KR20230141157A - 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기 - Google Patents

에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기 Download PDF

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Abstract

실시예는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기에 관한 것으로서, 특히 세라믹 흡습체에 대한 빠른 열확산 또는 열 전도를 통하여 열효율을 향상시키는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기에 관한 것이다.
실시예인인 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기는 에어로졸 형성 기재를 내부에 흡습하는 세라믹 흡습체와, 세라믹 흡습체의 무화면에 형성되며 복수의 홀을 구비하는 가열 부재와, 가열 부재에 연결된 제 1 및 제 2 전극 단자들을 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

Description

에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기{CERAMIC ATOMIZER FOR AEROSOL GENERATING APPARATUS}
실시예는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기에 관한 것으로서, 특히 세라믹 흡습체에 대한 빠른 열확산 또는 열 전도를 통하여 열효율을 향상시키는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기에 관한 것이다.
일반적으로, 전자담배는 교환 가능한 카트리지에 채워진 니코틴을 포함하는 용액을 에어로졸 또는 기체 상태(무화 상태)로 만들어 흡입할 수 있도록 만든 전자기기를 말한다.
이와 같은 전자담배는 일반 담배를 대신하여 흡연 욕구를 충족시킬 수 있으면서 타르와 같은 유해 성분이 포함되지 않아 담배로부터 유발되는 인체에 유해한 영향을 감소시킬 수 있으며, 이와 동시에 흡연의 간접적 피해를 유발시키지 않는다는 장점이 있어 사용 인구가 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 즉, 전자담배는 실내에서 흡연이 가능하고 각종 질병을 유발시키는 담배의 피해를 방지하면서 담배를 피우는 것과 동일한 효과가 있다.
특히 최근에는 담배의 맛에 과일 등과 같은 다른 향을 추가하여 다양한 풍미를 느낄 수 있는 전자담배의 출시도 이루어지고 있다.
이러한 전자담배는, 액상 니코틴이 수용된 무화기를 배터리부에 결합하면 무화기의 가열체가 발열하면서 액상 니코틴을 기화시키는 연무가 이루어진다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술의 전자담배는, 가열체가 액상 니코틴을 흡수하는 심지와 이 심지를 가열하는 코일로 이루어지므로, 장시간 사용하면 심지가 탄화되면서 연무의 맛과 향이 변화되고, 발열 면적이 작아 무화량 또는 연무량이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
실시예는 세라믹 흡습체에 대한 빠른 열확산 또는 열전도를 통하여 열효율을 향상시키는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기는 에어로졸 형성 기재를 내부에 흡습하는 세라믹 흡습체와, 세라믹 흡습체의 무화면에 형성되며 복수의 홀을 구비하는 가열 부재와, 가열 부재에 연결된 제 1 및 제 2 전극 단자들을 포함하여 구성된 것이 바람직하다.
또한, 홀의 직경은 2~10㎛ 범위에 속하는 것이 바람직하다.
또한, 세라믹 흡습체의 기공 직경은 10 ~ 100㎛ 범위에 속하고, 세라믹 흡습체의 기공률은 30% ~ 60% 범위에 속하는 것이 바람직하다.
또한, 가열 부재의 두께는 0.1~5㎛ 범위에 속하는 것이 바람직하다.
또한, 가열 부재는 저항 발열을 수행하는 발열층과, 발열층에서의 열 에너지의 확산 또는 전도를 위한 전도층을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 발열층은 Ni-Cr의 합금, Ni-Co의 합금, Ni-Fe의 합금, Ni-Ag의 합금, Ni-Au의 합금, Ni-Pd의 합금 중의 어느 하나의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 전도층은 그래핀이나 그라파이트 재질인 것이 바람직하다.
또한, 세라믹 무화기는 세라믹 흡습체와 가열 부재 사이에 다공성 단열층을 구비하는 것이 바람직하다.
실시예는 세라믹 흡습체를 통하여 이송되는 에어로졸 형성 기재로의 빠른 열확산 또는 열전도를 통하여 무화량을 증가시키고 승온 속도를 높이며, 무화되는 에어로졸의 직경도 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기의 정면도이다.
도 2는 도 1의 세라믹 무화기의 수직 단면도이다.
이하에서, 실시예는 도면을 통하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 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.
실시예에서, 액상 또는 액상 에어로졸 카트리지는 내부의 수용 공간에 액상이나 겔 타입의 에어로졸 형성 기재(예를 들면, 향료, 니코틴, VG(식물성 글리세린), PG(프로필렌 글리콜), 약품 등)을 수용한다.
실시예에서, 액상 카트리지는 에어로졸 형성 기재에 접하여 흡습하며 모세관 현상에 의해 에어로졸 형성 기재가 이송될 수 있도록 다공성 세라믹 재질(또는 세라믹 흡습체)로 구성된 세라믹 무화기를 포함하여 구성된다.
실시예에서, 세라믹 무화기는 에어로졸 형성 기재에 접하는 액상 흡입면과, 액상 흡입면 이외의 측면에 형성된 무화면을 적어도 포함하여 구성된다. 실시예에서, 무화면의 적어도 일부분에는 가열 부재가 장착된다.
에어로졸 발생 장치는 액상 카트리지와, 액상 카트리지의 세라믹 무화기에 전원을 인가하거나 차단하여 에어로졸 발생 및 발생 중지를 수행하는 제어 장치를 포함한다.
도 1은 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기의 정면도이고, 도 2는 도 1의 세라믹 무화기의 수직 단면도이다.
세라믹 무화기(1)는 에어로졸 형성 기재를 내부에 흡습하는 세라믹 흡습체(10)와, 수직 방향으로 형성된 복수의 홀(22)을 구비하며 흡습체(10)의 일측면(12)에 형성된 가열 부재(20, 30)와, 가열 부재(20, 30)에 전원을 인가하는 제 1 및 제 2 전극 단자(40a, 40b)를 포함하여 구성된다.
세라믹 흡습체(10)는 일정한 공간을 차지하는 입체적 형상을 지니고 다공성이며, 액상 카트리지 내의 에어로졸 형성 기재에 접촉하도록 액상 카트리지 또는 에어로졸 발생 장치의 케이스에 장착된다. 가열 부재(20, 30)와 접촉하는 일측면(12)이 에어로졸이 발생되는 무화면에 해당되고, 그 일측면(12) 이외의 복수의 측면들 중의 적어도 하나 이상의 측면이 흡습면이다. 일측면(12)에 대한 가열 부재(20, 30)의 가열 동작(또는 발열 동작)이 수행되면, 세라믹 흡습체(10) 내에 흡습된 에어로졸 형성 기재가 무화면에서 기화되어 무화면 외부로 배출되고, 흡습면에 접하는 에어로졸 형성 기재가 세라믹 흡습체(10) 내부로 흡습되면서 모세관 현상에 의해 무화면으로 이송된다.
세라믹 흡습체(10)의 재질은 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 탄화지르코늄(ZrC), 탄화텅스텐(WC), 알루미나(Al2O3), 코디어라이트(Cordierite), 뮬라이트(Mullite), 마그네슘 실리케이트(Mg2SiO4), 실리카(SiO2) 중의 어느 하나이거나 이들의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 세라믹 흡습체(10)에서 배출되는 에어로졸 입자의 크기가 고려되어, 세라믹 흡습체(10)의 기공 직경은 10㎛ ~ 100㎛ 범위에 속하고, 에어로졸 형성 기재의 이송 속도 등이 고려되어, 세라믹 흡습체(10)의 기공률은 30% ~ 60% 범위에 속하는 것이 바람직하다.
도 2에서와 같이, 가열 부재(20, 30)는 무화면과 외부가 연통되어 무화면에서 생성된 에어로졸이 외부로 배출될 수 있도록 상하 방향으로 관통하는 복수의 홀(22)을 구비한다. 다만, 세라믹 흡습체(10)가 반투명 또는 투명 재질일 수도 있으나 아닐 수도 있기에, 도 2에서 세라믹 흡습체(10)는 가열 부재(20, 30)에 대한 이해를 위해 반투명 또는 투명 재질로 도시되고 있다. 가열 부재(20, 30)는 일측면(12)으로부터의 에어로졸 형성 기재가 외부로 누출되거나 누액되는 것을 방지하면서, 가열 동작 시에만 일측면(12)에서 생성된 에어로졸이 배출되어야 하는 것과, 배출되는 에어로졸의 직경을 고려하여 홀(22)의 직경은 2~10㎛ 범위에 속하는 것이 바람직하다.
가열 부재(20, 30)는 전도성 금속 재질로 구성되며, 수직 방향으로 적층된 발열층(20)과 전도층(30)을 포함하여 구성된다. 가열 부재(20, 30)의 상측면은 무화면인 일측면(12)에 접하며, 가열 부재(20, 30)의 하측면은 외부인 기류 패스를 향한다.
발열층(20)는 전원 인가 시에 저항 발열을 수행하여 저항 발열에 의한 열 에너지를 무화면에 전달하거나 확산시키는 금속 재질로, Ni-Cr의 합금, Ni-Co의 합금, Ni-Fe의 합금, Ni-Ag의 합금, Ni-Au의 합금, Ni-Pd의 합금 중의 어느 하나의 재질로 이루어진다.
전도층(30)는 발열층(20)에서의 열 에너지가 발열층(20) 전체에 균일하게 확산 또는 전도될 수 있도록 하는 것으로, 예를 들면, 그래핀이나 그라파이트 재질로 구성된다. 전도층(30)은 발열층(20)의 전도도(열전도도)보다 높은 전도도를 지닌다. 전도층(30)는 단일층으로 구성될 수도 있고 복수의 층들로 구성될 수 있다. 이러한 빠른 열확산을 통하여 무화량을 증가시키고 승온 속도를 높일 수 있다. 도 2에서 전도층(30)에 홀이 없는 것처럼 도시되고 있으나, 홀(22)은 발열층(20) 및 전도층(30)를 모두 관통하고 있는 것으로 이해되어야 한다.
가열 부재(20, 30)의 두께는 0.1~5㎛ 범위에 속하며, 도 1 및 2와 같은 평면인 일측면(12) 이외에도 곡면 형태의 일측면에 부착되거나 형성되어, 곡면 형태나 구부려진 형태 거나 꺾인 형태를 유지할 수 있다.
가열 부재(20, 30)는 스퍼터링 또는 증착에 의해 세라믹 흡습체(10)의 일측면(12)에 형성될 수 있다. 또는 가열 부재(20, 30)는 세라믹 흡습체(10)의 일측면(12)에 인서트 또는 본딩 소결 방식으로 형성될 수도 있다.
제 1 및 제 2 전극 단자(40a, 40b)는 일정 간격 이격되어 가열 부재(20, 30)의 하측면에 각각 전기적으로 접촉 연결되며, 제어 장치로부터 전원을 인가 받아 가열 부재(20, 30)에 인가한다. 제 1 및 제 2 전극 단자(40a, 40b)는 전도성 재질이며, 금이나 은 등과 같이 저항이 낮은 금속 재질인 것이 바람직하다.
세라믹 무화기(10)는 가열 부재(20, 30)와 세라믹 흡습체(10)의 일측면(12) 사이에 다공성 단열층을 구비하여, 가열 부재(20, 30)에 의해 생성된 열 에너지가 외부로 방출되는 것을 방지한다.
이상 설명한 바와 같이, 실시예는 상술한 특정의 바람직한 실시 형태에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 실시예의 요지를 벗어남이 없이 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 세라믹 흡습체

Claims (8)

  1. 에어로졸 형성 기재를 내부에 흡습하는 세라믹 흡습체와;
    세라믹 흡습체의 무화면에 형성되며 복수의 홀을 구비하는 가열 부재와;
    가열 부재에 연결된 제 1 및 제 2 전극 단자들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기.
  2. 제 1 항에 있어서, 홀의 직경은 2~10㎛ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    세라믹 흡습체의 기공 직경은 10 ~ 100㎛ 범위에 속하고, 세라믹 흡습체의 기공률은 30% ~ 60% 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    가열 부재의 두께는 0.1~5㎛ 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    가열 부재는 저항 발열을 수행하는 발열층과, 발열층에서의 열 에너지의 확산 또는 전도를 위한 전도층을 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    발열층은 Ni-Cr의 합금, Ni-Co의 합금, Ni-Fe의 합금, Ni-Ag의 합금, Ni-Au의 합금, Ni-Pd의 합금 중의 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    전도층은 그래핀이나 그라파이트 재질인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    세라믹 무화기는 세라믹 흡습체와 가열 부재 사이에 다공성 단열층을 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치의 세라믹 무화기.
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