KR20230124514A - 휴대용 에어로졸 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상단의 필터부와 그 반대편 하단부를 갖는 궐련형 전자담배의 적어도 일부가 삽입될 수 있는, 궐련형 전자담배의 외형에 대응하는, 제1 실린더 형상의 공동과; 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배를 가열시킬 수 있는 제1 히터와; 공동의 하부와 유체 연통되어, 사용자가 궐련형 전자담배를 퍼핑할 때, 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 공기 흐름을 제공하는, 제1 실린더보다 작은 직경의 제2 실린더 형상의 기류 패스와; 공기를 가열하는 제2 히터를 포함하되, 제2 히터에 의해 가열된 공기를 기류 패스를 통해 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 인입시키는 휴대용 에어로졸 발생장치를 제공한다.

Description

휴대용 에어로졸 발생장치{PORTABLE AEROSOL GENERATOR}
본 발명은 휴대용 에어로졸 발생장치에 관한 것으로 특히 가열된 공기를 궐련형 전자담배 내로 인입시켜서 가열 효율 및 관능 특성(sensory features) 모두를 향상시킬 수 있는 휴대용 에어로졸 발생장치에 관한 것이다.
근래에 전통적인 연초 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 연초 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련형 전자담배 내의 담배체 및 에어로졸 발생 물질이 가열됨에 따라 에어로졸을 생성시키는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다.
일반적으로 담배 매질의 주원료인 슬러리 판상엽 시트의 경우 인장력이 약하여 제조적성이 어려우며, 담배 매질에 보습제도 다량 함유되어 있어 물리성이 취약하다. 또한, 글리세린 등과 같은 액상을 함유한 담배 매질은 친수성으로 인하여 주위 환경의 습도에도 민감하여 제조 공정 환경을 제어하는데 어려움이 있다.
현재 상용화된 궐련형 전자담배를 휴대용 에어로졸 발생장치에 삽입하여 궐련형 전자담배를 가열시키는 방법은, 궐련형 전자담배를 가열하는 위치에 따라 궐련형 전자담배의 내부로 블레이드타입의 히터, 봉침형 히터 혹은 블레이드타입의 서셉터를 삽입하여 궐련형 전자담배 내부로부터 외부로 열전달이 이루어지면서 가열시키는 방식과, 궐련형 전자담배가 삽입된 히팅 파이프를 가열하고 히팅 파이프가 그와 접하는 궐련형 전자담배의 외표면으로부터 내부로 열전달이 이루어지면서 가열시키는 방식으로 나누어질 수 있는데, 여기서 피가열체인 히터 내지 히팅 파이프를 가열시키는 방식에 따라 저항가열방식과 유도가열방식으로 나누어질 수 있다. 경우에 따라서는 궐련형 전자담배의 내부 및 외부에서 동시에 가열시키는 방식도 제안되고 있다.
그 일례로, 도 1은 종래 기술의 휴대용 에어로졸 발생장치를 보여주는데, 휴대용 에어로졸 발생장치(10)는, 전류를 인가하면 저항에 의해 발열을 하는 히터(14)와, 상기 히터(14)에 순간적으로 높은 전력을 공급할 수 있는 배터리(16)와, 상기 히터(14)를 제어하기 위한 마이크로컨트롤러(15)를 포함한다. 상기 히터(14)는, 공동(13)에 수용된 궐련형 전자담배를 가열하여 에어로졸을 발생시킨다. 예를 들어, 궐련형 전자담배(11)를 개구(12)를 통해 상기 공동(13)에 삽입하면 상기 히터(14)가 가열되어 궐련형 전자담배(11) 내부의 흡입 물질을 기화시키면 사용자가 궐련형 전자담배(11)의 필터부를 통해 기화되는 흡입 물질을 흡입할 수 있게 된다. 하지만 상기와 같이 궐련형 전자담배(11)의 내부를 가열하는 방식은 궐련(11)의 내부는 효과적으로 가열할 수 있으나 궐련(11)의 외부 및 외부 근처는 가열이 잘 되지 않는 부분이 있는 문제점이 있다. 또한, 사용 후 히터(14)에 붙은 흡입 물질 찌꺼기를 청소해야 하는 불편함이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0109705호에는 에어로졸 발생 기재인 궐련형 전자담배가 삽입될 수 있는 히팅 파이프; 히팅 파이프의 표면에 형성되는 발열 패턴; 및 발열 패턴 회로의 양 단에 형성되어, 전원선이 납땜될 수 있는 패드부;를 포함하는 에어로졸 발생장치의 히터 구조가 개시되어 있다. 하지만 상기와 같은 히터 구조에서 히팅 파이프에 삽입된 에어로졸 발생 기재의 외부를 가열하는 방식은 에어로졸 발생 기재의 외부 및 외부 근처의 부분은 효과적으로 가열할 수 있지만 에어로졸 발생 기재의 내부 중심 부분은 가열이 잘 되지 않는 문제점이 있다.
또한 궐련형 전자담배의 내부 및 외부에서 동시에 가열시키는 방식의 경우에도 에어로졸 발생 기재 자체의 열전달 특성이 좋지 않아서 내부의 히터로부터 외부로, 외부의 히팅 파이프로부터 내부로 열전달이 쉽게 이루어지지 않아서 궐련형 전자담배 전체 단면에서 효과적으로 가열이 이루어지지 않는 문제점을 여전히 갖고, 내부로 히터가 삽입되는 경우의 문제점(청소의 필요성)과 더불어 에어로졸 발생장치의 구조가 복잡해지는 문제점을 갖는다.
기존의 연소형 연초 궐련에서는 연소시에 연초 궐련의 끝단부 단면으로부터 필터부를 향해서 균일하게 연소되기에 궐련 전체 단면적이 에어로졸 발생에 이용될 수 있으나, 현재의 궐련형 전자담배를 가열시키는 휴대용 에어로졸 발생장치는 전술한 바와 같이 궐련형 전자담배의 전체 단면적이 에어로졸 발생에 기여하지 못하는 문제점이 있었다.
다르게는 시중에서 판매 중인 궐련형 전자담배는 한 번 사용한 후에도 충분히 많은 양의 에어로졸 발생기질을 보유할 정도이며, 이미 사용한 궐련형 전자담배를 재사용하더라도 충분한 양의 에어로졸이 발생되므로, 이미 사용한 궐련형 전자담배를 재사용하는 것을 막기 위한 별도의 배려(사용 궐련의 변색을 감지하여 재사용을 막는 제어 알고리즘 등)를 해야만 했다. 이는 자원의 낭비이며 최초 사용할 때 궐련형 전자담배의 전체 단면적 및 전체 길이에 걸쳐서 궐련형 전자담배의 에어로졸 발생기질의 대부분이 에어로졸의 발생에 기여하도록 하는 니즈가 존재한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0109705호
실시예는 상술한 종래 기술의 니즈를 해결하기 위해 안출한 것으로 가열된 공기를 궐련형 전자담배로 인입시켜서 궐련형 전자담배의 전체 단면적 및 전체 길이에 걸쳐서 궐련형 전자담배의 에어로졸 발생기질의 대부분이 에어로졸의 발생에 기여하도록 하여 휴대용 에어로졸 발생장치의 가열 특성 및 관능 특성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
실시예는 기존의 연소형 연초 담배와 마찬가지로 궐련형 전자담배의 전체 단면적 및 전체 길이에 걸쳐서 궐련형 전자담배의 에어로졸 발생기질의 대부분을 에어로졸의 발생에 기여하도록 하여, 재사용 궐련형 전자담배로는 만족할 만한 에어어로졸을 발생시킬 수 없도록 하고 사용자가 궐련형 전자담배를 재사용할 니즈를 못느끼게 하고 자원의 낭비를 막는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상단의 필터부와 그 반대편 하단부를 갖는 궐련형 전자담배의 적어도 일부가 삽입될 수 있는, 궐련형 전자담배의 외형에 대응하는, 제1 실린더 형상의 공동과; 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배와 적어도 일부와 접촉하여 궐련형 전자담배의 내부 혹은 외부를 가열시킬 수 있는 제1 히터와; 공동의 하부와 유체 연통되어, 사용자가 궐련형 전자담배를 퍼핑할 때, 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 제1 히터에 의해 상대적으로 가열이 덜 되는 영역으로 공기 흐름을 제공하는, 제1 실린더보다 작은 직경의 제2 실린더 형상의 기류 패스와; 공기를 가열하는 제2 히터를 포함하되, 제2 히터에 의해 가열된 공기를 기류 패스를 통해 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 인입시키는 휴대용 에어로졸 발생장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 히터는 강자성체 또는 금속 재질의 서셉터 파이프이고, 서셉터 파이프 주위에 인덕션 코일이 제공되어, 서셉터 파이프가 유도 가열되어 서셉터 파이프에 삽입되는 궐련형 전자담배를 가열시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 히터는 금속 파이프이고, 금속 파이프에 제공되는 저항 발열체에 의해 가열되어, 금속 파이프에 삽입되는 궐련형 전자담배를 가열시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배 내부에 위치할 수 있는, 제1 히터를 포함하고, 제1 히터는 공동 주위에 제공되는 인덕션 코일에 의해 유도 가열되거나 제1 히터에 제공되는 저항 발열체에 의해 가열되어, 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배를 가열시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 히터는 강자성체 또는 금속 재질의 서셉터 파이프이고, 서셉터 파이프 주위에 인덕션 코일이 제공되어, 서셉터 파이프가 유도 가열되어 서셉터 파이프를 통해 흐르는 공기를 가열시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 히터는 금속 파이프이고, 금속 파이프에 제공되는 저항 발열체에 의해 가열되어, 금속 파이프를 통해 흐르는 공기를 가열시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 히터는 기류 패스 상에 제공되는 저항 발열 히터일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 히터는 기류 패스 상에 제공되는 복사열 히터일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 히터는 기류 패스 상에 제공되는 마이크로웨이브 히터일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기류 패스는 공동 반대편의 공기 인입홀과 유체 연통하도록 길게 연장된 파이프 형상으로 형성되고, 제2 히터는 기류 패스 상에서 기류 패스를 흐르는 공기를 가열하여 가열된 공기를 기류 패스를 통해 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 인입시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기류 패스는 공동 일측의 공기 인입홀과 유체 연통하도록 형성되고, 제2 히터는 공기 인입홀과 기류 패스 사이의 공간을 흐르는 공기를 가열하여 가열된 공기를 기류 패스를 통해 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 인입시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 공동은 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배의 직경에 대응하는 제1 직경을 갖는 제1 파이프에 의해 정의되고, 기류 패스는 제1 직경보다 작은 직경의 제2 직경의 제2 파이프에 의해 정의되며, 제1 파이프와 제2 파이프 사이를 연결하며, 제1 직경에 대응하는 제1 측벽과, 제2 직경에 대응하는 제2 측벽 및 제1 측벽 및 제2 측벽을 연결하며 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배의 하단 외주연부와 맞닿는 평탄부를 갖는, 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 파이프 및 연결부가 일체로 형성되거나, 연결부 및 제2 파이프가 일체로 형성되거나, 제1 파이프, 연결부 및 제2 파이프가 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연결부의 평탄부를 가열하는 제3 히터를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 파이프, 연결부 및 제2 파이프를 연결 설치하기 위해 제1 파이프의 하단부와, 연결부와 제2 파이프를 에워싸는 하우징을 포함하고 그 사이에 공기의 누설을 막는 실링부가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 사용자의 퍼핑을 인식하는 퍼핑 센서를 추가로 포함하되, 사용자의 퍼핑 시에 제2 히터가 작동할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 사용자의 퍼핑을 인식하는 퍼핑 센서를 추가로 포함하되, 궐련형 전자담배의 1회 사용에 따른 퍼핑 회수의 전반 및 후반에서 제2 히터가 작동하고 중반에서는 작동하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 사용자의 퍼핑을 인식하는 퍼핑 센서를 추가로 포함하고, 사용자의 퍼핑 시에 제2 히터가 작동하되, 궐련형 전자담배의 1회 사용에 따른 퍼핑 회수의 전반 및 후반에서 제2 히터가 작동하고 중반에서는 작동하지 않을 수 있다.
본 발명에 따르면 궐련의 외부를 가열하는 파이프 및 히터와, 궐련의 내부를 가열할 수 있도록 외부 공기를 인입하는 파이프 및 인입된 공기를 가열하는 히터를 구비하여 궐련의 내외부를 효율적으로 가열할 수 있고, 궐련의 내부 및 외부 간의 온도차가 적으면서도 궐련의 내외부를 고온으로 신속하게 가열할 수 있으며, 사용 후 흡입 물질 찌꺼기를 청소해야 하는 번거로움이 해소될 수 있다.
또한 실시예에 따르면 가열된 공기를 궐련형 전자담배로 인입시켜서 궐련형 전자담배의 전체 단면적 및 전체 길이에 걸쳐서 궐련형 전자담배의 에어로졸 발생기질의 대부분이 에어로졸의 발생에 기여하도록 하여 휴대용 에어로졸 발생장치의 가열 특성 및 관능 특성을 향상시킬 수 있다.
또한 실시예에 따르면 기존의 연소형 연초 담배와 마찬가지로 궐련형 전자담배의 전체 단면적 및 전체 길이에 걸쳐서 궐련형 전자담배의 에어로졸 발생기질의 대부분을 에어로졸의 발생에 기여하도록 하여, 재사용 궐련형 전자담배로는 만족할 만한 에어어로졸을 발생시킬 수 없도록 하고 사용자가 궐련형 전자담배를 재사용할 니즈를 못느끼게 하고 자원의 낭비를 막을 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술의 휴대용 에어로졸 발생장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 휴대용 에어로졸 발생장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 유도 가열 방식을 적용한 경우를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 유도 가열 방식과 저항 가열 방식을 적용한 경우를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 유도 가열 방식과 저항 가열 방식을 적용한 경우를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 저항 가열 방식을 적용한 경우의 개념을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 저항 가열 방식을 적용한 다른 경우의 개념을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템의 저항 가열 방식을 적용한 다른 경우의 개념을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 인입 공기를 가열한 경우를 가열하지 않은 경우와 비교하여 표시한 ACM 그래프,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 인입 공기를 가열한 경우를 가열하지 않은 경우와 비교하여 표시한 관능 레이다 차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
실시예의 기술은 담뱃잎이 포함된 전용 스틱을 기기에 꽂아 가열하여 증기를 흡입하는 방식의 전자담배에 관한 것인데, 여기서 '궐련형 전자담배'는 이러한 전용 스틱을 가리키며, 이러한 전용 스틱을 가열하여 증기를 발생시키는 장치를 '휴대용 에어로졸 발생장치'로 칭한다. 현재 아이코스(IQOS), 글로(GLO), 릴(LIL) 등의 브랜드로 판매되고 있는 휴대용 에어로졸 발생장치에 꽂아서 사용될 수 있는 전용 스틱이 '궐련형 전자담배'에 해당한다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 휴대용 에어로졸 발생장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 유도 가열 방식을 적용한 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 유도 가열 방식과 저항 가열 방식을 적용한 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 유도 가열 방식과 저항 가열 방식을 적용한 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 저항 가열 방식을 적용한 경우의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템에서 저항 가열 방식을 적용한 다른 경우의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치의 히팅 시스템의 저항 가열 방식을 적용한 다른 경우의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면 휴대용 에어로졸 발생장치(1000)는 궐련(110)이 삽입된 상태에서 예를 들어 가열 수단으로서 미도시된 히터에 의해 궐련(110)이 가열되어 에어로졸이 발생되는데, 전력 공급 수단으로서 배터리(200)를 포함하고, 제어 수단으로서 마이크로컨트롤러(300)를 포함하여 마이크로컨트롤러(300)의 제어에 의해 배터리(200)로부터 히터에 전력이 공급되어 궐련(110)을 가열하게 된다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치는, 상단의 필터부와 그 반대편 하단부를 갖는 궐련형 전자담배(110)의 적어도 일부가 삽입될 수 있는, 궐련형 전자담배의 외형에 대응하는, 제1 실린더 형상의 공동과; 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배(110)를 가열시킬 수 있는 제1 히터(120)와; 공동의 하부와 유체 연통되어, 사용자가 궐련형 전자담배를 퍼핑할 때, 궐련형 전자담배(120)의 하단부 내부로 공기 흐름을 제공하는, 제1 실린더보다 작은 직경의 제2 실린더 형상의 기류 패스와; 공기를 가열하는 제2 히터(520)를 포함하되, 제2 히터에 의해 가열된 공기를 기류 패스를 통해 궐련형 전자담배(110)의 하단부 내부로 인입시키게 된다.
도 3에 보인 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 히터(120)는 강자성체 또는 금속 재질의 서셉터 파이프(120)이고 발열체로 기능하며, 서셉터 파이프(120) 주위에 인덕션 코일(140)이 제공되어, 서셉터 파이프(120)가 유도 가열되어 서셉터 파이프(120)에 삽입되는 궐련형 전자담배(110)를 가열시킬 수 있다. 도면에 보인 바와 같이 궐련형 전자담배(110)는 상단에 필터부를 갖고 해칭으로 표시한 담배 로드를 가지며 필터부와 담배 로드 사이에 페이퍼 튜브 로드를 포함할 수 있다. 궐련형 전자담배(110)가 서셉터 파이프(120)에 삽입되면서 궐련 고정 고무(190)에 의해 고정력이 작용하며 궐련형 전자담배(110)가 서셉터 파이프(120)에 삽입된 상태에서 쉽게 빠지지 않게 한다. 서셉터 파이프(120) 바깥에는 PEEK와 같은 플라스틱 재질의 튜브(130)가 제공되고 튜브(130) 외면에 인덕션 코일(140)이 감겨져 있고, 인덕션 코일(140) 바깥에는 자기 차폐재(150)가 인덕션 코일(140)을 둘러싸고 있다. 궐련형 전자담배를 서셉터 파이프(520)에 삽입한 후에 가열을 시작하고 예열이 완료된 후에 사용자는 궐련형 전자담배(110)의 필터를 통해 궐련형 전자담배(110) 내부에서 발생한 에어로졸을 퍼핑할 수 있게 된다. 이 경우 서셉터 파이프(120)가 가열원으로 기능하므로 서셉터 파이프(120)와 접촉하고 있는 궐련형 전자담배(110)의 표면 안쪽부터 가열이 시작되고 궐련형 전자담배(110) 내부에 충진된 담배체 및 글리세린 등을 포함하는 에어로졸 형성기재가 가열되어 에어로졸을 발생시키는데, 열전달이 측면으로부터 반경방향으로 이루어지지만 충진된 에어로졸 형성기재에서의 열전달이 원활하지 않기 때문에 중앙부의 에어로졸 형성기재가 충분히 에어로졸화되지 못한다.
그런데 바람직한 실시예에 따른 휴대용 에어로졸 발생장치는, 이상과 같은 에어히터 서셉터 파이프(120)과 같은 제1 히터(120) 이외에, 공동인 에어히터 서셉터 파이프(120)에 삽입되는 궐련형 전자담배(110)의 하단부 내부로 가열된 공기 흐름을 제공하는, 에어히터로 기능하는, 제2 히터(520)를 포함한다. 바람직한 일 실시예에 따르면, 에어히터로 기능하는 제2 히터(520)는 강자성체 또는 금속 재질의 서셉터 파이프(520)로 발열체로 기능하며, 서셉터 파이프 주위에 인덕션 코일(540)이 제공되어, 에어히터 서셉터 파이프(520)가 유도 가열되어 에어히터 서셉터 파이프(520)를 통해 흐르는 공기를 130 ~ 180 ℃ (일 예로 160 ℃)로 가열시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 인입 공기는 일예로 도 3의 하단부에 형성된 인입홀을 통해 장치 내부로 도입되어 에어히터 서셉터 파이프(520)을 통해 흐르면서 가열되어 가열된 공기가, 사용자가 궐련형 전자담배(110)를 퍼핑할 때, 궐련형 전자담배(110)의 하단부 내부로 흘러 들어간다. 에어히터 어셈블리에도 에어히터 서셉터 파이프(520)을 에워싸도록 에어히터 인덕션 코일(540)가 제공되고 이를 에워싸도록 에어히터 자기 차폐재(550)가 제공되며, 에어히터 서셉터 파이프(520)과 유체 연통되도록 기류 파이프(570)가 제공된다. 기류 파이프(570) - 에어히터 서셉터 파이프(520)로 유체 연통되는 기류 패스 상에는 강제 유동을 발생시키기 위한 팬(580)이 설치될 수도 있다.
도 3에 보인 바와 같이, 궐련형 전자담배가 삽입되는 서셉터 파이프(120)에 대응하는 제1 실린더의 직경은, 에어히터 서셉터 파이프(520)에 대응하는 제2 실린더의 직경보다 크다. 이에 따라 기류 패스를 통해 흐르는 가열된 공기는 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 도입될 수 있고, 서셉터 파이프(120)로부터의 열전달이 궐련형 전자담배의 외주연부로부터 반경방향을 따라 내부로 이루어지기 때문에 중앙부에서 충분히 에어로졸화가 되지 않는 문제점이, 가열된 공기를 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 도입함에 따라 해결될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 공동은 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배의 직경에 대응하는 제1 직경을 갖는 제1 파이프인 서셉터 파이프(120)에 의해 정의되고, 기류 패스는 제1 직경보다 작은 직경의 제2 직경의 제2 파이프인 에어히터 서셉터 파이프(520)에 의해 정의되는데, 서셉터 파이프(120)인 제1 파이프와 에어히터 서셉터 파이프인 제2 파이프(520) 사이를 연결하며, 제1 직경에 대응하는 제1 측벽과, 제2 직경에 대응하는 제2 측벽 및 제1 측벽 및 제2 측벽을 연결하며 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배의 하단 외주연부와 맞닿는 평탄부를 갖는, 연결부(160)를 포함하다. 도 3에 보인 바와 같이 연결부(160)의 제1 측벽 안쪽으로 서셉터 파이프(120)가 끼워지며, 연결부(160)의 제2 측벽 안쪽으로 에어히터 서셉터 파이프(520)가 끼워진다. 서셉터 파이프(120), 연결부(160) 및 에어히터 서셉터 파이프(520)를 에워싸는 에어히터 하우징(560)이 제공되며, 그 사이에서 공기의 누설을 막는 실링부(170)가 역시 제공된다. 서셉터 파이프(120), 연결부(160) 및 에어히터 서셉터 파이프(520)이 각기 다른 부재로 형성되면 서셉터 파이프(120) 및 에어히터 서셉터 파이프(520)가 각기 다른 시점에 가열되는 경우 서로에게 미치는 영향을 줄일 수 있다.
경우에 따라서면, 서셉터 파이프(120)인 제1 파이프 및 연결부가 일체로 형성될 수 있으며, 서셉터 파이프(120)의 가열에 의해 연결부(160)도 함께 가열되어 궐련형 전자담배(110)의 하단부를 함께 가열시킬 수 있다. 다르게는, 연결부 및 에어히터 서셉터 파이프(520)인 제2 파이프가 일체로 형성될 수 있어서, 에어히터 서셉터 파이프(520)의 가열에 의해 연결부(160)도 함께 가열되어 궐련형 전자담배(110)의 하단부를 함께 가열시킬 수 있다. 다르게는 서셉터 파이프(120)인 제1 파이프, 연결부(160) 및 에어히터 서셉터 파이프(520)인 제2 파이프가 일체로 형성될 수 있는데, 이 때는 연결부(160)가 함께 가열되는 것에 부가하여 서셉터 파이프(120)의 가열에 따라 에어히터 서셉터 파이프(520)까지 가열되고, 에어히터 서셉터 파이프(520)의 가열에 따라 서셉터 파이프(120)까지 가열될 수도 있는데, 이러한 타입은 후술하는 바와 같이 에어히터를 단속적으로 사용자의 퍼핑에 맞춰서 동작시키는 경우보다는 상시적으로 에어히터를 동작시키는 경우에 적합할 것이다.
다른 실시예에 따르면, 연결부의 평탄부를 가열하는 제3 히터가 도 3의 실링부(170)의 평탄부 위치에 추가로 포함될 수 있어서, 궐련형 전자담배의 하단부 외주연부를 효과적으로 가열시킬 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 도 3에 보인 실시예에서 기류 패스는 공동 반대편의 공기 인입홀과 유체 연통하도록 길게 연장된 파이프 형상으로 형성되고, 제2 히터(520)는 기류 패스 상에서 기류 패스를 흐르는 공기를 가열하여 가열된 공기를 기류 패스를 통해 궐련형 전자담배(110)의 하단부 내부로 인입시킬 수 있게 된다. 도 3에 보인 바와 같이 유도 가열 방식의 히터인 서셉터 파이프(120)에 의해 궐련형 전자담배(110)을 가열하는 경우 외주연부로부터 중앙부로 열전달이 문제가 되기 때문에 궐련형 전자담배(110)의 중앙으로 히터를 삽입시키는 경우에 비해 스틱의 굵기를 상대적으로 가늘게 하고 담배체 스틱의 길이를 상대적으로 길게 하는 배려를 하고 있으나, 여전히 스틱의 하단부와 중앙에서 에어로졸 형성기질의 에어로졸화가 충분히 이루어지지 않는 경우가 많았으나, 바람직한 실시예에서 보인 바와 같이 가열된 공기를 궐련형 전자담배(110)인 스틱 하단부 중앙으로 인입시킨 경우에, 파이프 히팅만 진행한 경우에 비해 후술하는 바와 같이 ACM(aerosol collected mass) 특성 및 이에 따른 관능(sensory) 특성이 월등히 우수함을 확인하였다.
도 4에 보인 다른 실시예에 따르면, 제2 히터(520)는 금속 파이프이고, 금속 파이프에 제공되는 저항 발열체(530)에 의해 가열되어, 금속 파이프를 통해 흐르는 공기를 가열시킬 수 있다. 다른 구성은 도 3에 보인 실시예와 같다. 저항 발열체(530)는 도면상에 개념적으로 나타냈으나, 금속 파이프 표면에 제공되는 면상 발열체이거나, 발열 패턴일 수 있다. 양자 모두 저항 발열하므로, 금속 파이프 표면 상에 단락을 방지할 수 있도록 절연 코팅이 제공되고 그 위에 저항 발열체인 면상 발열체 혹은 발열 패턴이 제공되어야 한다. 경우에 따라서는 폴리이미드 필름과 같은 절연 필름 상에 면상 발열체 혹은 발열 패턴을 형성한 발열체 구조물을 금속 파이프에 절연 쉬스로 둘러싸서 고정하는 방법을 적용할 수도 있다.
도 5에 보인 다른 실시예에 따르면, 제2 히터(535)는 기류 패스 상에 제공되는 코일 형상의 저항 발열 히터일 수 있고, 코일 형상의 저항 발열 히터에 의해 기류 패스(520)를 통해 흐르는 공기를 가열시킬 수 있다. 다른 구성은 도 3에 보인 실시예와 같다.
또한 도면에 따로 표시하지는 않았으나, 다른 실시예에 따르면, 제2 히터는 기류 패스 상에 제공되는 복사열 히터일 수도 있으며, 제2 히터는 기류 패스 상에 제공되는 마이크로웨이브 히터일 수 있다.
도 6에 보인 다른 실시예에 따르면, 제1 히터(120)는 금속 파이프(120)이고, 금속 파이프(120)에 제공되는 저항 발열체(125)에 의해 가열되어, 금속 파이프(120)에 삽입되는 궐련형 전자담배(110)를 가열시킬 수도 있고, 도 7 및 도 8에 보인 다른 실시예에서와 같이, 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배(110) 내부에 위치할 수 있는, 제1 히터(132a)를 포함하고, 제1 히터(132a)는 공동 주위에 제공되는 인덕션 코일(도시되지 않음)에 의해 유도 가열되거나 제1 히터(132a)에 제공되는 저항 발열체(도시되지 않음)에 의해 가열되어, 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배(110)를 가열시킬 수도 있다. 이상의 실시예는 궐련형 전자담배(110) 스틱을 가열시키는 방식이 달라질 수 있음을 보여주기 위한 것이며, 도 3 내지 도 5에 보인 바와 같은 에어히터 어셈블리를 도 6 내지 도 8에 보인 궐련형 전자담배(110)를 가열하기 위한 히팅 어셈블리와 조합하는 것도 가능하다.
도 7 및 도 8에서와 같이 궐련형 전자담배(110) 스틱 중앙으로 블레이드 혹은 봉침 타입의 히터(132a, 132b)를 삽입하는 경우, 스틱 중앙부에서 에어로졸화는 잘 진행되지만, 전술한 열전달 특성 때문에 외주연부에서 에어로졸화는 만족스럽지 않은데, 바람직한 실시예에 따라 궐련형 전자담배(110) 스틱 하단부를 통해 가열된 공기를 인입시키는 경우, 궐련형 전자담배(110) 스틱 단면적 전체에서 만족스러운 에어로졸화를 이룰 수 있게 된다.
다르게는 외부 히팅 방식에 해당하는 유도 가열 방식의 서셉터 파이프를 갖는 장치에 사용되는 궐련형 전자담배 스틱은 전술한 바와 같이 상대적으로 굵기가 가늘고 길이가 긴 형상을 갖고, 블레이드 혹은 봉침 타입의 내부 삽입형 히터(132a, 132b)를 갖는 장치에 사용되는 궐련형 전자담배 스틱은 상대적으로 굵기가 굵고 길이가 짧은 형상을 갖는데, 전자의 스틱에서 전술한 바와 같이 스틱의 하단부 내부로 가열된 공기를 인입시키는 경우에서 얻어질 수 있는 ACM 특성 및 관능 특성의 향상과 마찬가지로, 후자의 스틱에서도 스틱 하단부 내부로 가열된 공기를 인입시키는 경우에 비슷하게 ACM 특성 및 관능 특성의 향상이 얻어질 수 있을 것이다. 도 7 및 도 8은 개념도이어서 블레이드 혹은 봉침 타입의 히터를 받침대가 스틱과 접촉하는 구성이 나타나 있지 않으나, 스틱의 하단부로 인입된 가열된 공기가 이러한 받침대를 우회하여 스틱의 외주연부로 인입되거나 받침대에 형성될 수 있는 다수의 통공 등을 통해 블레이드 혹은 봉침 타입의 히터 바깥 부분으로 인입되는 경우, 열전달 특성이 떨어지는 에어로졸 형성기재에서 전체 단면적에서 만족스러운 에어로졸화를 이룰 수 있게 된다.
도 6 내지 도 8에 보인 다른 실시예에 따르면, 기류 패스(522)는 공동 일측의 공기 인입홀(122a, 122b, 122c)과 유체 연통하도록 형성되고, 제2 히터(530)는 공기 인입홀과 기류 패스 사이의 공간(560)을 흐르는 공기를 가열하여 가열된 공기를 기류 패스(522)를 통해 궐련형 전자담배(110)의 하단부 내부로 인입시킬 수 있다. 도 6에서는 궐련형 전자담배(110) 스틱의 입구 부근에 형성된 공기 인입홀(122a)을 통해 인입된 공기가 스틱을 가열하기 위한 히터 주변을 따라 흐르면서 별개로 제공되는 제2 히터(530)에 의해 가열되어 공기홀(524a)를 통해 기류 패스(522)내로 도입되어 스틱의 하단부 내부로 도입되는 구성을 보여준다. 이러한 기류 패스 상에서 공기 흐름은 사용자가 스틱을 퍼핑함에 따라 이루어질 것이다. 도 7은 궐련형 전자담배(110) 스틱의 입구 부근에 형성된 공기 인입홀(122b)을 통해 인입된 공기가 스틱을 가열하기 위한 히터 주변을 따라 흐르면서 별개로 제공되는 제2 히터(530)에 의해 가열되어 공기홀(524b)를 통해 기류 패스(522) 내로 도입되어 스틱의 하단부 내부로 도입되는 구성을 보여주고, 도 8은 궐련형 전자담배(110) 스틱의 하단부 부근에 형성된 공기 인입홀(122c)을 통해 인입된 공기가 스틱을 가열하기 위한 히터 주변을 따라 흐르면서 별개로 제공되는 제2 히터(530)에 의해 가열되어 공기홀(524c)를 통해 기류 패스(522) 내로 도입되어 스틱의 하단부 내부로 도입되는 구성을 보여준다. 도 8에서는 공기 인입홀(122c)와 기류 패스(522) 사이의 공간(560)에서 가열 유로 길이를 확보하기 위해 별도의 구조물을 설치한 예이다. 도 7 및 도 8에 적용된 에어히터의 개념은 마찬가지의 방식으로 도 3 내지 도 5의 구조에도 적용 가능하고, 전술한 바와 같이 도 3 내지 도 5에 적용된 에어히터의 개념이 도 7 및 도 8에 적용된 블레이드 혹은 봉침 타입의 히터에도 적용될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 사용자의 퍼핑을 인식하는 퍼핑 센서(도시되지 않음)를 추가로 포함하되, 사용자의 퍼핑 시에 에어히터인 제2 히터가 동작한다. 전술한 바와 같이 바람직한 실시예에서 스틱을 가열하는 제1 히터와 공기를 가열하는 에어히터인 제2 히터는 서로 다르고 분리되어 있으며, 각 히터의 제어도 독립적으로 이루어지는 것이 좋은데, 특히 일 실시예에 따르면, 퍼핑 센서에 의해 사용자의 퍼핑을 인식하고 사용자의 퍼핑 시에 제2 히터가 동작하도록 제어한다.
퍼핑 센서는 퍼핑에 따른 압력 변화를 감지하는 압력 센서, 퍼핑에 따른 발열체의 저항 변화 혹은 인덕턴스 변화를 감지하는 센서, 온도를 감지하는 온도 센서로 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 사용자의 퍼핑을 인식하는 퍼핑 센서를 추가로 포함하되, 궐련형 전자담배의 1회 사용에 따른 퍼핑 회수의 전반 및 후반에서 제2 히터가 작동하고 중반에서는 작동하지 않는다. 도 9에 보인 바와 같이, 궐련형 전자담배 스틱의 1회 사용시에 허용되는 퍼프 수가 14회인 경우, 스틱 가열만 수행하는 경우 전반 1 - 5회의 퍼프에서의 ACM 양은 상대적으로 적다가 중반 6 - 9 회의 퍼프에서는 ACM 양이 원하는 수준에 도달했다가 후반 10 - 14회의 퍼프에서는 ACM 양이 다시금 떨어지게 된다. 이는 전술한 바와 같이, 스틱 가열만 수행하는 경우, 외주연부 혹은 중앙부에서만 국부적으로 에어로졸화가 이루어지기 때문으로 생각되는데, 퍼프 시에 맞춰서 상대적으로 ACM 양이 떨어지는 구간에서 에어 히팅을 수행하여 가열된 공기를 스틱 하단부로 도입하는 경우, 전체 퍼프 수에서 만족스러운 ACM 양이 얻어짐을 확인했다. 도 9에 보인 실험 결과는 비록 외부 히팅에 해당하는 파이프 히팅을 하는 경우와, 파이프 히팅에 에어 히팅이 추가된 경우를 보여주나, 비슷한 결과가 블레이드 혹은 봉침 타입의 히팅에서도 보여질 것이다.
마찬가지로, 다른 실시예에 따르면, 사용자의 퍼핑을 인식하는 퍼핑 센서를 추가로 포함하고, 사용자의 퍼핑 시에 제2 히터가 작동하되, 궐련형 전자담배의 1회 사용에 따른 퍼핑 회수의 전반 및 후반에서 제2 히터가 작동하고 중반에서는 작동하지 않을 수 있다.
도 10은 종래의 파이프 히팅을 따른 경우와, 파이프 히팅에 에어 히팅이 추가된 경우를 비교하여 나타낸 관능 특성 레이더 차트인데, 특히 니코틴 전달 (Nicotine Delivery), ACM 유지도 (ACM Consistency), 니코틴 전달 유지도(Nicotine Delivery Consistency) 특성 면에서 현저하게 우수한 효과를 보여줘서궐련형 전자담배 스틱의 전체 단면적에서 만족스러운 에어로졸화가 진행되었음을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (18)

  1. 상단의 필터부와 그 반대편 하단부를 갖는 궐련형 전자담배의 적어도 일부가 삽입될 수 있는, 궐련형 전자담배의 외형에 대응하는, 제1 실린더 형상의 공동과;
    공동에 삽입되는 궐련형 전자담배와 적어도 일부와 접촉하여 궐련형 전자담배의 내부 혹은 외부를 가열시킬 수 있는 제1 히터와;
    공동의 하부와 유체 연통되어, 사용자가 궐련형 전자담배를 퍼핑할 때, 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 제1 히터에 의해 상대적으로 가열이 덜 되는 영역으로 공기 흐름을 제공하는, 제1 실린더보다 작은 직경의 제2 실린더 형상의 기류 패스와;
    공기를 가열하는 제2 히터를 포함하되,
    제2 히터에 의해 가열된 공기를 기류 패스를 통해 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 인입시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 히터는 강자성체 또는 금속 재질의 서셉터 파이프이고, 서셉터 파이프 주위에 인덕션 코일이 제공되어, 서셉터 파이프가 유도 가열되어 서셉터 파이프에 삽입되는 궐련형 전자담배를 가열시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 히터는 금속 파이프이고, 금속 파이프에 제공되는 저항 발열체에 의해 가열되어, 금속 파이프에 삽입되는 궐련형 전자담배를 가열시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    공동에 삽입되는 궐련형 전자담배 내부에 위치할 수 있는, 제1 히터를 포함하고,
    제1 히터는 공동 주위에 제공되는 인덕션 코일에 의해 유도 가열되거나 제1 히터에 제공되는 저항 발열체에 의해 가열되어, 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배를 가열시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제2 히터는 강자성체 또는 금속 재질의 서셉터 파이프이고, 서셉터 파이프 주위에 인덕션 코일이 제공되어, 서셉터 파이프가 유도 가열되어 서셉터 파이프를 통해 흐르는 공기를 가열시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    제2 히터는 금속 파이프이고, 금속 파이프에 제공되는 저항 발열체에 의해 가열되어, 금속 파이프를 통해 흐르는 공기를 가열시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    제2 히터는 기류 패스 상에 제공되는 저항 발열 히터인 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  8. 제1항에 있어서
    제2 히터는 기류 패스 상에 제공되는 복사열 히터인 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  9. 제1항에 있어서
    제2 히터는 기류 패스 상에 제공되는 마이크로웨이브 히터인 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  10. 제1항에 있어서,
    기류 패스는 공동 반대편의 공기 인입홀과 유체 연통하도록 길게 연장된 파이프 형상으로 형성되고,
    제2 히터는 기류 패스 상에서 기류 패스를 흐르는 공기를 가열하여 가열된 공기를 기류 패스를 통해 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 인입시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  11. 제1항에 있어서,
    기류 패스는 공동 일측의 공기 인입홀과 유체 연통하도록 형성되고,
    제2 히터는 공기 인입홀과 기류 패스 사이의 공간을 흐르는 공기를 가열하여 가열된 공기를 기류 패스를 통해 궐련형 전자담배의 하단부 내부로 인입시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  12. 제1항에 있어서,
    공동은 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배의 직경에 대응하는 제1 직경을 갖는 제1 파이프에 의해 정의되고, 기류 패스는 제1 직경보다 작은 직경의 제2 직경의 제2 파이프에 의해 정의되며,
    제1 파이프와 제2 파이프 사이를 연결하며, 제1 직경에 대응하는 제1 측벽과, 제2 직경에 대응하는 제2 측벽 및 제1 측벽 및 제2 측벽을 연결하며 공동에 삽입되는 궐련형 전자담배의 하단 외주연부와 맞닿는 평탄부를 갖는, 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  13. 제12항에 있어서,
    제1 파이프 및 연결부가 일체로 형성되거나, 연결부 및 제2 파이프가 일체로 형성되거나, 제1 파이프, 연결부 및 제2 파이프가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  14. 제12항에 있어서,
    연결부의 평탄부를 가열하는 제3 히터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  15. 제12항에 있어서,
    제1 파이프, 연결부 및 제2 파이프를 연결 설치하기 위해 제1 파이프의 하단부와, 연결부와 제2 파이프를 에워싸는 하우징을 포함하고 그 사이에 공기의 누설을 막는 실링부가 제공되는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서
    사용자의 퍼핑을 인식하는 퍼핑 센서를 추가로 포함하되,
    사용자의 퍼핑 시에 제2 히터가 작동하는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서
    사용자의 퍼핑을 인식하는 퍼핑 센서를 추가로 포함하되,
    궐련형 전자담배의 1회 사용에 따른 퍼핑 회수의 전반 및 후반에서 제2 히터가 작동하고 중반에서는 작동하지 않는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서
    사용자의 퍼핑을 인식하는 퍼핑 센서를 추가로 포함하고,
    사용자의 퍼핑 시에 제2 히터가 작동하되,
    궐련형 전자담배의 1회 사용에 따른 퍼핑 회수의 전반 및 후반에서 제2 히터가 작동하고 중반에서는 작동하지 않는 것을 특징으로 하는 휴대용 에어로졸 발생장치.




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