KR20230171099A - 궐련 바닥 가열 기능을 갖는 에어로졸 발생장치 - Google Patents

궐련 바닥 가열 기능을 갖는 에어로졸 발생장치 Download PDF

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KR20230171099A
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이준우
노순진
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주식회사 이노아이티
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Abstract

본 발명은 궐련을 가열하여 에어로졸을 흡입할 수 있는 에어로졸 발생장치에 관한 것으로 특히 궐련의 내외부 및 궐련 바닥을 가열하여 가열 효율을 높혀줄 수 있는 에어로졸 발생장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치는 중공이 형성되어 궐련이 삽입되는 제1 서셉터와; 제1 서셉터의 상부를 유도 가열하는 제1 유도 가열부와; 제1 서셉터의 하부를 유도 가열하는 제2 유도 가열부와; 제1 서셉터와 연통하며, 제1 서셉터의 하단에 연결되어 외부 공기를 유입하는 파이프 형태의 제2 서셉터와; 제2 서셉터를 유도 가열하는 제3 유도 가열부와; 장치 내에 제공되어 직류 전원으로 기능하는 재충전 가능한 배터리와; 제1 유도 가열부와, 제2 유도 가열부 및 제3 유도 가열부를 선택적으로 제어하는 마이크로컨트롤러;를 포함한다.

Description

궐련 바닥 가열 기능을 갖는 에어로졸 발생장치{AEROSOL GENERATOR WITH CIGARETTE FLOOR HEATING FUNCTION}
본 발명은 궐련을 가열하여 에어로졸을 흡입할 수 있는 에어로졸 발생장치에 관한 것으로 특히 궐련의 내외부 및 궐련 바닥을 가열하여 가열 효율을 높혀줄 수 있는 에어로졸 발생장치에 관한 것이다.
에어로졸은 대기 중에 부유상태로 존재하는 액체 또는 고체의 작은 입자로 보통 0.001 ~ 1.0 ㎛의 크기를 갖는다. 특히 여러 종류의 궐련으로부터 유래하는 에어로졸을 다양한 목적으로 사람이 흡입하는 경우가 있다.
도 1은 종래 기술의 에어로졸 발생장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면 에어로졸 발생장치(10)는 전류를 인가하면 저항에 의해 발열을 하는 히터(14)와, 히터(14)에 순간적으로 높은 전력을 공급할 수 있는 배터리(16)와, 히터(14)를 제어하기 위한 마이크로컨트롤러(15)를 포함한다. 히터(14)는, 공동(13)에 수용된 일정 온도 이상 가열시 기화하는 물질(기화 물질)이 포함된 기화재를 가열하여 에어로졸을 발생시킨다. 예를 들어, 흡입 물질이 함침되거나 표면에 묻혀진 종이로 채워진 궐련(11)을 개구(12)를 통해 공동(13)에 삽입하면 히터(14)가 가열되어 궐련(11) 내부의 흡입 물질을 기화시키면 사용자가 궐련(11)의 필터부를 통해 기화되는 흡입 물질을 흡입할 수 있게 된다. 하지만 상기와 같이 궐련(11)의 내부를 가열하는 방식은 궐련(11)의 내부는 효과적으로 가열할 수 있으나 궐련(11)의 외부 및 외부 근처는 가열이 잘 되지 않는 부분이 있는 문제점이 있다.또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0109705호에는 에어로졸 발생 기재가 삽입될 수 있는 내열성 파이프; 파이프의 표면에 형성되는 발열 패턴; 및 발열 패턴 회로의 양 단에 형성되어, 전원선이 납땜될 수 있는 패드부;를 포함하는 에어로졸 발생장치의 히터 구조가 개시되어 있다. 하지만 상기와 같은 히터 구조에서 내열성 파이프에 삽입된 에어로졸 발생 기재의 외부를 가열하는 방식은 에어로졸 발생 기재의 외부 및 외부 근처의 부분은 효과적으로 가열할 수 있지만 에어로졸 발생 기재의 바닥 및 내부 중심 부분은 가열이 잘 되지 않는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0109705호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 궐련의 내외부 및 바닥을 가열해 줄 수 있는 에어로졸 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치는 중공이 형성되어 궐련이 삽입되는 제1 서셉터와; 제1 서셉터의 상부를 유도 가열하는 제1 유도 가열부와; 제1 서셉터의 하부를 유도 가열하는 제2 유도 가열부와; 제1 서셉터와 연통하며, 제1 서셉터의 하단에 연결되어 외부 공기를 유입하는 파이프 형태의 제2 서셉터와; 제2 서셉터를 유도 가열하는 제3 유도 가열부와; 장치 내에 제공되어 직류 전원으로 기능하는 재충전 가능한 배터리와; 제1 유도 가열부와, 제2 유도 가열부 및 제3 유도 가열부를 선택적으로 제어하는 마이크로컨트롤러;를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 제1 유도 가열부와 제2 유도 가열부 및 제3 유도 가열부는 각각 마이크로컨트롤러의 제어에 의해 배터리로부터 공급된 직류 전압을 증폭시키는 전원승압회로와, 마이크로컨트롤러의 제어에 의해 전원승압회로로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인덕션 로직과, 인덕션 로직으로부터 공급된 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 인덕션 코일을 포함한다.
또한, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러는 전체 가열 시간 중 소정 시간 동안 제1 유도 가열부와 제2 유도 가열부에 의해 제1 서셉터의 상부와 제1 서셉터의 하부가 유도 가열되도록 제어한 후, 전체 가열 시간 중 나머지 가열 시간 동안 제3 유도 가열부에 의해 제2 서셉터도 유도 가열되도록 제어한다.
또한, 실시예에 따라 제1 서셉터와 제2 서셉터 사이에는 중공이 형성된 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 중간 부재를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 제1 서셉터의 하단과 제2 서셉터를 감싸게 설치되는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 하부 부재를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 제1 서셉터 및 제2 서셉터는 SUS, 냉간 압연강, 열간 압연강 중 적어도 하나를 포함하는 강자성체 또는 연자성체로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면 궐련이 삽입되는 제1 서셉터의 상부 및 하부와 제1 서셉터에 삽입된 궐련으로 외부 공기를 유입하는 제2 서셉터를 선택적으로 가열하도록 제어하여, 궐련의 내외부 및 바닥을 가열해 에어로졸 발생량을 높혀줄 수 있고, 효율적인 가열이 가능하다.
도 1은 종래 기술의 에어로졸 발생장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 가열 구조 관련 요부를 설명하기 위한 도면으로 도 2의 (가)는 요부 측면도이고, 도 2의 (나)는 도 2의 (가)의 A-A 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 가열 제어의 일 예를 설명하기 위한 그래프,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 제2 서셉터의 가열 효과를 높히기 위한 구조를 설명하기 위한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 가열 구조 관련 요부를 설명하기 위한 도면으로 도 2의 (가)는 요부 측면도이고, 도 2의 (나)는 도 2의 (가)의 A-A 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2와 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치(1000)는 중공이 형성되어 궐련(200)이 삽입되는 제1 서셉터(110)와, 제1 서셉터(110)의 상부를 유도 가열하는 제1 유도 가열부(120)와, 제1 서셉터(110)의 하부를 유도 가열하는 제2 유도 가열부(130)와, 제1 서셉터(110)와 연통하며, 제1 서셉터(110)의 하단에 연결되어 외부 공기를 유입하는 파이프 형태의 제2 서셉터(140)와, 제2 서셉터(140)를 유도 가열하는 제3 유도 가열부(150)를 포함한다. 또한, 에어로졸 발생장치(1000) 내에 제공되어 직류 전원으로 기능하는 재충전 가능한 배터리(300)와, 제1 유도 가열부(120)와, 제2 유도 가열부(130) 및 제3 유도 가열부(150)를 선택적으로 제어하는 마이크로컨트롤러(140)를 포함한다. 제1 서셉터(110)와 제2 서셉터(140)는 자기장에 의해 와류(eddy current)를 발생시켜 열에너지를 방출할 수 있는 물질로 이루어진다. 실시예에 따라 제1 서셉터(110) 및 제2 서셉터(140)는 SUS, 냉간 압연강, 열간 압연강 중 적어도 하나를 포함하는 강자성체 또는 연자성체로 이루어진다. 실시예에 따라 제1 서셉터(110)의 외주에는 튜브(160)가 제1 서셉터(110)를 감싸게 설치되고 후술하는 제1 유도 가열부(120)에 포함되는 인덕션 코일(123)과 제2 유도 가열부(130)에 포함되는 인덕션 코일(133)이 제1 서셉터(110)의 외주와 이격되어 튜브(160)를 감싸게 설치된다. 또한, 실시예에 따라 제1 서셉터(110)와 제2 서셉터(140) 사이에는 중공이 형성된 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 중간 부재(170)를 포함하여 제1 서셉터(110)와 제2 서셉터(140)가 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 중간 부재(170)에 의해 연통되며, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 중간 부재(170)에 의해 제1 서셉터(110)와 제2 서셉터(140)의 연결 부위가 실링될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1 서셉터(110)의 하단과 제2 서셉터(140)를 감싸게 설치되는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 하부 부재(180)를 포함하고, 후술하는 제3 유도 가열부(150)에 포함되는 인덕션 코일(153)이 제2 서셉터(140)의 외주와 이격되어 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 하부 부재(180)를 감싸게 설치된다. 제2 서셉터(140)를 통해 외부 공기가 제2 서셉터(140)로 인입되어 제1 서셉터(110)의 하단으로 유입될 수 있는데 예를 들어 도 3을 참조하면, 에어로졸 발생장치(1000)에서 공기 통로(500)를 통해 외부 공기가 제2 서셉터(140)로 인입될 수 있다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따라 에어로졸 발생장치(1000)에서 제1 유도 가열부(120)와 제2 유도 가열부(130) 및 제3 유도 가열부(150)는 각각 마이크로컨트롤러(400)의 제어에 의해 배터리(300)로부터 공급된 직류 전압을 증폭시키는 전원승압회로(121, 131, 151)와, 마이크로컨트롤러(400)의 제어에 의해 전원승압회로(121, 131, 151)로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인덕션 로직(122, 132, 152)과, 인덕션 로직(122, 132, 152)으로부터 공급된 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 인덕션 코일(123, 133, 153)을 포함한다.
마이크로컨트롤러(400)는 전원승압회로(121, 131, 151)를 제어하여 배터리(300)로부터 공급된 직류 전압을 전원승압회로(121, 131, 151)가 유도 가열을 위해 증폭시켜서 인덕션 로직(122, 132, 152)으로 직류 전류를 공급한다. 전원승압회로(121, 131, 151)는 유도 가열을 위한 전원으로서 배터리(300)를 사용했을 때 제1 서셉터(110)와 제2 서셉터(140)를 유도 가열하기 위해 안정적인 전원 공급을 위해 적용된다. 마이크로컨트롤러(400)는 또한 인덕션 로직(122, 132, 152)에 PWM 신호를 입력한다. 인덕션 로직(122, 132, 152)은 마이크로컨트롤러(400)에서 입력하는 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하면서 전원승압회로(121, 131, 151)로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하고 제1 유도 가열부(120), 제2 유도 가열부(130), 제3 유도 가열부(150)에 각각 포함되는 상술한 인덕션 코일(123, 133, 153)에 공급해서 각각의 인덕션 코일(123, 133, 153)에서 교번 자기장이 발생한다. 인덕션 코일(123, 133)에서 발생한 교번 자기장은 제1 서셉터(110)가 유도 가열되도록 하여 제1 서셉터(110)에 삽입된 궐련(200)이 가열될 수 있다. 또한, 인덕션 코일(153)에서 발생한 교번 자기장은 제2 서셉터(140)가 유도 가열되도록 하여 제2 서셉터(140)로 인입되는 공기가 가열되어 제1 서셉터(110)의 하단으로 유입되어 제1 서셉터(110)에 삽입된 궐련(200)의 바닥을 가열할 수 있고, 궐련(200) 내부로 가열된 공기가 침투할 수 있다. 따라서, 궐련(200)이 제1 서셉터(110)에 삽입된 상태에서 제1 유도 가열부(120)에 의해 제1 서셉터(110)의 상부가 가열될 수 있고, 제2 유도 가열부(130)에 의해 제1 서셉터(110)의 하부가 가열될 수 있고, 제3 유도 가열부(150)에 의해 제1 서셉터(110)의 하단이 가열될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 가열 제어의 일 예를 설명하기 위한 그래프이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치(1000)에서 마이크로컨트롤러(400)에 의해 제1 유도 가열부(120)와 제2 유도 가열부(130) 및 제3 유도 가열부(150)가 선택적으로 제어될 수 있다. 도 2 내지 도 4와 도 5를 참조하면, 실시예에 따라 마이크로컨트롤러(400)는 전체 가열 시간 중 소정 시간 동안 제1 유도 가열부(120)와 제2 유도 가열부(130)에 의해 제1 서셉터(110)의 상부와 제1 서셉터(110)의 하부가 유도 가열되도록 제어한 후, 전체 가열 시간 중 나머지 가열 시간 동안 제3 유도 가열부(150)에 의해 제2 서셉터(140)도 유도 가열되도록 제어한다. 전체 가열 시간에서 제3 유도 가열부(150)를 처음부터 가열시킬 경우 배터리(300)의 소모 전류가 높아지고, 에어로졸 발생장치(1000) 외부 온도가 높아지는 단점이 있다. 따라서, 배터리(300)의 소모 전류와 외부 온도를 고려할 때, 제1 유도 가열부(120)와 제2 유도 가열부(130)를 가열시켜 에어로졸을 발생시킨 후 전체 가열 시간 중 에어로졸 발생량이 부족해질 수 있는 후반부에 제3 유도 가열부(150)를 가열하여 궐련(200)의 바닥을 가열함으로써 에어로졸 발생량을 높혀주는 것이 효율적일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 제2 서셉터의 가열 효과를 높히기 위한 구조를 설명하기 위한 도면이다.
동일한 온도 프로파일, 동일한 인덕션 코일 권취수(예를 들어 4회), 동일한 서셉터 재질을 사용할 경우 제2 서셉터(140)와 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 하부 부재(180)의 간격이 좁을 수록 인입되는 공기의 온도가 더 높아진다. 도 6의 (가)를 참조하면, 예를 들어 수정 전설계된 치수에서는 제2 서셉터(140)의 외측면과 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 하부 부재(180)의 외측면의 간격이 3.2mm이고, 수정 후 설계된 치수에서는 제2 서셉터(140)의 외측면과 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 하부 부재(180)의 외측면의 간격이 2.2mm이다. 도 6의 (나)에 도시된 그래프는 제2 서셉터(140)의 입구의 온도 변화를 나타내며, 제2 서셉터(140)를 미가열한 경우보다 수정 전 설계된 치수의 경우에서 온도가 더 높아지고, 수정 전 설계된 치수의 경우보다 수정 후 설계된 치수의 경우에서 온도가 더 높아진다. 따라서, 제2 서셉터(140)와 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 하부 부재(180)의 간격을 좁게 설계하여 가열 효과를 높혀줄 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (6)

  1. 중공이 형성되어 궐련이 삽입되는 제1 서셉터와;
    제1 서셉터의 상부를 유도 가열하는 제1 유도 가열부와;
    제1 서셉터의 하부를 유도 가열하는 제2 유도 가열부와;
    제1 서셉터와 연통하며, 제1 서셉터의 하단에 연결되어 외부 공기를 유입하는 파이프 형태의 제2 서셉터와;
    제2 서셉터를 유도 가열하는 제3 유도 가열부와;
    장치 내에 제공되어 직류 전원으로 기능하는 재충전 가능한 배터리와;
    제1 유도 가열부와, 제2 유도 가열부 및 제3 유도 가열부를 선택적으로 제어하는 마이크로컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 유도 가열부와 제2 유도 가열부 및 제3 유도 가열부는 각각 마이크로컨트롤러의 제어에 의해 배터리로부터 공급된 직류 전압을 증폭시키는 전원승압회로와, 마이크로컨트롤러의 제어에 의해 전원승압회로로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하는 인덕션 로직과, 인덕션 로직으로부터 공급된 교류 전류에 의해 자기장을 발생시키는 인덕션 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    마이크로컨트롤러는 전체 가열 시간 중 소정 시간 동안 제1 유도 가열부와 제2 유도 가열부에 의해 제1 서셉터의 상부와 제1 서셉터의 하부가 유도 가열되도록 제어한 후, 전체 가열 시간 중 나머지 가열 시간 동안 제3 유도 가열부에 의해 제2 서셉터도 유도 가열되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 서셉터와 제2 서셉터 사이에는 중공이 형성된 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 중간 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 서셉터의 하단과 제2 서셉터를 감싸게 설치되는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 이루어진 하부 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 서셉터 및 제2 서셉터는 SUS, 냉간 압연강, 열간 압연강 중 적어도 하나를 포함하는 강자성체 또는 연자성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
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