KR20230076058A - 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지와 이를 이용한 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지와 이를 이용한 에어로졸 발생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액상 카트리지에 장착된 세라믹 히터가 발열하여 에어로졸을 생성하여 액상 카트리지의 교체의 용이성과 본체 디바이스의 기능 단순화를 가능하도록 하는 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지와 이를 이용한 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
본 발명인 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지는 중앙축에 제 1 중공이 형성되며 액상을 수용하는 수용 공간과, 제 1 중공과 연통되며 에어로졸 형성 물품이 삽입되는 삽입 공간과 제 1 중공 내측면에 형성된 공급 유로를 구비하는 액상 케이스와, 제 1 중공과 연통되는 제 2 중공과, 외측면에 수용 공간의 액상에 접하는 액상 흡입면과 제 2 중공의 내측면에 발열 소자가 장착된 무화면을 구비하며 액상 흡입면으로부터의 액상의 무화면으로 이송되어 에어로졸을 생성시키는 세라믹 히터와, 세라믹 히터와 공급 유로 사이에 장착되는 실링 부재를 포함한다.

Description

세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지와 이를 이용한 에어로졸 발생 장치{LIQUID CARTRIDGE INCLUDING CERAMIC HEATER AND AEROSOL GENERATING APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 액상 카트리지에 장착된 세라믹 히터가 발열하여 에어로졸을 생성하여 액상 카트리지의 교체의 용이성과 본체 디바이스의 기능 단순화를 가능하도록 하는 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지와 이를 이용한 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전자담배는 교환 가능한 카트리지에 채워진 니코틴을 포함하는 용액을 에어로졸 또는 기체 상태(무화 상태)로 만들어 흡입할 수 있도록 만든 전자기기를 말한다.
이와 같은 전자담배는 일반 담배를 대신하여 흡연 욕구를 충족시킬 수 있으면서 타르와 같은 유해 성분이 포함되지 않아 담배로부터 유발되는 인체에 유해한 영향을 감소시킬 수 있으며, 이와 동시에 흡연의 간접적 피해를 유발시키지 않는다는 장점이 있어 사용 인구가 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 즉, 전자담배는 실내에서 흡연이 가능하고 각종 질병을 유발시키는 담배의 피해를 방지하면서 담배를 피우는 것과 동일한 효과가 있다.
특히 최근에는 담배의 맛에 과일 등과 같은 다른 향을 추가하여 다양한 풍미를 느낄 수 있는 전자담배의 출시도 이루어지고 있다.
이러한 전자담배는, 액상 니코틴이 수용된 무화기를 배터리부에 결합하면 무화기의 가열체가 발열하면서 액상 니코틴을 기화시키는 연무가 이루어진다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술의 전자담배는, 가열체가 액상 니코틴을 흡수하는 심지와 이 심지를 가열하는 코일로 이루어지므로, 장시간 사용하면 심지가 탄화되면서 연무의 맛과 향이 변화되고, 발열 면적이 작아 연무량이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 액상 카트리지에 장착된 세라믹 히터가 발열하여 에어로졸을 생성하여 액상 카트리지의 교체의 용이성과 본체 디바이스의 기능 단순화를 가능하도록 하는 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지와 이를 이용한 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지는 중앙축에 제 1 중공이 형성되며 액상을 수용하는 수용 공간과, 제 1 중공과 연통되며 에어로졸 형성 물품이 삽입되는 삽입 공간과 제 1 중공 내측면에 형성된 공급 유로를 구비하는 액상 케이스와, 제 1 중공과 연통되는 제 2 중공과, 외측면에 수용 공간의 액상에 접하는 액상 흡입면과 제 2 중공의 내측면에 발열 소자가 장착된 무화면을 구비하며 액상 흡입면으로부터의 액상의 무화면으로 이송되어 에어로졸을 생성시키는 세라믹 히터와, 세라믹 히터와 공급 유로 사이에 장착되는 실링 부재를 포함한다.
또한, 세라믹 히터는 다공성 세라믹 흡습체이며, 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 탄화지르코늄(ZrC), 탄화텅스텐(WC), 알루미나(Al2O3), 코디어라이트(Cordierite), 뮬라이트(Mullite), 마그네슘 실리케이트(Mg2SiO4) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 세라믹 히터의 기공 크기는 10㎛ ~ 100㎛ 이고, 기공률은 30% ~ 60%인 것이 바람직하다.
또한, 발열 소자는 자성체를 지닌 금속으로 적어도 일부분이 제 2 중공으로 노출되며, 적어도 일부분이 세라믹 히터에 인서트된 것이 바람직하다.
또한, 발열 소자는 제 2 중공의 내측면을 둘러 감싸면서 장착되는 것이 바람직하다.
본 발명은 액상 카트리지에 장착된 세라믹 히터가 발열하여 에어로졸을 생성하여 액상 카트리지의 교체의 용이성과 본체 디바이스의 기능 단순화를 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지와 이를 이용한 에어로졸 발생 장치의 단면도이다.
이하에서, 본 발명은 실시예와 도면을 통하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성(또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 발명에서, 액상 또는 액상 에어로졸 카트리지는 내부의 수용 공간에 액상이나 겔 타입의 에어로졸 형성 기재(예를 들면, 향료, 니코틴, VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜), 약품 등)을 수용한다.
본 발명에서, 액상 카트리지는 에어로졸 형성 기재에 접하여 모세관 현상에 의해 에어로졸 형성 기재가 이송될 수 있도록 다공성 세라믹 재질(또는 세라믹 흡습체)로 구성된 세라믹 히터를 포함하여 구성된다.
본 발명에서, 세라믹 히터는 에어로졸 형성 기재에 접하는 액상 흡입면과, 액상 흡입면에 이웃하지 않는 측면에 형성된 무화면으로 구성된다. 본 실시예에서, 무화면의 적어도 일부분에는 가열 부재가 장착된다.
에어로졸 형성 물품은 일련의 적층 구조인 필터부 및 냉각부 중의 적어도 하나 이상을 구비하며, 에어로졸 형성 기재층(예를 들면, 각초, 향료, 니코틴, VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜)을 선택적으로 포함하여 구성된다. 에어로졸 형성 물품은 종래의 전자담배용 궐련, 필터 등을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지와 이를 이용한 에어로졸 발생 장치의 단면도이다.
에어로졸 발생 장치는 교체 가능한 액상 카트리지(10)와, 액상 카트리지(10)의 장착 공간(LS)을 형성하여 액상 카트리지(10)로 전원 또는 유도 전류나 전압을 인가하는 본체 디바이스(50)를 포함하여 구성된다.
액상 카트리지(10)는 액상(또는 겔)을 수용하는 수용 공간(SS)과, 상측에 에어로졸 형성 물품이 삽입 안착되는 삽입 공간(IS)을 구비하는 액상 케이스(12)와, 수용 공간(SS)의 액상과 접하는 액상 흡입면과 액상 흡입면을 마주하며 발열 소자(16)가 장착되는 무화면을 포함하는 세라믹 히터(14, 16)와, 세라믹 히터(14, 16)와 케이스(12) 사이에서 액상의 누설이나 누수를 방지하는 실링 부재를(18) 포함하여 구성된다.
액상 케이스(12)는 중앙축에 중공이 형성되며, 중공을 형성하는 중공 내측면에 세라믹 히터(14, 16)와 액상 간의 접촉을 위한 원통 관통홀 형상의 공급 유로(13)를 포함한다. 삽입 공간(IS)은 중공과 연통된다. 수용 공간(SS)은 중공을 둘러 감싸면서 형성된다.
세라믹 히터(14, 16)는 액상 케이스(12)의 중공에 적어도 일부분이 노출되거나 접촉되도록 액상 케이스(12)에 장착되며 액상 케이스(12)의 중공에 대하여 평행한 중공을 지니는 중공 튜브 형태의 다공성 세라믹 흡습체(14)와, 다공성 세라믹 흡습체(14)의 중공에 적어도 일부분이 노출되며 일부분은 다공성 세라믹 흡습체(14)에 삽입된 발열 소자(16)를 포함하여 구성된다. 다공성 세라믹 흡습체(14)의 기공 크기는 10㎛ ~ 100㎛ 이고, 다공성 세라믹 흡습체(14)의 기공률은 30% ~ 60%인 것이 바람직하다.
다공성 세라믹 흡습체(14)는 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 탄화지르코늄(ZrC), 탄화텅스텐(WC), 알루미나(Al2O3), 코디어라이트(Cordierite), 뮬라이트(Mullite), 마그네슘 실리케이트(Mg2SiO4) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
다공성 세라믹 흡습체(14)는 발열 소자(16)와 본체 디바이스(50)의 인덕션 코일(22) 사이에 위치하여, 발열 소자(16)의 열(또는 열 에너지)이 인덕션 코일(22)로 전달되는 방지하여, 인덕션 코일(22)을 열로부터 보호하며, 무화면으로 열이 집중될 수 있도록 한다.
세라믹 히터(14, 16)의 외경이 액상 케이스(12)의 삽입 공간(IS) 및 에어로졸 형성 물품의 직경보다 작게 됨으로써, 세라믹 히터(14, 16)에 의해 생성된 무화 또는 에어로졸이 에어로졸 형성 물품 내로 집중적으로 관통할 수 있으며, 에어로졸 형성 물품이 세라믹 히터(14, 16)의 중공에 삽입되는 것이 방지된다.
발열 소자(16)는 저항 발열을 수행할 수도 있으나, 유도 가열을 위한 서셉터로서, 코일 형태 또는 막대 형태로 다공성 세라믹 흡습체(14) 내의 중공을 둘러 감싸면서 장착되며, 그 일부분만 다공성 세라믹 흡습체(14) 내에 삽입 장착된다. 발열 소자(16)는 철, 칸탈과 같이 전기 전도율이 낮은 금속 물질을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 발열 소자(16)는 금속 열선, 열판, 가열 필름 형태 등의 형상이나 구조를 지닐 수 있다.
또한, 발열 소자(16)는 다공성 세라믹 흡습체(14)에 적어도 일부분은 인서트 되어 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 발열 소자(16)의 외경이나 바깥 둘레의 지름은 다공성 세라믹 흡습체(14)의 중공의 내경보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 발열 소자(16)는 유도 가열을 위해, 자성체를 지닌 금속을 포함하여 구성된다. 특히, 발열 소자(16)는 인덕션 코일(22)의 유도 가열에 의해 400℃ 이하의 온도까지 발열하는 것이 바람직하다.
다공성 세라믹 흡습체(14)의 외측면은 액상에 접하는 액상 흡입면이고, 다공성 세라믹 흡습체(14)의 중공의 내측면(내경)은 발열 소자(16)가 장착되어 무화면이 되며, 액상 카트리지(10)의 액상은 액상 흡입면으로 공급되어 무화면으로 이송되며, 이송된 액상은 무화면에서 발열 소자(16)에 의해 무화되어 에어로졸로 배출된다.
또한, 세라믹 히터(14, 16)에서 무화면의 최대화와 성능의 효율화를 위해, 발열 소자(16)의 높이는 다공성 세라믹 흡습체(14)보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 실링 부재(18)는 고무나 실리콘 등과 같이 탄성을 지닌 소자로 구성되며, 공급 유로(13)와 다공성 세라믹 흡습체(14) 사이에 장착된다. 즉, 다공성 세라믹 흡습체(14)의 상측과 공급 유로(13)의 상측 사이에 장착되는 상측 실링 부재와, 다공성 세라믹 흡습체(14)의 하측과 공급 유로(13)의 하측 사이에 장착되는 하측 실링 부재를 포함하여 구성된다. 실링 부재의 두께는 0.6mm~1mm 인 것이 바람직하다.
본체 디바이스(50)는 장착 공간(LS)을 형성하며, 에너지(전원, 유도 전원/전류 등)을 인가하는 에너지 인가부를 구비하는 상측 디바이스(20)와, 액상 카트리지(10)의 중공과 연통하며 외부 및 액상 카트리지(10)의 중공 간의 기류 흐름이 가능하도록 하는 기류 패스 형성부(30)와, 에너지 인가부로의 전원 공급을 위한 전원부(배터리)와 에어로졸 발생 기능의 제어를 위한 제어부를 구비하는 하측 디바이스(40)를 포함한다.
상측 디바이스(20)는 에너지 인가부로서, 장착 공간(LS)을 적어도 1회 이상 둘러 감싸는 인덕션 코일(22)을 포함한다. 인덕션 코일(22)의 상측 부분의 반경과, 인덕션 코일(22)의 하측 부분의 반경을 서로 상이할 수 있다.
기류 패스 형성부(30)는 상측 디바이스(20)와 하측 디바이스(40) 사이에서 사용자의 흡입(퍼프)에 의해 기류(화살표)의 흐름이 가능하도록 형성된다.
액상 카트리지(10)는 본체 디바이스(50)의 장착 공간(LS)에 탈착 가능하며, 상측 디바이스(20)는 장착 공간(LS)에 액상 카트리지(10)를 고정 장착하기 위한 고정 부재를 구비할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 액상 카트리지 14: 다공성 세라믹 흡습체
30: 기류 패스 형성부 50: 본체 디바이스

Claims (8)

  1. 중앙축에 제 1 중공이 형성되며 액상을 수용하는 수용 공간과, 제 1 중공과 연통되며 에어로졸 형성 물품이 삽입되는 삽입 공간과 제 1 중공 내측면에 형성된 공급 유로를 구비하는 액상 케이스와;
    제 1 중공과 연통되는 제 2 중공과, 외측면에 수용 공간의 액상에 접하는 액상 흡입면과 제 2 중공의 내측면에 발열 소자가 장착된 무화면을 구비하며 액상 흡입면으로부터의 액상의 무화면으로 이송되어 에어로졸을 생성시키는 세라믹 히터와;
    세라믹 히터와 공급 유로 사이에 장착되는 실링 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    세라믹 히터는 다공성 세라믹 흡습체이며, 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 탄화지르코늄(ZrC), 탄화텅스텐(WC), 알루미나(Al2O3), 코디어라이트(Cordierite), 뮬라이트(Mullite), 마그네슘 실리케이트(Mg2SiO4) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    세라믹 히터의 기공 크기는 10㎛ ~ 100㎛ 이고, 기공률은 30% ~ 60%인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    발열 소자는 자성체를 지닌 금속으로 적어도 일부분이 제 2 중공으로 노출되며, 적어도 일부분이 세라믹 히터에 인서트된 것을 특징으로 하는 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    발열 소자는 제 2 중공의 내측면을 둘러 감싸면서 장착되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터를 구비하는 액상 카트리지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 따른 액상 카트리지와;
    액상 카트리지가 장착되는 장착 공간과, 세라믹 히터로의 에너지 인가를 위한 에너지 인가부와, 액상 카트리지의 제 1 중공과 연통하여 기류 흐름이 가능하도록 하는 기류 패스 형성부 및 에너지 인가부로 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 본체 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    에너지 인가부는 장착 공간을 둘러 감싸는 인덕션 코일을 포함하며,
    발열 소자는 인덕션 코일에 의한 유도 가열에 의해 400℃ 이하의 온도까지 발열하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    인덕션 코일의 상측 부분의 반경과, 인덕션 코일의 하측 부분의 반경을 서로 상이한 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
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