KR20230127396A - 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스 - Google Patents

에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스 Download PDF

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KR20230127396A
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aerosol generating
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박해동
채한석
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주식회사 이노아이티
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Abstract

본 발명은 일부분에서만 가열이 이루어지는 서셉터의 나머지 부분 중의 적어도 일부에 열전도도가 높은 열전도 영역을 적용하여, 서셉터의 열 에너지가 서셉터 전체로 신속하게 전달되도록 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스에 관한 것이다.
본 발명인 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스는 중공 형태인 가열 공간이 형성된 가열 본체와, 가열 본체보다 열전도도가 크며 가열 본체의 측면 일부분에 형성된 열전도 영역을 포함하는 서셉터와, 서셉터의 측면에 장착되어 서셉터의 가열 부분에 대한 가열을 수행하는 가열 소자를 구비하며, 열전도 영역은 서셉터의 가열 부분의 열 에너지를 서셉터의 가열 부분 이외의 비가열 부분으로 확산시키거나 전달한다.

Description

에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스{HEATING DEVICE FOR AEROSOL GENERATING APPARATUS}
본 발명은 히팅 디바이스에 관한 것으로서, 특히 일부분에서만 가열이 이루어지는 서셉터의 나머지 부분 중의 적어도 일부에 열전도도가 높은 열전도 영역을 적용하여, 서셉터의 열 에너지가 서셉터 전체로 신속하게 전달되도록 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 일부분에서만 가열이 이루어지는 서셉터의 나머지 부분 중의 적어도 일부에 열전도도가 높은 열전도 영역을 적용하여, 서셉터의 열 에너지가 서셉터 전체로 신속하게 전달되도록 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스는 중공 형태인 가열 공간이 형성된 가열 본체와, 가열 본체보다 열전도도가 크며 가열 본체의 측면 일부분에 형성된 열전도 영역을 포함하는 서셉터와, 서셉터의 측면에 장착되어 서셉터의 가열 부분에 대한 가열을 수행하는 가열 소자를 구비하며, 열전도 영역은 서셉터의 가열 부분의 열 에너지를 서셉터의 가열 부분 이외의 비가열 부분으로 확산시키거나 전달한다.
또한, 열전도 영역은 그래핀이나 그라파이트를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 가열 소자는 서셉터의 일단에 형성되고, 열전도 영역은 서셉터의 타단에 형성된 것이 바람직하다.
또한, 가열 부분과 열전도 영역은 서로 중첩되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 열전도 영역은 가열 부분과 중첩되는 것이 바람직하다.
또한, 열전도 영역은 가열 부분의 중간부터 서셉터의 일단 또는 타단까지 형성된 것이 바람직하다.
또한, 열전도 영역은 면상 구조이거나 연속적인 선형 형태이거나 불연속적인 복수의 열전도 패턴들로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 가열 소자는 저항 가열을 위한 소자인 것이 바람직하다.
또한, 가열 소자는 유도 가열을 위한 유도 가열 코일이고, 히팅 디바이스는 서셉터와 유도 가열 코일 사이에 절연 튜브를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 일부분에서만 가열이 이루어지는 서셉터의 나머지 부분 중의 적어도 일부에 열전도도가 높은 열전도 영역을 적용하여, 서셉터의 열 에너지가 서셉터 전체로 신속하게 전달되도록 하며, 서셉터 전체의 온도가 신속하고 균일하게 상승되어 최소 퍼프(Puff)부터 사용자에서 만족하는 수준의 타격감 및 맛을 제공하며, 첫 퍼프에서의 서셉터의 온도와 마지막 퍼프에서의 서셉터의 온도 간의 차이가 상대적으로 작게 됨으로써, 타격감과 맛이 일정하게 균일하게 유지될 수 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 제 1 실시예의 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스의 제 2 실시예의 수직 단면도이다.
도 4는 열전도 영역의 실시예들이다.
도 5는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스의 제 3 실시예의 수직 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, 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 서셉터는 SPCC 재질이나, SUS 재질이나 알루미늄 재질 등의 금속체로 구성된 가열 본체와, 가열 본체의 측면에 그래핀 및 그라파이트 중의 적어도 하나 이상을 포함하는 열전도 영역을 포함한다. 가열 본체는 내부에 상하 방향의 중공이 형성된다. 열전도 영역의 열전도도는 가열 본체의 열전도도보다 크며, 본 발명에서의 그래핀 열전도 영역의 열전도도는 4800 ~ 5300 W/mK이고, SPCC 재질이나 스테인리스 재질의 금속체인 가열 본체보다 대략 60배 이상이다.
본 발명에 따른 히팅 디바이스는 가열 본체의 상단 또는 중단 또는 하단에는 저항 가열이나 유도 가열에 의해 가열 동작을 수행하여 가열 소자를 구비한다.
열전도 영역은 가열 소자로부터의 열 에너지를 가열 본체의 다른 부분(가열 소자가 장착되지 않거나 먼 부분)으로 확산시키는 것으로, 가열 소자가 장착된 부분과 분리 이격되어 가열 본체의 측면에 형성되거나, 가열 소자가 장착된 부분과 일부분이 중첩되어 가열 본체의 측면에 형성될 수 있다.
열전도 영역의 두께는 10 ㎛ 이내이며, 서셉터에서 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 제 1 실시예의 수직 단면도이다.
본 발명에 따른 히팅 디바이스(200)의 서셉터(210)는 적어도 상측이 중공된 가열 공간이 형성된 가열 본체(211)와, 가열 본체(211)의 외측면에 적층되거나 형성된 열전도 영역(212)으로 구성된다. 서셉터(210)는 원 기둥 형태이며, 가열 본체(211) 내의 중공의 형태도 원 기둥 형태이고, 하측에는 적어도 관통홀이 형성될 수 있다. 가열 본체(211)는 다각 기둥 형태이고, 가열 본체(211) 내의 중공의 형태는 원 기둥 형태이거나 다각 기둥 형태일 수 있다.
도 2의 부분 확대도에서 도시된 바와 같이, 열전도 영역(212)는 가열 본체(211)의 하단 측면에 형성되며, 가열 본체(211)의 일측면에는 열전도 영역(212)이 형성되지 않은 부분(본 실시예에서 가열 부분)도 있다.
히팅 디바이스(200)는 열전도 영역(212)가 형성되지 않은 가열 본체(211)의 측면의 외측과, 열전도 영역(212) 외측에 절연 튜브(250)를 구비한다.
또한, 히팅 디바이스(200)는 도 2에서와 같이 절연 튜브(250)의 상부 외측에 가열 소자로서 유도 가열 코일(300)을 구비한다. 유도 가열 코일(300)은 절연 튜브(250)(가열 본체(211))의 외측면을 나선형으로 복수회 감으면서 배치된다. 즉, 유도 가열 코일(300)과 서셉터(210) 사이에 절연 튜브(250)가 구비된다.
본 발명에서, 가열 소자가 형성되거나 장착되는 서셉터(210)의 부분은 가열 부분이고, 그 이외에 가열 소자가 형성되지도 장착되지도 않은 서셉터(210)의 부분은 비가열 부분으로 지칭된다. 도 2는 비가열 부분에만 열전도 영역이 형성된 경우로, 열전도 영역이 가열 부분과 서로 중첩되지 않는다. 가열 부분에서 생성되거나 공급된 열 에너지는 도 2에서의 적색 화살표와 같이, 열전도 영역에 의해 비가열 부분 전체로 신속하게 확산되거나 전달된다. 이러한 열 확산 또는 전달에 의해서, 서셉터(210)의 일부분만이 가열 부분이라도, 서셉터(210) 전체의 온도가 신속하고 균일하게 상승된다. 이러한 열 확산 또는 전달은 최소 퍼프(Puff)부터 사용자에서 만족하는 수준의 타격감 및 맛을 제공할 수 있다. 또한, 첫 퍼프에서의 서셉터(210)의 온도와 마지막 퍼프에서의 서셉터(210)의 온도 간의 차이가 상대적으로 작게 됨으로써, 타격감과 맛이 일정하게 균일하게 유지될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스의 제 2 실시예의 수직 단면도이다.
도 3의 히팅 디바이스(200a)의 가열 소자인 유도 가열 코일(300)이 가열 본체(211)의 하단에 형성되고, 가열 본체(211)의 상단에 열전도 영역이 형성되는 점을 제외하면, 도 3의 히팅 디바이스(200a)는 도 2의 히팅 디바이스(200)와 동일하다.
서셉터(210)의 하단이 가열 부분이고, 서셉터(210)의 상단이 비가열 부분이므로, 가열 부분의 열 에너지는 서셉터(210)의 하단에서부터 상단으로 확산되거나 전달된다.
도 4는 열전도 영역의 실시예들이다.
도 4의 (a)에서, 열전도 영역(212a)은 가열 본체(211)의 하단 측면에 형성되거나 장착된 원통 형태의 면상 구조이다.
도 4의 (b)에서, 열전도 영역(212b)은 서로 분리되거나 불연속적인 복수의 열전도 패턴들이다. 열전도 패턴은 원 형태 이외에도, 사각형이나 삼각형 등의 다각형 형태일 수도 있다.
도 4의 (c)에서, 열전도 영역(212c)은 연속적인 선형 형태의 열전도 패턴이다.
상술된 도 4의 (a), (b) 및 (c)와 같이, 열전도 영역은 다양한 형태의 면상 구조나 패턴 등으로 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스의 제 3 실시예의 수직 단면도이다.
히팅 디바이스(200b)는 열전도 영역이 가열 부분의 중간부터 가열 본체(211)의 하단까지 형성된 점을 제외하면, 도 2의 히팅 디바이스(200)와 동일하다. 즉, 열전도 영역은 가열 부분의 일부분(절반)에 중첩하여 형성됨으로써, 열전도 영역은 비가열 부분 전체와 가열 부분의 일부분(절반)에 해당된다. 이러한 열전도 영역에 의해서, 가열 부분의 열 에너지가 가장 빠르게 가열 본체(211) 하단까지 확산되거나 전달되어, 열 효율을 극대화시킬 수 있다.
본 실시예에서, 가열 부분에는 유도 가열 코일(300)과 서셉터(210) 간의 유도 가열을 이용하는 것이나, 유도 가열 코일(300) 대신에 동일한 위치에 필름 히터와 같은 저항 가열을 위한 가열 소자가 장착될 수도 있다. 이러한 저항 가열을 위한 가열 소자가 장착된 경우, 절연 튜브는 구비되지 않는다.
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 300: 유도 가열 코일

Claims (9)

  1. 중공 형태인 가열 공간이 형성된 가열 본체와, 가열 본체보다 열전도도가 크며 가열 본체의 측면 일부분에 형성된 열전도 영역을 포함하는 서셉터와;
    서셉터의 측면에 장착되어 서셉터의 가열 부분에 대한 가열을 수행하는 가열 소자를 구비하며,
    열전도 영역은 서셉터의 가열 부분의 열 에너지를 서셉터의 가열 부분 이외의 비가열 부분으로 확산시키거나 전달하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    열전도 영역은 그래핀이나 그라파이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    가열 소자는 서셉터의 일단에 형성되고,
    열전도 영역은 서셉터의 타단에 형성된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    가열 부분과 열전도 영역은 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    열전도 영역은 가열 부분과 중첩되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    열전도 영역은 가열 부분의 중간부터 서셉터의 일단 또는 타단까지 형성된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    열전도 영역은 면상 구조이거나 연속적인 선형 형태이거나 불연속적인 복수의 열전도 패턴들로 이루어진 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    가열 소자는 저항 가열을 위한 소자인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    가열 소자는 유도 가열을 위한 유도 가열 코일이고,
    히팅 디바이스는 서셉터와 유도 가열 코일 사이에 절연 튜브를 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 히팅 디바이스.
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