KR20230123621A - 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전도도가 높은 그래핀 및/또는 그라파이트 조성의 적어도 하나 이상의 가열 영역을 이용하여 에어로졸 형성 물품의 크기에 상관없이 최적의 가열을 수행할 수 있는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스에 관한 것이다.
본 발명인 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스는 에어로졸 형성 물품이 삽입되어 가열되는 중공 형태인 가열 공간을 형성하는 본체와, 그래핀 또는 그라파이트를 포함하며 본체의 외측면에 적층된 적어도 하나 이상의 가열 영역과, 가열 영역에 형성된 전극부를 포함하는 서셉터를 구비한다.

Description

에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스{HEATING DEVICE FOR AEROSOL GENERATING APPARATUS}
본 발명은 히팅 디바이스에 관한 것으로서, 특히 열전도도가 높은 그래핀 및/또는 그라파이트 조성의 적어도 하나 이상의 가열 영역을 이용하여 에어로졸 형성 물품의 크기에 상관없이 최적의 가열을 수행할 수 있는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스에 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.
본 발명은 열전도도가 높은 그래핀 및/또는 그라파이트 조성의 적어도 하나 이상의 가열 영역을 이용하여 에어로졸 형성 물품의 크기에 상관없이 최적의 가열을 수행할 수 있는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스는 에어로졸 형성 물품이 삽입되어 가열되는 중공 형태인 가열 공간을 형성하는 본체와, 그래핀 또는 그라파이트를 포함하며 본체의 외측면에 적층된 적어도 하나 이상의 가열 영역과, 가열 영역에 형성된 전극부를 포함하는 서셉터를 구비한다.
또한, 본체는 원 기둥 형태나 다각 기둥 형태인 것이 바람직하다.
또한, 본체의 상단 및 하단 각각에 대응하며 서로 전기적으로 절연되는 적어도 2개 이상의 가열 영역들이 본체의 외측면에 형성된 것이 바람직하다.
또한, 본체의 원주 방향을 따라서 서로 전기적으로 절연되는 적어도 2개 이상의 가열 영역들이 본체의 외측면에 형성된 것이 바람직하다.
또한, 서셉터의 열전도도는 4800 ~ 5300 W/mK인 것이 바람직하다.
본 발명은 그래핀 및/또는 그라파이트 조성의 적어도 하나 이상의 가열 영역을 이용하여 열 효율을 향상시키며, 그래핀의 열전도도를 이용한 에어로졸 형성 물품의 맛을 향상시키며, 소비자의 흡연 시간을 증가시키면서 충분한 만족감을 줄 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생 장치의 일 예를 설명하기 위한 내부 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 히팅 디바이스의 제 1 실시예들이다.
도 3은 본 발명에 따른 히팅 디바이스의 제 2 실시예들이다.
도 4는 본 발명에 따른 히팅 디바이스의 제 3 실시예들이다.
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, 에어로졸 형성 물품은 일련의 적층 구조인 필터부와, 냉각부 및 에어로졸 형성 기재층(예를 들면, 각초, 향료, 니코틴, VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜) 등 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 혼합 물질임)을 포함하여 구성된다. 에어로졸 형성 물품은 종래의 전자담배용 궐련, 필터 등을 포함한다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치는 상측이 개방되며 통형(원통형, 사각 통형)의 삽입 공간이 형성된 케이스와, 케이스의 삽입 공간 내에 장착되며 중공으로 이루어진 가열 공간에 대한 가열을 수행하는 히팅 디바이스를 포함하여 구성된다. 케이스는 삽입 공간 및 가열 공간의 저면 또는 측면과 외부 공간을 연통하도록 하는 기류 패스를 구비한다. 가열 공간 및 삽입 공간으로 에어로졸 형성 물품이 삽입되거나 분리 이탈된다. 에어로졸 발생 장치는 히팅 디바이스로의 전원 공급 및 공급 차단을 수행하는 제어 장치를 구비한다.
본 발명에서의 히팅 디바이스는 저면에 기류 패스와 연통되며 중공이 형성된 서셉터만을 포함할 수도 있고, 이러한 서셉터와 가열 공간 내에 저면에서 상측으로 돌출 장착되는 가열봉침을 추가적으로 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 히팅 디바이스의 적층형 구조는 그래핀 및 그라파이트 중의 적어도 하나 이상을 포함하는 적어도 하나 이상의 가열 영역이 형성된 본체를 포함한다. 본체는 SPP나 스테인리스 등의 금속체로 구성되며, 내부에 상하 방향의 중공이 형성된다. 즉, 히팅 디바이스는 본체와, 본체의 측면에 형성된 적어도 하나 이상의 가열 영역을 포함하는 서셉터로 구성된다.
본 발명에 따른 히팅 디바이스의 일체형 구조는 히팅 디바이스는 그래핀 및 그라파이트 중의 적어도 하나 이상을 포함하도록 소결 및 압력 성형되어 생성된 서셉터로 구성된다.
본 발명에서의 제 1 실시예에서의 가열 영역 및 제 2 실시예에서의 서셉터 각각의 열전도도는 4800 ~ 5300 W/mK인 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 히팅 디바이스의 제 1 실시예들이다.
본 발명에 따른 히팅 디바이스는 도 3의 (a)과 같이 적어도 상측이 중공된 가열 공간이 형성된 서셉터(210)를 포함한다. 서셉터(210)는 원 기둥 형태이며, 서셉터(210) 내의 중공의 형태도 원 기둥 형태이고, 하측에는 적어도 관통홀이 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따른 서셉터(212)는 도 3의 (b)와 같이, 상하 방향으로 중공된 가열 공간이 형성되며 삼각 기둥 형태이다. 중공의 형태는 삼각 기둥 형태일 수도 있고, 도 3의 (a)와 같이 원 기둥 형태일 수도 있다.
또 다른 실시예에 따른 서셉터(214)는 도 3의 (c)와 같이, 상하 방향으로 중공된 가열 공간이 형성되며 사각 기둥 형태이다. 중공의 형태는 사각 기둥 형태일 수도 있고, 도 3의 (a)와 같이 원 기둥 형태일 수도 있다.
도 3에서와 같이, 소결 및 압축 성형되는 제조 과정에서, 금형의 형태에 따라서, 다양한 형태의 서셉터(210, 212, 214)가 제조될 수 있다. 이러한 다양한 형태의 서셉터는 에어로졸 발생 장치의 케이스에 형성되는 다양한 형태의 삽입 공간 내에 삽입 설치될 수 있다.
도 2의 히팅 디바이스의 제 1 실시예들은 상술된 히팅 디바이스의 일체형 구조에 해당된다.
도 3은 본 발명에 따른 히팅 디바이스의 제 2 실시예들이다. 도 3은 히팅 디바이스의 정면도들이다.
도 3의 (a)는 히팅 디바이스의 적층형 구조로, 서셉터는 수직 방향으로 중공이 형성된 본체(216)와, 본체(216)의 외측면에 적층된 단일의 가열 영역(220)과, 가열 영역(220)으로의 전원 인가를 위한 전극부(230)를 구비한다.
본 실시예에서, 전극부(230)는 본체(216)의 하단 상의 가열 영역(220)에 형성되나, 본체(216)의 상단이나 중단의 가열 영역(220)에 형성될 수도 있다.
도 3의 (b)는 히팅 디바이스의 적층형 구조로, 서셉터는 수직 방향으로 중공이 형성된 본체(216)와, 본체(216)의 상단 외측면에 적층된 제 1 가열 영역(220a)과, 제 1 가열 영역(220a)에 대하여 전기적으로 절연되도록 이격되어 본체(2160의 하단 외측면에 적층된 제 2 가열 영역(220b)과, 제 1 가열 영역(220a)으로의 전원 인가를 위한 제 1 전극부(230a)와, 제 2 가열 영역(220b)으로의 전원 인가를 위한 제 2 전극부(230b)를 구비한다.
제 1 및 제 2 가열 영역(220a), (220b) 각각은 가열 공간의 상단 및 하단 각각에 대응하여 가열 동작을 수행하며, 제어 장치는 제 1 및 제 2 가열 영역(220a), (220b) 각각을 독립적으로 및 선택적으로 제어할 수 있다. 즉, 제어 장치는 제 1 가열 영역(220a)으로만 전원을 인가하여, 가열 공간의 상단에 집중적으로 가열이 이루어지도록 하거나, 제 2 가열 영역(220b)으로만 전원을 인가하여 가열 공간의 하단에 집중적으로 가열이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 제어 장치는 에어로졸 형성 물품의 길이가 가열 공간의 높이에 비하여 작은 경우에는 제 2 가열 영역(220b)으로만 전원을 인가할 수 있다. 다른 실시예로, 제어 장치는 에어로졸 형성 물품의 길이가 가열 공간의 높이와 같거나 더 큰 경우에는 제 1 및 제 2 가열 영역(220a), (220b) 모두에 동시에 전원을 인가하거나, 어느 하나의 가열 영역에만 전원을 인가한 이후에, 일정 시간 이후에 다른 하나의 가열 영역에 전원을 인가하여, 소비자의 흡연 시간을 증가시키면서 충분한 만족감을 줄 수 있다.
도 3의 서셉터(216)는 도 2의 서셉터(210, 212, 214) 각각의 형태를 지닐 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 히팅 디바이스의 제 3 실시예들이다. 도 4는 히팅 디바이스의 평면도들이다.
도 4의 (a)의 히팅 디바이스는 도 2의 (a)와 동일한 형태의 원 기둥 형태의 본체(210a), 본체(210a)의 외측면을 둘러 싸면서 서로 전기적으로 절연되는 제 1 및 제 2 가열 영역들(240a, 240b)를 포함하는 서셉터로 구성된다. 제 1 가열 영역(240a) 및 제 2 가열 영역(240b) 중의 적어도 하나 이상은 전기적인 절연을 위해 본체(210a)의 원주방향 외측면을 180°미만의 각도로 둘러싸도록 형성된다.
제어 장치는 제 1 및 제 2 가열 영역(240a, 240b) 각각에 대한 전원 공급 제어를 수행하여, 가열이 이루어지는 가열 공간의 측면이 선택될 수 있다. 즉, 가열되는 에어로졸 형성 물품의 측면이 선택될 수 있다.
도 4의 (b)의 히팅 디바이스는 도 2의 (b)와 동일한 형태의 삼각 기둥 형태의 본체(212a), 본체(212a)의 3개의 외측면 각각에 적층되며 서로 전기적으로 절연되는 제 1 내지 제 3 가열 영역들(242a ~ 242c)를 포함하는 서셉터로 구성된다.
제어 장치는 제 1 내지 제 3 가열 영역(242a ~ 242c) 각각에 대한 전원 공급 제어를 수행하여, 가열이 이루어지는 가열 공간의 측면이 선택될 수 있다. 즉, 가열되는 에어로졸 형성 물품의 측면이 선택될 수 있다.
도 4의 (c)의 히팅 디바이스는 도 2의 (c)와 동일한 형태의 사각 기둥 형태의 본체(214a), 본체(214a)의 4개의 외측면 각각에 적층되며 서로 전기적으로 절연되는 제 1 내지 제 4 가열 영역들(244a ~ 244d)를 포함하는 서셉터로 구성된다.
제어 장치는 제 1 내지 제 4 가열 영역(244a ~ 244d) 각각에 대한 전원 공급 제어를 수행하여, 가열이 이루어지는 가열 공간의 측면이 선택될 수 있다. 즉, 가열되는 에어로졸 형성 물품의 측면이 선택될 수 있다.
도 4에서의 히팅 디바이스는 가열 공간의 외측면을 둘러 감싸는 방향(예를 들면, 원주 방향)으로 복수의 가열 영역들이 적층 배치될 수도 있고, 가열 공간의 상단 영역에 복수의 가열 영역들이 가열 공간의 원주 방향으로 적층 배치되고, 가열 공간의 하단 영역에 복수의 가열 영역들이 가열 공간의 원주 방향으로 적층 배치될 수도 있다. 제어 장치는 복수의 가열 영역들 각각에 대하여 독립적으로 전원 공급 및 차단을 수행할 수 있다.
이와 같이, 제어 장치가 복수의 가열 영역들에 대한 독립적인 제어에 의해 에어로졸 형성 물품으로부터의 에어로졸 맛을 다양하게 조절할 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.
210, 212, 214: 서셉터 220: 가열 영역

Claims (7)

  1. 에어로졸 형성 물품이 삽입되어 가열되는 중공 형태인 가열 공간을 형성하는 본체와, 그래핀 또는 그라파이트를 포함하며 본체의 외측면에 적층된 적어도 하나 이상의 가열 영역과, 가열 영역에 형성된 전극부를 포함하는 서셉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    본체는 원 기둥 형태나 다각 기둥 형태인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    본체의 상단 및 하단 각각에 대응하며 서로 전기적으로 절연되는 적어도 2개 이상의 가열 영역들이 본체의 외측면에 형성된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    본체의 원주 방향을 따라서 서로 전기적으로 절연되는 적어도 2개 이상의 가열 영역들이 본체의 외측면에 형성된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    서셉터의 열전도도는 4800 ~ 5300 W/mK인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 따른 히팅 디바이스와;
    히팅 디바이스의 2개 이상의 가열 영역들 각각에 대한 전원 공급 및 공급 차단을 수행하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제어 장치는 에어로졸 형성 물품의 길이와 가열 공간의 높이 간의 관계에 따라서 2개 이상의 가열 영역들에 대하여 선택적으로 전원 공급하여 에어로졸 형성 물품의 가열되는 위치를 선택하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
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KR1020220020560A KR20230123621A (ko) 2022-02-17 2022-02-17 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스

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