KR20220046414A - 기화 장치 및 그 기화기 - Google Patents
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Abstract
기화기가 흡수체, 발열체, 및 다공성 커버 층을 포함한다. 상기 흡수체는 기화될 물질을 흡수하도록 구성된다. 상기 발열체는 상기 흡수체에서 기화될 물질을 가열하고 기화시키도록 구성되고, 제1 전극부, 제2 전극부, 및 상기 제1 전극부와 제2 전극부 사이에 연결된 전기 전도성 연결 부재를 포함한다. 상기 다공성 커버 층은 제1 전극부 및 제2 전극부를 덮지 않고 발열체의 적어도 일부를 덮는다. 전기 전도성 연결 부재의 면적에 대한 다공성 커버 층의 면적의 비율이 커버율로 정의되며, 여기서 상기 커버율은 적어도 50%이다. 다공성 커버 층의 공극률은 30% 내지 75%의 범위이다.
Description
본 발명은 기화 장치 및 그 기화기에 관한 것이다.
기존의 담배는 큰 공간을 차지하며 휴대 시 쉽게 변형되거나 손상된다. 사용자는 장시간 외출하는 경우, 담배를 파는 상점을 찾아야 하는 경우가 종종 있다. 기존의 담배는 불을 붙여야 하며 재와 담배 꽁초와 같은 폐기물을 생성한다. 따라서, 환경 오염이나 화재를 피하도록 폐기물을 수용하기 위해서는 재떨이(ashtrays) 또는 특정 쓰레기통이 필요하다.
상기의 문제를 해결하기 위하여, 전자 담배와 같은 개인용 기화 장치는 담배와 시가(cigars)의 대체품으로 10년 동안 널리 개발되었다. 전자 담배는 일반적으로 정교하기 때문에, 젊은이들은 개인적 취향을 보여주기 위해 그것을 사용하는 것을 선호한다. 기화 장치는 효율성과 신뢰성을 높이고 제조 난이도와 비용을 낮추기 위해 지속적으로 개발되고 있다.
전자 담배는 일반적으로 다공성 세라믹 재료를 사용하여 소위 전자담배 액상(e-liquid) 또는 e-주스(e-juice)라고 하는 담배 오일을 흡수하고 히터는 담배 오일을 가열하고 기화시킨다. 히터는 일반적으로 금속 또는 금속 합금으로 제조되며, 히터는 200℃ 내지 400℃까지의 온도를 갖도록 가열될 수 있다. 그러나, 장시간 동안 공기에 노출되면, 히터의 표면 상에 산화막이 형성되어, 이에 따라 저항(resistor)의 역할을 하는 히터의 특성이 저하되어 전력 내구성(power endurance)의 저하를 야기한다. 또한, 전자 담배를 더 많이 사용하면, 히터의 강도를 약화시킬 가능성이 높아진다. 전자 담배를 수백 번 사용한 후, 사용자는 점차적으로 전자 담배가 연기의 불충분한 양과 향이 풍미가 없는(bland)것과 같은 단점들을 갖는 것을 발견하고, 더욱 심하게는 전자 담배가 작동하지 않거나 또는 오작동하게 된다. 따라서, 기존의 전자 담배는 수명이 길지 않으며 개선이 필요하다.
본 출원은 발열체를 덮기 위하여 적절하게 소정의 공극률을 갖는 다공성 커버 층이 포함되는 기화 장치 및 그 기화기를 제공하는 것으로서, 상기 기화 장치 및 그 기화기는 전력 내구성이 증가되고, 또한 그 수명도 연장된다. 또한, 다량이며 풍부한 맛의 향의 연기를 얻게 된다.
본 출원의 제1 측면에 따라, 본 출원은 흡수체(absorber), 발열체(heating element), 및 다공성 커버 층(porous cover layer)을 포함하는 기화기를 개시한다. 흡수체는 기화될 물질을 흡수하도록 구성된다. 발열체는 상기 흡수체에서 기화될 물질을 가열하고 기화시키도록 구성되고, 제1 전극부, 제2 전극부, 및 상기 제1 전극부와 제2 전극부 사이에 연결된 전기 전도성 연결 부재를 포함한다. 다공성 커버 층은 제1 전극부 및 제2 전극부를 덮지 않고 발열체의 적어도 일부를 덮는다. 전기 전도성 연결 부재의 면적에 대한 다공성 커버 층의 면적의 비율이 커버율(covering ratio)로 정의되며, 상기 커버율은 적어도 50%이다. 다공성 커버 층의 공극률(porosity)은 30% 내지 75%의 범위이다.
일 실시예에서, 다공성 커버 층의 재료가 산화 알루미늄(aluminum oxide), 탄화 규소(silicon carbide), 규산 나트륨(sodium silicate), 페라이트(ferrite), 활성탄(active carbon), 카올리나이트(kaolinite), 할로이사이트(halloysite), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 인산 칼슘(calcium phosphate), 제올라이트(zeolite), 버미큘라이트(vermiculite), 규조토(diatomite), 팔리고르스카이트(palygorskite), 세피올라이트(sepiolite), 펄라이트(perlite), 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택된다.
일 실시예에서, 커버율이 50% 내지 800% 범위이다.
일 실시예에서, 다공성 커버 층이 직사각형 형상(rectangular shape)을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 다공성 커버 층의 상부 에지(upper edge)는 간격(gap) D 만큼 흡수체의 상부 에지로부터 이격되고, 상기 다공성 커버 층의 하부 에지(lower edge)는 간격 D 만큼 흡수체의 하부 에지로부터 이격되며, 여기서 간격 D는 0.1 mm 내지 0.6 mm이다.
일 실시예에서, 상기 다공성 커버 층은 전기 전도성 연결 부재를 따라 연장되고(extends), 전기 전도성 연결 부재의 전체 부분을 덮는다.
일 실시예에서, 상기 다공성 커버 층은 제1 전극부 및 제2 전극부를 덮지 않고 흡수체의 하부 표면(bottom surface)의 전체를 덮는다.
일 실시예에서, 상기 다공성 커버 층은 10μm 내지 200μm의 두께를 갖는다.
일 실시예에서, 상기 다공성 커버 층의 공극률이 45% 내지 75%이다.
본 출원의 제2 측면에 따라, 본 출원은 하우징(housing), 흡수체, 발열체, 다공성 커버 층, 및 배터리(battery)를 포함하는 기화 장치를 개시한다. 하우징은 기화될 물질을 저장하기 위한 저장소를 둘러싼다(encloses). 흡수체는 기화될 물질을 흡수하도록 구성된다. 발열체는 상기 흡수체에서 기화될 물질을 가열하고 기화시키도록 구성되고, 제1 전극부, 제2 전극부, 및 상기 제1 전극부와 제2 전극부 사이에 연결된 전기 전도성 연결 부재를 포함한다. 다공성 커버 층은 제1 전극부 및 제2 전극부를 덮지 않고 발열체의 적어도 일부를 덮는다. 여기서 전기 전도성 연결 부재의 면적에 대한 다공성 커버 층의 면적의 비율이 커버율로 정의된다. 상기 커버율은 적어도 50%이다. 다공성 커버 층의 공극률은 30% 내지 75%의 범위이다. 배터리는 상기 발열체에 전력(power)을 공급한다.
일 실시예에서, 다공성 커버 층의 재료가 산화 알루미늄, 탄화 규소, 규산 나트륨, 페라이트, 활성탄, 카올리나이트, 할로이사이트, 몬모릴로나이트, 인산 칼슘, 제올라이트, 버미큘라이트, 규조토, 팔리고르스카이트, 세피올라이트, 펄라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택된다.
일 실시예에서, 커버율이 50% 내지 800% 범위이다.
일 실시예에서, 다공성 커버 층이 직사각형 형상을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 다공성 커버 층의 상부 에지는 간격 D 만큼 흡수체의 상부 에지로부터 이격되고, 상기 다공성 커버 층의 하부 에지는 간격 D 만큼 흡수체의 하부 에지로부터 이격되며, 여기서 간격 D는 0.1 mm 내지 0.6 mm이다.
일 실시예에서, 상기 다공성 커버 층은 전기 전도성 연결 부재를 따라 연장되고, 전기 전도성 연결 부재의 전체 부분을 덮는다.
일 실시예에서, 상기 다공성 커버 층은 제1 전극부 및 제2 전극부를 덮지 않고 흡수체의 하부 표면의 전체를 덮는다.
일 실시예에서, 상기 다공성 커버 층은 10μm 내지 200μm의 두께를 갖는다.
본 출원의 기화 장치 및 기화기 양자 모두는 발열체를 덮기 위하여 적절하게 소정의 공극률을 갖는 다공성 커버 층을 포함한다. 따라서, 본 출원은 발열체의 표면이 산화되는 문제를 해결하여, 이에 따라 기화 장치 및 그 기화기의 전력 내구성이 증가되고, 또한 그 수명도 연장된다. 또한, 다량이며 풍부한 맛의 향의 연기를 얻을 수 있어 현재의 전자 담배에 대한 해결책을 제공할 수 있다.
본 출원은 첨부된 도면에 따라 설명될 것이며:
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 기화 장치를 도시한다;
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 기화기의 측면도를 도시한다;
도 3은 도 2의 기화기의 저면도를 도시한다;
도 4a 및 도 4b는 본 출원의 제1 실시예에 따른 기화기를 도시한다;
도 5는 본 출원의 제2 실시예에 따른 기화기의 저면도를 도시한다;
도 6은 본 출원의 제3 실시예에 따른 기화기의 저면도를 도시한다;
도 7은 본 출원의 제4 실시예에 따른 기화기의 저면도를 도시한다; 그리고
도 8은 본 출원의 제5 실시예에 따른 기화기의 저면도를 도시한다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 기화 장치를 도시한다;
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 기화기의 측면도를 도시한다;
도 3은 도 2의 기화기의 저면도를 도시한다;
도 4a 및 도 4b는 본 출원의 제1 실시예에 따른 기화기를 도시한다;
도 5는 본 출원의 제2 실시예에 따른 기화기의 저면도를 도시한다;
도 6은 본 출원의 제3 실시예에 따른 기화기의 저면도를 도시한다;
도 7은 본 출원의 제4 실시예에 따른 기화기의 저면도를 도시한다; 그리고
도 8은 본 출원의 제5 실시예에 따른 기화기의 저면도를 도시한다.
현재의 바람직한 예시적인 실시예의 제조 및 사용은 아래에서 상세하게 논의된다. 그러나, 본 출원은 매우 다양한 특정 상황에서 구현될 수 있는 다수의 적용 가능한 발명 개념들을 제공한다는 것을 이해하여야 한다. 논의된 특정의 예시적인 실시예는 단지 본 발명을 만들고 사용하는 특정 방식을 예시하는 것이며, 이것은 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 전자 담배에 적용될 수 있는 기화 장치(10)를 도시한다. 기화 장치 (10)는 평평한(flat) 형상 또는 원통형 형상일 수 있으며 흡입 노즐(20) 및 전력 공급 장치(40)를 포함한다. 전력 공급 장치(40)는 흡입 노즐(20)의 주요부(main portion)를 수용하기 위한 캐비티(43)를 가지며 흡입 노즐(20)과 결합된다. 따라서, 흡입 노즐(20)은 교체가 가능하다.
흡입 노즐(20)은 배출 채널(21), 저장소(22), 연기 채널(23), 분리 부재(24), 액체 채널(25), 전극 세트(26), 하우징(27), 공기 유입 채널(28) 및 기화기(30)를 포함한다. 상기 저장소(22)는 예를 들어 전자담배 액상 또는 e-주스인 기화될 물질 또는 액체를 저장한다. 일 실시예에서, 저장소(22)는 기화될 물질 또는 액체를 수용하기 위한 하우징(27) 및 분리 부재(24)에 의해 둘러싸이고 구성되는 공간(room) 또는 스페이스(space)일 수 있다. 분리 부재(24)는 저장소(22)와 기화기(30)를 연결하는 2개의 액체 채널(25)을 포함한다. 물질 또는 액체는 기화되기 위해 기화기(30)와 접촉하도록 액체 채널(25)을 통해 흐를 수 있다. 전극 세트 (26)는 기화기(30)에 전력을 제공하여 가열하도록 하는 인터페이스이다. 전극 세트 (26)는 공기가 그것을 통해서 통과할 수 있도록 하는 공기 유입 채널(28)을 포함한다. 전력 공급 장치(40)는 제어 회로(41), 배터리(42) 및 하우징(44)을 포함한다. 하우징(44)은 흡입 노즐(20)을 수용하는 캐비티(43)를 구성한다. 제어 회로(41)는 기화기(30)에 가열 전력을 제공하기 위한 배터리(42)의 타이밍(timing)을 결정한다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 기화기(30)의 측면도를 도시한다. 도 3은 기화기(30)의 저면도이다. 설명의 편의를 위해, 도 3에서는 다공성 커버 층을 생략하였다. 기화기(30)는 적층 구조(laminated structure)이고 흡수체(31), 발열체(32), 및 다공성 커버 층(35)을 포함한다. 발열체(32)는 흡수체(31)와 다공성 커버 층(35) 사이에 배치된다. 흡수체(31)는 제1 표면(33) 및 제2 표면(34)을 포함한다. 상기 제1 표면(33) 및 제2 표면(34)은 흡수체(31)의 대향하는 양측(opposite sides)에 있다. 일 실시예에서, 기화될 물질은 제1 표면(33)과 직접 접촉하고 발열체(32)는 제2 표면(34)과 직접 접촉한다. 발열체(32)는 가열이 시간에 대해 선형적으로 비례하지 않는 세라믹 코어(ceramic core)를 이용한 저항식 히터일 수 있다. 흡수체(31)는 일반적으로 복수의 다공성 재료 층들을 포함한다. 흡수체(31)를 제조하기 위해, 매우 다량의 기공 형성제를 첨가하여 세라믹 분말과 혼합하고, 기공 형성제의 크기 및 부피 백분율(부피%)을 조정함으로써 각각의 다공성 재료 층에 대하여 적절하게 소정의 공극률을 얻는다. 그 후에, 복수의 다공성 재료 층이 고온에서 가압되고 소결되기 때문에, 기공 형성제는 고온에서 기공 형성제의 증발로 인해 생성된 흡수체(31)에 다수의 기공을 형성한다. 발열체(32)는 은(Ag), 루테늄(Ru), 은-팔라듐 합금(Ag-Pd), 니켈-크롬 합금(Ni-Cr), 또는 구리-니켈 합금(Cu-Ni)을 포함 할 수 있다. 다공성 커버 층(35)은 발열체(32)의 적어도 일부를 덮는다. 즉, 다공성 커버 층(35)은 발열체(32)의 전극부를 덮지 않고 발열체(32)와 중첩된다. 이에 대한 상세한 설명은 이하에서 제공될 것이다. 다공성 커버 층(35)은 산화 알루미늄 (Al2O3), 탄화 규소 (SiC), 규산 나트륨 (Na2SiO3), 페라이트, 활성탄, 카올리나이트, 할로이사이트, 몬모릴로나이트, 인산 칼슘, 제올라이트, 버미큘라이트, 규조토, 팔리고르스카이트, 세피올라이트, 펄라이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아닌, 세라믹 또는 기타 다공성 재료로 제조될 수 있다. 다공성 커버 층(35)을 제조하기 위해, 마찬가지로 매우 다량의 기공 형성제를 첨가하여 세라믹 분말과 혼합하고, 기공 형성제의 크기 및 부피 백분율(부피%)을 조정함으로써 혼합 단계 이후에 슬러리를 제조한다. 그 다음으로, 발열체(32)를 제조하기 위한 금속 또는 금속 합금이 후막 인쇄(thick-film printing), 코팅(coating), 스퍼터링(sputtering), 스프레이 인쇄(spray printing) 또는 전사 인쇄(transfer printing)에 의해 흡수체 상에 형성된다. 그 후, 슬러리가 코팅되거나 인쇄되어 발열체(32)를 덮는다. 마지막으로, 기화기(30)는 전체적으로 소결로(sintering furnace)에 넣어져 동시 소성(co-firing) 단계를 진행한다. 따라서, 슬러리 중의 기공 형성제는 고온 하에서 증발로 인해 생성된 다공성 커버 층(35)에 다수의 기공들을 형성하며, 한편 상기 흡수체(31), 발열체(32), 및 다공성 커버 층(35)은 서로 타이트하게(tightly) 결합된다. 이러한 다공성 커버 층(35)은 적절하게 소정의 공극률을 갖는다.
흡수체(31) 및 다공성 커버 층(35) 양자 모두는 다수의 기공을 갖는 다공성 재료로 만들어지며, 여기서 상기 두 층의 공극률은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 기화기(30)가 전자 담배의 제조 공정 동안 또는 전자 담배를 여러번 사용한 후 변형을 피하기에 충분한 기계적 강도를 갖도록 하기 위해, 흡수체(31)의 기계적 강도는 바람직하게는 10 N/mm2 초과, 또는 특히 15 N/mm2 초과이다. 이러한 기계적 강도를 만족시킬 수 있는 흡수체(31)의 공극률은 45% 내지 75% 범위일 수 있으며, 예컨대 50%, 60%, 또는 70%이다.
도 3을 더 참조한다. 본 출원에 따르면, 발열체(32)는 제1 전극부(예를 들면, 양극)(321), 제2 전극부(예를 들면, 음극)(322), 및 전기 전도성 연결 부재 (즉, 와이어링 라인)(323)을 포함한다. 전기 전도성 연결 부재(323)는 상기 제1 전극부(321)와 제2 전극부(322) 사이에 배치되고, 상기 제1 전극부(321)와 제2 전극부(322)를 연결한다. 제1 전극부 및 제2 전극부(321, 322)는 일반적으로 원형 형상이다. 상기 전기 전도성 연결 부재(323)는 제1 전극부와 제2 전극부(321, 322)를 연결하도록 구성되며, 그 사이에 전기 전도성 와이어링 라인을 형성한다. 발열체(32)는 예를 들어, 제1 전극부(321)와 제2 전극부(322)가 실질적으로 흡수체(31)의 양측(two sides)에 위치하도록 인쇄함으로써 흡수체(31)의 하부 표면(320) 상에 형성될 수 있다. 즉, 흡수체(31)의 종방향 중심선 또는 횡방향 중심선에 대하여, 제1 전극부(321)와 제2 전극부(322)는 흡수체(31)의 하부 표면(320) 상에서 서로 실질적으로 대칭이다. 인쇄 뿐만 아니라, 발열체는 금속 또는 금속 합금을 포함하는 금속 시트로 제조될 수 있으며, 이것은 기계적 프레스(mechanical pressing)에 의해 흡수체(31)의 하부 표면(320)에 부착된다. 발열체(32)가 어떻게 제조된다 하더라도, 그것은 일체형 단일 구조(integral one-piece structure)를 갖는다.
도 4a 및 도 4b를 참조한다. 도 4a는 본 출원의 제1 실시예에 따른 기화기의 바깥쪽 측면도(lateral side view)이고, 도 4b는 도 4a에서의 기화기의 저면도이다. 본 실시예에서, 다공성 커버 층(35)은 그 저면에서 보았을 때 일반적으로 직사각형 형상을 가지며, 상기 다공성 커버 층(35)은 전기 전도성 연결 부재(323)를 덮는다. 다공성 커버 층(35)은 공기 중의 수분 및 산소와 접촉하는 것으로부터 전기 전도성 연결 부재(323)를 보호하기 때문에, 금속 또는 금속 합금으로 제조된 발열체(32)의 산화가 방지되어, 기화기(30)의 수명을 연장시킨다. 더욱이, 발열체(32)의 산화가 방지되어, 이에 따라 기화기(30)의 전력 내구성이 증가된다. 기존의 전자 담배에 비해, 본 출원의 전자 담배는 그것에 적용된 더 높은 전력을 견딜 수 있다. 따라서, 사용자는 자신의 필요에 따라 전자 담배의 전원 선택 버튼을 선택하여 누를 수 있으며, 다량의 연기와 풍부한 맛의 향을 감각적으로 즐길 수 있다.
전극 세트(26)는 기화기(30)를 가열하기 위한 전력을 제공한다는 점에 유의한다(도 1 참조). 따라서, 전극 세트(26)는, 제1 전극부(321), 전기 전도성 연결 부재(323) 및 제2 전극부(322)를 포함하는, 전기 전도성 와이어링 라인(저항으로도 간주됨)을 가열하기 위하여, 상기 제1 전극부(321), 및 제2 전극부(322)와 접촉해야 한다. 이러한 이유로, 다공성 커버 층(35)은 제1 전극부 및 제2 전극부(321, 322)를 덮을 수 없다. 제1 전극부 및 제2 전극부(321, 322)가 전기 절연성 재료인 다공성 커버 층(35)에 의해 덮이는 경우, 제품에 결함이 있을 수 있다. 제품에 접촉 불량 문제 또는 비-작동 문제가 발생할 수 있다.
다공성 커버 층(35)을 형성하기 위해 흡수체(31) 상에 슬러리를 코팅 또는 인쇄하는 제조 단계에서, 오정렬(misalignment)은 슬러리가 넘치고 흡수체(31)의 상부 에지 및/또는 하부 에지를 넘어 연장되는 것을 야기할 수 있다. 이러한 오정렬 문제를 해결하기 위해, 슬러리의 코팅 또는 인쇄 면적이 약간 감소될 수 있으며, 건조 단계 후에 슬러리는 기본적으로 직사각형 형상을 갖게될 것이며, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 다공성 커버 층(35)의 상부 에지는 간격 D 만큼 흡수체(31)의 상부 에지로부터 이격된다. 유사하게, 다공성 커버 층(35)의 하부 에지는 간격 D 만큼 흡수체(31)의 하부 에지로부터 이격된다. 일 실시예에서, 간격 D는 0.1 mm 내지 0.6 mm이며, 예컨대, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm이거나, 특히 0.5 mm이다. 슬러리가 넘치고 흡수체(31)의 상부 에지 및/또는 하부 에지를 넘어 연장되어 이에 따라 흡수체(31)의 측면을 덮는 경우, 흡수체(31)의 담배 오일 흡수 효율 및 발열체(32)의 발열 효율이 영향을 받는데, 연기의 양과 맛의 향에 불리한 영향을 미친다.
본 출원에서, 전기 전도성 연결 부재(323)의 면적에 대한 다공성 커버 층(35)의 면적의 비율(즉, 전기 전도성 연결 부재(323)를 덮는 다공성 커버 층(35)의 백분율)은 커버율로 정의된다. 도 4b에서의 제1 실시예에서, 다공성 커버 층(35)은 일반적으로 직사각형 형상을 가지며, 이러한 구조적 설계에서 간격 D가 존재하며, 여기서 커버율은 약 300%이다.
다공성 커버 층(35)이 전기 전도성 연결 부재(323)를 덮는 다양한 변형이 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 제2 실시예에 따르면, 다공성 커버 층(35)은 전기 전도성 연결 부재(즉, 와이어링 라인)(323)를 따라 실질적으로 연장되고, 그 저면에서 볼 때 전기 전도성 연결 부재(323)의 전체 부분을 덮는다. 제2 실시예의 커버율은 약 130%이다. 도 6은 도 5와 유사한 제3 실시예를 도시하며, 그들 사이의 차이는 제3 실시예의 커버 영역이 더 확장된다는 점에 있다. 제3 실시예의 커버율은 약 250%이다. 도 7은 도 4b와 유사한 제4 실시예를 도시하며, 그들 사이의 차이는 제4 실시예가 오정렬 문제를 고려하지 않는다는 점에 있다. 따라서, 커버 영역은 흡수체(31)의 상부 에지 및 하부 에지까지 더욱 위로 아래로 연장된다. 제4 실시예에서 커버율은 약 400%이다. 도 8에 도시된 바와 같이 제5 실시예에서, 다공성 커버 층(35)은 제1 전극부(321) 및 제2 전극부(322)를 덮지 않고 흡수체(31)의 하부 표면(320)의 전체를 덮는다. 제5 실시예의 커버율은 약 750%이다. 다공성 커버 층(35)이 전기 전도성 연결 부재(323)를 덮는 다양한 변형들이 있기 때문에 각각의 변형을 도시하는 것은 불가능하다. 본 출원은 본 출원의 발명 개념을 도시하기 위해 도 4 내지 도 8을 단지 사용한다. 본 출원은 다공성 커버 층(35)이 전기 전도성 연결 부재(323)의 적어도 일부를 덮는 모든 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
표 1은 본 출원의 실시예 E1 내지 E6 및 비교예 C1 내지 C5의 기화기의 데이터(발열체의 재료, 다공성 커버 층의 공극률, 커버율 및 전력 내구성 포함)를 나타낸다. 또한, 담배 오일이 함유된 기화기를 테스트하여 시각과 후각에 의한 연기의 양과 맛의 향을 평가한다. 연기의 양은 "다량(Large)", "중간(Medium)", 및 "소량(Small)"으로 분류된다. 맛의 향은 "풍부(Rich)", "중간(Medium)", 및 "풍미없음(Bland)"으로 분류된다. 이 모든 테스트들은 동일한 사람이 수행하여 다른 사람이 수행하는 경우의 주관적인 감각 차이를 방지한다. 모든 실시예 E1 내지 E6 및 비교예 C1 내지 C5에 대하여, 발열체는 Cu-Ni 합금을 사용한다. 상기 흡수체와 다공성 커버 층은 양자 모두 10μm 내지 200μm 범위의 기공 크기 분포를 갖는 산화 알루미늄 (Al2O3)을 사용한다. 대안적으로, 탄화 규소 (SiC), 규산 나트륨 (Na2SiO3), 페라이트, 활성탄, 카올리나이트, 할로이사이트, 몬모릴로나이트, 인산 칼슘, 제올라이트, 버미큘라이트, 규조토, 팔리고르스카이트, 세피올라이트, 펄라이트, 또는 이들의 임의의 조합은 흡수체 및 다공성 커버 층의 재료로서 사용될 수 있다. 흡수체는 200μm에 상응하는 2mm의 두께를 갖고, 71%의 공극률을 갖는다. 다공성 커버 층의 두께는 약 100㎛와 같다.
기화기의 전력 내구성 테스트에서는, 전력 공급 장치가 10초 동안 지속되는 전력을 공급한 후 발열체가 끊어졌는지(blown) 여부를 사용하여 기화기의 전력 내구성을 평가한다. 전력 공급 장치에 이 전력을 10초 동안 적용한 후, 발열체가 특정 전력에서 끊어지는 경우, 이 전력을 "고장 전력(failure power)"으로 정의한다. 고장 전력이 높을수록, 기화기의 전력 내구성이 더욱 우수하다. 전력 내구성 테스트에서, 전력 공급 장치는 GW INSTEK에서 제조된 모델 번호 GPC-30600을 사용한다. 또한, 커버 영역이 기화기의 연기의 양과 맛의 향에 영향을 미칠 수 있는지 여부를 결정하기 위하여 상이한 커버율을 테스트하였다.
비교예 C1은 다공성 커버 층을 포함하지 않는 기존의 기화기에 대한 테스트를 수행한다. 기화기는 다공성 커버 층을 포함하지 않기 때문에, 종방향(즉, 도 1 또는 도 2에서의 종방향)을 따른 기류(airflow)가 매우 우수하여, 이에 따라 연기의 양이 "다량"이고 맛의 향이 "풍부"하다. 그러나, 발열체가 덮이지 않고 보호되지 않으므로, 따라서 기화기는 전력 내구성이 떨어진다. 고장 전력은 12 와트(W)이다. 또한, 기화기가 짧은 수명을 가질 것으로 예상된다. 비교예 C2 및 C3은 공극률이 0%인 다공성 커버 층을 포함한다. 즉, 다공성 커버 층은 기공을 포함하지 않는다. 다공성 커버 층은 공기 중의 수분 및 산소와 접촉하는 것으로부터 발열체를 보호하여 발열체의 산화를 방지하므로, 기화기는 비교예 C1보다 높은 전력을 견딘다. 고장 전력은 16 와트(W)이다. 한편, 다공성 커버 층은 기공이 없어, 이에 따라 종방향을 따른 기류를 방해하고, 연기의 양과 맛의 향이 각각 "소량" 및 "중간"으로, 이것은 비교예 C1의 것보다 더 열등하다. 비교예 C4 및 C5는 양자 모두 공극률이 33%를 갖는 다공성 커버 층을 포함한다. 다공성 커버 층에서 기공을 갖기 때문에, 비교예 C4 및 C5의 테스트 결과는 비교예 C2 및 C3의 것보다 고장 전력, 연기의 양 및 맛의 향이 우수한 것으로 나타났다. 또한, 비교예 C4 및 C5의 구조적인 디자인이 대부분의 사용자 요구 사항을 만족시키기에 충분함을 나타내었다. 그러나 일부 사용자의 경우, 연기의 양 "중간"은 여전히 시각적 그리고 후각적 감각의 즐거움을 제공할 수 없었다.
본 출원의 실시예 E1 및 E2는 양자 모두 공극률이 55%인 다공성 커버 층을 사용한다. 고장 전력은 16 와트(W)이고, 연기의 양은 "다량"이고, 맛의 향은 "풍부"이었다. 명백하게, 비교예 C1 내지 C5에 비하여, 본 출원의 실시예 E1 및 E2는 시각적 그리고 후각적 감각의 즐거움을 예외적으로 제공할 수 있으며, 기화기의 수명이 연장되었다. 본 출원의 실시예 E3 및 E4는 양자 모두 62%의 공극률을 갖는 다공성 커버 층을 사용한다. 실시예 E3 및 E4는 실시예 E1 및 E2 보다 더 높은 공극률을 갖기 때문에, 고장 전력은 16 와트(W)에서 18 와트(W)로 더 증가되었다. 실시예 E3 및 E4 및 실시예 E1 및 E2에서의 연기의 양과 맛의 향은 동일하였는데, 각각 "다량" 및 "풍부"이다. 본 출원의 발명자들은 더 큰 공극률이 다공성 커버 층에서 종방향을 따라 더 많은 기류를 보조하기 때문에 더 큰 공극률이 전력 내구성의 증가를 촉진한다는 것을 발견했다. 기류가 많을수록 발열체의 온도가 더욱 낮아져서 흡수체는 담배 오일 흡수 속도가 빨라지고 담배 오일 흡수 효율이 높아지며 발열체에서 건식 연소가 발생하지 않는다. 구체적으로, 다공성 커버 층의 더 큰 공극률은 담배 오일이 흡수체로 흡수되고 이를 통해 침투한 다음, 더 빠른 속도로 발열체 상으로 침투하여, 이에 따라 담배 오일이 전체 발열체를 더 빨리 적시고 덮어씌우므로, 따라서 발열체 상에서 발생하는 건식 연소 현상이 없으며, 따라서 기화기의 전력 내구성이 증가하는 기술적 기능 효과를 달성한다. 이로부터, 기화기에 대한 전력 내구성 테스트를 수행할 때, 고장 전력은 발열체가 담배 오일에 의해 젖지 않는 전력이므로, 발열체 상에서 발생하는 건식 연소의 현상을 유발함을 또한 알 수 있다. 본 출원의 실시예 E5 및 E6은 양자 모두 75%의 공극률을 갖는 다공성 커버 층을 사용한다. 고장 전력은 18 와트(W)이고, 연기의 양은 "다량", 맛의 향은 "풍부"이다. 다공성 커버 층의 공극률은 지나치게 클 수 없음에 유의해야 하는데; 그렇지 않은 경우, 기화기는 다공성 커버 층과 발열체 사이의 결합력이 불량하기 때문에 박리 문제(delamination problem)가 발생할 것이다. 또한, 너무 큰 공극률은 예상을 넘는 최고로 우수한 기류를 확보한다. 이것은 부정적으로(adversely) 그리고 바람직하지 않게 종방향을 따라 공기 중의 산소가 발열체와 더 쉽게 접촉할 가능성을 높이고, 발열체의 산화 가능성을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 다공성 커버 층의 공극률은 85% 이하이다.
표 1은 적절하게 소정의 공극률을 갖는 다공성 커버 층을 포함함으로써 본 출원의 기화기가 전력 내구성이 증가하고 그 수명도 또한 연장되었음을 나타낸다. 전자 담배와 같은 기화 장치에 적용하기 위하여, 전자 담배는 다량이며 풍부한 맛의 향의 연기를 발생시켜, 사용자의 높은 요구 사항을 만족시킨다. 이것은 커버 층이 없는 기존의 기화기에 의해서는 달성할 수 없다.
표 1을 더 참조한다. 동일한 테스트 그룹에 대한 관찰(여기서 기화기는 상이한 커버율을 갖지만, 예컨대 C2 및 C3, C4 및 C5, E1 및 E2, E3 및 E4, E5 및 E6과 같이 동일한 공극률을 가짐)에 있어서, 80%와 300%의 커버율이 동일한 연기의 양과 동일한 맛의 향을 갖는 것을 나타낸다. 즉, 커버율은 연기의 양과 맛의 향에 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 이론에 구애받지 않으며, 다공성 커버 층(35)은 흡수체에 비해 매우 얇고, 다수의 기공들을 포함하기 때문에, 다공성 커버 층(35)은 공기 중의 수분 및 산소와 접촉하는 것으로부터 발열체를 보호하는 것 외에도, 모든 방향들(주로, 종방향을 따라)을 따라 외부로부터 그 안으로 들어가는 충분한 공기를 허용한다고 추정된다. 따라서, 커버율이 무엇이든지(즉, 표 1에서 예를 들어 80% 또는 300%), 두 경우 모두 다공성 커버 층은 실질적으로 동일한 온도-저하의 기능 효과를 달성한다. 커버율은 기화기(30)에서 종방향에 따른 기류에 영향을 미치지 않는다. 커버율이 각각 80% 및 300%인 양자 모두의 경우에서 발열체(32)는, 흡수체(31)에서 기화된 물질(즉, 담배 오일)이 특정 정도로 기화되는, 실질적으로 동일한 기능적 효과를 동일하게 얻을 수 있다. 커버율은 연기의 양과 맛의 향의 측면에서 실질적으로 확실한 차이들을 일으키지 않는다.
다공성 커버 층이 공기 중의 수분 및 산소와 접촉하는 것으로부터 발열체를 보호해야 하기 때문에, 상기 커버율은 적어도 50%, 바람직하게는 50% 내지 800% 범위이어야 한다. 예를 들어, 커버율은 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에서 각각 예시된 바와 같이 300%, 130%, 250%, 또는 400%일 수 있거나, 또는 100%, 200%, 500%, 600%, 또는 특히 700%일 수 있다. 다공성 커버 층은 바람직하게는 10μm 내지 200μm의 두께를 가지며, 가장 바람직하게는 90μm 내지 110μm의 범위에 있다. 이러한 두께 범위를 사용함으로써, 다공성 커버 층에서 종방향을 따른 기류가 감소되지 않는다. 실제로, 다공성 커버 층은 600μm까지의 두께, 예컨대 300μm, 400μm, 또는 특히 500μm의 두께를 갖도록 제조될 수 있다. 다공성 커버 층(35)의 공극률은 30% 내지 75%의 범위이며, 예컨대 40%, 50%, 60%, 또는 특히 70%이다. 이러한 공극률 범위를 선택하면 기화기는 가장 최적화된 전력 내구성, 연기의 양과 맛의 향을 모두 갖게된다.
일 실시예에서, 제품 디자인에 기초하여, 상기 다공성 커버 층(35) 및 흡수체(31)는 동일한 재료 또는 상이한 재료일 수 있다. 본 출원에 따르면, 상기 다공성 커버 층(35) 및 흡수체(31)의 재료는 산화 알루미늄 (Al2O3), 탄화 규소 (SiC), 규산 나트륨 (Na2SiO3), 페라이트, 활성탄, 카올리나이트, 할로이사이트, 몬모릴로나이트, 인산 칼슘, 제올라이트, 버미큘라이트, 규조토, 팔리고르스카이트, 세피올라이트, 펄라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택된다. 예를 들어, 표 1에서의 본 출원의 실시예 E1 내지 E6 및 비교예 C1 내지 C5는 모두 상기 다공성 커버 층(35) 및 흡수체(31)에 대하여 동일한 재료, 즉 산화 알루미늄 (Al2O3)을 사용한다.
요약하면, 발열체를 덮기 위하여 적절하게 소정의 공극률을 갖는 다공성 커버 층을 포함함으로써, 본 출원의 기화 장치 및 기화기는 증가된 전력 내구성을 가지며 그 수명도 또한 연장된다. 또한, 다량이며 풍부한 맛의 향의 연기를 얻게된다.
본 발명의 전술한 실시예는 단지 예시를 위한 것이다. 하기의 청구항의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 수많은 대안적인 실시예가 고안될 수 있다.
Claims (17)
- 기화될 물질을 흡수하도록 구성되는 흡수체(absorber);
상기 흡수체에서 기화될 물질을 가열하고 기화시키도록 구성되고, 제1 전극부, 제2 전극부, 및 상기 제1 전극부와 제2 전극부 사이에 연결된 전기 전도성 연결 부재를 포함하는 발열체(heating element); 및
제1 전극부 및 제2 전극부를 덮지 않고 발열체의 적어도 일부를 덮는 다공성 커버 층(porous cover layer)으로서, 여기서 전기 전도성 연결 부재의 면적에 대한 다공성 커버 층의 면적의 비율이 커버율(covering ratio)로 정의되며, 상기 커버율은 적어도 50%이고, 다공성 커버 층의 공극률(porosity)은 30% 내지 75%의 범위인, 다공성 커버 층;
을 포함하는, 기화기(vaporizer). - 청구항 1에 있어서, 다공성 커버 층의 재료가 산화 알루미늄(aluminum oxide), 탄화 규소(silicon carbide), 규산 나트륨(sodium silicate), 페라이트(ferrite), 활성탄(active carbon), 카올리나이트(kaolinite), 할로이사이트(halloysite), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 인산 칼슘(calcium phosphate), 제올라이트(zeolite), 버미큘라이트(vermiculite), 규조토(diatomite), 팔리고르스카이트(palygorskite), 세피올라이트(sepiolite), 펄라이트(perlite), 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 기화기.
- 청구항 1에 있어서, 커버율이 50% 내지 800% 범위인, 기화기.
- 청구항 1에 있어서, 다공성 커버 층이 직사각형 형상(rectangular shape)을 갖는, 기화기.
- 청구항 4에 있어서, 상기 다공성 커버 층의 상부 에지(upper edge)는 간격(gap) D 만큼 흡수체의 상부 에지로부터 이격되고, 상기 다공성 커버 층의 하부 에지(lower edge)는 간격 D 만큼 흡수체의 하부 에지로부터 이격되며, 여기서 간격 D는 0.1 mm 내지 0.6 mm인, 기화기.
- 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 커버 층은 전기 전도성 연결 부재를 따라 연장되고(extends), 전기 전도성 연결 부재의 전체 부분을 덮는, 기화기.
- 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 커버 층은 제1 전극부 및 제2 전극부를 덮지 않고 흡수체의 하부 표면(bottom surface)의 전체를 덮는, 기화기.
- 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 커버 층은 10μm 내지 200μm의 두께를 갖는, 기화기.
- 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 커버 층의 공극률이 45% 내지 75%인, 기화기.
- 기화될 물질을 저장하기 위한 저장소(reservoir)를 둘러싸는(enclosing) 하우징(housing);
기화될 물질을 흡수하도록 구성되는 흡수체;
상기 흡수체에서 기화될 물질을 가열하고 기화시키도록 구성되고, 제1 전극부, 제2 전극부, 및 상기 제1 전극부와 제2 전극부 사이에 연결된 전기 전도성 연결 부재를 포함하는 발열체;
제1 전극부 및 제2 전극부를 덮지 않고 발열체의 적어도 일부를 덮는 다공성 커버 층으로서, 여기서 전기 전도성 연결 부재의 면적에 대한 다공성 커버 층의 면적의 비율이 커버율로 정의되며, 상기 커버율은 적어도 50%이고, 다공성 커버 층의 공극률은 30% 내지 75%의 범위인, 다공성 커버 층; 및
상기 발열체에 전력(power)을 공급하는 배터리(battery);
를 포함하는, 기화 장치(vaporizing apparatus). - 청구항 10에 있어서, 다공성 커버 층의 재료가 산화 알루미늄, 탄화 규소, 규산 나트륨, 페라이트, 활성탄, 카올리나이트, 할로이사이트, 몬모릴로나이트, 인산 칼슘, 제올라이트, 버미큘라이트, 규조토, 팔리고르스카이트, 세피올라이트, 펄라이트, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는, 기화 장치.
- 청구항 10에 있어서, 커버율이 50% 내지 800% 범위인, 기화 장치.
- 청구항 10에 있어서, 다공성 커버 층이 직사각형 형상을 갖는, 기화 장치.
- 청구항 13에 있어서, 상기 다공성 커버 층의 상부 에지는 간격 D 만큼 흡수체의 상부 에지로부터 이격되고, 상기 다공성 커버 층의 하부 에지는 간격 D 만큼 흡수체의 하부 에지로부터 이격되며, 여기서 간격 D는 0.1 mm 내지 0.6 mm인, 기화 장치.
- 청구항 10에 있어서, 상기 다공성 커버 층은 전기 전도성 연결 부재를 따라 연장되고, 전기 전도성 연결 부재의 전체 부분을 덮는, 기화 장치.
- 청구항 10에 있어서, 상기 다공성 커버 층은 제1 전극부 및 제2 전극부를 덮지 않고 흡수체의 하부 표면의 전체를 덮는, 기화 장치.
- 청구항 10에 있어서, 상기 다공성 커버 층은 10μm 내지 200μm의 두께를 갖는, 기화 장치.
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