KR20230152939A - 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치 Download PDF

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KR20230152939A
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Abstract

실시예는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 에어로졸 발생 장치의 측면 외부로부터 먼 위치에 발열 시작 영역이 형성되도록 하여 측면 외부로 전달되는 열 에너지를 감소시키는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
실시예인 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치는 내부에 히팅 디바이스가 장착되는 삽입 공간과, 삽입 공간에 인접하며 제어 장치가 수용되는 수용 공간과, 삽입 공간과 외부 공간을 연통시키며 에어로졸 형성 기재가 삽입 및 분리되는 삽입구를 구비하는 하우징과, 하우징의 삽입 공간 내부에 삽입되는 히팅 디바이스를 구비하며, 히팅 디바이스는 가열 공간을 구비하는 파이프 형태의 서셉터와, 서셉터의 외측면을 둘러 감싸는 튜브 형태의 절연부와, 절연부의 일측면에 장착되는 나선형 유도 가열 코일부와, 나선형 유도 가열 코일부가 절연부의 측면에 고정 장착되도록 하며 자기장이 외부로 누설되는 것을 차단하는 튜브 형태의 차단부를 구비한다.

Description

유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치{INDUCTION HEATING AEROSOL GENERATOR}
실시예는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 에어로졸 발생 장치의 측면 외부로부터 먼 위치에 발열 시작 영역이 형성되도록 하여 측면 외부로 전달되는 열 에너지를 감소시키는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 유도 가열 장치를 도시한 도면이다. 도 1의 (a)는 유도 가열 장치의 수직 단면도이고, 도 1의 (b)는 유도 가열 장치의 수평 단면도이다.
유도 가열 장치는, 내부에 히팅 디바이스가 장착되는 삽입 공간(12)과, 제어 장치(20)가 수용되는 수용 공간(13)과, 삽입 공간(14)과 외부 공간을 연통시키며 에어로졸 형성 기재가 삽입 및 분리되는 삽입구(14)를 구비하는 하우징(10)과, 충전식 배터리를 포함하는 제어 장치(20)와, 삽입 공간(12)에 삽입 장착되며 내부에 가열 공간을 구비하는 히팅 디바이스(32, 34)를 포함하여 구성된다.
히팅 디바이스(32, 34)는 중공 형태의 가열 공간을 형성하며 삽입구(14)와 연통되는 서셉터(32)와, 서셉터와 전기적으로 절연되며, 서셉터(32)를 나선형으로 둘러 감싸는 원통형 유도 가열 코일(34)을 포함하여, 제어 장치(20)는 교류 전원을 유도 가열 코일(34)에 인가하여, 서셉터(32)에 히스테리시스 손실(hysteresis loss)과 와류(eddy current)를 발생시켜, 서셉터(32)로 하여금, 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 성분을 방출할 수 있는 온도까지 에어로졸 형성 기재를 가열하게 한다.
종래의 장치에서는 유도 가열 코일(34)이 서셉터(32) 둘레를 전체적으로 감싸고 있으므로, 서셉터(32) 전체가 발열 시작 영역이 되며, 서셉터(32)와 측면 외부 간의 간격(D1)(또는 유도 가열 코일(34)의 외측면과 측면 외부 간의 간격)이 작기 때문에, 서셉터(32)의 열이 측면 외부로 상대적으로 많이 전달되어, 측면 외부의 온도가 상대적으로 높아지는 문제가 있으며, 사용자는 이러한 측면 외부의 높은 온도를 느끼게 되어 장치의 고장 등으로 오인할 수도 있다.
대한민국등록특허공보 10-0385395 대한민국등록특허공보 10-1678335 대한민국 공개특허 10-2017-0007235
실시예는 에어로졸 발생 장치의 측면 외부로부터 먼 위치에 발열 시작 영역이 형성되도록 하여 측면 외부로 전달되는 열 에너지를 감소시키는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예인 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치는 내부에 히팅 디바이스가 장착되는 삽입 공간과, 삽입 공간에 인접하며 제어 장치가 수용되는 수용 공간과, 삽입 공간과 외부 공간을 연통시키며 에어로졸 형성 기재가 삽입 및 분리되는 삽입구를 구비하는 하우징과, 하우징의 삽입 공간 내부에 삽입되는 히팅 디바이스를 구비하며, 히팅 디바이스는 가열 공간을 구비하는 파이프 형태의 서셉터와, 서셉터의 외측면을 둘러 감싸는 튜브 형태의 절연부와, 절연부의 일측면에 장착되는 나선형 유도 가열 코일부와, 나선형 유도 가열 코일부가 절연부의 측면에 고정 장착되도록 하며 자기장이 외부로 누설되는 것을 차단하는 튜브 형태의 차단부를 구비한다.
또한, 나선형 유도 가열 코일부는 일단은 연장 시작점으로부터 시계 방향 또는 시계 반대 방향의 나선형으로 연장 시작점을 둘러 감싸면서 연장하고 타단은 제 1 연결 단자에 연결되는 코일부와, 코일부의 타단에 연결되는 제 1 연결 단자와, 코일부의 일단에 연결되는 제 2 연결 단자로 구성된 것이 바람직하다.
또한, 연장 시작점은 절연부 또는 서셉터의 일측면의 상측에 위치되는 것이 바람직하다.
또한, 나선형 유도 가열 코일이 하우징의 측면 또는 측면 외부로부터 먼 위치에 배치되며, 측면은 서셉터의 중심을 지나는 장축과 만나는 하우징의 면들 중의 하나의 측면인 것이 바람직하다.
또한, 측면 또는 측면 외부로부터 먼 위치는 수용 공간에 근접한 위치에 해당되며, 하우징의 장축의 중간 부근이면서, 단축의 중간 부근인 것이 바람직하다.
또한, 서셉터의 중심을 기준으로 하여 나선형 유도 가열 코일의 양 측 단부들이 이루는 각도는 90°이내인 것이 바람직하다.
또한, 서셉터의 외측면에는 열전도도가 높은 물질로 이루어진 열전도층이 형성되거나, 서셉터는 열전도율이 높은 소재와 함께 이중 보온관 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
실시예는 에어로졸 발생 장치의 측면 외부로부터 먼 위치에 발열 시작 영역이 형성되도록 하여 발열 시작 영역으로부터 열이 서셉터 전체로 확산됨에 의해, 측면 외부로 전달되는 열 에너지를 감소시켜서 측면 외부의 온도를 낮아지게 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 유도 가열 장치를 도시한 도면(수직 단면도와 수평 단면도)이다.
도 2는 실시예에 따른 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치에 장착되는 히팅 디바이스의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 나선형 유도 가열 코일(340)의 개략 정면도이다.
도 4는 실시예에 따른 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치의 수직 단면도와 수평 단면도이다.
이하에서, 실시예들은 도면을 통하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 설명되는 실시예들은 그 실시예들의 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. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 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.
도 2는 실시예에 따른 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치에 장착되는 히팅 디바이스의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 나선형 유도 가열 코일(340)의 개략 정면도이다.
도 2에서, 히팅 디바이스(300)는 내부에 가열 공간을 구비하는 파이프 형태의 서셉터(320)와, 서셉터(320)의 외측면을 둘러 감싸는 튜브 형태의 절연부(330)와, 절연부(330)를 사이에 두고 서셉터(320)의 외측면 일부에 대응하여 절연부(330)의 일측면에 장착되는 나선형 유도 가열 코일부(340)와, 나선형 유도 가열 코일부(340)가 절연부(330)의 측면에 고정 장착되도록 절연부(330) 및 나선형 유도 가열 코일부(340)의 외측면을 덮으며 나선형 유도 가열 코일부(340)에 의해 생성되는 자기장이 히팅 디바이스(300) 외부로 누설되는 것을 차단하는 페라이트 튜브 형태의 차단부(350)로 구성된다.
서셉터(320)는 적어도 상측이 개방되어 에어로졸 형성 물품이 가열 공간으로 삽입되거나 분리되도록 하는 파이프 구조이며, 유도 가열을 위해 SUS 등의 강자성체 재질이다. 서셉터(320)의 외측면에는 추가적으로 그라파이트나 그래핀 등과 같이 서셉터(320)보다 열전도도가 높은 물질로 이루어진 열전도층이 형성될 수도 있다. 또는, 서셉터(320)는 Al 등과 같은 열전도율이 높은 소재와 함께 이중 보온관(Pre-Insulated Pipes) 형태로 구성될 수도 있다.
절연부(330)는 서셉터(320)와 나선형 유도 가열 코일부(340) 간의 전기적 절연을 수행하는 소자이며, 예를 들면, PEEK 튜브가 사용된다.
나선형 유도 가열 코일부(340)는 도 3에서와 같이, 일단은 연장 시작점(O)으로부터 시계 방향(또는 시계 반대 방향)의 나선형(또는 직각 나선형)으로 연장 시작점(O)을 둘러 감싸면서 연장하고 타단은 제 1 연결 단자(342)에 연결되는 코일부(341)와, 코일부(341)의 타단에 연결되는 제 1 연결 단자(342)와, 코일부(341)의 일단에 연결되는 제 2 연결 단자(343)를 구비한다. 제 1 및 제 2 연결 단자들(342, 343) 각각은 제어 장치(미도시)에 연결되어, 전원을 인가 받기 위한 단자들이다. 제 2 연결 단자(343)는 연장 시작점(O)에서만 코일부(341)에 전기적으로 연결되며, 코일부(341)의 그 이외의 부분에서는 전기적으로 절연되어 제어 장치에 연결된다. 도 3에서는, 설명을 위해 제 2 연결 단자(343)가 생략되어 도시되었다.
나선형 유도 가열 코일부(340)가 절연부(330)의 일측면에 장착되면, 연장 시작점(O)은 절연부(330) 또는 서셉터(320)의 일측면의 상측에 위치된다. 나선형 유도 가열 코일부(340)는 장착되는 서셉터(320) 및 절연부(330)의 외측 원주 형상에 대응하여 라운드 형상으로 변형 가능하다.
나선형 유도 가열 코일부(340)는 절연 필름 상에 형성되는 FPCB 형태의 도전성 코일이거나, 리츠 와이어 코일 형태로 구현될 수 있다.
차단부(350)는 페라이트 재질의 튜브 형태로 나선형 유도 가열 코일부(340)를 절연부(330)(서셉터(320))의 측면에 고정시키면서, 자기장의 외부 유출을 차단한다.
도 4는 실시예에 따른 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치의 수직 단면도와 수평 단면도이다. 도 4의 (a)는 에어로졸 발생 장치의 수직 단면도이고, 도 4의 (b)는 에어로졸 발생 장치의 수평 단면도이다.
에어로졸 발생 장치는 내부에 히팅 디바이스(300)가 장착되는 삽입 공간(120)과, 삽입 공간(120)에 인접하며 제어 장치가 수용되는 수용 공간(130)과, 삽입 공간(140)(또는 가열 공간)과 외부 공간을 연통시키며 에어로졸 형성 물품이 삽입 및 분리되는 삽입구(140)와, 히팅 디바이스(300)를 삽입 공간(120)에 고정시키기 위한 고정부(160)를 구비하는 하우징(100)를 구비한다.
삽입 공간(120)은 삽입구(140)를 통하여 외부 공간과 연통되며, 히팅 디바이스(300)가 삽입되어, 고정부(160)에 의해 고정된다.
히팅 디바이스(300)의 나선형 유도 가열 코일(340)이 하우징(100)의 측면 또는 측면 외부로부터 먼 위치에 배치되도록, 삽입 공간(120)에 히팅 디바이스(300)가 삽입된다. 여기서, 측면은 서셉터(320)의 중심을 지나는 장축과 만나는 하우징(100)의 면들에 해당된다. 이러한 측면으로부터 먼 위치는 제어 장치가 삽입되는 수용 공간(130)에 근접한 위치에 해당되며, 나선형 유도 가열 코일(340)은 하우징(100)의 장축의 중간 부근이면서, 단축의 중간 부근에 위치된다. 또한, 나선형 유도 가열 코일(340)은 측면으로부터 가장 먼 서셉터(320)나 절연부(330)의 상측을 포함하는 영역에 장착된다.
제어 장치가 전원(또는 교류 전원)을 나선형 유도 가열 코일(340)에 인가하면, 나선형 유도 가열 코일(340)의 하방에 위치된 서셉터(320)의 영역이 발열 시작 영역에 해당된다. 발열 시작 영역에서 생성된 열 에너지는 서셉터(320)를 통하여 전도 등의 방식으로 전달되거나 확산된다. 이러한 점에서, 측면과 발열 시작 영역 간의 거리(D2)은 종래 기술에서의 거리(D1)보다 현저하게 큼이 확인된다.
또한, 나선형 유도 가열 코일(340)은 서셉터(320)나 절연부(330)의 일측면에만 장착되며, 서셉터(320)의 중심을 기준으로 하여 나선형 유도 가열 코일(340)의 양 측 단부들이 이루는 각도(θ)는, 즉 나선형 유도 가열 코일(340)의 일측 단부와 서셉터(320)의 중심 및 나선형 유도 가열 코일(340)의 타측 단부가 이루는 각도는 기설정된 각도(90°) 이내인 것이 바람직하다. 또한, 나선형 유도 가열 코일(340)의 일측 단부와 서셉터(320)의 중심 및 장축(서셉터(320)의 중심을 지나는 장축) 간에 이루는 각도(θ /2)와, 나선형 유도 가열 코일(340)의 타측 단부와 서셉터(320)의 중심 및 장축(서셉터(320)의 중심을 지나는 장축) 간에 이루는 각도(θ /2)는 서로 같으며, 나선형 유도 가열 코일(340)의 일측 단부와 타측 단부는 서셉터(320)의 중심을 지나는 장축에 대하여 대칭인 위치에 있다.
상술된 히팅 디바이스(300)의 나선형 유도 가열 코일(340)이 하우징(100)의 측면 또는 측면 외부로부터 먼 위치에 장착되거나/장착되고, 서셉터(320)의 일측에만 배치됨으로써, 하우징(100)의 측면과 발열 시작 영역 간의 거리(D2)가 종래 기술에서의 거리(D1)보다 증가하게 된다. 이러한 거리(D2)의 증가에 의해, 서셉터(320)의 열이 측면 외부로 현저하게 적게 전달되어, 측면 외부의 온도가 더 낮게 상승되도록 한다.
이상 설명한 바와 같이, 상술한 특정의 바람직한 실시예들에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 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.
100: 하우징 300: 히팅 디바이스

Claims (7)

  1. 내부에 히팅 디바이스가 장착되는 삽입 공간과, 삽입 공간에 인접하며 제어 장치가 수용되는 수용 공간과, 삽입 공간과 외부 공간을 연통시키며 에어로졸 형성 기재가 삽입 및 분리되는 삽입구를 구비하는 하우징과;
    하우징의 삽입 공간 내부에 삽입되는 히팅 디바이스를 구비하며,
    히팅 디바이스는 가열 공간을 구비하는 파이프 형태의 서셉터와, 서셉터의 외측면을 둘러 감싸는 튜브 형태의 절연부와, 절연부의 일측면에 장착되는 나선형 유도 가열 코일부와, 나선형 유도 가열 코일부가 절연부의 측면에 고정 장착되도록 하며 자기장이 외부로 누설되는 것을 차단하는 튜브 형태의 차단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    나선형 유도 가열 코일부는 일단은 연장 시작점으로부터 시계 방향 또는 시계 반대 방향의 나선형으로 연장 시작점을 둘러 감싸면서 연장하고 타단은 제 1 연결 단자에 연결되는 코일부와, 코일부의 타단에 연결되는 제 1 연결 단자와, 코일부의 일단에 연결되는 제 2 연결 단자로 구성된 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    연장 시작점은 절연부 또는 서셉터의 일측면의 상측에 위치되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    나선형 유도 가열 코일이 하우징의 측면 또는 측면 외부로부터 먼 위치에 배치되며, 측면은 서셉터의 중심을 지나는 장축과 만나는 하우징의 면들 중의 하나의 측면인 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    측면 또는 측면 외부로부터 먼 위치는 수용 공간에 근접한 위치에 해당되며, 하우징의 장축의 중간 부근이면서, 단축의 중간 부근인 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    서셉터의 중심을 기준으로 하여 나선형 유도 가열 코일의 양 측 단부들이 이루는 각도는 90°이내인 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    서셉터의 외측면에는 열전도도가 높은 물질로 이루어진 열전도층이 형성되거나, 서셉터는 열전도율이 높은 소재와 함께 이중 보온관 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 방식의 에어로졸 발생 장치.
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