KR20230126850A - 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스 - Google Patents

에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히팅 디바이스에 관한 것으로서, 특히 열전도도가 높은 그래핀 또는 그라파이트 재질의 열전도 영역을 이용하여 저항 가열 또는 유도 가열에 의해 에어로졸 형성 물품에 대한 신속한 가열이 가능하도록 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스에 관한 것이다.
본 발명인 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스는 에어로졸 형성 물품이 삽입되어 가열되는 중공 형태인 가열 공간을 형성하는 외부 가열 소자와, 가열 공간의 하측에서 상측으로 돌출 형성되어 에어로졸 형성 물품의 내부에 삽입되는 내부 가열 본체와, 내부 가열 본체의 외측면의 일부분에 형성된 그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역을 포함하는 내부 가열 소자를 포함한다.

Description

에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스{HEATING DEVICE FOR AEROSOL GENERATING APPARATUS}
본 발명은 히팅 디바이스에 관한 것으로서, 특히 열전도도가 높은 그래핀 또는 그라파이트 재질의 열전도 영역을 이용하여 저항 가열 또는 유도 가열에 의해 에어로졸 형성 물품에 대한 신속한 가열이 가능하도록 하는 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 또는 그라파이트 재질의 열전도 영역을 이용하여 저항 가열 또는 유도 가열에 의해 에어로졸 형성 물품에 대한 신속한 가열이 가능하도록 하는 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 외부 가열 소자와, 가열 공간의 하측에서 상측으로 돌출 형성되어 에어로졸 형성 물품의 내부에 삽입되는 내부 가열 본체와, 내부 가열 본체의 외측면의 일부분에 형성된 그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역을 포함하는 내부 가열 소자를 포함한다.
또한, 그래핀 열전도 영역의 열전도도는 4800 ~ 5300 W/mK인 것이 바람직하다.
또한, 그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역은 서로 분리된 복수의 열전도 패턴들로 구성된 것이 바람직하다.
또한, 그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역은 연속적인 선형 형태인 패턴으로 구성된 것이 바람직하다.
또한, 히팅 디바이스는 그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역 이외의 내부 가열 본체의 외측면에 장착되는 온도 센서를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 히팅 디바이스는 그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역 이외의 내부 가열 본체의 외측면에 장착되는 복수의 전기 연결선들을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 내부 가열 본체보다 열전도도가 높은 그래핀 또는 그라파이트 재질의 열전도 영역을 이용하여 저항 가열 또는 유도 가열에 의해 에어로졸 형성 물품에 대한 신속한 가열이 가능하도록 하므로, 가열 시간(특히 예열 시간)을 감소시킬 수 있어, 사용자자의 흡연 대기시간을 단축시킬 수 있으며, 열전도 영역의 면적에 따라서, 사용자에게 서로 상이한 맛과 타격감을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생 장치의 일 예를 설명하기 위한 내부 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스의 사시도이다.
도 3은 도 2의 내부 가열 소자의 정면도이다.
도 4는 도 2의 내부 가열 소자의 다른 실시예들이다.
도 5는 도 2의 내부 가열 소자의 다른 실시예이다.
도 6은 도 2의 내부 가열 소자의 다른 실시예이다.
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 디바이스와 전기적으로 연결되며 히팅 디바이스로의 전원 공급 및 공급 차단을 수행하는 제어 장치를 구비한다.
본 발명에서의 히팅 디바이스는 가열 공간을 형성하며 저면에 기류 패스와 연통되며 중공이 형성된 기둥 형태의 서셉터(외부 가열 소자)와, 가열 공간 내에 저면에서 상측으로 돌출 장착되는 내부 가열 소자를 포함한다. 에어로졸 형성 물품이 가열 공간에 삽입되면, 외부 가열 소자는 에어로졸 형성 물품의 외측면에 대한 가열을 수행하고, 내부 가열 소자는 에어로졸 형성 물품의 내부에 삽입되어 내부에 대한 가열을 수행한다.
본 발명에 따른 히팅 디바이스의 내부 가열 소자는 SPCC 재질이나, SUS 재질이나 알루미늄 재질 등의 금속체로 구성된 내부 가열 본체와, 내부 가열 본체의 외측면에 형성된 열전도 영역을 구비한다. 내부 가열 본체의 열전도도보다 열전도 영역의 열전도도가 매우 높다. 본 발명에서의 그래핀 소재의 열전도 영역의 열전도도는 4800 ~ 5300 W/mK이며, SPCC 재질이나 스테인리스 재질의 금속체인 내부 가열 본체보다 대략 60배 이상이다. 열전도 영역은 그래핀 또는 그라파이트 재질을 포함한다.
열전도 영역의 두께는 10 ㎛ 이내이며, 내부 가열 본체에서 열전도 영역이 차지하는 영역의 면적 크기에 따라 온도의 상승 시간이 달라져 에어로졸 형성 물품의 에어로졸의 맛이 조절된다.
도 2는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스의 사시도이고, 도 3은 도 2의 내부 가열 소자의 정면도이다.
히팅 디바이스(200)는 적어도 상측이 중공된 가열 공간이 형성된 외부 가열 소자(210)와, 외부 가열 소자(210)의 가열 공간의 하측에서 상측으로 돌출되는 내부 가열 소자(220)를 포함하여 구성된다.
외부 가열 소자(210)는 원 기둥 형태이며, 중공의 형태도 원 기둥 형태이고, 하측에는 적어도 관통홀이 형성될 수 있다. 외부 가열 소자(210)는 다각형 기둥 형태이고, 중공의 형태는 원 기둥 형태이거나 다각 기둥 형태일 수 있다.
내부 가열 소자(220)는 상측 단부가 침이나 쐐기 형태를 지님으로써 에어로졸 형성 물품의 하단의 내부에 삽입이 용이하도록 되며, 그 수평 단면은 원형 형태인 원 기둥 형태인 내부 가열 본체(221)을 포함한다.
또한, 내부 가열 소자(220)는 내부 가열 본체(221)의 일부분에 형성된 열전도 영역(224)을 구비한다. 도 3에서의 열전도 영역(224)은 원형 형태의 서로 분리되거나 불연속적인 복수의 열전도 패턴들을 포함하여 구성된다. 열전도 영역(224)은 내부 가열 본체(221)에 예를 들면, 코팅되거나 증착되거나 프린팅될 수 있다.
외부 가열 소자(210)는 저항 가열(또는 직접 가열)에 의한 발열 기능 또는 유도 가열에 의한 발열 기능을 수행할 수 있으며, 내부 가열 소자(220)도 저항 가열에 의한 발열 기능 또는 유도 가열에 의한 발열 기능을 수행할 수 있다.
저항 가열에 의한 발열 기능의 수행을 위해서, 내부 가열 소자(220)의 내부 가열 본체(221)에 제 1 전기 연결선(222a)과 제 2 전기 연결선(222b) 각각의 일단이 연결되며, 제 1 전기 연결선(222a)과 제 2 전기 연결선(222b) 각각의 타단은 제어 장치에 연결되어, 제 1 전기 연결선(222a)과 제 2 전기 연결선(222b)을 통하여 제어 장치로부터 전원이 공급된다.
유도 가열에 의한 발열 기능의 수행의 경우에는, 외부 가열 소자(210)와 제어 장치 간에는 전기 연결선들이 구비될 필요가 없으며, 내부 가열 소자(220)의 경우도 제어 장치와의 전기 연결선들이 구비될 필요가 없다.
저항 가열 및 유도 가열 시에, 내부 가열 소자(220)의 열전도 영역(224)은 내부 가열 본체(221)의 열을 에어로졸 형성 물품의 내부로 보다 신속하게 전달되도록 하여, 에어로졸 발생 장치의 가열 시간을, 특히 예열 시간을 단축시킬 수 있다.
제어 장치는 외부 가열 소자(210)와 내부 가열 소자(220) 각각에 대한 독립적인 제어를 수행할 수 있으며, 동시에 외부 가열 소자(210)와 내부 가열 소자(220)의 발열 기능을 수행할 수도 있다.
도 4는 도 2의 내부 가열 소자의 다른 실시예들이다.
도 4의 (a)의 내부 가열 소자의 열전도 영역의 면적(패턴의 개수)이 도 4의 (b)의 내부 가열 소자의 열전도 영역의 면적(패턴의 개수)보다 크며, 도 4의 (b)의 내부 가열 소자의 열전도 영역의 면적(패턴의 개수)이 도 4의 (c)의 내부 가열 소자의 열전도 영역의 면적(패턴의 개수)보다 크다. 이러한 열전도 영역의 면적 크기의 차이는 전달되는 열량의 크기에 영향을 미치며, 열전도 영역의 면적 크기가 클수록 전달되는 열량도 비례하여 증가하게 된다.
이러한 열량의 차이에 따라서, 사용자가 느끼는 에어로졸의 타격감에도 차이가 생긴다. 즉, 도 4의 (a)의 내부 가열 소자에 의한 타격감이 가장 크며, 도 4의 (c)의 내부 가열 소자에 의한 타격감이 가장 작으며, 도 4의 (b)의 내부 가열 소자에 의한 타격감은 이들의 중간 정도에 해당된다. 이와 같이, 이러한 열전도 영역의 면적을 조절하여 타격감을 조절할 수도 있다.
본 실시예에서는, 열전도 영역에 포함되는 열전도 패턴이 원형 형태이나, 삼각형, 사각형 등의 다각형 형태로 구현될 수도 있다.
도 5는 도 2의 내부 가열 소자의 다른 실시예이다.
도 5의 내부 가열 소자(220)는 내부 가열 본체(221)와, 내부 가열 본체(221)의 상단에 형성된 상부 열전도 패턴(224a)과 내부 가열 본체(221)의 하단에 형성된 하부 열전도 패턴(224b)을 포함하는 열전도 영역을 포함하여 구성된다.
내부 가열 본체(221)에서, 상부 열전도 패턴(224a)보다 높은 부분이 상단부(A1)이고, 하부 열전도 패턴(224B)보다 낮은 부분이 하단부(A3)이고, 상부 열전도 패턴(224a)과 하부 열전도 패턴(224b) 사이가 중간부(A2)이다.
열전도 영역은 도 5와 같이, 내부 가열 본체(221)의 상단 및 하단 각각에 서로 분리되거나 불연속적으로 형성되는 상부 열전도 패턴(224a) 및 하부 열전도 패턴(224b)로 구성되어, 원하는 위치(상부 및 하부)에 대한 집중적인 열전도에 의한 가열이 에어로졸 형성 물품의 내부에서 수행되도록 한다.
또한, 히팅 디바이스는 내부 가열 소자(220)의 온도를 감지하는 온도 센서(미도시) 및/또는 내부 가열 소자(220)에 전원을 인가하는 복수의 전기 연결선들을 구비한다. 온도 센서와 전기 연결선 각각은 열전도 영역이 형성되지 않은 내부 가열 본체(221)에 장착되며, 본 실시예에서는, 중간부(A2)에 형성되는 것이 바람직하다.
도 6은 도 2의 내부 가열 소자의 다른 실시예이다.
도 6의 (a)에서의 내부 가열 소자는 내부 가열 본체(221)의 외측면에 나선형으로 복수회 감겨지는 패턴을 포함하는 열전도 영역(226)을 구비한다.
도 6의 (b)에서의 내부 가열 소자는 내부 가열 본체(221)의 외측면에 직선형으로 연장되어 장착되는 패턴을 포함하는 열전도 영역(227)을 구비한다.
도 6의 (a) 및 (b)와 같이, 열전도 영역은 연속적인 곡선이나 직선 등의 선형 형태인 패턴으로 구성될 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.
200: 히팅 디바이스 210: 외부 가열 소자
220: 내부 가열 소자

Claims (7)

  1. 에어로졸 형성 물품이 삽입되어 가열되는 중공 형태인 가열 공간을 형성하는 외부 가열 소자와,
    가열 공간의 하측에서 상측으로 돌출 형성되어 에어로졸 형성 물품의 내부에 삽입되는 내부 가열 본체와, 내부 가열 본체의 외측면의 일부분에 형성된 그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역을 포함하는 내부 가열 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그래핀 열전도 영역의 열전도도는 4800 ~ 5300 W/mK인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역은 서로 분리된 복수의 열전도 패턴들로 구성된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역은 연속적인 선형 형태인 패턴으로 구성된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    히팅 디바이스는 그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역 이외의 내부 가열 본체의 외측면에 장착되는 온도 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    히팅 디바이스는 그래핀 또는 그라파이트 열전도 영역 이외의 내부 가열 본체의 외측면에 장착되는 복수의 전기 연결선들을 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 따른 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스와;
    외부 가열 소자와 내부 가열 소자 각각에 의한 가열을 독립적으로 수행하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.
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