 포함된 구성일 수 있다. 또한 액상 저장부(210)는 후술하는 액체 전달 수단(미도시)을 포함할 수도 있다. 액상 저장부(210)에 수용된 액상 조성물(200)은 액체 전달 수단으로 이동하고, 히터는 액체 전달 수단에 흡수된 액상 조성물(200)을 가열하여 에어로졸을 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 히터는 액체 전달 수단에 감기거나 액체 전달 수단에 인접하게 배치될 수 있다.

기류 통로(230)는 무화기(220)에서 생성된 에어로졸이 이동하는 통로일 수 있다. 액상 저장부(210)에서 생성된 에어로졸은 기류 통로(230)를 통하여 수소 생성 장치(100)의 외부로 배출될 수 있다.

기류 통로(230)는 수소 통로(150)의 일 지점에서 수소 통로(150)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 기류 통로(230)는 수소 통로(150)의 일 지점에서 수소 통로(150)와 통합되고, 통합된 수소 통로(150)는, 수소 생성 장치(100)의 외부와 연통하는 수소 생성 장치(100)의 일 단 또는 마우스피스 측까지 연장될 수 있다. 이에 따라, 반응부(110)에서 생성된 수소 기체와 액상 저장부(210)에서 형성된 에어로졸이 혼합되어 수소 생성 장치(100)의 외부로 배출될 수 있다.

예를 들어, 수소 통로(150)는 반응부(110)로부터 수소 생성 장치(100)의 외부와 연통하는 일 단부까지 연장되고, 기류 통로(230)는 액상 저장부(210)로부터 수소 생성 장치(100)의 일 단부까지 연장될 수 있다. 그러나, 수소 통로(150)와 기류 통로(230)는 이에 제한되지 않는 형상 및 구조로 형성될 수도 있다.

도 6은 궐련 수용부를 포함하는 실시예에 따른 수소 생성 장치의 내부를 도시한 단면도이다.

도 6을 참조하면, 궐련 수용부(310)를 포함하는 실시예에 따른 수소 생성 장치(100)는 반응부, 분말 저장부(120), 분말 통로(130), 마개(140), 수소 통로(150), 퍼프 센서(160), 액추에이터(170), 프로세서(180), 배터리(190), 궐련 수용부(310) 및 히터(320)를 포함할 수 있다. 전술한 도면과 중복되는 부분에 대한 설명은 이하에서는 생략하도록 한다.

궐련 수용부(310)는 수소 통로(150)와 연결되고, 수소 생성 장치(100)의 외부로부터 삽입되는 궐련(300)을 수용하는 공간일 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이 수소 통로(150)의 내부 일 지점에 궐련(300)이 수소 통로(150) 내부 깊숙히 삽입되는 것을 방지하기 위한 걸림 턱이 형성될 수 있다.

궐련 수용부(310)에 궐련(300)이 삽입되면, 반응부에서 생성되어 수소 통로(150)를 통해 이동하는 수소 기체는, 미세 구멍이 포함된 궐련(300)을 관통하여 수소 생성 장치(100)의 외부로 배출될 수 있다.

궐련(300)은 궐련(300)의 일 단이 수소 생성 장치(100)의 외부에서 보이지 않도록 궐련 수용부(310)에 완전히 삽입될 수도 있고, 궐련(300)의 일 단이 수소 생성 장치(100)의 외부로 일부 돌출되도록 삽입될 수도 있다. 궐련(300)의 일부가 돌출된 경우, 사용자는 궐런의 일 단을 통해 수소 생성 장치(100)를 흡입할 수 있다.

궐련(300)의 일 단부는 권축된 시트로 형성될 수 있으며, 액상 조성물이 권축된 시트에 함침될 수 있다. 또한, 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질들 및 가향액은 권축된 시트에 함침될 수 있다.

궐련(300)의 일 단부를 구성하는 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.

또한, 궐련(300)에는 에어로졸의 향미를 변경시킬 수 있는 향미 요소가 포함될 수 있다. 향미 요소는 사용자에 의한 흡입에 따라 수소 통로(150)를 통과하는 수소 기체 또는 에어로졸에 향미(flavor)를 부여할 수 있다. 이때 수소 기체 또는 에어로졸은 향미 요소로부터 배출된 향미를 비말 동반할 수 있다.

향미 요소는, 예를 들어 담배, 향기(aroma), 또는 니코틴 내용물(nicotine content)과 같은 향료를 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미 요소는 전술한 향료 등으로 형성된 과립형 향미 요소일 수도 있다.

히터(320)는 궐련(300)을 가열하여 에어로졸을 생성시킬 수 있다. 히터(320)는 궐련 수용부(310) 또는 수소 통로(150)의 적어도 일부의 외부를 감싸도록 배치될 수 있으며, 배터리(190)로부터 전력을 공급받아 열을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 히터(320)는 궐련 수용부(310)에 삽입된 궐련(300)을 감싸도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 히터(320)는 저항 가열식 히터(320) 또는 유도 가열식 히터(320) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

히터(320)에서 발생하는 열은 궐련 수용부(310) 내부로 전달되어, 궐련(300)을 가열할 수 있다. 궐련(300)이 가열됨에 따라, 에어로졸이 생성될 수 있다. 향미 요소는 가열되지 않을 수 있으나, 가열됨으로써 보다 풍부한 양의 향미를 배출할 수도 있다.

또한, 히터(320)에서 발생하는 열은 수소 기체 또는 에어로졸에 온열감을 제공하여 사용자의 흡연 만족감을 향상시킬 수 있다.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 수소 생성 장치의 분말 저장부를 확대하여 도시한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 분말 저장부(120), 분말 통로(130), 마개(140), 수소 통로(150), 메쉬(410)(mesh), 스토퍼(stopper)(420)가 도시되어 있다. 전술한 도면과 중복되는 부분에 대한 설명은 이하에서는 생략하도록 한다.

분말 저장부(120)는 분말(20)이 반응부로 공급되도록 통로 방향으로의 이동을 안내하는 경사면(121)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분말(20)이 쌓여있는 분말 저장부(120)의 바닥 면에서부터 분말 통로(130)를 향하는 방향으로 경사면(121)이 형성될 수 있다.

분말 저장부(120)에 경사면(121)이 형성됨에 따라, 분말(20)이 경사면(121)을 따라 분말 통로(130) 방향으로 이동함으로써 반응부로 원활하게 공급될 수 있어, 수소 기체 생성이 지속적으로 이루어 질 수 있다. 도 7에 도시된 경사면(121)의 형상 또는 경사면(121)이 기울어진 정도는 일 예시에 불과할 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다.

메쉬(410)는 수소 통로(150)에 배치되어, 수소 통로(150)를 통해 분말(20)이 역류하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 메쉬(410)는 수소 통로(150)의 일 지점에 배치되어, 사용자의 흡입 동작이 있을 때, 분말(20)이 수소 통로(150)를 통하여 수소 생성 장치의 외부로 빠져 나가는 것을 방지할 수 있다.

메쉬(410)는 다공성 판 또는 다공성 막일 수 있다. 예를 들어, 메쉬(410)는 분말(20)의 최소 직경보다 더 작은 직경을 가지는 수 많은 구멍을 포함하는 다공성 판일 수 있고, 수소 통로(150)의 일 지점에 하나 이상 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

실시예에 따른 수소 생성 장치는 마개(140)의 가동 범위를 제한하는 스토퍼(420)를 포함할 수 있다. 마개(140)는 분말 통로(130)를 개폐하도록 이동 가능할 수 있으나, 스토퍼(420)에 의해 가동범위가 소정의 범위로 제한될 수 있다.

스토퍼(420)는, 마개(140)의 과도한 이동에 의하여 분말 통로(130)가 오랜 시간동안 개방되는 것을 제한함으로써, 분말 저장부(120)로부터 과다한 양의 분말(20)이 반응부로 공급되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(420)는 마개(140)가 수소 통로(150) 방향으로 과도하게 이동하는 것을 방지할 수 있도록, 수소 통로(150)에 배치되어, 수소 통로(150) 내벽의 적어도 일부에서 수소 통로(150)의 중심 방향으로 돌출된 형상일 수 있다.

수소 생성 장치는 회전에 의해 분말 통로(130)를 개방하는 형상 및/또는 구조를 가지는 마개(140)를 포함할 수 있으며, 이러한 경우, 회전하는 마개(140)의 회전 범위를 제한하는 형상 및/또는 구조의 스토퍼(420)가 수소 생성 장치 내부에 배치될 수도 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 수소 생성 장치의 외부를 도시한 사시도이다.

도 8을 참조하면, 수소 생성 장치(100)의 외부에는 스위치(510) 및 윈도우(520)가 포함될 수 있다. 또한, 수소 생성 장치(100)의 일 단에는 사용자의 구부와 접촉하는 마우스피스(M)가 형성될 수 있다.

스위치(510)는 수소 생성 장치(100)의 외측에 형성되어, 사용자에 의해 조작될 수 있다. 예를 들어, 스위치(510)는 기계식 버튼일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

수소 생성 장치(100)의 작동 모드를 조절하는 스위치(510)의 조작에 따라, 작동 모드가 수소 생성 모드 및 에어로졸 생성 모드 중 적어도 하나로 설정될 수 있다. 예를 들어, 스위치(510)의 조작에 따라 수소 생성 장치(100)에 포함된 액추에이터 및 무화기 각각과 배터리의 전기적인 연결이 수립/차단됨에 따라, 액추에이터 및 무화기 각각의 작동이 온/오프 될 수 있다.

본 개시에 따른 수소 생성 장치(100)는 수소 기체를 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 에어로졸을 생성할 수도 있으므로, 사용자의 기호에 따라 수소 생성 모드, 에어로졸 생성 모드 또는 수소 및 에어로졸 생성 모드 중 어느 하나로 작동될 수 있다.

윈도우(520)는 수소 생성 장치(100)의 반응부의 내부가 시각적으로 노출되도록 할 수 있다. 예를 들어, 윈도우(520)는 유리나 플라스틱과 같은 투명한 소재 또는 반투명한 소재 중 적어도 어느 하나의 소재로 제작될 수 있다.

반응부에서 수소 기체가 생성됨에 따라, 반응부에 포함된 반응액의 양이 점차 감소할 뿐만 아니라, 반응부에 침전물(521)이 생성될 수 있다. 사용자는 윈도우(520)를 통해 반응부 내부에 축적된 침전물(521) 또는 감소한 반응액의 양을 확인하여, 소모된 재료(분말 및/또는 반응액)의 양 또는 재료의 잔량을 손쉽게 추측 또는 추정할 수 있다.

도 8에 도시된 바에 따르면, 윈도우(520)는 수소 생성 장치(100) 외주면에 사각형 모양으로 형성되어 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐, 다양한 형상의 윈도우(520)가 수소 생성 장치(100)에 포함될 수 있다.

수소 생성 장치(100)에는 분말을 분말 저장부로 공급하기 위한 분말 공급구(미도시) 및 반응액을 반응부에 공급하기 위한 반응액 공급구(미도시)를 포함할 수 있으나, 분말 저장부 및 반응부 중 적어도 하나는 별도의 소모품으로 생산되고, 수소 생성 장치(100)에 탈부착 가능하도록 결합될 수 있다.

구체적으로, 반응부 내부에는 침전물(521)이 지속적으로 축적되므로, 소모된 반응액을 반응부로 공급하는 것 만으로는 수소 생성 장치(100)의 지속적인 사용에 불충분할 수 있다. 반응부가 수소 생성 장치(100)의 적어도 일 영역(530)에 탈부착 가능하도록 수소 생성 장치(100)가 제작됨으로써, 수소 생성 장치(100)는 보다 향상된 내구성을 가지며, 지속적인 성능을 제공할 수 있다.

상술한 실시예에 관한 수소 생성 장치(100)에서 수소 생성 장치(100)의 길이 방향을 가로지르는 방향에서의 단면 형상은 대략 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 여러 가지 형태의 다각형의 단면 형상일 수 있다. 다만, 수소 생성 장치(100)의 단면 형상은 상술한 바에 의해 제한되지 않는다.

예를 들어, 수소 생성 장치(100)는 길이 방향으로 연장할 때 반드시 직선적으로 연장하는 구조로 제한되는 것은 아니며, 사용자가 손으로 잡기 편하게 예를 들어 유선형으로 만곡되거나 특정 영역에서 미리 정해진 각도로 절곡되며 길게 연장할 수 있으며, 이때의 단면 형상은 길이 방향을 따라 변화할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 수소 생성 장치의 블록도이다.

도 9를 참조하면, 수소 생성 장치(100)는 배터리(190), 무화기(220), 센서(610), 사용자 인터페이스(620), 메모리(630) 및 프로세서(180)를 포함할 수 있다. 그러나, 수소 생성 장치(100)의 하드웨어 구성은 도 9에 도시된 것에 한정되지 않는다. 수소 생성 장치(100)의 설계에 따라, 도 9에 도시된 하드웨어 구성 중 일부가 생략되거나 새로운 구성이 더 추가될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

이하에서는 수소 생성 장치(100)에 포함된 각 구성들이 위치하는 공간을 한정하지 않고, 각 구성들의 동작에 대해 설명하기로 한다.

배터리(190)는 수소 생성 장치(100)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 즉, 배터리(190)는 무화기(220)가 에어로졸 생성 물질을 무화시킬 수 있도록 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(190)는 수소 생성 장치(100) 내에 구비된 다른 하드웨어 구성들, 즉, 센서(610), 사용자 인터페이스(620), 메모리(630) 및 프로세서(180)의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 배터리(190)는 충전이 가능한 배터리이거나 일회용 배터리일 수 있다.

예를 들어, 배터리(190)는 니켈 계열 배터리(예를 들어, 니켈-금속 하이드라이드 배터리, 니켈-카드뮴 배터리), 또는 리튬 계열 배터리(예를 들어, 리튬-코발트 배터리, 리튬-포스페이트 배터리, 리튬 티타네이트 배터리, 리튬-이온 배터리 또는 리튬-폴리머 배터리)를 포함할 수 있다. 다만, 수소 생성 장치(100)에 사용될 수 있는 배터리(190)의 종류는 상술한 바에 의해 제한되지 않는다. 필요에 따라 배터리(190)는 알카라인 배터리, 또는 망간 배터리를 포함할 수도 있다.

다른 실시예에서 수소 생성 장치(100)는 궐련을 수용할 수 있는 궐련 수용부를 포함할 수 있으며, 히터는 수소 생성 장치(100)의 궐련 수용부에 삽입된 궐련을 가열할 수 있다. 수소 생성 장치(100)의 궐련 수용부에 궐련이 수용됨에 따라 히터는 궐련의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 이로써, 히터는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 생성시킬 수 있다.

한편, 히터는 유도 가열식 히터일 수 있다. 히터는 궐련 또는 카트리지를 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 궐련 또는 카트리지에는 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터가 포함될 수 있다.

수소 생성 장치(100)는 적어도 하나의 센서(610)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서(610)에서 센싱된 결과는 프로세서(180)로 전달되고, 센싱 결과에 따라 프로세서(180)는 무화기(220)의 동작 제어, 흡입의 제한, 반응부(분말 저장부, 액상 저장부 또는 궐련) 삽입 유/무 판단, 알림 표시 등과 같은 다양한 기능들이 수행되도록 수소 생성 장치(100)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 적어도 하나의 센서(610)는 전술한 퍼프 센서를 포함할 수 있고, 사용자 입력 센서를 포함할 수도 있다. 사용자 입력 센서는 스위치, 물리적 버튼, 터치 센서 등과 같이 사용자의 입력을 수신할 수 있는 센서일 수 있다. 예를 들어, 터치 센서는 사용자가 금속 재질로 형성된 소정의 영역을 터치하는 경우 커패시턴스(capacitance)의 변화가 발생하고, 커패시턴스의 변화를 검출함으로써 사용자의 입력을 감지할 수 있는 정전용량형 센서일 수 있다.

프로세서(180)는 정전용량형 센서로부터 수신한 커패시턴스의 변화 전후 값을 비교함으로써 사용자의 입력이 발생하였는지 여부를 결정할 수 있다. 커패시턴스의 변화 전후 값이 기설정된 임계값을 초과한 경우, 프로세서(180)는 사용자의 입력이 발생한 것으로 결정할 수 있다.

또한 적어도 하나의 센서(610)는 수소 생성 장치(100)에 사용될 수 있는 소모품(예를 들어, 반응부, 분말 저장부, 액상 저장부 및 궐련 등)의 장착 또는 탈거를 감지할 수 있는 소모품 탈착 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어 소모품 탈착 센서는 소모품이 수소 생성 장치(100)에 접촉하였는지 여부를 감지하거나, 이미지 센서에 의해 소모품이 탈착되는지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 소모품 탈착 센서는 소모품의 마커와 상호 작용할 수 있는 코일의 인덕턴스 값의 변화를 감지하는 인덕턴스 센서이거나, 소모품의 마커와 상호 작용할 수 있는 커패시터의 커패시턴스 값의 변화를 감지하는 커패시턴스 센서일 수 있다.

또한 적어도 하나의 센서(610)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서는 무화기(220)의 히터(또는, 액상 조성물)가 가열되는 온도를 감지할 수 있다. 수소 생성 장치(100)는 히터의 온도를 감지하는 별도의 온도 센서를 포함하거나, 별도의 온도 센서를 포함하는 대신 히터 자체가 온도 센서의 역할을 수행할 수 있다. 또는, 히터가 온도 센서의 역할을 수행함과 동시에 수소 생성 장치(100)에 별도의 온도 센서가 더 포함될 수 있다. 또한, 온도 센서는 히터뿐만 아니라 수소 생성 장치(100)의 인쇄회로기판(PCB), 배터리 등과 같은 내부 부품들의 온도를 감지할 수도 있다.

또한 적어도 하나의 센서(610)는 수소 생성 장치(100)의 주변 환경의 정보를 측정하는 다양한 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어 적어도 하나의 센서(610)는 주변 환경의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서, 주변 환경의 습도를 측정하는 습도 센서, 주변 환경의 압력을 측정하는 대기압 센서 등을 포함할 수 있다.

수소 생성 장치(100)에 구비될 수 있는 센서(610)는 상술한 종류에 한정되지 않고, 다양한 센서들을 더 포함할 수 있다. 수소 생성 장치(100)에는 위의 예시된 다양한 센서(610)의 예시들 중 일부만이 취사 선택되어 구현될 수 있다. 다시 말해, 수소 생성 장치(100)는 전술한 센서들 중 적어도 하나 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.

사용자 인터페이스(620)는 사용자에게 수소 생성 장치(100)의 상태에 대한 정보를 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스(620)는 시각 정보를 출력하는 디스플레이 또는 램프, 촉각 정보를 출력하는 모터, 소리 정보를 출력하는 스피커, 사용자로부터 입력된 정보를 수신하거나 사용자에게 정보를 출력하는 입/출력(I/O) 인터페이싱 수단들(예를 들어, 버튼 또는 터치스크린)과 데이터 통신을 하거나 충전 전력을 공급받기 위한 단자들, 외부 디바이스와 무선 통신(예를 들어, WI-FI, WI-FI Direct, Bluetooth, NFC(Near-Field Communication) 등)을 수행하기 위한 통신 인터페이싱 모듈 등의 다양한 인터페이싱 수단들을 포함할 수 있다.

다만, 수소 생성 장치(100)에는 위의 예시된 다양한 사용자 인터페이스(620) 예시들 중 일부만이 취사 선택되어 구현될 수도 있다.

메모리(630)는 수소 생성 장치(100) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 메모리(630)는 프로세서(180)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(630)는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory) 등의 다양한 종류들로 구현될 수 있다.

메모리(630)에는 수소 생성 장치(100)의 동작 시간, 최대 퍼프 횟수, 현재 퍼프 횟수, 적어도 하나의 온도 프로파일 및 사용자의 흡연 패턴에 대한 데이터 등이 저장될 수 있다.

프로세서(180)는 수소 생성 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(180)는 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.

프로세서(180)는 적어도 하나의 센서(610)에 의해 센싱된 결과를 분석하고 뒤이어 수행될 처리들을 제어한다.

프로세서(180)는 적어도 하나의 센서(610)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 무화기(220)의 동작이 개시 또는 종료되도록 무화기(220)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(180)는 적어도 하나의 센서(610)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 무화기(220)가 적절한 양의 에어로졸을 생성시킬 수 있도록 무화기(220)에 공급되는 전력의 양 및 전력이 공급되는 시간을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(180)는 무화기(220)의 진동자가 소정의 주파수로 진동할 수 있도록 진동자에 공급되는 전류를 제어할 수 있다.

일 실시예에서 프로세서(180)는 수소 생성 장치(100)에 대한 사용자 입력을 수신한 후 무화기(220)의 동작을 개시할 수 있다. 또한, 프로세서(180)는 퍼프 감지 센서를 이용하여 사용자의 퍼프를 감지한 후 액추에이터의 구동 제어 및 무화기(220)의 동작을 개시할 수 있다.

또한, 프로세서(180)는 퍼프 감지 센서를 이용하여 퍼프 횟수를 카운트한 후 퍼프 횟수가 기설정된 횟수에 도달하면 무화기(220)에 전력 공급을 중단시킬 수 있다.

프로세서(180)는 적어도 하나의 센서(610)에 의해 센싱된 결과에 기초하여, 사용자 인터페이스(620)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 퍼프 감지 센서를 이용하여 퍼프 횟수를 카운트한 후 퍼프 횟수가 기설정된 횟수에 도달하면, 프로세서(180)는 램프, 모터 및 스피커 중 적어도 어느 하나를 이용하여 사용자에게 수소 생성 장치(100)가 곧 종료될 것임을 예고할 수 있다.

본 실시예와 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: 수소 생성 장치 110: 반응부
120: 분말 저장부 121: 경사면
130: 분말 통로 131: 제 2 돌출부
140: 마개 141: 중공
142: 탄성 요소 145: 보조 마개
147: 보조 탄성 요소 150: 수소 통로
151: 제 1 돌출부 152: 직접 통로
154: 기체 투과막 156: 간접 통로
160: 퍼프 센서 170: 액추에이터
180: 프로세서 190: 배터리
200: 액상 조성물 210: 액상 저장부
220: 무화기 230: 기류 통로
300: 궐련 310: 궐련 수용부
320: 히터 410: 메쉬
420: 스토퍼 M: 마우스피스
510: 스위치 520: 윈도우
521: 침전물 610: 센서
620: 사용자 인터페이스 630: 메모리

Claims

분말이 저장된 분말 저장부;
상기 분말과 반응하여 수소 기체를 생성하는 반응액이 저장된 반응부;
상기 분말 저장부와 상기 반응부를 연결하는 분말 통로;
상기 분말이 상기 반응부로 공급되도록 상기 분말 통로를 개방하거나 폐쇄하는 마개; 및
상기 반응부에서 생성된 상기 수소 기체가 이동하는 수소 통로;를 포함하는, 수소 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 마개를 상기 분말 통로를 폐쇄하는 방향으로 탄성적으로 가압하는 탄성 요소를 더 포함하고,
상기 수소 통로를 통한 사용자의 흡입 동작에 따른 압력 변화에 의해, 상기 마개가 상기 탄성 요소에 저항하여 이동함으로써 상기 분말 통로를 개방하는, 수소 생성 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 수소 통로는,
상기 반응부와 직접적으로 연결된 직접 통로와 상기 분말 저장부를 경유하여 상기 반응부와 연결된 간접 통로를 포함하고,
상기 직접 통로를 개방하거나 폐쇄하는 보조 마개; 및
상기 보조 마개를 상기 직접 통로를 폐쇄하는 방향으로 탄성적으로 가압하는 보조 탄성 요소를 더 포함하고,
상기 수소 통로를 통한 사용자의 흡입 동작에 따른 압력 변화에 의해, 상기 보조 마개가 상기 보조 탄성 요소에 저항하여 이동함으로써 상기 직접 통로를 개방하는, 수소 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
사용자의 흡입을 감지하는 퍼프 센서;
상기 마개를 변위시키는 액추에이터(actuator); 및
상기 퍼프 센서 및 상기 액추에이터와 전기적으로 연결되고, 상기 퍼프 센서의 사용자 흡입 감지에 기초하여 상기 액추에이터의 구동을 제어함으로써 상기 분말 통로를 개방시키는 프로세서;를 더 포함하는, 수소 생성 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 프로세서는 퍼프 센서가 감지한 사용자의 흡입 강도에 따라, 상기 액추에이터의 구동을 제어하여 상기 분말 통로의 개방 시간을 조절하는, 수소 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
액상 조성물을 포함하는 액상 저장부;
상기 액상 조성물을 무화시킴으로써 에어로졸을 생성시키는 무화기; 및
상기 무화기에서 생성된 상기 에어로졸을 상기 수소 생성 장치의 외부로 배출하는 기류 통로;를 더 포함하는, 수소 생성 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 수소 통로는 상기 반응부로부터 상기 수소 생성 장치의 외부와 연통하는 일 단부까지 연장되고,
상기 기류 통로는 상기 액상 저장부로부터 상기 일 단부까지 연장되는, 수소 생성 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 무화기는 상기 액상 조성물을 가열하는 히터 및 액상 조성물에 진동을 가하는 진동자 중 적어도 하나를 포함하는, 수소 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수소 통로와 연결되고, 상기 수소 생성 장치의 외부로부터 삽입되는 궐련을 수용하는 궐련 수용부;를 더 포함하는, 수소 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 분말 저장부는 상기 분말이 상기 반응부로 공급되도록 상기 통로 방향으로의 이동을 안내하는 경사면을 포함하는, 수소 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수소 통로에 배치되어, 상기 수소 통로를 통해 상기 분말이 역류하는 것을 방지하기 위한 메쉬;를 더 포함하는, 수소 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 마개는 상기 분말 통로를 개폐하도록 이동 가능하고,
상기 마개의 가동범위를 제한하는 스토퍼(stopper);를 더 포함하는, 수소 생성 장치.
제 6 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수소 생성 장치의 작동 모드를 조절하는 스위치;를 더 포함하고,
상기 스위치의 조작에 따라, 상기 작동 모드가 수소 생성 모드 및 에어로졸 생성 모드 중 적어도 하나로 설정되는, 수소 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 반응부의 내부가 시각적으로 노출되도록 하는 윈도우;를 더 포함하는, 수소 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 반응부는 상기 수소 생성 장치에 탈부착 가능하도록 결합되는, 수소 생성 장치.