KR20240037410A - 에어로졸 발생장치 - Google Patents

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류동열
김태현
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Abstract

본 발명은 에어로졸 발생장치에 관한 것으로 특히 가열된 공기와 에어로졸 매질의 접촉 면적을 넓혀 가열 효율을 높히고, 에어로졸 발생량을 증가시킬 수 있는 에어로졸 발생장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치는 필터 로드와; 상기 필터 로드의 하단에 적층되며 상하 방향으로 중공이 형성된 냉각 튜브 로드와; 상기 냉각 튜브 로드의 하단에 적층되며, 하단에서 상부로 소정 높이의 중공이 형성된 에어로졸 매질을 수용하는 에어로졸 매질 로드와; 상기 필터 로드와 상기 냉각 튜브 로드 및 상기 에어로졸 매질 로드를 둘러 감싸서 적층 구조를 유지시키는 랩핑부;를 포함하는 궐련과; 상기 궐련이 삽입되는 파이프 형태의 서셉터와; 상기 서셉터를 가열하는 히터와; 상기 서셉터의 하부와 연통하는 챔버와; 상기 챔버 내에 설치되는 공기 가열 히터와; 상기 챔버와 연통하는 기류 통로와; 상기 히터와 상기 공기 가열 히터에 각각 전력을 공급하는 배터리와; 상기 배터리로부터 상기 히터와 상기 공기 가열 히터에 각각 전력을 공급하도록 제어하는 마이크로컨트롤러;를 포함한다.

Description

에어로졸 발생장치{AEROSOL GENERATING DEVICE}
본 발명은 에어로졸 발생장치에 관한 것으로 특히 가열된 공기와 에어로졸 매질의 접촉 면적을 넓혀 가열 효율을 높히고, 에어로졸 발생량을 증가시킬 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 기술에 따른 에어로졸 발생장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 에어로졸 발생장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 에어로졸 발생장치(10, 20)는 전류를 인가하면 저항에 의해 발열을 하는 히터(14, 24)와, 히터(14, 24)에 순간적으로 높은 전력을 공급할 수 있는 배터리(16, 26)와, 히터(14, 24)를 제어하기 위한 제어부(15, 25)를 포함한다. 히터(14, 24)는, 공동(13, 23)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, 21)을 개구(12, 22)를 통해 공동(13, 23)에 삽입하면 히터(14, 24)가 가열되어 궐련(11, 21) 내부의 흡입 물질을 기화시키면 사용자가 궐련(11, 21)의 필터부를 통해 기화되는 흡입 물질을 흡입할 수 있게 된다. 도 1에 도시된 히터(14)는 봉침형 히터로 제공되어 공동(13)에 삽입된 궐련(11)에 침투하여 궐련(11)을 가열하며, 도 2에 도시된 히터(24)는 파이프 히터로 제공되어 궐련(21)을 가열한다. 봉침형 히터로 제공되는 히터(14)는 궐련(11)의 내부는 효과적으로 가열할 수 있으나 궐련(11)의 외부 및 외부 근처는 가열이 잘 되지 않는 부분이 있는 문제점이 있다. 또한, 궐련(11)으로부터 발생한 에어로졸 발생기질 찌꺼기가 부착되어 히터(14)의 성능을 저하시키고, 악취가 발생할 수 있는 문제점이 있다. 파이프 히터로 제공되는 히터(24)의 경우 궐련(21)의 외부 및 외부 근처의 부분은 효과적으로 가열할 수 있지만 궐련(21)의 내부 중심 부분은 가열이 잘 되지 않는 문제점이 있다. 도 1과 도 2를 참조하여 상술한 종래 기술에서는 가열 효율이 높지 않아 에어로졸 발생량이 적을 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 가열된 공기와 에어로졸 매질의 접촉 면적을 넓혀 가열 효율을 높히고, 에어로졸 발생량을 증가시킬 수 있는 에어로졸 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치는 필터 로드와; 상기 필터 로드의 하단에 적층되며 상하 방향으로 중공이 형성된 냉각 튜브 로드와; 상기 냉각 튜브 로드의 하단에 적층되며, 하단에서 상부로 소정 높이의 중공이 형성된 에어로졸 매질을 수용하는 에어로졸 매질 로드와; 상기 필터 로드와 상기 냉각 튜브 로드 및 상기 에어로졸 매질 로드를 둘러 감싸서 적층 구조를 유지시키는 랩핑부;를 포함하는 궐련과; 상기 궐련이 삽입되는 파이프 형태의 서셉터(susceptor)와; 상기 서셉터를 가열하는 히터와; 상기 서셉터의 하부와 연통하는 챔버와; 상기 챔버 내에 설치되는 공기 가열 히터와; 상기 챔버와 연통하는 기류 통로와; 상기 히터와 상기 공기 가열 히터에 각각 전력을 공급하는 배터리와; 상기 배터리로부터 상기 히터와 상기 공기 가열 히터에 각각 전력을 공급하도록 제어하는 마이크로컨트롤러;를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 에어로졸 매질은 각초와 경화제를 혼합하여 성형되어 이루어진다.
또한, 실시예에 따라 경화제는 트리아세틴, 카리기나, 젤란검, 한천 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 실시예에 따라 서셉터를 가열하는 히터는 서셉터를 감싸게 설치되는 금속 패턴과, 금속 패턴의 외측면에 적층되는 고분자 절연층을 포함한다.
또한, 실시예에 따라 공기 가열 히터는 저항 가열 방식 코일 히터이다.
또한, 실시예에 따라 공기 가열 히터는 메쉬 형태의 열선으로 이루어진다.
또한, 실시예에 따라 공기 가열 히터는 기류 통로와 연통하는 복수의 블레이드를 갖는 고정 부재와, 고정 부재의 상단에 설치되며 열선이 감겨진 봉침 형상을 포함한다.
또한, 실시예에 따라 서셉터를 가열하는 히터는 서셉터와 소정 거리 이격되어 서셉터를 감싸게 설치되는 인덕션 코일을 포함하는 유도 가열 방식 히터이다.
본 발명의 실시예에 따르면 공기 가열 히터를 포함하고 가열된 공기를 에어로졸 매질에 형성된 중공을 통해 침투시켜 가열된 공기와 에어로졸 매질의 접촉 면적을 넓혀서 가열 효율을 높힐 수 있고, 에어로졸 발생량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생장치의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 2는 종래 기술에 따른 에어로졸 발생장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 궐련의 개략 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 공기 가열 히터의 일 예를 보여주는 개략적인 사시도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 궐련의 개략 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 개념적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치(100)는 필터 로드(111)와, 필터 로드(111)의 하단에 적층되며 상하 방향으로 중공(112a)이 형성된 냉각 튜브 로드(112)와, 냉각 튜브 로드(112)의 하단에 적층되며, 하단에서 상부로 소정 높이의 중공(113b)이 형성된 에어로졸 매질(113a)을 수용하는 에어로졸 매질 로드(113)와, 필터 로드(111)와 냉각 튜브 로드(112) 및 에어로졸 매질 로드(113)를 둘러 감싸서 적층 구조를 유지시키는 랩핑부(114, 115, 116)를 포함하는 궐련(110)을 포함한다. 또한, 궐련(110)이 삽입되는 파이프 형태의 서셉터(120)와, 서셉터(120)를 가열하는 히터(130)와, 서셉터(120)의 하부와 연통하는 챔버(140)와, 챔버(140) 내에 설치되는 공기 가열 히터(150)와, 챔버(140)와 연통하는 기류 통로(160)와, 히터(130)와 공기 가열 히터(150)에 각각 전력을 공급하는 배터리(170)와, 배터리(170)로부터 히터(130)와 공기 가열 히터(150)에 각각 전력을 공급하도록 제어하는 마이크로컨트롤러(180)를 포함한다.
도 3을 참조하면 필터 로드(111)는 마우스피스 역할을 하는 필터로, 에어로졸은 통과하고 액 유입은 막아주는 역할을 한다. 또한, 냉각 튜브 로드(112)는 상하 방향으로 연장되는 중공(112a)이 내부에 형성되어, 에어로졸의 이동 통로를 제공한다. 실시예에 따라 에어로졸 매질(113a)은 각초와 경화제를 혼합하여 성형되어 이루어진다. 각초가 채워진 에어로졸 매질(113a)의 중심 부분은 외부로부터 열전달을 충분히 받기 어려우므로, 본 발명의 실시예에서는 에어로졸 매질(113a)의 중심 부분의 각초를 제거하고 중공(113b)을 형성하여 열전달을 원활하게 하였다. 예를 들어 에어로졸 매질(113a)은 경화제가 도포된 각초를 원기둥 형태의 강체를 통과시켜 중공(113b) 형태를 형성한 후 냉각 또는 가열을 통해 경화제를 활성화시켜 그 형태를 유지하는 방법으로 성형할 수 있다. 경화제는 각초의 경도를 높혀 성형시 각초의 형태를 유지하는 역할을 하며, 실시예에 따라 경화제는 트리아세틴, 카리기나, 젤란검, 한천 중 적어도 하나를 포함한다. 경화제는 각초 대비 0.01%~3% 범위에서 각초와 혼합될 수 있다.
실시예에 따라 에어로졸 매질(113a)에 형성된 중공(113b)의 지름은 에어로졸 매질(113a)의 지름의 10%~70% 범위에서 설계될 수 있고, 중공(113b)의 높이는 에어로졸 매질(113a)의 높이의 20%~100% 범위에서 설계될 수 있다.
도 4와 도 5를 참조하면, 궐련(110)이 파이프 형태의 서셉터(120)에 삽입되고, 마이크로컨트롤러(180)의 제어에 의해 배터리(170)로부터 히터(130)에 전력이 공급되면, 히터(130)에 의해 서셉터(120)가 가열되고, 서셉터(120)에 삽입된 궐련(110)이 가열된다. 또한, 마이크로컨트롤러(180)의 제어에 의해 배터리(170)로부터 공기 가열 히터(150)에 전력이 공급되어 사용자의 흡입 과정에서 기류 통로(160)를 통해 유입된 공기가 공기 가열 히터(150)에 의해 가열되고, 상방향으로 이동하여 가열된 공기가 중공(113b)을 통해 침투하여 에어로졸 매질(113a)과 접촉하여 에어로졸 매질(113a)을 가열한다. 따라서, 서셉터(120)를 가열하는 히터(130)와 외부로부터 유입된 공기를 가열하는 공기 가열 히터(150)에 의해 궐련(110)의 내외부가 골고루 가열될 수 있다.
실시예에 따라 서셉터(120)를 가열하는 히터(130)는 서셉터(120)를 감싸게 설치되는 금속 패턴과, 금속 패턴의 외측면에 적층되는 고분자 절연층을 포함하여 고분자 절연층에 의해 히터(130)에서 외부로 누설되는 열의 양을 감소시킬 수 있다. 실시예에 따라 금속 패턴은 구리나 콘스탄탄으로 이루어질 수 있다.
실시예에 따라 공기 가열 히터(150)는 저항 가열 방식 코일 히터이다. 또한, 실시예에 따라 공기 가열 히터(150)는 메쉬 형태의 열선으로 이루어져서, 공기가 메쉬 형태의 열선을 통과하면서 가열될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치에서 공기 가열 히터의 일 예를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6을 참조하면, 실시예에 따라 공기 가열 히터(150)는 상기 기류 통로(160)와 연통하는 복수의 블레이드(151a)를 갖는 고정 부재(151)와, 고정 부재(151)의 상단에 설치되며 열선(152)이 감겨진 봉침 형상(153)을 포함한다. 복수의 블레이드(151a)를 갖는 고정 부재(151)에서 블레이드(151a)와 블레이드(151a) 사이로 공기가 이송되어 열선(152)이 감겨진 봉침 형상(153)으로 안내된다. 또한, 복수의 블레이드(151a)를 갖는 고정 부재(151)는 열선(152)이 감겨진 봉침 형상(153)을 지지 고정하는 역할을 한다. 실시예에 따라 공기 가열 히터(150)에 포함되는 봉침 형상(153)은 SUS, 세라믹, 칸탈, SECC 중 적어도 하나를 포함하여 이루어진다. 또한, 실시예에 따라 공기 가열 히터(150)에 포함되는 복수의 블레이드(151a)를 갖는 고정 부재(151)는 내열성이 우수한 PEEK 소재로 이루어진다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어로졸 발생장치를 설명하기 위한 블럭도이다. 도 7을 참조하면 실시예에 따라 상술한 서셉터(120)를 가열하는 히터(130)는 서셉터(120)와 소정 거리 이격되어 서셉터(120)를 감싸게 설치되는 인덕션 코일(131)을 포함하는 유도 가열 방식 히터이다. 서셉터(120)는 자기장에 의해 와류(eddy current)를 발생시켜 열에너지를 방출하는 물질로 이루어지며, 인덕션 코일(131)에 교류 전류가 흐르면 교번 자기장에 의해 서셉터(120)가 유도 가열된다. 예를 들어 히터(130)는 전원승압회로(133)와 인덕션 로직(132) 및 인덕션 코일(131)을 포함하며, 마이크로컨트롤러(180)는 전원승압회로(133)를 제어하여 배터리(170)로부터 공급된 직류 전압을 전원승압회로(133)가 유도 가열을 위해 증폭시켜서 인덕션 로직(132)으로 직류 전류를 공급한다. 전원승압회로(133)는 유도 가열을 위한 전원으로서 배터리(170)를 사용했을 때 서셉터(120)를 유도 가열하기 위해 안정적인 전원 공급을 위해 적용된다. 마이크로컨트롤러(180)는 또한 인덕션 로직(132)에 PWM 신호를 입력한다. 인덕션 로직(132)은 마이크로컨트롤러(180)에서 입력하는 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하면서 전원승압회로(133)로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하고 인덕션 코일(131)에 공급해서 인덕션 코일(131)에서 교번 자기장이 발생하고, 인덕션 코일(131)에서 발생한 교번 자기장에 의해 서셉터(120)가 유도 가열된다.
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 (8)

  1. 필터 로드와;
    상기 필터 로드의 하단에 적층되며 상하 방향으로 중공이 형성된 냉각 튜브 로드와;
    상기 냉각 튜브 로드의 하단에 적층되며, 하단에서 상부로 소정 높이의 중공이 형성된 에어로졸 매질을 수용하는 에어로졸 매질 로드와;
    상기 필터 로드와 상기 냉각 튜브 로드 및 상기 에어로졸 매질 로드를 둘러 감싸서 적층 구조를 유지시키는 랩핑부;를 포함하는 궐련과;
    상기 궐련이 삽입되는 파이프 형태의 서셉터와;
    상기 서셉터를 가열하는 히터와;
    상기 서셉터의 하부와 연통하는 챔버와;
    상기 챔버 내에 설치되는 공기 가열 히터와;
    상기 챔버와 연통하는 기류 통로와;
    상기 히터와 상기 공기 가열 히터에 각각 전력을 공급하는 배터리와;
    상기 배터리로부터 상기 히터와 상기 공기 가열 히터에 각각 전력을 공급하도록 제어하는 마이크로컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    에어로졸 매질은 각초와 경화제를 혼합하여 성형되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    경화제는 트리아세틴, 카리기나, 젤란검, 한천 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    서셉터를 가열하는 히터는 서셉터를 감싸게 설치되는 금속 패턴과, 금속 패턴의 외측면에 적층되는 고분자 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    공기 가열 히터는 저항 가열 방식 코일 히터인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    공기 가열 히터는 메쉬 형태의 열선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    공기 가열 히터는 기류 통로와 연통하는 복수의 블레이드를 갖는 고정 부재와, 고정 부재의 상단에 설치되며 열선이 감겨진 봉침 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    서셉터를 가열하는 히터는 서셉터와 소정 거리 이격되어 서셉터를 감싸게 설치되는 인덕션 코일을 포함하는 유도 가열 방식 히터인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치.
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