KR20240001984A - 궐련형 전자담배 장치용 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전달 성능이 우수하고, 궐련을 균일하게 가열할 수 있는 궐련형 전자담배 장치용 히터에 관한 것으로, 본 발명에 따른 궐련형 전자담배 장치용 히터는, 세라믹 재질로 이루어지며, 선단부가 뾰족한 중공의 기둥 형태로 되어 궐련의 일단부를 통해 궐련 내측으로 삽입되는 봉형태의 히터바디부; 상기 히터바디부의 중공부의 내측면에 적층되어 발열하는 발열부; 상기 히터바디부의 내면에 코팅되어 히터바디부와 발열부를 접합하는 접착층; 및, 상기 히터바디부의 외측면에 적층되는 다수의 방열입자로 된 열전도입자층;을 포함할 수 있다.

Description

궐련형 전자담배 장치용 히터{Heater for Electronic Cigarette Device}
본 발명은 궐련형 전자담배 장치용 히터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전달이 우수한 세라믹 재질로 되어 궐련의 일단부 내측으로 삽입되는 원통형의 히터바디부와, 히터바디부의 외면에 적층되어 발열하는 발열부를 포함하여 궐련을 가열하여 에어로졸을 발생시키는 궐련형 전자담배 장치용 히터에 관한 것이다.
전자담배는 니코틴이 함유된 잎담배(leaf tobacco)의 가공물(processed material)이나 추출물(extract), 무니코틴 액체물질(nicotine-free liquid material) 등을 함유한 저장소(storage), 가열 또는 기화 장치, 그리고 배터리(battery)를 포함한다. 전자담배의 내부에 저장되어 있는 잎담배 가공물, 잎담배 추출물, 무니코틴 액체 물질 등을 가열 또는 기화시켜 에어로졸(aerosol)을 생성한 후, 생성된 에어로졸을 사용자가 전자담배의 흡입구(intake)를 통해 흡입할 수 있다. 사용자가 전자담배를 손에 쥐고, 입으로 흡입구를 흡입하는 경우, 전자담배 내부에서 에어로졸이 생성되어 흡입구를 통해 입으로 배출됨으로써, 사용자는 실제 담배의 흡연과 유사한 느낌을 받을 수 있다.
그러나, 종래의 전자담배는 니코틴 원액과 액상을 별도로 구매해 섞는 액상형 방식으로, 니코틴 원액을 구입해 잘못된 용도로 사용되는가 하면 폭파사고 등 사회적 물의를 일으킨 사례가 많이 적극적인 관리가 절실한 상황이다.
이를 해결하기 위하여, 종래의 전자담배와는 달리 담뱃잎으로 만들어진 고체형 스틱을 삽입해 가열하는 방식의 궐련형 전자담배가 제안되었다. 이러한 궐련형 전자담배는 히터를 통해 내부로 삽입된 고체형 스틱을 가열함으로써 형성된 증기를 흡입하는 방식으로, 기존 담배와 비슷한 맛을 느낄 수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래의 궐련형 전자담배는 고체형 스틱을 전체적으로 균일하게 가열하는 것이 어렵고, 고체형 스틱으로의 열 전달 성능을 향상시키는데 한계가 있다.
대한민국 등록특허 제10-2029225호 대한민국 공개특허 제10-2021-0034078호 대한민국 등록특허 제10-2382283호
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 열전달 성능이 우수하고, 궐련을 균일하게 가열할 수 있는 궐련형 전자담배 장치용 히터를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 궐련형 전자담배 장치용 히터는, 세라믹 재질로 이루어지며, 선단부가 뾰족한 중공의 기둥 형태로 되어 궐련의 일단부를 통해 궐련 내측으로 삽입되는 봉형태의 히터바디부; 상기 히터바디부의 중공부의 내측면에 적층되어 발열하는 발열부; 상기 히터바디부의 내면에 코팅되어 히터바디부와 발열부를 접합하는 접착층; 및, 상기 히터바디부의 외측면에 적층되는 다수의 방열입자로 된 열전도입자층;을 포함할 수 있다.
상기 발열부는, 내열성 및 전기절연성을 갖는 필름부재로 된 지지체; 상기 지지체에 소정의 패턴으로 형성되어 전원이 인가되면 발열하는 전극패턴; 및, 전기절연성을 갖도록 되어 상기 전극패턴을 덮으면서 상기 지지체에 적층되는 보호층;을 포함할 수 있다.
상기 열전도입자층의 방열입자는 질화 알루미늄 또는 탄화 규소로 된 것일 수 있다.
상기 열전도입자층은 상기 방열입자와 함께 카본 블랙(carbon black), 탄소나노튜브(carbon nanotube) 및 그래핀(graphene)을 포함하는 탄소계 필러 중 1종 이상, 또는 보론나이트라이드(boron nitride), 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 징크 옥사이드(zincoxide) 및 알루미늄 옥사이드(aluminium oxide)를 포함하는 산화물계 입자 중 1종 이상을 함께 혼합하여 만들어진 것일 수 있다.
상기 방열입자는 평균 입경이 30~150㎛ 이며, 구형상, 또는 판상, 다각기둥 형상, 다각뿔 형상, 다면체 형상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 궐련에 삽입되는 히터바디부가 세라믹 재질로 이루어지며, 내측면에 다수의 방열입자로 된 열전도입자층이 형성되어 궐련을 급속하게 가열할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 궐련형 전자담배 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 궐련형 전자담배 장치의 히터를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I선 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 히터의 발열부를 전개하여 나타낸 투영도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 궐련형 전자담배 장치용 히터를 후술된 실시예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
먼저 도 1을 참조하여 본 발명의 히터가 적용되는 궐련형 전자담배 장치의 일 실시예를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 궐련형 전자담배 장치(1)는 케이스(2), 배터리(3), 제어부(4) 및 히터(100)를 포함한다.
케이스(2)는 일측 단부에 궐련(10)을 삽입하기 위한 궐련투입구(1a)가 구비된다. 이러한 케이스(2)는 배터리(3) 및 제어부(4)를 탑재하기 위한 내부 공간을 구비한다. 이러한 케이스(2)는 분리형으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 케이스(2)를 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 돌림으로써, 케이스(2)의 상단과 하단이 분리될 수 있다.
이 때, 도 1에서는 본 발명의 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 궐련형 전자담배 장치(1)는 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들을 더 포함할 수 있다는 것은 본 발명의 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
궐련(10)이 케이스(2)의 궐련투입구(1a)를 통해 삽입되어 선단이 뾰족한 봉형태로 된 히터(100)가 궐련(10)의 일단부를 통해 삽입되면, 궐련형 전자담배 장치(1)는 히터(100)에 전원을 인가하여 히터(100)를 발열시키게게 된다.
이 때, 궐련(10) 내의 에어로졸 생성 물질은 가열된 히터(100)에 의하여 온도가 상승하고, 이에 따라 에어로졸이 생성된다. 생성된 에어로졸은 궐련(10)의 필터를 통하여 사용자에게 전달된다.
배터리(3)는 궐련형 전자담배 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(3)는 히터(100)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(3)는 제어부(4)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 이에 더하여 배터리(3)는 궐련형 전자담배 장치(1)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수도 있다. 배터리(3)로는 리튬인산철(LiFePO4) 배터리가 이용될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제어부(4)는 궐련형 전자담배 장치(1)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(4)는 배터리(3) 및 히터(100)와 더불어, 궐련형 전자담배 장치(1)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(4)는 궐련형 전자담배 장치(1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 궐련형 전자담배 장치(1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
이를 위해, 제어부(4)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다.
히터(100)는 제어부(4)를 통해 공급된 전력에 의하여 가열된다. 궐련(10)이 케이스(2)의 궐련투입구(1a)에 삽입되면, 히터(100)는 궐련(10)의 일단부로 삽입된다. 가열된 히터(100)는 궐련(10) 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.
이를 위한 본 발명의 히터(100)는 열전달이 우수한 세라믹 재질로 되어 궐련(10)의 일단부 내측으로 삽입되는 침상의 히터바디부(110)와, 히터바디부(110)의 외면에 적층되어 발열하는 발열부(120)와, 히터바디부(110)의 중공부 내측면에 코팅되어 히터바디부(110)와 발열부(120)를 접합하는 접착층(130) 및, 상기 히터바디부(110)의 외측면에 적층되는 다수의 방열입자(141)로 된 열전도입자층(140)을 포함한다.
히터바디부(110)는 궐련(10)의 일단부를 통해 궐련(10) 내측으로 용이하게 삽입될 수 있도록 선단부(111)가 뾰족한 원추형으로 된 중공의 원형 봉 또는 원기둥 형태를 갖는다. 히터바디부(110)는 궐련형 전자담배 장치(1)의 작동시 히터(100)의 온도인 대략 350℃ 이상에서도 내열성을 갖는 세라믹 재질로 이루어진다.
발열부(460)는 히터바디부(110)의 중공부 내측에 적층되어, 히터바디부(110) 를 통해 궐련(10)을 가열하기 위한 고온의 열을 발생시키도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 발열부(120)는 지지체(121), 전극패턴(120) 및 보호층(123)을 포함할 수 있다.
지지체(121)는 일면에 배치되는 상기 전극패턴(120)을 지지하기 위한 것으로, 소정 면적을 갖는 판상의 지지체를 원통형으로 말아서 상기 히터바디부(110)의 중공부 내면에 삽입하여 적층할 수 있다. 더불어, 상기 지지체(121)는 상기 전극패턴(120)의 발열시 100℃ 이상의 고온에 견딜 수 있도록 내열성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 전극패턴(120)의 쇼트를 방지할 수 있도록 전기절연성을 가질 수 있다.
일례로, 상기 지지체(121)는 내열성 및 전기절연성을 갖는 필름부재일 수 있으며, 상기 필름부재는 가요성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 일례로 상기 필름부재는 PI(폴리이미드)나 PAI(폴리아미드이미드)와 같은 전기절연성을 갖는 열경화성 내열성 수지일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 공지의 전기절연성을 갖는 열경화성 내열성 수지가 모두 적용될 수 있다.
더불어, 상기 지지체(121)가 가요성을 가짐으로써 히터(100)를 원기둥 형태 또는 침상으로 구현할 수 있다.
상기 전극패턴(120)은 전원인가시 열을 발생시키는 발열체의 역할을 수행하는 것으로, 상기 지지체(121)의 일면에 소정의 패턴으로 형성될 수 있다. 전극패턴(120)은 도전성 페이스트를 통해 형성된 인쇄패턴일 수도 있고, 에칭이나 타발과 같은 형상 가공을 통해 패턴형성된 도전성부재가 부착된 형태일 수도 있다. 일례로, 상기 도전성 페이스트는 Ag페이스트일수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 전극재료 중 전원인가시 요구되는 발열온도에 맞게 적절하게 선택된 공지의 전극재료가 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
이와 같은 전극패턴(120)은 양단부 측에 다른 부품과의 전기적인 연결을 위한 접속단자(122a)가 각각 형성될 수 있으며, 두 개의 접속단자(122a)를 연결하는 전극패턴(120)이 상기 지지체(121)의 전체면적에 대하여 골고루 배치되도록 지그재그 방식으로 절곡된 형태일 수 있다.
그러나, 상기 전극패턴(120)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 설계조건에 따라 적절한 형상으로 변경될 수 있으며, 직렬 또는 병렬 방식으로 형성될 수도 있고 직,병렬이 혼합된 형태로 형성될 수도 있다.
상기 보호층(123)은 발열부(120)의 최내곽에 배치되어 상기 전극패턴(120)이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있도록 전기절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 더불어, 상기 보호층(123)은 상기 전극패턴(120)으로부터 발생된 열에 의해 파괴되는 것을 방지할 수 있도록 내열성 및 열경화성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 보호층(123)은 전기절연성, 열경화성 및 내열성을 갖는 수지로 이루어져 상기 지지체(121)의 일면에 소정의 두께로 적층되는 코팅층일 수 있다. 이에 따라, 상기 전극패턴(120)은 상기 보호층(123)을 통해 외부로의 노출이 차단될 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 보호층(123)은 액상의 폴리이미드 또는 폴리아미드이미드로 이루어진 코팅층일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 절연성, 열경화성 및 내열성을 갖는 재질이라면 공지의 모든 재질이 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 접착층(130)은 히터바디부(110)의 표면에 코팅되어, 히터바디부(110)와 발열부(120) 간을 접합시키면서 방열 작용을 한다. 즉, 접착층(130)은 히터바디부(110)와 발열부(120)의 사이에 배치되어, 히터바디부(110)에 발열부(120)를 안정적으로 접착시킴과 더불어, 궐련형 전자담배 장치(1)의 작동시 발열부(120)에 과열이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다.
이러한 접착층(130)은 0.5 ~ 10㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 접착층(130)의 두께가 0.5㎛ 미만일 경우에는 그 두께가 너무 얇아 접착이 확실히 이루어지지 못할 우려가 있다. 반대로, 접착층(130)의 두께가 10㎛를 초과할 경우에는 과도한 두께 설계로 인하여 열전달 효율이 저하될 우려가 있다.
접착층(130)이 히터바디부(110)로의 열전달을 원활하게 하고 발열부(120)의 과열을 방지하기 위해, 240 ~ 300℃의 유리전이온도(Tg) 및 500 ~ 550℃의 열분해온도(Td)를 갖는 열가소성 폴리이미드 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 고내열성 열가소성 폴리이미드 수지를 이용하여 히터바디부(110)와 발열부(120)를 열 압착하여 접합시키는 것에 의해, 히터바디부(110)와 발열부(120) 간의 접착력이 개선되어 발열부(120)에 과열이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
이러한 열가소성 폴리이미드 수지는 디아민(diamine)과 디안하이드라이드(dianhydride)를 포함할 수 있다. 여기서, 디아민으로는 ODA(4,4-oxydianiline), PPDA(para-phenylenediamine), BAPP(2,2-Bis(4-(4-aminophenoxy)phenyl)propane), m-BAPS(bis(4-(3-aminophenoxy)phenyl)Sulfone) 및 TPE-R(1,3-Bis(4-aminophenoxy)benzene) 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 그리고, 디안하이드라이드로는 PMDA(pyromellitic dianhydride), BPDA(diphenyl tetra carboxylic acid dianhydride), BPADA(4,4’-bisphenol A dianhydrie) 및 BTDA(Benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride) 중 1종 이상이 이용될 수 있다.
히터바디부(110)의 내측면에는 방열입자(141)로 된 열전도입자층(140)이 코팅된다. 열전도입자층(140)은 방열입자에 의해 비표면적을 증가시킴으로써 궐련에 대한 복사열의 복사 효율 또는 열 전달의 효율이 좋아져 종래의 히터에 비해 궐련을 급속하게 가열할 수 있고, 가열 시간을 단축할 수 있다. 열전도입자층(140)은 방열입자(141)를 히터바디부(110)에 소결 성형하는 방식으로 견고하게 부착할 수 있다.
열전도입자층(140)의 방열입자(141)는 열전도성이 우수하며, 세라믹 재질로 된 히터바디부(110)와 방열입자(141)의 열팽창률 간의 차이에 의한 박리와 열응력을 감소시키기 위하여 질화 알루미늄 또는 탄화 규소를 사용할 수 있다. 이외에도 방열입자(141)와 함께 카본 블랙(carbon black), 탄소나노튜브(carbon nanotube) 및 그래핀(graphene)을 포함하는 탄소계 필러 중 1종 이상, 또는 보론나이트라이드(boron nitride), 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 징크 옥사이드(zincoxide) 및 알루미늄 옥사이드(aluminium oxide)를 포함하는 산화물계 입자 중 1종 이상을 함께 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 방열입자(141)는 평균 입경이 대략 30~150㎛ 인 입자로서, 구형상을 비롯하여 판상, 다각기둥 형상, 다각뿔 형상, 다면체 형상 등 다양한 형상의 입자일 수 있으나, 방열입자(6)의 비표면적을 더욱 크게 하기 위하여 다각형 형태를 갖는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
1 : 궐련형 전자담배 장치 2 : 케이스
3 : 배터리 4 : 제어부
10 : 궐련 100 : 히터
110 : 히터바디부 120 : 발열부
121 : 지지체 122 : 전극패턴
122a : 접속단자 123 : 보호층
130 : 접착층 140 : 열전도입자층
141 : 방열입자

Claims (5)

  1. 세라믹 재질로 이루어지며, 선단부가 뾰족한 중공의 기둥 형태로 되어 궐련의 일단부를 통해 궐련 내측으로 삽입되는 봉형태의 히터바디부;
    상기 히터바디부의 중공부의 내측면에 적층되어 발열하는 발열부;
    상기 히터바디부의 내면에 코팅되어 히터바디부와 발열부를 접합하는 접착층; 및,
    상기 히터바디부의 외측면에 적층되는 다수의 방열입자로 된 열전도입자층;을 포함하는 궐련형 전자담배 장치용 히터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발열부는,
    내열성 및 전기절연성을 갖는 필름부재로 된 지지체;
    상기 지지체에 소정의 패턴으로 형성되어 전원이 인가되면 발열하는 전극패턴; 및,
    전기절연성을 갖도록 되어 상기 전극패턴을 덮으면서 상기 지지체에 적층되는 보호층;
    을 포함하는 궐련형 전자담배 장치용 히터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열전도입자층의 방열입자는 질화 알루미늄 또는 탄화 규소로 된 궐련형 전자담배 장치용 히터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열전도입자층은 상기 방열입자와 함께 카본 블랙(carbon black), 탄소나노튜브(carbon nanotube) 및 그래핀(graphene)을 포함하는 탄소계 필러 중 1종 이상, 또는 보론나이트라이드(boron nitride), 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 징크 옥사이드(zincoxide) 및 알루미늄 옥사이드(aluminium oxide)를 포함하는 산화물계 입자 중 1종 이상을 함께 혼합하여 만들어진 궐련형 전자담배 장치용 히터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 방열입자는 평균 입경이 30~150㎛ 이며, 구형상, 또는 판상, 다각기둥 형상, 다각뿔 형상, 다면체 형상인 궐련형 전자담배 장치용 히터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102029225B1 (ko) 2018-03-30 2019-10-08 (주)케이엔씨 궐련형 전자담배 가열기기용 세라믹히터 및 이의 제조방법
KR20210034078A (ko) 2018-09-21 2021-03-29 썬전 버디 테크놀로지 디벨롭먼트 컴퍼니 리미티드 세라믹 발열체 및 전자담배
KR102382283B1 (ko) 2017-10-31 2022-04-01 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 유체 가열용의 세라믹 히터

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