KR20240069196A - 코일을 포함하는 침입형 히터와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

Abstract

실시예들은 코일을 포함하는 침입형 히터와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유도 가열 코일을 내장하여 구조가 단순하고 컴팩트하며, 조립을 요하지 않는 침입형 히터와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 궐련형 기재를 가열하여 에어로졸을 생성하기 위한, 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터에 있어서, 궐련형 기재의 일측으로 침입하며 삽입되기 위한 가열체, 가열체 내측에 형성되는 전자기 유도 코일 및 가열체와 전자기 유도 코일 사이에 형성되는 절연체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

코일을 포함하는 침입형 히터와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치{INTRUSIVE HEATER INCLUDING COIL AND AEROSOL GENERATING DEVICE INCLUDING SAME}

실시예들은 코일을 포함하는 침입형 히터와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유도 가열 코일을 내장하여 구조가 단순하고 컴팩트하며, 조립을 요하지 않는 침입형 히터와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.

에어로졸은 대기 중에 부유상태로 존재하는 액체 또는 고체의 작은 입자로 보통 0.001 ~ 1.0 ㎛의 크기를 갖는다. 특히 여러 종류의 궐련형 에어로졸 발생 물품으로부터 유래하는 에어로졸을 사람이 흡입하는 경우가 있다. 예를 들어 궐련형 통상의 담배를 선호하는 수요자들의 요구에 따라, 통상의 담배의 필터부와, 궐련부의 모양을 갖는 전자 담배도 제안되고 있는데, 이 전자 담배는 궐련부에 포함된 흡입물질을 전자히터로 기화시키면 통상의 담배와 동등한 구성을 갖는 필터부를 통해 사용자가 흡입하는 구성을 갖는다. 도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생 장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 에어로졸 발생 장치(100)에는 궐련형 에어로졸 발생 물품(10)이 삽입되는 공동(20)이 구비되며, 에어로졸 발생 장치(100)에 삽입된 궐련형 에어로졸 발생 물품(10)을 가열하여 에어로졸을 발생시키기 위해 예를 들어 공동(20) 외주에는 파이프 형태의 히터(30)가 구비된다. 또한, 에어로졸 발생 장치(100)에는 히터(30)에 전력을 공급하기 위한 배터리(40)와, 이 배터리(40)로부터 히터(30)에 공급되는 전력을 제어하도록 구성된 제어부(50)를 포함한다. 상술한 종래 기술에서는 제어부(50)의 제어에 의해 배터리(40)로부터 히터(30)에 전력을 공급하여 히터(30)에서 발생하는 열에 의해 궐련형 에어로졸 발생 물품(10)이 가열되어 궐련형 에어로졸 발생 물품(10) 내의 에어로졸 발생 기질로부터 에어로졸이 발생한다.

히터(30)는 에어로졸 발생 장치에 있어서 사용자 경험과 직결되는 핵심 요소로서, 히터(30)의 열효율과 전력효율을 개선하기 위한 다양한 시도가 있었다. 또한 에어로졸 발생 장치는 휴대성이 중요한 장치로서 그 크기를 줄이면서도 장시간의 사용에는 지장이 없어야 한다. 따라서 컴팩트한 구조와 함께 고효율의 저전력 설계가 특히 요구된다.

대한민국 등록공보 제10-2381044호에는 종래 기술로서, 유도가열히터를 갖는 미세입자발생장치에 대하여 개시되어 있다. 다수 회 권선된 여자 코일과, 그 내측의 서셉터를 구비하여, 여자 코일로 전류가 공급되며 서셉터가 유도 가열되는 방식으로 에어로졸 발생 물품(10)을 가열하여 에어로졸을 발생시키고 있다. 유도 가열은 널리 사용되는 히팅 방식 중의 하나로서 상기와 같은 전자기 유도 코일과 그 내측의 서셉터는 전자기 유도 가열을 실현시키기 위한 필수 구성 요소이다. 그러나 전자기 유도 코일은 두께가 상당하여 코일의 권선과 그 주변 간격부의 구성은 에어로졸 발생 장치의 부피 증가에 큰 영향을 미친다.

상기의 종래 기술의 문제점에서 착안한 본 발명의 실시예들은, 전자기 유도 코일을 발열체 속에 형성하여 유도 가열 히터의 부피를 줄일 수 있는 침입형 히터와 이를 포함하는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 궐련형 기재를 가열하여 에어로졸을 생성하기 위한, 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터에 있어서, 궐련형 기재의 일측으로 침입하며 삽입되기 위한 가열체, 가열체 내측에 형성되는 전자기 유도 코일 및 가열체와 전자기 유도 코일 사이에 형성되는 절연체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 가열체는 블레이드형이고, 전자기 유도 코일은 팬(pan)형인 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 가열체는 봉형이고, 전자기 유도 코일은 스프링형인 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 가열체는 내부에 중공부를 포함하고, 전자기 유도 코일은 상기 중공부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 가열체는 궐련형 기재로 침입하는 침입부와, 그 하단에서 침입부를 지지하는 지지부를 포함하고, 침입부와 지지부는 한 몸으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 절연체는 전자기 유도 코일에 코팅된 절연막인 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 절연체는 전자기 유도 코일을 감싸는 봉투 형태의 절연막인 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 절연체는 전자기 유도 코일을 감싸며 중공부를 충진하는 충진재인 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 가열체는 궐련형 기재로 침입하는 침입부를 포함하고 침입부의 최장 너비는 삽입될 궐련형 기재의 지름보다 작은 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 가열체는 비투자율이 100 이상인 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 전자기 유도 코일의 심선의 두께는 가열체의 두께의 1/2 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터는, 전자기 유도 코일은 PCB, 금속 와이어, 인쇄된 금속 패턴 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 일 실시예의 에어로졸 발생 장치는 상기 어느 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

실시예들에 따르면, 전자기 유도 코일을 발열체의 내측에 배치하여, 에어로졸 발생 장치 내부에서 차지하는 공간을 축소하여, 에어로졸 발생 장치의 부피를 줄이고 내부 설계 자유도를 높일 수 있다.

또한 실시예들에 따르면, 발열체의 부피가 감소하여 열 발생과 열 전달 효율이 향상되어 에너지 효율이 증가한다.

도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생 장치의 일 예를 설명하기 위한 내부 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)의 전면 단면도(a)와 측면 단면도(b),
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)의 전면 단면도(a)와 측면 단면도(b),
도 4의 (a)는 실험을 위해 제작된 본 발명의 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)와 그에 의해 가열된 궐련형 기재(10)를 나타낸 사진 도면, 도 4의 (b)는 동 실험에서의 침입형 히터(200)의 온도 변화 그래프,
도 5는 본 발명의 어느 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)를 포함하는 에어로졸 발생 장치(100)의 기능적 구성요소를 따로 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명의 어느 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)를 포함하는 에어로졸 발생 장치(100)의 구조적 구성요소를 따로 도시한 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)의 전면 단면도(a)와 측면 단면도(b)를 도시한 것이다. 본 실시예에서 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)는 에어로졸 형성 기재를 포함하는 궐련형 기재의 일측으로 침입하며 삽입되기 위한 블레이드형의 가열체(210)와 가열체(210) 내측에 형성되는 팬(pan)형의 전자기 유도 코일(300)과, 가열체(210)와 전자기 유도 코일(300) 사이에 형성되는 절연체(400)를 포함한다.

에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)는 에어로졸 발생 장치에 포함되어, 추후에 설명할 제어부에 의해 전자기 유도 코일(300)에 교류가 공급되면 전자기 유도 현상에 의해 가열체(210)에 유도기전력이 발생하고, 이것의 와전류 손실에 의하여 가열체(210)가 유도 가열될 수 있다. 가열체(210)가 유도 가열되면 에어로졸 발생 장치의 사용 시 가열체(210)가 침투하며 삽입될 수 있는 궐련형의 에어로졸 형성 기재(궐련형 기재)가 가열되며, 이에 따라 에어로졸이 발생할 수 있다.

본 실시예에서 가열체(210)는 궐련형 기재로의 침입이 용이하도록 상단부가 예리하게 가공된 블레이드 형상이며, 상하로 길게 연장한다. 실시예에 따라 가열체(210)의 하단으로, 한 몸으로 제조될 수 있는 지지부(220)가 형성된다. 이 경우 지지부(220)가 에어로졸 발생 장치의 일측에 고정되는 것으로 가열체(210)가 단단히 고정될 수 있다. 가열체(210)의 재질은 종래의 전자기 유도 가열의 서셉터로 사용되던 다양한 재질 중에서 선택될 수 있다. 바람직하게 가열체(210)는 비투자율이 100 이상인 재질로 형성된다.

가열체(210)는 궐련형 기재를 침입하며 그 내측으로 삽입되어 궐련형 기재의 적어도 일측을 가열한다. 따라서 가열체(210) 중 특히 궐련형 기재로 침입하는 부분의 최장 너비는 삽입될 궐련형 기재의 지름보다는 작은 것이 바람직하다.

실시예에 따라 가열체(210)는 그 내부가 텅빈 중공부를 포함할 수 있으며, 예를 들어 전자기 유도 코일(300)이 그 중공부로 삽입될 수 있다. 전자기 유도 코일(300)은 구리와 같은 전도체 재질로 형성될 수 있으며, 역시 그 재질은 종래 기술에 따를 수 있다. 전자기 유도 코일(300)은 전도체 재질의 심선(금속 와이어)이 전자기 유도를 일으킬 수 있는 소정의 형상으로 절곡 내지 권선되는 것으로 형성될 수 있다. 전자기 유도 코일(300)이 소정의 형상으로 가열체(210)의 내측에 포함되기 위하여, 심선의 두께는 가열체(210) 두께의 1/2 이하인 것이 바람직하다.

블레이드 형상의 가열체(210)에 있어서, 바람직하게 전자기 유도 코일(300)은 팬(pan)형 코일이다. 예를 들어 팬형 코일은, 평면에 가까울 정도로 낮은 높이로 권선되는 형태라고 해석될 수 있다. 도 2의 실시예에서 전자기 유도 코일(300)은 팬형으로서 가열체(210)의 내부에 형성되었으며, 가열체(210) 밖으로 연장되는 연결부(310)에 의해 전력을 공급받아 전자기 유도를 일으켜, 가열체(210)를 가열한다.

본 실시예에서 절연체(400)는 가열체(210)의 내부 중공부에서, 가열체(210)와 전자기 유도 코일(300) 사이의 공간을 충진하는 충진재의 형태로 제공된다. 예를 들어 절연체(400)는 절연 재질로, 제조되는 과정에서 전자기 유도 코일(300)이 미리 인서트되어 제조될 수 있다. 전자기 유도 코일(300)이 인서트되어 제조된 절연체(400)를 가열체(210)의 중공부에 결합하는 것으로 도 2의 예시와 같은 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)를 제조할 수 있다.

절연체(400)는 가열체(210)와 전자기 유도 코일(300) 사이의 절연 수단으로서, 다른 형태로 제공될 수도 있다. 예를 들어 절연체(400)는 전자기 유도 코일(300)에 코팅 내지 피복되는 절연막의 형태로 제공될 수 있다. 또는 절연체(400)는 전자기 유도 코일(300)을 감싸도록 형성되는 봉투 형태의 절연막일 수 있다. 절연체(400)는 내열성과 열전도성이 높으며 동시에 절연성도 높은 재질로 형성될 필요가 있다. 예를 들어 절연체(400)는 폴리이미드 재질로 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)의 전면 단면도(a)와 측면 단면도(b)를 도시한 것이다. 본 실시예는 도 2의 실시예와 비교하여, 봉형의 가열체(210) 및 스프링형의 전자기 유도 코일(300)을 포함한다는 점을 달리한다. 또한 본 실시예에서 절연체(400)는 전자기 유도 코일(300)의 심선(금속 와이어)을 피복하는 절연막이다.

본 실시예에서 가열체(210)는 봉형이며, 그 단면은 원형이거나 다각형일 수 있다. 역시 가열체(210)의 상단은 침입이 용이하도록 예리하게 가공될 수 있다.

전자기 유도 코일(300)은 도 2와 도 3의 예시 외에도, 전자기 유도를 발생시킬 수 있는 이미 알려진 형상으로 절곡되거나 권선될 수 있다. 예를 들어, 전자기 유도 코일(300)은 채널 형상, C 형상, U 형상, 나선 형상 등으로 심선을 절곡하여 형성할 수 있다. 또한 실시예에 따라 전자기 유도 코일(300)은 금속 와이어나 PCB, 인쇄된 금속 패턴의 형태로 형성될 수 있으며, 특별한 제한을 갖지는 않는다.

도 4의 (a)는 실험을 위해 제작된 본 발명의 일 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)와 그에 의해 가열된 궐련형 기재(10)를 나타낸 사진 도면이며, 도 4의 (b)는 동 실험에서의 침입형 히터(200)의 온도 변화 그래프이다. 내부 중공을 구비한 금속의 가열체(210)는 16 mm 길이와 6 mm 너비로 제작되었으며, 전자기 유도 코일(300)은 봉투형의 절연막(400)에 쌓여 상기 내부 중공에 삽입되었다. 이를 궐련형 기재(10)의 하단으로 삽입하고, 연결부(310)를 통하여 교류를 공급하여 가열하여, 궐련형 기재(10)의 삽입 부위에 탄화부(B)를 성공적으로 형성하였다. 또한 전자기 유도 가열을 통하여 도 4의 (b)와 같이 침입형 히터(200)의 온도를 에어로졸 생성에 필요한 온도까지 상승시킬 수 있었다.

도 5는 본 발명의 어느 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)를 포함하는 에어로졸 발생 장치(100)의 기능적 구성요소를 따로 도시한 블럭도이다. 침입형 히터(200)의 전자기 유도 코일(300)은 예를 들어 가열체(210) 외측으로 연장되는 연결부(310)를 통하여 제어부(500)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(500)는 PWM 제어 등의 방식으로 배터리(600)로부터 전자기 유도 코일(300)로 인가되는 전력을 제어하는 것으로 전자기 유도 코일(300)의 발열을 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 어느 실시예의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)를 포함하는 에어로졸 발생 장치(100)의 구조적 구성요소를 따로 도시한 단면도이다. 도 6의 (a)에서 블레이드형 침입형 히터(200)를 포함하며, 도 6의 (b)에서 봉형 침입형 히터(200)를 포함한다.

본 실시예에서 에어로졸 발생 장치(100)는 케이스(110)와 궐련 수용부(120)와, 궐련 수용부(120) 내측의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)를 포함할 수 있다. 궐련 수용부(120)는 수용될 궐련형 기재(10)를 수용하여 고정하는 역할을 하며, 특히 그 내측에 침입형 히터(200)를 포함하여, 궐련형 기재(10)의 삽입 시 침입형 히터(200)의 특히 가열체(210)가 궐련형 기재(10)에 침입하며 삽입될 수 있다.

특히 지지부(220)가 케이스(110)의 일측에 고정되는 것으로 침입형 히터(200)가 견고하게 고정될 수 있다. 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터(200)의 전자기 유도 코일(300)은 연결부(310)를 통하여, 종래 기술로서 본 도면에서는 도시를 생략한 제어부(500)와 배터리(600)와 전기적으로 연결되어 전력을 공급받을 수 있다.

도 6에서 확인할 수 있듯이, 전자기 유도 가열의 원리를 이용함에도 불구하고 침입형 히터(200)는 그를 둘러싸는 추가적인 전자기 유도 코일을 요구하지 않으며, 그 내측에 형성된 전자기 유도 코일로 발열할 수 있어 에어로졸 발생 장치(100)의 조립이 간편해지며, 내부 공간의 설계 제약이 감소한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 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: 에어로졸 발생 장치 200: 침입형 히터
210: 가열체 220: 지지부
300: 전자기 유도 코일 310: 연결부
400: 절연체

Claims (13)

1. 궐련형 기재를 가열하여 에어로졸을 생성하기 위한, 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터에 있어서,
   궐련형 기재의 일측으로 침입하며 삽입되기 위한 가열체;
   가열체 내측에 형성되는 전자기 유도 코일; 및
   가열체와 전자기 유도 코일 사이에 형성되는 절연체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
2. 제1항에 있어서,
   가열체는 블레이드형이고,
   전자기 유도 코일은 팬(pan)형인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
3. 제1항에 있어서,
   가열체는 봉형이고,
   전자기 유도 코일은 스프링형인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
4. 제1항에 있어서,
   가열체는 내부에 중공부를 포함하고,
   전자기 유도 코일은 상기 중공부에 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
5. 제1항에 있어서,
   가열체는 궐련형 기재로 침입하는 침입부와, 그 하단에서 침입부를 지지하는 지지부를 포함하고, 침입부와 지지부는 한 몸으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
6. 제1항에 있어서,
   절연체는 전자기 유도 코일에 코팅된 절연막인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
7. 제1항에 있어서,
   절연체는 전자기 유도 코일을 감싸는 봉투 형태의 절연막인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
8. 제4항에 있어서,
   절연체는 전자기 유도 코일을 감싸며 중공부를 충진하는 충진재인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
9. 제1항에 있어서,
   가열체는 궐련형 기재로 침입하는 침입부를 포함하고 침입부의 최장 너비는 삽입될 궐련형 기재의 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
10. 제1항에 있어서,
    가열체는 비투자율이 100 이상인 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
11. 제2항에 있어서,
    전자기 유도 코일의 심선의 두께는 가열체의 두께의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
12. 제1항에 있어서,
    전자기 유도 코일은 PCB, 금속 와이어, 인쇄된 금속 패턴 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 에어로졸 발생 장치용 침입형 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 장치.