KR20230135841A - 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터 - Google Patents
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Abstract
실시예는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상 히터에 관한 것이다.
실시예는, 에어로졸 발생 기질이 가열되어 에어로졸이 발생하는 에어로졸 발생 구역을 직접 또는 간접 가열하는 에어로졸 발생장치용 면상발열 히터에 있어서, 두 가닥 이상의 탄소 섬유를 직조한 것으로 전원 인가에 의해 발열하는 면상발열체; 및 배터리로부터 탄소 섬유 직조물로 전원을 인가하는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
실시예는, 에어로졸 발생 기질이 가열되어 에어로졸이 발생하는 에어로졸 발생 구역을 직접 또는 간접 가열하는 에어로졸 발생장치용 면상발열 히터에 있어서, 두 가닥 이상의 탄소 섬유를 직조한 것으로 전원 인가에 의해 발열하는 면상발열체; 및 배터리로부터 탄소 섬유 직조물로 전원을 인가하는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
Description
실시예는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터에 관한 것이다.
최근 궐련 담배의 흡연 시 발생할 수 있는 부작용을 개선할 수 있는 다양한 형태의 에어로졸 발생장치들이 개발되고 있다. 이러한 에어로졸 발생장치들은 담뱃잎을 압축하여 필터와 함께 종이에 감싼 지궐련을 가열하여 에어로졸을 발생시키는 타입과, 액상형 카트리지 내에 충진된 액상을 기화시켜 에어로졸을 발생시키는 액상 타입으로 크게 구분된다.
액상 타입의 경우 초음파 진동자를 이용하여 에어로졸을 발생시키는 에어로졸 발생장치가 간혹 존재하나, 대부분의 에어로졸 발생장치는 궐련 또는 액상을 가열하는 히터를 구비한다.
히터를 구비하는 에어로졸 발생 장치는 배터리, 제어회로, 전기 가열식 히터를 포함한다. 전기 가열식 히터가 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키는데, 에어로졸 형성 기재가 열을 고르게 받지 못하면 그을음이 발생하거나, 에어로졸 발생량이 부족해지는 등 에어로졸 발생에 문제가 생길 수 있다.
전기에너지를 열에너지로 변환시키는 발열체는 일반적으로 금속 또는 세라믹 선으로 만들어진 선상 발열체, 고분자 필름, 탄소계 발열체, 은나노 발열체 등을 이용한 면상발열체가 있다. 선상 발열체는 발열선의 간격에 따라 구역별 온도 편차가 심한 문제점이 있으며, 고분자 필름, 탄소계 발열체, 은나노 발열체를 이용한 면상발열체는 한계 온도가 낮아 에어로졸 발생 장치에는 적합하지 않다.
에어로졸 형성 기재에 열을 고르게 전달하기 위해서 면상발열체를 활용하는 새로운 기술 개발이 요구 된다.
실시예는 탄소섬유를 직조하여 제조된 면상 발열 히터를 포함하여 에어로졸 형성 기재에 열을 고르게 전달할 수 있는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예는, 에어로졸 발생 기질이 가열되어 에어로졸이 발생하는 에어로졸 발생 구역을 직접 또는 간접 가열하는 에어로졸 발생장치용 면상발열 히터에 있어서, 두 가닥 이상의 탄소 섬유를 직조한 것으로 전원 인가에 의해 발열하는 면상발열체; 및 배터리로부터 탄소 섬유 직조물로 전원을 인가하는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 모든 경사는 전극에 전기적으로 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 면상 발열체를 이루는 탄소 섬유는 세 가닥 이상으로, 경사, 위사 및 사선 탄소 섬유는 사직 형태로 직조된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 모든 경사 및 사선의 탄소 섬유는 전극에 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 탄소 섬유는, 표면이 절연 처리된 인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 전극은 니켈 또는 구리로 제조되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 면상발열체에 접하는 내열성 절연 필름; 및 면상발열체와 절연 필름 사이에 도포되어 면상 발열체와 절연 필름을 접착하는 경화형 접착제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 면상발열체는 에어로졸 발생 구역의 상류에 위치하며, 면상발열체는 가열 구역으로 유입되는 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 면상발열체는 공기의 흐름과 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 원통형 탄소섬유 면상발열체의 내측에 삽입되며, 면상발열체에 의해 가열되는 원통형 금속 파이프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 면상발열체의 내측에 삽입되며, 면상발열체에 의해 가열되는 흡습체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 면상발열체와 전극은 다공성 세라믹에 결합된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다.
본 발명이 제공하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터는, 선상 발열체에 비해 에어로졸 발생 기재에 열을 고르게 전달하여, 에어로졸 발생 기재의 구역별 온도 편차를 줄일 수 있고 그을음을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소섬유 면상발열 히터의 원리를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소섬유 면상발열 히터의 원리를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터와 가열 영역을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터의 저면을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소섬유 면상발열 히터의 원리를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터와 가열 영역을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터의 저면을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄소섬유 면상발열 히터의 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서는 탄소섬유를 편직 형태로 제직한 면상발열 히터를 예시로 들었다. 탄소섬유 면상발열 히터(100)는 복수 개의 경사(110)의 앞 뒤를 복수 개의 위사(120)가 어긋나게 가로질러 직조되며, 모든 경사(110)의 양 단에 전극(140)이 접합된다. 따라서 모든 경사는 전극(140)의 양극에 병렬 연결된 형태이다. 전극(140)은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)로 제조된다. 이때, 탄소섬유 면상발열 히터를 구성하는 탄소 섬유인 경사(110)와 위사(120)는 모두 표면에 절연 코팅이 이루어지는 것이 바람직하다. 전극(140)과 경사(110)의 접합은 전기 저항용접(Spot Welding)을 통해 이루어진다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄소섬유 면상발열 히터의 원리를 개략적으로 도시한 도면이다. 탄소섬유를 면상발열 히터는, 세 가닥 이상의 탄소 섬유를 경사(110a), 위사(120a), 사선(130a)으로 직조한 면상발열체 동일한 성분으로 이루어진 세 가닥 이상의 탄소 섬유를 직조한 직물 형태의 히터로, 직물 형태로 직조된 양 단에 전극(140a)이 배치되어 경사(110a)와 사선(130a)으로 직조되는 탄소 섬유가 전극(140a)에 병렬연결된다. 전극(140a)을 통해 배터리로부터 경사(110a)와 사선(130a)의 탄소 섬유로 전원이 인가되면 발열한다. 탄소 섬유는, 표면이 절연 처리되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 직경이 1mm이내이다.
직조 방식은, 제직이나 브레이딩 등 어떠한 방식으로 이루어져도 무방하며, 효율은 떨어지나 편직 방식으로 직조한 형태여도 무방하나, 사직 형태로 직조되는 것이 바람직하다. 탄소섬유 면상발열 히터(100a)는 복수 개의 경사(110a)의 앞 뒤를 복수 개의 위사(120a)가 어긋나게 가로질러 직조되며, 그 위로 사선(130a) 방향으로 탄소 섬유가 가로질러 직조된다. 모든 경사(110a)와 사선(130a)의 탄소 섬유 양 단에 전극(140a)이 접합된다. 따라서 모든 경사(110a)와 사선(130a) 탄소 섬유는 전극(140a)의 양극에 병렬 연결된 형태이다.
이때, 탄소섬유 면상 발열체를 구성하는 탄소섬유인 경사(110a)와 위사(120a)는 모두 탄소 섬유는 표면에 절연 코팅이 이루어진다. 전극(140a)의 소재는 니켈 또는 구리일 수 있다. 전극(140a)과 경사(110a) 및 사선(130a)는 통전 가능하게 접합되며, 접합 방식은 일 예로 전기 저항용접(Spot Welding)을 통해 이루어질 수 있다.
필요에 따라서는, 탄소섬유 면상 발열체의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해, 내열성 절연 필름을 면상 발열체의 일면에 부착할 수 있다. 이 때 절연 필름과 탄소섬유 면상 발열체는 경화형 접착제에 의해 서로 부착될 수 있다. 탄소섬유 면상 발열체에 경화형 접착제가 도포된 다음 절연 필름이 부착되며, 절연 필름은 내열성을 향상시킬 뿐 아니라 히터의 내구성도 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면이다.
제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터는 원통형의 탄소섬유 면상발열체(100b) 내부에 원통형의 에어로졸 발생 구역이 형성된다. 이때, 에어로졸 발생 구역에는 면상발열체(100b)에 의해 가열되는 원통형 금속 파이프(200)가 구비될 수 있다. 이때 금속 파이프(200)는 SUS 재질인 것이 바람직하다. 금속 파이프(200) 내부의 공동(210)에는 궐련 등의 에어로졸 발생 기질이 수용되어 가열될 수 있다. 이때 탄소섬유 면상발열체(100b)는 도 1에 도시된 바와 같이 제직 방식으로 직조된 다음 금속 파이프(200)의 외주면을 감싸도록 부착 또는 설치될 수도 있으나, 도 3에 도시된 것처럼 금속 파이프(200)의 외주에서 브레이딩되면서 직조와 설치가 동시에 이루어질 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터와 가열 영역을 도시한 도면, 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면이다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터는 에어로졸 발생 구역(300)과 탄소섬유 면상발열체(100c)가 별도로 설치된다. 에어로졸 발생 구역(300)에는 궐련 형태 혹은 액상 형태의 에어로졸 발생 기재(T)가 수용된다. 탄소섬유 면상발열체(100c)는 탄소섬유 면상발열체(100c)를 통과하는 공기를 가열하고, 가열된 공기가 에어로졸 발생 구역(300)으로 유입되어 에어로졸 발생 구역(300) 내에 수용된 에어로졸 발생 기재(T)를 가열하여 사용자가 흡입할 수 있는 형태로 에어로졸화한다.
이때, 탄소섬유 면상발열체(100c)는 에어로졸 발생 구역(300)의 상류에 위치하며, 탄소섬유 면상발열체(100c)에 의해 가열된 공기는 기류 통로(310)를 통해 에어로졸 발생 구역(300)으로 도입된다. 이때, 가열량을 최대화할 수 있도록 탄소섬유 면상발열체(100c)는 기류 통로(310)와 직교하도록 설치되는 것이 바람직하다.
이때, 탄소섬유 면상발열체(100c)는 원형일 수 있으며, 원형인 경우에도 경사(110c)와 위사(120c)를 엮어서 직조하며, 모든 경사(110c)의 양단이 전극(140c)에 병렬적으로 접합된다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면, 도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터의 저면을 도시한 도면이다.
본 발명의 제5 실시예에 따르면, 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터는 탄소섬유 면상발열체(100d)와 전극(140d)이 다공성 세라믹(400)의 저면에 설치되어 탄소섬유 면상발열체(100d)가 다공성 세라믹(400)을 가열하는 형태이다. 다공성 세라믹(400)은 액상 형태의 에어로졸 발생 기질을 머금고 있으며, 탄소섬유 면상발열체(100d)의 발열에 의해 가열되며, 액상 형태의 에어로졸 발생 기질이 기화되어 에어로졸이 생성된다.
일반적으로 다공성 세라믹(400)은 실리게이트, 바인더, 조공제 혼합하여 슬러리로 제조하고 성형, 건조한 다음 소결하여 제조된다. 다공성 세라믹(400)에 탄소섬유 면상발열체(100d)와 전극(140d)가 매립되거나, 다공성 세라믹(400)의 표면 부근에 탄소섬유 면상발열체(100d)와 전극(140d)이 결합되어 적어도 일부가 노출될 수 있다. 탄소섬유 면상발열체(100d)는 다공성 세라믹(400)의 소결 전 성형 시에 인서트 되어 일체로 결합될 수도 있고, 다공성 세라믹(400)의 제조 후에 별도의 공정을 거쳐 결합될 수도 있다. 전극(140d)은 탄소섬유 면상발열체(100d)와 함께 다공성 세라믹(400)에 인서트 사출될 수 있고, 탄소섬유 면상발열체(100d)만 다공성 세라믹(400)에 인서트 사출되고 전극(140d)은 사출 성형 이후에 결합되거나 그 반대일 수도 있다. 탄소섬유 면상발열체(100d)가 다공성 세라믹(400) 성형 시에 인서트 된 다음 소결될 경우, 탄소섬유 면상발열체(100d)의 산화를 방지하기 위해 소결 온도는 700~800℃인 것이 바람직하다.
이때, 다공성 세라믹(400)의 일면에 결합되는 탄소섬유 면상발열체(100d)는 다공성 세라믹(400)의 가장 넓은 면에 설치되어 접촉 면적과 발열 면적을 최대화하는 것이 바람직하다. 다공성 세라믹(400)과 결합하는 탄소섬유 면상발열체(100d) 또한 경사(110d)와 위사(120d)를 엮어서 직조하며, 경사(110d)의 양단이 각 전극(140d)에 결합된 형태이다. 이때, 발열면을 최대화하기 위해 다공성 세라믹(400)에 경사(110d)와 위사(120d)의 길이가 동일하지 않은 경우, 즉 탄소섬유 면상발열체(100c)가 설치되는 다공성 세라믹(400)이 가로와 세로의 길이가 동일하지 않은 경우, 경사(110d)가 위사(120d)보다 더 긴 길이를 가지도록 배치되는 것이 바람직하다. 전극(140d)과 연결되는 경사(110d)의 길이는 위사(120d)와 같거나 유사한 길이를 가지므로, 전극(140d)이 차지하는 면적을 줄일 수 있고, 따라서 탄소섬유 면상발열체(100d)의 설치 면적을 최대화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 도시한 도면이다.
액상형 에어로졸 발생 기질을 심지에 흡습시켜 열선으로 가열하는 종래의 심지형 히터에 탄소섬유 면상발열체(100e)를 적용한 것으로, 흡습체(600)를 탄소섬유 면상발열체(100e)로 감싼 형태이다. 이때 탄소섬유 면상발열체(100e)는 도 1에 도시된 바와 같이 제직 방식으로 직조된 다음 흡습체(600)의 외주면을 감싸도록 부착 또는 설치될 수도 있으나, 도 3에 도시된 것과 유사하게 흡습체(600)의 외주에 직접 브레이딩되면서 직조와 설치가 동시에 이루어질 수도 있다.
Claims (12)
- 에어로졸 발생 기질이 가열되어 에어로졸이 발생하는 에어로졸 발생 구역을 직접 또는 간접 가열하는 에어로졸 발생장치용 면상발열 히터에 있어서,
두 가닥 이상의 탄소 섬유를 직조한 것으로 전원 인가에 의해 발열하는 면상발열체; 및
배터리로부터 탄소 섬유 직조물로 전원을 인가하는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제1항에 있어서,
모든 경사는 전극에 전기적으로 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제1항에 있어서,
면상 발열체를 이루는 탄소 섬유는 세 가닥 이상으로, 경사, 위사 및 사선 탄소 섬유는 사직 형태로 직조된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제3항에 있어서,
모든 경사 및 사선의 탄소 섬유는 전극에 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제1항에 있어서,
탄소 섬유는, 표면이 절연 처리된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제1항에 있어서,
전극은 니켈 또는 구리로 제조되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제1항에 있어서,
면상발열체에 접하는 내열성 절연 필름; 및
면상발열체와 절연 필름 사이에 도포되어 면상 발열체와 절연 필름을 접착하는 경화형 접착제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제1항에 있어서,
면상발열체는 에어로졸 발생 구역의 상류에 위치하며, 면상발열체는 가열 구역으로 유입되는 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제8항에 있어서,
면상발열체는 공기의 흐름과 직교하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터를 제공한다. - 제1항에 있어서,
원통형 탄소섬유 면상발열체의 내측에 삽입되며, 면상발열체에 의해 가열되는 원통형 금속 파이프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제1항에 있어서,
면상발열체의 내측에 삽입되며, 면상발열체에 의해 가열되는 흡습체;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터. - 제1항에 있어서,
면상발열체와 전극은 다공성 세라믹에 결합된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터.
Priority Applications (1)
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| KR1020220033319A KR20230135841A (ko) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터 |
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| KR1020220033319A KR20230135841A (ko) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | 에어로졸 발생장치용 탄소섬유 면상발열 히터 |
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| KR20230135841A true KR20230135841A (ko) | 2023-09-26 |
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Citations (1)
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-
2022
- 2022-03-17 KR KR1020220033319A patent/KR20230135841A/ko unknown
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