KR20230091005A

KR20230091005A - 면상 발열 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치

Info

Publication number: KR20230091005A
Application number: KR1020220150395A
Authority: KR
Inventors: 송일권; 오영선; 오범창; 채한석; 유선원; 김형태
Original assignee: 주식회사 이노아이티
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2023-06-22

Abstract

본 발명은 면상 발열 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 그래핀을 이용한 면상 가열 구조를 구현하여 성능을 개선한 면상 발열 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 자치에 관한 것이다.
본 발명인 히터 파이프는 에어로졸 형성 물품에 열을 전달하기 위한, 에어로졸 발생 장치용 히터 파이프에 있어서, 에어로졸 형성 물품 수용 공간이 형성된 파이프 형태인 금속 재질의 몸체, 몸체의 외측면에 형성된 제1 절연층, 제1 절연층 상에 증착으로 형성되는 그래핀층, 그래핀층 상에 형성되는 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

면상 발열 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치{SURFACE HEATING HEATER PIPE AND AEROSOL GENERATING DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 면상 발열 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 그래핀을 이용한 면상 가열 구조를 구현하여 성능을 개선한 면상 발열 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 자치에 관한 것이다.

에어로졸은 대기 중에 부유상태로 존재하는 액체 또는 고체의 작은 입자로 보통 0.001 ~ 1.0 ㎛의 크기를 갖는다. 특히 여러 종류의 궐련형 에어로졸 발생 물품으로부터 유래하는 에어로졸을 사람이 흡입하는 경우가 있다. 예를 들어 궐련형 통상의 담배를 선호하는 수요자들의 요구에 따라, 통상의 담배의 필터부와, 궐련부의 모양을 갖는 전자 담배도 제안되고 있는데, 이 전자 담배는 궐련부에 포함된 흡입물질을 전자히터로 기화시키면 통상의 담배와 동등한 구성을 갖는 필터부를 통해 사용자가 흡입하는 구성을 갖는다. 도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 에어로졸 발생 장치(100)에는 궐련형 에어로졸 발생 물품(10)이 삽입되는 공동(20)이 구비되며, 에어로졸 발생 장치(100)에 삽입된 궐련형 에어로졸 발생 물품(10)을 가열하여 에어로졸을 발생시키기 위해 예를 들어 공동(20) 외주에는 파이프 형태의 히터(30)가 구비된다. 또한, 에어로졸 발생 장치(100)에는 히터(30)에 전력을 공급하기 위한 배터리(40)와, 이 배터리(40)로부터 히터(30)에 공급되는 전력을 제어하도록 구성된 제어부(50)를 포함한다. 상술한 종래 기술에서는 제어부(50)의 제어에 의해 배터리(40)로부터 히터(30)에 전력을 공급하여 히터(30)에서 발생하는 열에 의해 궐련형 에어로졸 발생 물품(10)이 가열되어 궐련형 에어로졸 발생 물품(10) 내의 에어로졸 발생 기질로부터 에어로졸이 발생한다.

히터(30)는 에어로졸 발생 장치에 있어서 사용자 경험과 직결되는 핵심 요소로서, 특히 그 내부로 삽입되는 에어로졸 발생 물품(10)으로의 열 전달 능력을 개선할 필요가 있다. 따라서 히터(30) 구조를 개선하기 위하여 세라믹 재질의 히터나 필름형 히터 등 다양한 개선이 시도되고 있다. 또한 에어로졸 발생 장치는 휴대성이 중요한 장치로서 배터리의 크기를 줄이면서도 장시간의 사용에는 지장이 없어야 한다. 따라서 고효율의 저전력 설계가 특히 요구된다. 대한민국 등록특허 제10-2017004호에서는 나노탄소입자 기반의 면상 발열체를 구비하는 필름 히터를 개시하고 있으나 가열의 균일성 등에서 더욱 개선된 효과가 요구된다.

본 발명은 그래핀 면상 발열층을 이용하여 에어로졸 형성 물품을 고르게 또한 빠른 승온 속도로 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있는 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

실시예는, 에어로졸 형성 물품에 열을 전달하기 위한, 에어로졸 발생 장치용 히터 파이프에 있어서, 에어로졸 형성 물품의 수용을 위한 중공이 형성된 파이프 형태인 금속 재질의 몸체; 몸체의 외측면에 형성된 제1 절연층; 제1 절연층 상에 증착으로 형성되는 발열층; 및 발열층 상에 형성되는 제2 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 발열층은 그래핀층인 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 제2 절연층의 일부가 삭제되어 외부로 노출되는 커넥터부;를 더 포함하고 커넥터부를 통하여 그래핀층과 외부 전원이 연결되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 그래핀층은 그래핀이 패턴으로 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 제1 절연층 또는 제2 절연층 중 적어도 하나는 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 제1 절연층과 그래핀층과 제2 절연층은 일부가 몸체의 외측면에서 연장되어 파이프 히터의 하면을 형성하는 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 제1 절연층과 제2 절연층은 일부가 몸체의 외측으로 연장된 연장부를 구비하며, 연장부에는 그래핀층과 외부 전원을 연결하기 위한 커넥터부가 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 제2 절연층 외면에 부착되며, 절연 필름 상에 온도를 감지하는 센서 패턴이 인쇄된 센서층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 제1 절연층과 제2 절연층과 센서층은 일부가 몸체의 외측으로 연장된 연장부를 구비하며, 연장부에는 그래핀층과 외부 전원을 연결하기 위한 커넥터부와 센서 패턴에서 연장된 터미널부가 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 제1 절연층과 제2 절연층은 일부가 몸체의 외측면에서 연장되어 파이프 히터의 하면을 형성하고 하면의 제1 절연층과 제2 절연층 사이에는 에칭된 발열 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 그래핀층은 공급되는 전압을 높이기 위한 부스트 컨버터를 거쳐 외부 전원과 연결되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프를 제 공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 상기의 히터 파이프 다수를 상하로 적층하여 형성되는 적층형 히터 파이프에 있어서, 하단에 적층되는 히터 파이프의 중공의 단면적은 상단에 적층된 히터 파이프의 중공의 단면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 적층되는 히터 파이프의 외측면 단면은 원형이고, 중공 단면도 원형인 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 적층되는 히터 파이프의 외측면 단면은 사각형이고, 중공 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 적층되는 히터 파이프의 외측면 단면은 사각형이고, 중공 단면도 사각형인 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 제1 절연층 상에 인쇄되는 전극층;을 더 포함하고, 발열층은 전극층 상에 형성되며, 백금 계열의 루테늄, 팔라듐 및 은 중 어느 하나 이상을 포함하는 페이스트 조성물을 도포한 다음 소결 형성된 박막인 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 발열층은 0.6Ω∼1.4Ω의 전기 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 전극층은 하나 이상의 (-)전극 및 둘 이상의 (+)전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 발열층 및 제2 절연층은 각각 전극층의 전극을 노출시키는 전극 노출홀을 구비하며, 전원을 인가하기 위한 전선이 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 전극층에 연결된 발열층의 온도 변화 저항(TCR)을 측정하여 히터의 온도를 제어하는데 이용하는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 제1 절연층, 발열층 및 제2 절연층은 히터 파이프를 노출시킬 수 있도록 서로 중첩되는 위치에 형성되는 홀을 구비하며, 홀을 통해 노출된 히터 파이프에 직접 용접되는 온도 측정용 서머 커플;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프를 제공한다.

실시예의 다른 일 태양으로서, 상기의 히터 파이프 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.

본 발명이 제공하는 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치는 금속 재질의 파이프에 절연층을 형성하고 그래핀을 증착하여 면상 발열층을 형성하는 것으로 우수한 열전도성과 전기전도성을 갖고 승온 속도가 매우 빠른 장점이 있다.

또한 본 발명이 제공하는 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치는 면상 발열층이 금속 파이프를 고르게 가열하고, 가열된 금속 파이프가 그 내부에 삽입된 에어로졸 형성 물질을 가열하므로 에어로졸 형성 물질의 전 범위를 동시에 고르게 가열할 수 있다.

또한 본 발명이 제공하는 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치는 면상 발열층이 히터 파이프의 하면에도 존재하여 삽입된 에어로졸 형성 물질을 더욱 고르게 가열할 수 있고, 면상 발열층과 커넥터를 일체로 구성하여 제조가 간편하다.

또한 본 발명이 제공하는 히터 파이프와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치는 필름형의 온도센서를 구비하여 온도 제어를 용이하게 하면서도 컴팩트함을 유지할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생 장치의 일 예를 설명하기 위한 내부 구성도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 파이프의 사시도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 파이프의 일부 단면도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터 파이프의 제1 절연층과 그래핀층을 펼쳐서 도시한 분해도,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 히터 파이프의 제1 절연층과 그래핀층을 펼쳐서 도시한 분해도,
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 히터 파이프의 제1 절연층과 그래핀층을 펼쳐서 도시한 분해도,
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 히터 파이프의 일부 단면도,
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 히터 파이프의 절연 필름과 센서 패턴을 펼쳐서 도시한 분해도,
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 히터 파이프의 구성을 설명하기 위한 블럭도,
도 10은 본 발명의 어느 실시예에 따른 히터 파이프를 적층하여 형성할 수 있는 적층형 히터 파이프의 분해도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 히터 파이프에 있어서 각 적층되는 히터 파이프들의 상면도,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적층형 히터 파이프에 있어서 각 적층되는 히터 파이프들의 상면도,
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적층형 히터 파이프에 있어서 각 적층되는 히터 파이프들의 상면도,
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 부분 단면도,
도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 사시도,
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 각 층을 도시한 분해도,
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 각 층을 도시한 분해도,
도 18 및 도 19는 본 발명의 제8 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 각 층을 도시한 사시도,
도 20은 제9 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 각 층을 도시한 분해도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 파이프의 사시도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 히터 파이프의 일부 단면도이다. 본 실시예에서 히터 파이프(1)는 파이프 형상이며 금속 재질인 몸체(110)와 몸체(110)의 외측면에 형성된 제1 절연층(200), 제1 절연층(200) 상의 그래핀층(300), 그래핀층(300) 상의 제2 절연층(400)을 포함한다.

몸체(110)는 파이프 형상으로 그 내측으로 에어로졸 형성 물품의 수용을 위한 중공(h)이 형성되어 있어 궐련 등의 에어로졸 형성 물품이 삽입될 수 있다. 몸체(110)는 삽입되는 에어로졸 형성 물품에 열을 잘 전달할 필요가 있으므로 열전도성이 높은 물질인 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 몸체(110)는 예를 들어 SUS 재질일 수 있다. 몸체(110)의 파이프 옆면, 즉 외측면에는 제1 절연층(200)이 형성된다. 제1 절연층(200)은 증착이나 스프레이 방사 등의 코팅 공정으로 몸체(110)의 외측면에 형성될 수 있다. 또는 제1 절연층(200)은 절연 필름으로서 몸체(110)의 외측면에 접착하는 방식으로 형성될 수 있다.

제1 절연층(200) 상에는 열을 발생시키기 위한 수단으로 그래핀층(300)이 형성된다. 예를 들어 그래핀층(300)은 몸체(110)상에 제1 절연층(200)을 먼저 형성하고 그 위에 그래핀 증착의 방법으로 형성할 수 있다. 또한 그래핀층(300)의 일측에는 전기적 접속을 위한 커넥터부가 형성될 수 있다. 그래핀층(300) 상에는 제2 절연층(400)이 형성된다. 제2 절연층(400) 역시 증착이나 스프레이 방사 등의 코팅 또는 절연 필름을 부착하는 방식으로 형성될 수 있다. 제2 절연층(400)의 일부를 삭제하고, 이에 노출되는 그래핀층(300)의 일부에 금속 패드를 부착하거나 납땜 패드를 형성하는 방법으로 커넥터부(410a, 410b)를 서로 분리하여 형성할 수 있다. 분리 형성된 커넥터부(410a, 410b) 각각과 외부 전원(미도시)을 연결시켜 그래핀층(300)을 발열시킬 수 있다. 본 실시예에서는 몸체(110)에는 하면이 존재하지 않는 것으로 도시되었으나, 실시예를 달리하여, 몸체(110)에 하면이 존재할 경우, 제1 절연층(200)과 그래핀층(300), 제2 절연층(400)을 하면에도 형성할 수 있다. 이 경우, 커넥터부(410a, 410b)는 몸체(110)의 하면측에 형성하는 것이 바람직하다. 몸체(110)의 하면에 발열층(제1 절연층(200)과 그래핀층(300), 제2 절연층(400))이 존재할 경우, 삽입되는 에어로졸 형성 물품의 하단부에 열을 전달할 수 있어 더욱 고르게 가열할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 히터 파이프의 제1 절연층과 그래핀층을 펼쳐서 도시한 분해도이다. 제2 실시예에서 제1 절연층(200)은 폴리이미드 필름이고 그래핀층(300)은 폴리이미드 필름 상에 증착되어 형성된다. 본 실시예에서 그래핀층(300)은 폴리이미드 필름인 제1 절연층(200)의 상당 부분을 연속적으로 덮도록 면의 형상으로 증착된다. 본 도면에서는 도시하지 않았으나 추후 제2 절연층(400)이 그래핀층(300) 상에 형성되어 그래핀층(300)은 상면과 하면 양측에서 절연된다. 제2 절연층(400) 역시 폴리이미드 필름으로 형성될 수 있다. 그래핀층(300)의 일측에는 역시 전기 접속을 위한 커넥터부(410a, 410b)가 형성될 수 있다. 또한 제1 절연층(200)과 그래핀층(300)과 제2 절연층(400)은 일부가 몸체의 외측면에서 연장되어 실질적으로 파이프 히터(1)의 하면을 형성하는 연장면(500)을 구비할 수 있다. 연장면(500)이 파이프 히터(1)의 하면을 형성하는 것으로 삽입되는 에어로졸 형성 물품의 하단부에도 열을 전달할 수 있다.

폴리이미드 필름은 절연 필름 중 비교적 열 전도도가 높아 몸체(110)로 열을 전달하는 역할을 하기에 적합하다. 제1 절연층(200)과 그래핀층(300), 제2 절연층(400)은 필름의 형태로 합지되어 몸체(110)의 외주를 감싸며 에폭시나 본드 등 비교적 열에 강하며 열 전도도가 높은 접착제를 이용하여 몸체(110)의 외측면에 부착될 수 있다.

실시예를 달리하여, 연장면(500)은 에칭필름 히터일 수 있다. 즉 제1 절연층(200)과 제2 절연층(400)의 일부가 연장하여 실질적으로 파이프 히터(1)의 하면을 형성하고, 제1 절연층(200)과 제2 절연층(400) 사이에 에칭된 발열 패턴을 형성하여 연장면(500) 만을 에칭필름 히터로 구성할 수 있다.

또한 실시예를 달리하여, 제1 절연층(200)을 증착이나 스프레이 방사 등의 코팅 공정으로 몸체(110)의 외측면에 형성하고, 그 위에 그래핀층(300)이 증착된, 폴리이미드 필름으로 형성되는 제2 절연층(400)을 부착할 수도 있다. 물론 이와 같은 실시예들에서도 제1 실시예와 같은 몸체(110)와 제1 절연층(200), 그래핀층(300), 제2 절연층(400)의 적층 순서를 갖는다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 히터 파이프의 제1 절연층과 그래핀층을 펼쳐서 도시한 분해도이다. 본 실시예는 제2 실시예와 유사하나, 그래핀층(300)이 폴리이미드 필름인 제1 절연층(200)의 상당 부분을 덮도록 패턴의 형상으로 증착된다는 점을 달리한다. 그래핀층(300)이 제1 절연층(200)의 상당 부분을 덮도록 패턴의 형상으로 증착되는 것으로 그래핀 필요량을 줄이면서도 면상 발열의 목적을 충분히 달성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 히터 파이프의 제1 절연층과 그래핀층을 펼쳐서 도시한 분해도이다. 본 실시예는 제3 실시예와 유사하나, 제1 절연층(200)과 제2 절연층(400, 본 도면에는 미도시)의 일부가 몸체(110)의 외측으로 연장되어 연장부(600)를 형성하고, 연장부(600) 내에는 그래핀층(300)과 외부 전원(미도시)을 연결하기 위한 커넥터부(410a, 410b)가 형성된다는 점을 달리한다. 본 실시예에서 제1 절연층(200) 또는 제2 절연층(400) 중 적어도 하나는 폴리이미드 필름이며, 바람직하게는 그 일부가 몸체(110) 아래로 연장되어 연장부(600)를 형성한다. 연장부(600)에는 그래핀층(300)에서 연장하는 전극선(310a, 310b)이 연장하여 최종 단부에서는 용이한 전기적 접속을 위한, 예를 들어 납땜 패드로 형성되는 커넥터부(410a, 410b)가 형성된다. 히터 파이프(1)의 하면을 형성하는 연장면(500)은 제1 절연층(200)과 제2 절연층(400) 사이에 형성된 그래핀층(300)으로 구성된 발열 구조 또는 제1 절연층(200)과 제2 절연층(400) 사이에 형성된 에칭 발열 패턴(미도시)일 수 있다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 히터 파이프의 일부 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 히터 파이프의 절연 필름(800)과 센서 패턴(700)을 펼쳐서 도시한 분해도이다. 제5 실시예에 따른 히터 파이프(1)는 제2 절연층(400) 외면에, 절연 필름(800) 상에 온도를 감지하는 센서 패턴(700)이 인쇄된 센서층(700, 800)을 추가로 포함한다. 특히 센서 패턴(700)이 제2 절연층(400)을 향하도록 배치하는 것이 바람직하고, 몸체(110)의 상당 부분을 덮도록 형성되는 것이 몸체의 전면적에 걸쳐 온도를 측정할 수 있다는 점에서 바람직하다. 도 8에서 볼 수 있듯이 센서층(700, 800) 역시 제1 절연층(200), 제2 절연층(400)과 함께 그 일부가 외측으로 연장된 연장부(600)를 형성할 수 있다. 센서 패턴(700)은 연장부(600)로 계속 연장하여 최종 단부에서 터미널부(710a, 710b)를 형성한다. 몸체(110)의 아래로 연장되는 연장부(600)를 구비하는 것으로 그래핀층(300)과 센서 패턴(700)을 배터리와 같은 외부 전원 또는 제어부와 용이하게 연결할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 히터 파이프의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다. 본 실시예에서 그래핀층(300)은 외부 전원인 배터리(1000)와의 연결에 있어서 적어도 부스트 컨버터(900)를 거쳐서 연결되는 것을 특징으로 한다. 이 외에도 제어 및 회로 보호의 목적으로 FET 소자(910)가 부스트 컨버터(900)와 그래핀층(300) 사이에 추가될 수도 있다. 부스트 컨버터(900)는 직류 간에 전압을 승압시켜 주는 컨버터로서 외부 전원(1000)에서 그래핀층(300)으로 전달되는 전압을 높여주어 히터 파이프(1)가 더욱 빠르게 승압될 수 있도록 한다.

도 10은 본 발명의 어느 실시예에 따른 히터 파이프를 적층하여 형성할 수 있는 적층형 히터 파이프의 분해도, 도 11은 각 적층되는 히터 파이프들의 상면도이다. 이상에서 설명한 어느 실시예에 따른 히터 파이프 다수(1a, 1b, 1c)를 상하로 적층하는 것으로 적층형 히터 파이프를 형성할 수 있다. 특히 본 발명의 적층형 히터 파이프는 하단에 적층되는 히터 파이프의 중공의 단면적은 상단에 적층된 히터 파이프의 중공의 단면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 한다. 따라서 최상단의 히터 파이프(1a)의 중공(h1)의 너비(D1)는 그 하단에 적층되는 히터 파이프(1b)의 중공(h2)의 너비(D2)보다 크거나 같다. 또한 최하단에 적층되는 히터 파이프(1c)의 중공(h3)의 너비(D3)는 그 상단에 적층되는 히터 파이프(1a, 1b)의 중공(h1, h2)의 너비(D1, D2)보다 작거나 같다. 이렇게 하단으로 갈 수록 적층되는 중공의 단면적을 감소시키면서 적층형 히터 파이프를 구성하는 것으로 히터 파이프 중공의 상단으로부터 삽입되는 에어로졸 형성 물품은 상단에서 삽입이 용이하면서도 하단에서 히터 파이프 내벽과의 밀착력이 높아져 열이 더욱 잘 전달될 수 있다.

도 11에서 도시한 것과 같이 실시예에 따라서 적층되는 히터 파이프들(1a, 1b, 1c)은 외측면 단면이 모두 원형이고, 중공 단면도 원형일 수 있다. 또한 도 12에서 도시한 것처럼 또 다른 실시예에서 적층되는 히터 파이프들(1a, 1b, 1c)은 외측면 단면은 사각형이고, 중공 단면은 원형일 수 있다. 또한 도 13과 같이 또 다른 실시예에 있어서 히터 파이프들(1a, 1b, 1c)의 외측면 단면은 사각형이고, 중공 단면도 사각형일 수 있다.

이상 다양한 실시예로 설명한 본 발명의 히터 파이프(1)는 에어로졸 발생 장치 내 구성요소로서 포함되어 에어로졸 형성 물품에 열을 전달하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 발열층인 그래핀층(300)은 전기적, 열적으로 우수한 성질을 가지고 있으며 제1 절연층(200)을 사이에 두고 금속의 몸체(110) 상당 부분을 덮도록 형성되므로 전체 면적에 걸친 고른 열이 제1 절연층(200)을 거쳐 금속 재질의 몸체(110)로 전달될 수 있다. 또한 승온시간이 단축되어 에어로졸 발생 장치의 사용자 경험이 증대되고 소모 전류를 줄일 수 있다.

도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 부분 단면도, 도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 사시도, 도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 각 층을 도시한 분해도이다.

제7 실시예에 따른 적층형 히터 파이프는, 금속의 몸체(110c) 외측면에 제1 절연층(200c)이 형성되고, 그 위에 전극층(300c)이 형성된다. 전극층(300c)은 도전성 인쇄 패턴으로 전원선이 납땜되는 전극(310c, 320c)과 (-)극 전극(310c)과 (+)극 전극(320c)을 통전시키는 도전성 패턴으로 이루어진다.

전극층(300c)상에는 발열층으로 백금계열의 루테늄, 팔라듐 또는 은을 포함하는 페이스트 조성물이 도포되어 소결 형성되는 박막(400c)이 형성된다. 백금계열의 루테늄, 팔라듐 또는 은을 포함하는 페이스트 조성물이 전극층(300c) 상에 도포된 다음, 제2 절연층(500c)을 형성하고 소결 및 압축 성형을 통해 히터 파이프가 제조된다. 박막(400c)은 전극층(300c)을 통해 인가되는 전원에 의해 발열하며, 페스트 조성물을 도포하고 소결, 압축하여 제조됨으로써 무게가 가볍고 간편하게 제조할 수 있다는 장점이 있다.

이때, 제1 절연층(200c)은 글래스-세라믹층으로 제조되고 , 전극(310c, 320c)은 은으로 제조되며, 박막(400c)은 은과 팔라듐을 혼합한 조성물 또는 은과 루테늄을 혼합한 조성물, 제2 절연층(500c)은 글래스층으로 제조될 수 있다. 이때, 박막(400c)은 전극층(300c)에 측정되는 저항이 0.6~ 1.4Ω 사이가 되는 조성인 것이 바람직하다. 예를 들어, 박막(400c)을 형성하기 위한 페이스트 조성물은 은 10 내지 60중량부, 팔라듐 0.25 내지 20 중량부, 유기 화합물 10~40 중량부, 기타 0.01~20 중량부로 이루어지거나, 은 10 내지 60중량부, 루테늄 0.25 내지 20 중량부, 유기 화합물10~40 중량부, 기타 0.01~20 중량부로 이루어질 수 있다.

이때, 박막(400c) 및 제2 절연층(500c)은 각각 전극층(300c)의 전극(310c, 320c)을 노출시켜 전원선을 납땜하기 위해 전극 노출홀(410c, 510c)을 각각 구비한다.

한편, 히터 파이프의 발열을 제어하기 위해, 몸체(110c)의 온도를 측정할 수 있도록, 제1 절연층(200c), 박막(300c) 및 제2 절연층(500c)은 몸체(110c)를 노출시킬 수 있도록 서로 중첩되는 위치에 형성되는 홀(220c, 420c, 520c)을 구비한다.

홀(220c, 420c, 520c)에 의해 노출되는 몸체(110c)에 서머 커플(미도시)을 부착하여 몸체(110c)의 온도를 측정하고 그 값을 바탕으로, 전극(310c, 320c)을 통해 인가되는 전류를 제어함으로써 히터 파이프의 발열량을 제어할 수 있다.

도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 각 층을 도시한 분해도이다.

본 발명의 제8 실시예에 따른 적층형 히터 파이프는 제7 실시예와 구성이 거의 동일하며, 전극층(300d)의 전극(310d, 320d) 개수 및 배치만 제7 실시예와 상이하다.

전극층(300d)의 전극(310d, 320d) 중 (+)극 전극(320d)은 2개가 형성되나, (-)극 전극(310d)은 공통 전극으로 사용될 수 있다.

도 18 및 도 19는 본 발명의 제8 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 사시도이다.

한편, 히터 파이프의 전극(310d, 320d)에 전원 인가선이 납땜된 모습과, 홀(220c, 420c, 520c; 도 17 참조)을 통해 노출된 몸체(110c)에 써모 커플(610c)이 부착된 모습이 도시되어 있다. 발열을 제어하기 위해, 몸체(110c)의 온도를 측정할 수 있도록, 제1 절연층(200c), 박막(300c) 및 제2 절연층(500c)은 몸체(110c)를 노출시킬 수 있도록 서로 중첩되는 위치에 형성되는 홀(220c, 420c, 520c)을 구비한다.

홀(220c, 420c, 520c)에 의해 노출되는 몸체(110c)에 서머 커플(미도시)을 부착하여 몸체(110c)의 온도를 측정하고 그 값을 바탕으로, 전극(310d, 320d)을 통해 인가되는 전류를 제어함으로써 히터 파이프의 발열량을 제어할 수 있다.

도 20은 제9 실시예에 따른 적층형 히터 파이프의 각 층을 도시한 분해도이다.

도 9 실시예에 따른 적층형 히터 파이프는 제8 실시예와 동일하나, 써모 커플을 부착하기 위한 별도의 홀이 형성되지 않는다는 차이가 있다. 대신 전극층(300d)의 전극(310d, 320d)에 연결된 저항(TCR)을 측정하여 히터의 온도를 제어하는데 이용한다. 전극층(300d)으로 인가되는 전력에 의해 발열할 때, 루테늄, 팔라듐, 은으로 이루어진 박막(400c) 온도 변화 저항(TCR) 값을 이용하여 온도 제어에 이용한다.

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.

1: 히터 파이프 110: 몸체
200: 제1 절연층 300: 그래핀 층
400: 제2 절연층 410a, 410b: 커넥터부
500: 연장면 600: 연장부
700: 센서 패턴 800: 절연 필름
900: 부스트 컨버터 910: FET 소자
1000: 배터리

Claims

에어로졸 형성 물품에 열을 전달하기 위한, 에어로졸 발생 장치용 히터 파이프에 있어서,
에어로졸 형성 물품의 수용을 위한 중공이 형성된 파이프 형태인 금속 재질의 몸체;
몸체의 외측면에 형성된 제1 절연층;
제1 절연층 상에 증착으로 형성되는 발열층;
발열층 상에 형성되는 제2 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제1항에 있어서,
발열층은 그래핀층인 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제2항에 있어서,
제2 절연층의 일부가 삭제되어 외부로 노출되는 커넥터부;를 더 포함하고 커넥터부를 통하여 그래핀층과 외부 전원이 연결되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제2항에 있어서,
그래핀층은 그래핀이 패턴으로 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제1항에 있어서,
제1 절연층 또는 제2 절연층 중 적어도 하나는 폴리이미드 필름인 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제5항에 있어서,
제1 절연층과 그래핀층과 제2 절연층은 일부가 몸체의 외측면에서 연장되어 파이프 히터의 하면을 형성하는 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제5항에 있어서,
제1 절연층과 제2 절연층은 일부가 몸체의 외측으로 연장된 연장부를 구비하며, 연장부에는 그래핀층과 외부 전원을 연결하기 위한 커넥터부가 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제5항에 있어서,
제2 절연층 외면에 부착되며, 절연 필름 상에 온도를 감지하는 센서 패턴이 인쇄된 센서층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제5항에 있어서,
제1 절연층과 제2 절연층과 센서층은 일부가 몸체의 외측으로 연장된 연장부를 구비하며, 연장부에는 그래핀층과 외부 전원을 연결하기 위한 커넥터부와 센서 패턴에서 연장된 터미널부가 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제5항에 있어서,
제1 절연층과 제2 절연층은 일부가 몸체의 외측면에서 연장되어 파이프 히터의 하면을 형성하고 하면의 제1 절연층과 제2 절연층 사이에는 에칭된 발열 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제2항에 있어서,
그래핀층은 공급되는 전압을 높이기 위한 부스트 컨버터를 거쳐 외부 전원과 연결되는 것을 특징으로 하는 히터 파이프.
제1항에 따른 히터 파이프 다수를 상하로 적층하여 형성되는 적층형 히터 파이프에 있어서,
하단에 적층되는 히터 파이프의 중공의 단면적은 상단에 적층된 히터 파이프의 중공의 단면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제12항에 있어서,
적층되는 히터 파이프의 외측면 단면은 원형이고, 중공 단면도 원형인 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제12항에 있어서,
적층되는 히터 파이프의 외측면 단면은 사각형이고, 중공 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제12항에 있어서,
적층되는 히터 파이프의 외측면 단면은 사각형이고, 중공 단면도 사각형인 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제1항에 있어서,
제1 절연층 상에 인쇄되는 전극층;을 더 포함하고,
발열층은 전극층 상에 형성되며, 백금 계열의 루테늄, 팔라듐 및 은 중 어느 하나 이상을 포함하는 페이스트 조성물을 도포한 다음 소결 형성된 박막인 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제16항에 있어서,
발열층은, 0.6Ω∼1.4Ω의 전기 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제16항에 있어서,
전극층은 하나 이상의 (-)전극 및 둘 이상의 (+)전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제18항에 있어서,
발열층 및 제2 절연층은 각각 전극층의 전극을 노출시키는 전극 노출홀을 구비하며, 전원을 인가하기 위한 전선이 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제18항에 있어서,
전극층에 연결된 발열층의 온도 변화 저항(TCR)을 측정하여 히터의 온도를 제어하는데 이용하는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제16항에 있어서,
제1 절연층, 발열층 및 제2 절연층은 히터 파이프를 노출시킬 수 있도록 서로 중첩되는 위치에 형성되는 홀을 구비하며,
홀을 통해 노출된 히터 파이프에 직접 용접되는 온도 측정용 서머 커플;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 히터 파이프.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 히터 파이프; 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.