KR102544200B1

KR102544200B1 - 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치

Info

Publication number: KR102544200B1
Application number: KR1020210062748A
Authority: KR
Inventors: 이재민; 이형석; 안휘경; 주성호; 박상규
Original assignee: 주식회사 케이티앤지
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2023-06-16
Also published as: KR20220032462A

Abstract

에어로졸 생성 물품을 수용하고 가열하기 위한 히터 조립체는 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 수용 공간, 수용 공간의 적어도 일부를 둘러싸고 유도 자기장을 발생하는 코일 및 수용 공간 내부에 배치되고 코일에서 발생된 유도 자기장에 의해 열을 생성하는 서셉터(susceptor)를 포함하고, 에어로졸 생성 물품이 히터 조립체에 완전히 삽입된 상태에서 서셉터의 단부는 담배 로드 및 필터 로드의 경계로부터 기 설정된 거리만큼 이격된다.

Description

히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치{HEATER ASSEMBLY AND AEROSOL GENERATING DEVICE INCLUDING THE SAME}

실시예들은 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가열 구간의 초반에 주류연의 온도를 감소시킬 수 있는 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다.

근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 또는 액체 저장부 내의 에어로졸 생성물질이 가열됨에 따라 에어로졸을 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다.

에어로졸 생성 장치에 수용되는 궐련의 내부 또는 외부에 전기 저항체로 형성되는 히터를 배치하고, 히터에 전력을 공급하여 궐련을 가열하는 방식과는 상이한 가열 방식들이 제안되고 있다. 특히, 유도 가열 방식으로 궐련을 가열하는 방식에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이러한 유도 가열 방식은 담배 로드를 균일하게 가열하므로, 전기 저장성 가열 방식과는 상이한 가열부 배치에 대한 연구가 필요하다.

실시예들을 통해 해결하고자 하는 과제는 유도 가열부에 의해 생성된 담배 로드 내의 기류 홀을 고려하여 유도 가열부를 설계함으로써 가열 구간의 초반에 주류연의 온도를 저감할 수 있고, 가열 구간의 전체에서 균일한 끽미 경험이 가능한 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 제공하는 데에 있다.

실시예들을 통해 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예에 관한 담배 로드 및 필터 로드를 포함하는 에어로졸 생성 물품을 수용하고 가열하기 위한 히터 조립체는 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 수용 공간, 수용 공간의 적어도 일부를 둘러싸고 유도 자기장을 발생하는 코일 및 수용 공간 내부에 배치되고 코일에서 발생된 유도 자기장에 의해 열을 생성하는 서셉터(susceptor)를 포함하고, 에어로졸 생성 물품이 히터 조립체에 완전히 삽입된 상태에서 서셉터의 단부는 담배 로드 및 필터 로드의 경계로부터 기 설정된 거리만큼 이격된다.

다른 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치는 히터 조립체, 히터 조립체에 전력을 공급하는 전원부 및 상기 히터 조립체에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함한다.

과제의 해결 수단은 상술한 바에 제한되지 않으며, 본 명세서 전체에서 통상의 기술자에 의해 유추될 수 있는 사항들을 모두 포함할 수 있다.

실시예들에 관한 히터 조립체 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 의하면, 가열 구간의 초반에 주류연의 온도를 저감할 수 있고, 가열 구간의 전체에서 균일한 끽미감을 제공할 수 있다.

실시예들의 효과는 상술한 바에 한정되지 않으며, 후술하는 구성으로부터 유추 가능한 효과를 모두 포함할 수 있다.

도 1은 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 에어로졸 생성 물품의 예를 도시한 도면들이다.
도 3은 일 실시예에 관한 히터 조립체 및 히터 조립체에 삽입되는 에어로졸 생성 물품의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 시간의 흐름에 따른 서셉터 주위의 담배 로드의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 에어로졸 생성 물품 내에서 서셉터의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 관한 히터 조립체의 서셉터의 배치에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 서셉터와 단열부의 단면도 및 서셉터와 단열부의 온도 분포를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 11은 또 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 서셉터와 단열부의 단면도 및 서셉터와 단열부의 온도 분포를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 12는 또 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 서셉터와 단열부의 단면도 및 서셉터와 단열부의 온도 분포를 예시적으로 나타낸 그래프이다.

실시예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "-부", "-모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "적어도 어느 하나의"와 같은 표현이 배열된 구성요소들 앞에 있을 때, 배열된 각각의 구성이 아닌 전체 구성 요소들을 수식한다. 예를 들어, "a, b, 및 c 중 적어도 어느 하나"라는 표현은 a, b, c, 또는 a와 b, a와 c, b와 c, 또는 a와 b와 c를 포함하는 것으로 해석하여야 한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 유도 가열 방식의 에어로졸 생성 장치를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 서셉터(110), 수용 공간(120), 코일(130), 전원부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 도 1에 도시되는 요소들 외에 다른 범용적인 요소들이 에어로졸 생성 장치(100)에 더 포함될 수 있다.

에어로졸 생성 장치(100)는 유도 가열(induction heating) 방식으로 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 에어로졸 생성 물품(도 2의 200)을 가열함으로써 에어로졸을 생성할 수 있다. 유도 가열 방식은 외부 자기장에 의해 발열하는 자성체에 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장(alternating magnetic field)을 인가하여 자성체로부터 열을 생성하는 방식을 의미할 수 있다.

자성체에 교번 자기장이 인가되는 경우, 자성체에는 와류손(eddy current loss) 및 히스테리시스손(hysteresis loss)에 따른 에너지 손실이 발생할 수 있고, 손실되는 에너지가 열에너지로서 자성체로부터 방출될 수 있다. 자성체에 인가되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 클수록 자성체로부터 많은 열에너지가 방출될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)는 자성체에 교번 자기장을 인가함으로써 자성체로부터 열에너지를 방출시킬 수 있고, 자성체로부터 방출되는 열에너지를 에어로졸 생성 물품(200)에 전달할 수 있다.

외부 자기장에 의해 발열하는 자성체는 서셉터(susceptor)일 수 있다. 서셉터(110)는 조각, 박편 또는 스트립 등의 형상으로 에어로졸 생성 물품 내부에 포함되는 대신, 에어로졸 생성 장치(100)에 배치될 수 있다.

서셉터(110)는 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 서셉터(110)는 페라이트(ferrite), 강자성 합금(ferromagnetic alloy), 스테인리스강(stainless steel) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 서셉터(110)는 흑연(graphite), 몰리브덴(molybdenum), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 니오븀(niobium), 니켈 합금(nickel alloy), 금속 필름(metal film), 지르코니아(zirconia) 등과 같은 세라믹, 니켈(Ni)이나 코발트(Co) 등과 같은 전이 금속, 붕소(B)나 인(P)과 같은 준금속 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.

에어로졸 생성 장치(100)는 에어로졸 생성 물품(200)을 수용하기 위한 수용 공간(120)을 포함할 수 있다. 수용 공간(120)은 에어로졸 생성 물품(200)을 에어로졸 생성 장치(100)에 수용하기 위해 수용 공간(120)의 외측에서 개방되는 개구를 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 물품(200)은 수용 공간(120)의 개구를 통해 수용 공간(120)의 외측에서 수용 공간(120)의 내측을 향하는 방향으로 에어로졸 생성 장치(100)에 수용될 수 있다.

수용 공간(120)의 내측 단부에는 서셉터(110)가 배치될 수 있다. 서셉터(110)는 수용 공간(120)의 내측 단부에 형성되는 바닥면에 부착될 수 있다. 에어로졸 생성 물품(200)은 서셉터(110)의 상단부로부터 서셉터(110)에 삽입되며 수용 공간(120)의 바닥면까지 수용될 수 있다.

에어로졸 생성 장치(100)는 서셉터(110)에 교번 자기장을 인가하는 코일(130)을 포함할 수 있다. 코일(130)은 수용 공간(120)의 측면을 따라 권선될 수 있고, 서셉터(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 코일(130)은 전원부(140)로부터 전력을 공급받을 수 있다.

코일(130)에 전력이 공급되는 경우 코일(130) 내부에 자기장이 형성될 수 있다. 코일(130)에 전원부(140)로부터 교류 전류가 인가되는 경우 코일(130)의 내부에 형성되는 자기장은 주기적으로 방향이 변할 수 있다. 서셉터(110)가 코일(130)의 내부에 형성되어 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장에 노출되는 경우 서셉터(110)가 발열하여 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 에어로졸 생성 물품(200)이 가열될 수 있다.

코일(130)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 변하는 경우 에어로졸 생성 물품(200)을 가열하는 서셉터(110)의 온도 또한 변할 수 있다. 제어부(150)는 코일(130)에 공급되는 전력을 제어하여 코일(130)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수를 조정할 수 있고, 그에 따라 서셉터(110)의 온도가 제어될 수 있다.

하나의 예시로서, 코일(130)은 솔레노이드(solenoid)로 구현될 수 있다. 코일(130)은 수용 공간(120)의 측면을 따라 권선되는 솔레노이드일 수 있고, 솔레노이드의 내부 공간에 에어로졸 생성 물품(200)이 수용될 수 있다. 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질은 구리(Cu)일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 낮은 비저항값을 가져 높은 전류가 흐르도록 하는 재질로서 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 아연(Zn) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나, 또는 적어도 하나를 포함하는 합금이 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질이 될 수 있다.

도 2는 에어로졸 생성 물품의 예를 도시한 도면들이다.

도면을 참조하면, 에어로졸 생성 물품(200)은 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)를 포함할 수 있다. 도 2에는 필터 로드(220)가 단일 영역으로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필터 로드(220)는 복수의 세그먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)는 에어로졸을 냉각하는 제1 세그먼트 및 에어로졸에 포함되는 특정 성분을 여과하는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필터 로드(220)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트가 더 포함될 수도 있다.

에어로졸 생성 물품(200)은 적어도 하나의 래퍼(240)에 의해 포장될 수 있다. 래퍼(240)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 공기가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로, 에어로졸 생성 물품(200)은 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로, 에어로졸 생성 물품(200)은 둘 이상의 래퍼들(240)에 의해 중첩적으로 포장될 수도 있다. 구체적으로, 제1 래퍼에 의하여 담배 로드(210)가 포장되고, 제2 래퍼에 의해 필터 로드(220)가 포장될 수 있다. 래퍼들 각각에 의해 포장되는 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)가 결합되고, 제3 래퍼에 의하여 에어로졸 생성 물품(200) 전체가 재포장될 수 있다.

담배 로드(210)는 에어로졸 생성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 생성 물질은 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 담배 로드(210)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 담배 로드(210)에는 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이 담배 로드(210)에 분사되어 첨가될 수 있다.

담배 로드(210)는 다양한 방식으로 제작될 수 있다. 예를 들면, 담배 로드(210)는 시트(sheet)로 제작될 수 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또는, 담배 로드(210)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다.

담배 로드(210)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들면, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 담배 로드(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(210)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드(210)에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 담배 로드(210)로부터 생성되는 에어로졸의 풍미가 향상될 수 있다.

필터 로드(220)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 필터 로드(220)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)는 원통형 로드일 수 있고, 내부에 중공(hollow)을 포함하는 튜브형 로드일 수 있다. 또는, 필터 로드(220)는 내부에 공동(cavity)을 포함하는 리세스(recess) 형 로드일 수도 있다. 필터 로드(220)가 복수의 세그먼트들로 구성되는 경우, 복수의 세그먼트들은 서로 다른 형상으로 제작될 수도 있다.

필터 로드(220)는 필터 로드(220)에서 향미가 발생하도록 제작될 수 있다. 예를 들면, 필터 로드(220)에 가향액이 분사될 수 있고, 가향액이 도포되는 별도의 섬유가 필터 로드(220)의 내부에 삽입될 수도 있다.

필터 로드(220)에는 적어도 하나의 캡슐(230)이 포함될 수 있다. 캡슐(230)은 향미를 발생시킬 수 있고, 에어로졸을 발생시킬 수도 있다. 예를 들면, 캡슐(230)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싸는 구조로 형성될 수 있다. 캡슐(230)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

필터 로드(220)에 에어로졸을 냉각하는 냉각 세그먼트가 포함되는 경우, 냉각 세그먼트는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질로 제조될 수 있다. 예를 들면, 냉각 세그먼트는 순수한 폴리락트산(polylactic acid)만으로 제작될 수 있다. 또는, 냉각 세그먼트는 복수의 천공들을 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 필터로 제작될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 냉각 세그먼트는 에어로졸을 냉각하는 구조 및 물질로 구성될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 관한 히터 조립체 및 히터 조립체에 삽입되는 에어로졸 생성 물품의 예를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 히터 조립체(101)는 서셉터(110), 수용 공간(120) 및 코일(130)을 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 3에 도시되는 요소들 외에 다른 범용적인 요소들이 히터 조립체(101)에 더 포함될 수 있다.

에어로졸 생성 물품(200)의 길이 방향에서의 에어로졸 생성 물품(200)의 적어도 일부분은 수용 공간(120)에 수용될 수 있다. 서셉터(110)는 수용 공간(120)에 수용되는 에어로졸 생성 물품(200)에 삽입될 수 있다. 서셉터(110)는 에어로졸 생성 물품(200)에 삽입될 수 있도록, 길이 방향으로 연장되는 구조를 가질 수 있다.

서셉터(110)는 수용 공간(120)의 내부에 배치되고 코일에서 발생된 유도 자기장에 의해 열을 생성한다. 서셉터(110)는 에어로졸 생성 물품(200)의 중심부에 삽입되도록 수용 공간(120)의 중심부에 위치할 수 있다. 도 3에서 서셉터(110)는 단일 개수인 것으로 예시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 서셉터(110)는 에어로졸 생성 물품(200)에 삽입될 수 있도록 길이 방향을 따라 연장되고, 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 서셉터(110)를 포함할 수 있다.

에어로졸 생성 물품(200)이 히터 조립체(101)에 완전히 삽입된 상태에서 서셉터(110)의 단부는 에어로졸 생성 물품(200)의 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)의 경계로부터 담배 로드(210)를 향하는 방향으로 기 설정된 거리만큼 이격될 수 있다. 에어로졸 생성 물품(200) 내에서 서셉터(110)의 배치에 대한 자세한 내용은 후술하기로 한다.

코일(130)은 수용 공간의 적어도 일부를 둘러싸고 유도 자기장을 발생할 수 있다. 코일(130)은 수용 공간(120)의 측면을 따라 권선되어 수용 공간(120)의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 수용 공간(120)의 길이 방향을 따라 연장되는 코일(130)은 수용 공간(120)의 측면에 배치될 수 있다. 코일(130)은 서셉터(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 코일(130)은 서셉터(110)에 대응되는 길이를 갖도록 길이 방향을 따라 연장될 수 있고, 서셉터(110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 시간의 흐름에 따른 서셉터 주위의 담배 로드의 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 4a를 참조하면, 에어로졸 생성 물품(200)이 삽입된 제1 시점에서는 코일(130)과 서셉터(110)가 작동하지 않아 담배 로드(410)는 아직 가열되지 않았으므로, 담배 로드(410)의 내부에는 변화가 없다.

도 4b를 참조하면, 제1 시점으로부터 제1 시간이 도과한 제2 시점에서 코일(130)에 의해 서셉터(110)가 열을 발생함으로써 담배 로드(420)는 서셉터(110)에 의해 가열될 수 있다. 특히, 서셉터(110) 주위에 배치된 각초(421)들은 가열되어 각초(421)들 각각의 중심 방향으로 수축될 수 있다. 이에 따라 서셉터(110)의 주위에 배치된 각초(421)들의 밀집도가 감소되어, 서셉터(110)의 주위로부터 에어로졸 생성 물품(200)의 외측 방향으로 담배 로드(420)의 공극률이 증가될 수 있다.

도 4c를 참조하면, 제2 시점으로부터 제2 시간이 도과한 제3 시점에서 담배 로드(430)는 서셉터(110)에 의해 본격적으로 가열된다. 특히, 제3 시점에서는 서셉터의 주위로부터 에어로졸 생성 물품(200)의 외측 방향으로 담배 로드(420)의 공극률이 증가하여, 공기의 유동이 원활한 기류 홀(431)(또는 기류 패스라 함)이 담배 로드(430)의 일단에서부터 필터 로드(220)의 경계까지 형성될 수 있다.

여기서 기류 홀(431)은 담배 로드(430)에서 유입된 공기가 담배 로드(430)를 통과하여 필터 로드(220)로 전달될 수 있도록 허용되는 공기의 흐름의 통로의 기능을 하며 서셉터의 표면으로부터 이격되게 형성되는 통로를 의미한다.

한편, 제3 시점에서 생성된 기류 홀(431)이 지나치게 빨리 생성되는 경우, 필터 로드(220)에 인입되는 주류연이 온도가 급격하게 증가된다. 여기에서, '주류연'은 에어로졸 생성 물품을 통과하여 사용자에게 공급되기 위한 공기, 및 에어로졸의 흐름을 포함한다. 필터 로드(220) 내의 제1 세그먼트의 냉각 능력은 한정적이므로, 주류연의 온도가 높은 경우, 기대하는 크기 이하의 에어로졸이 생성될 가능성이 높다. 이에 따라, 무화량이 현저하게 감소된다는 문제가 있다. 반면, 높은 온도의 주류연은 담배 물질의 이송량을 증가시키므로, 사용자는 강한 담배맛을 경험할 가능성이 높다.

이에 따라 본 실시예의 히터 조립체(101)의 설계 시 담배 로드(430) 내에 생성되는 기류 홀(431)의 생성 시기, 크기 등을 고려하여 서셉터(110)를 설계할 수 있다.

도 5는 에어로졸 생성 물품 내에서 서셉터의 배치를 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면, 서셉터(110)가 에어로졸 생성 물품(200)에 삽입된 경우, 서셉터(110)의 말단은 담배 로드(210)와 필터 로드(220)의 경계(510)로부터 담배 로드(210)의 단부를 향하는 방향으로 기 설정된 거리(d)만큼 이격될 수 있다.

기 설정된 거리(d)를 0.3mm 미만으로 설정한 경우, 주류연의 온도 감소 효과가 현저하게 감소될 수 있다. 또한 기 설정된 거리(d)를 0.7mm를 초과로 설정한 경우, 담배 로드(210) 내의 기류 홀 형성이 어려워 기대하는 무화량을 제공할 수 없다. 따라서 기 설정된 거리(d)는 0.3mm 내지 0.7mm 범위 내에서 설정될 수 있다. 가열 구간의 전체에서 보다 균일한 끽미감과 무화량을 제공하기 위한 측면에서 기 설정된 거리(d)는 0.4mm 내지 0.6mm 범위 내에서 설정될 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 거리(d)는 0.5mm로 설정될 수 있다.

도 6은 일 실시예에 관한 히터 조립체의 서셉터의 배치에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.

보다 상세하게는 기 설정된 거리(d)를 0.3mm 미만으로 설정한 경우의 필터 로드(220)에서 측정된 주류연의 제1 온도(610) 및 기 설정된 거리(d)를 0.5mm로 설정한 경우의 필터 로드(220)에서 측정된 주류연의 제2 온도(620)가 도시되어 있다.

'가열 구간'에 대해 도 6에 도시된 전체 시간의 길이가 가열 구간에 해당하는데, 도 6의 610, 620 선도가 히터 조립체(101)가 하나의 에어로졸 생성 물품(200)을 가열하는 주기 동안 주류연의 온도의 시간에 따른 변화를 나타낸다.

전체 가열 구간 중 시간적으로 초기에 해당하는 부분, 예를 들어 가열 구간의 약 2분의 1에 해당하는 시간적 길이가 '가열 구간의 초반'에 해당하고, 나머지 시간적 길이가 '가열 구간의 후반'에 해당한다.

도면을 참조하면, 가열 구간의 초반에는 제1 온도(610)가 제2 온도(620) 보다 높다. 필터 로드(220)의 정해진 냉각 능력으로 인하여 제1 온도(610)는 무화량 감소를 초래할 수 있다. 또한 제1 온도(610)는 담배 물질의 이송량을 증가시키므로, 사용자는 강한 담배맛을 경험할 가능성이 높다.

반면, 가열 구간의 후반에는 제1 온도(610)가 제2 온도(620) 보다 낮다. 제1 온도는 에어로졸을 발생시키는 최적 온도 보다 낮으므로 가열 구간의 후반에는 무화량이 현저하게 감소될 수 있다. 또한 가열 구간의 초반에 많은 양의 담배 물질이 이송되었으므로, 가열 구간의 후반에는 담배 맛이 현저하게 감소될 수 있다.

다시 말해, 기 설정된 거리(d)를 0.3mm 미만으로 설정한 경우, 가열 구간의 전체에서 균일한 끽미감을 제공할 수 없다. 이에 반해, 기 설정된 거리(d)를 0.5mm로 설정한 경우, 가열 구간의 전체에서 균일한 끽미감을 제공할 수 있다.

종래의 전기 저항성 가열 방식의 히터는 전기 저항선이 히터의 내부에 배치되며, 전기 저항선은 전기를 공급받아 가열된다. 따라서 전기 저항선이 배치된 부분의 히터의 온도와 배치되지 않은 부분의 히터의 온도는 상이할 수 있다. 특히, 봉침형의 구조를 가지는 전기 저항성 가열 방식의 히터에서는 히터의 단부의 내부 공간이 협소하여 히터의 단부에 전기 저항선이 배치되지 못함에 따라, 히터의 다른 부분의 온도에 비하여 히터의 단부의 온도가 낮다.

히터의 단부에 의하여 형성되는 기류 홀은 담배 로드 및 필터 로드의 경계와 가까운 위치에 배치되므로, 히터의 다른 부위에 의하여 형성되는 기류 홀에 비하여 비교적 가열 초기에 형성된다. 따라서 히터의 단부에 의하여 형성되는 기류 홀은 가열 초기의 무화량과 끽미감에 영향을 미친다. 히터의 단부의 온도가 낮은 전기 저항성 가열 방식의 히터에서는 가열 초기의 기류 홀의 형성이 지연되므로, 히터의 단부가 담배 로드와 필터 로드의 경계를 물리적으로 통과하도록 히터를 배치함으로써 담배 로드와 필터 로드의 경계를 통과하여 연장하는 기류 홀을 의도적으로 형성하였다.

반면, 실시예에 관한 히터 조립체는 유도 가열에 따라 히터 전 부분이 균일하게 가열되므로, 서셉터의 단부의 온도가 전기 저항성 히터의 단부의 온도에 비하여 높다. 그러므로 서셉터의 단부를 담배 로드와 필터 로드의 경계로부터 담배 로드의 개방된 단부를 향하는 방향으로 기 설정된 거리만큼 이격되도록 배치하여도 가열 초기의 기류 홀을 형성하는 것이 가능하다.

이 경우, 서셉터의 가열에 의해 가열 구간의 전체에 걸쳐 점차적으로 기류 홀의 개수가 증가할 수 있으므로, 물리적으로 기류 홀을 형성한 경우에 비하여 가열 구간의 전체에서 균일한 무화량과 끽미감을 제공할 수 있다.

또한, 에어로졸 생성 물품의 담배 로드 및 필터 로드의 일부에까지 히터가 삽입되는 종래 방식에서는 필터 로드의 성능이 일부 저하될 수 있으나, 실시예에 의하면, 서셉터가 담배 로드에만 위치하므로 필터 로드의 구조를 보존하여 성능이 향상될 수 있다.

도 7은 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 예를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 서셉터(110)는 원통형의 기저부(112)와 기저부(112)의 일측 말단에 형성된 침첨부(113)를 포함할 수 있다. 이러한 서셉터(110)의 구조는 담배 로드와 필터 로드의 경계에 형성되는 기류 홀이 침첨부(113)의 꼭지점으로부터 근접한 지점을 시작으로 담배 로드의 단부를 향하는 방향으로 점차적으로 확장될 수 있도록 한다. 상술한 침첨부(113)에 의해 담배 물질이 급격하게 소진되는 것을 방지할 수 있으며, 담배 물질의 이송량을 가열 구간의 전체에서 보다 균일하게 제공할 수 있다.

또한 서셉터(110)는 270℃ 내지 350℃의 온도로 발열할 수 있다. 서셉터(110)가 270℃ 미만의 온도로 발열될 경우, 부족한 온도에 의해 충분한 양의 담배 물질이 이송되지 못하여 끽미감이 떨어질 수 있다. 서셉터(110)가 350℃ 초과의 온도로 발열될 경우, 기류 홀이 지나치게 빠르게 형성되어 가열 구간 전체에서 균일한 담배 물질 이송이 어려울 수 있으며 주류연의 온도가 높아 기대하는 크기의 에어로졸이 생성되지 못할 수 있다. 가열 구간의 전체에서 보다 균일한 끽미감과 무화량을 제공하기 위한 측면에서 서셉터(110)는 280℃ 내지 320℃의 온도로 발열할 수 있다.

도 8은 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 단면도이다.

도면을 참조하면, 히터 조립체(101)는 서셉터(110)와 상이한 소재를 포함하고, 서셉터(110) 및 수용 공간(120)의 내측 단부에 형성되는 바닥면과 결합되어 서셉터(110)에서 발생하는 열을 흡수하는 단열부(170)를 더 포함할 수 있다.

단열부(170)는 서셉터(110)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다. 서셉터(110)는 코일에서 발생된 유도 자기장에 의해 서셉터(110)의 길이 방향의 전체 영역에 걸쳐 균일하게 열을 생성한다. 하지만, 수용 공간(120)의 내측 단부에 형성되는 바닥면과 맞닿는 서셉터(110)의 하측 부위의 열이 외부로 배출되지 못하므로 서셉터(110)의 하측 부위의 온도가 급격하게 상승할 수 있다. 서셉터(110)의 특정 부위의 온도가 급격하게 상승함에 따라 가열 구간의 전체에서 균일한 끽미감을 제공하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 서셉터(110)와 상이한 소재를 포함하는 단열부(170)를 서셉터(110) 및 수용 공간(120)의 내측 단부에 형성되는 바닥면에 결합하여 서셉터(110)의 하측 부위의 열을 단열부(170)에 흡수시킴으로써, 서셉터(110)의 특정 부위의 온도의 급격한 상승을 방지할 수 있다.

예를 들어, 단열부(170)는 서셉터(110)보다 열 전도율이 낮은 주석 합금 계열 또는 비금속 계열의 유리, 세라믹 등의 소재를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 단열부(170)는 서셉터(110)보다 비열이 높은 소재를 포함하거나, 서셉터(110)보다 질량이 커 서셉터(110)보다 열용량이 클 수 있다. 단열부(170)의 열용량이 서셉터(110)의 열용량보다 커질수록 단열부(170)는 서셉터(110)에서 발생한 열을 더 많이 저장하여 서셉터(110)의 특정 부위의 급격한 온도 상승을 방지할 수 있다.

또한 서셉터(110)보다 열용량이 큰 단열부(170)을 사용할 경우, 서셉터(110)의 하측에서 발생한 열이 단열부(170)로 분산되면서도 큰 열용량에 의해 단열부(170)가 고온으로 가열되지 않게된다. 따라서 일 실시예에 따른 히터 조립체(101)를 포함하는 에어로졸 생성 장치(100)에서 전원부(140) 및 제어부(150)로 전달되는 열이 저감됨으로써, 장치의 성능 저하를 방지하고 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(100)를 파지하는 사용자에게 열이 전달되는 것을 방지할 수 있다.

도 9는 또 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 단면도이다.

도면을 참조하면 단열부(170)는 서로 다른 소재를 포함하는 복수개의 부재가 적층되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 단열부(170)는 서셉터(110)의 일 단부와 접하도록 배치된 제1 부재(171) 및 제1 부재(171)의 서셉터(110)의 일 단부와 접하는 면에 대향하도록 배치된 제2 부재(172)를 포함할 수 있다. 제1 부재(171)의 열 전도율이 제2 부재(172)보다 더 낮을 경우, 단열부(170)는 열 전달을 더 효율적으로 차단할 수 있다.

도 9는 단열부(170)를 두 개의 부재를 포함하는 것으로 도시하였으나, 단열부(170)가 두 개 이상의 부재가 적층된 구조로 구현될 수 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

도 10은 또 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 서셉터와 단열부의 단면도 및 서셉터와 단열부의 온도 분포를 예시적으로 나타낸 그래프이다.

도면을 참조하면 서셉터(110)의 내부에는 단열부(170)에 의해 일면이 차단되는 제1 공동(111)이 형성될 수 있다. 제1 공동(111)은 서셉터(110)의 내부의 빈 공간이며, 서셉터(110)의 수용 공간의 내측 단부에 형성되는 바닥면과 접하는 서셉터(110)의 면적을 줄여 급격한 온도 상승을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 히터 조립체(101)는 제1 공동(111)의 내부에 위치하고 단열부(170)에 접하도록 배치되는 온도 센서(180)를 더 포함할 수 있다. 즉, 온도 센서(180)는 서셉터(110)에 의한 열 전달이 상대적으로 감소하기 직전인 지점에 배치될 수 있다. 온도 센서(180)는 온도 정보를 수집하여 제어부로 전송할 수 있다. 제어부는 온도 정보를 수신하여, 코일에 공급되는 전력을 조절하여 서셉터(110)의 균일한 가열을 유도할 수 있다.

도 10의 그래프에서, x축 좌표값이 0인 지점은 서셉터(110)와 접하지 않는 단열부(170)의 일 면을 의미할 수 있다. x축 좌표값은 서셉터(110)와 접하지 않는 단열부(170)의 일 면으로부터 서셉터(110)까지의 거리를 의미할 수 있다. 그래프의 세로축은 해당 지점의 서셉터(110) 또는 단열부(170)의 온도를 의미할 수 있다. 서셉터(110)가 가열되면, 서셉터(110)에서 발생한 열은 x축 좌표값이 감소하는 방향으로 이동할 수 있다.

단열부(170)가 열 전도율이 낮은 소재를 포함하면 단열부(170)의 온도 상승이 억제될 수 있다. 이에 따라, 단열부(170)의 온도는 서셉터(110)와 접하는 지점에서부터 x축 좌표 값이 줄어듦에 따라 감소할 수 있다.

도 11은 또 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 서셉터와 단열부의 단면도 및 서셉터와 단열부의 온도 분포를 예시적으로 나타낸 그래프이다.

도면을 참조하면, 단열부(170)의 내부에는 서셉터(110)에 의해 일면이 차단되는 제2 공동(173)이 형성될 수 있다. 제2 공동(173)은 단열부(170)의 내부의 빈 공간이며, 서셉터(110)에서 발생한 열이 서셉터(110)의 일 단 응집되지 않고 제2 공동(173)으로 방출되도록 함으로써, 서셉터(110)의 특정 부위의 급격한 온도 상승을 방지할 수 있다.

또한 제2 공동(173)에 의해 서셉터(110)와 단열부(170)의 접촉 면적이 감소하여 단열부(170)로 이동하는 열량이 감소할 수 있다. 서셉터(110)와 제2 공동(173)이 접하는 지점에서부터 서셉터(110)와 접하지 않는 단열부(170)의 일 면까지의 온도는 x축 좌표 값이 줄어듦에 따라 감소할 수 있다.

히터 조립체(101)는 제2 공동(173)의 내부에 위치하고, 서셉터(110)에 접하도록 배치되는 온도 센서(180)를 더 포함할 수 있다. 즉, 온도 센서(180)는 서셉터(110)에 의한 열 전달이 상대적으로 감소하기 직전인 지점에 배치될 수 있다.

도 12는 또 다른 실시예에 관한 히터 조립체의 서셉터와 단열부의 단면도 및 서셉터와 단열부의 온도 분포를 예시적으로 나타낸 그래프이다.

도면을 참조하면, 단열부(170)의 일측에 제2 공동(173)과 연통하는 개구(174)가 형성되고 서셉터(110)의 적어도 일부는 개구(174)를 통해 제2 공동(173)으로 삽입될 수 있다. 제2 공동(173)은 제2 공동(173)에 삽입된 서셉터(110)의 부분에서 발생하는 열을 제2 공동(173)의 내부에 가두는 기능을 수행한다. 즉, 서셉터(110)의 하측 부위의 열이 제2 공동(173)의 내부로 방출됨에 따라 서셉터(110)의 특정 부위의 비정상적인 온도 상승을 방지할 수 있으며, 다른 부분으로의 열 전달을 차단할 수 있다.

도 12의 그래프의 가로축인 x축 및 세로축의 의미는 도 9 및 도 10의 그래프에 관한 설명과 동일하다. X1은 에어로졸 생성 물품이 삽입될 때 에어로졸 생성 물품을 바라보는 단열부(170)의 외면이 위치한 지점을 의미하고, X2는 제2 공동(173)에 수용된 서셉터(110)의 일 단부가 위치한 지점을 의미한다. X3는 서셉터(110)가 삽입된 제2 공동(173)의 일 면에 대향하는 제2 공동(173)의 타면이 위치하는 지점을 의미한다.

X1보다 x축 좌표값이 큰 구간은 서셉터(110)만을 포함하고, X1에서 X2까지의 구간은 서셉터(110) 및 단열부(170)를 포함한다. 서셉터(110)와 단열부(170)가 접하는 X1에서부터 x축 좌표값이 감소할수록 서셉터(110) 및 단열부(170)의 온도는 감소할 수 있다. X1에서부터 X2까지의 구간의 온도는 제2 공동(173)의 내부에 삽입된 서셉터(110)에서 방출되는 열로 인하여 X2에서부터 X3까지의 온도보다 높을 수 있다. X3에서부터 서셉터(110)가 위치한 면의 반대측 단열부(170)의 일 면까지의 온도는 x축 좌표 값이 감소할수록 감소할 수 있다.

히터 조립체(101)는 제2 공동(173)의 내부에 위치하고 개구(174)에 삽입되는 서셉터(110)와 접하도록 배치되는 온도 센서(180)를 더 포함할 수 있다. 즉, 온도 센서(180)는 서셉터(110)에 의한 열 전달이 상대적으로 감소하기 직전인 지점에 배치될 수 있다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 에어로졸 생성 장치 101: 히터 조립체
110: 서셉터 111: 제1 공동
112: 기저부 113: 침첨부
120: 수용 공간 130: 코일
140: 전원부 150: 제어부
170: 단열부 171: 제1 부재
172: 제2 부재 173: 제2 공동
174: 개구 180: 온도 센서
200: 에어로졸 생성 물품 210: 담배 로드
220: 필터 로드 230: 캡슐
240: 래퍼

Claims

담배 로드 및 필터 로드를 포함하는 에어로졸 생성 물품을 수용하고 가열하기 위한 히터 조립체로서,
상기 에어로졸 생성 물품이 삽입되는 수용 공간;
상기 수용 공간의 적어도 일부를 둘러싸고 유도 자기장을 발생하는 코일;
상기 수용 공간의 내부에 배치되고 상기 코일에서 발생된 유도 자기장에 의해 열을 생성하는 서셉터(susceptor); 및
상기 서셉터와 상이한 소재를 포함하고, 상기 서셉터 및 상기 수용 공간의 내측 단부에 형성되는 바닥면과 결합되어 상기 서셉터에서 발생하는 열을 흡수하는 단열부;를 포함하고,
상기 단열부는 서로 다른 소재를 포함하는 복수개의 부재가 적층되어 형성되고,
상기 에어로졸 생성 물품이 상기 히터 조립체에 완전히 삽입된 상태에서 상기 서셉터의 단부는 상기 담배 로드 및 상기 필터 로드의 경계로부터 기 설정된 거리만큼 이격된 히터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 기 설정된 거리는 0.3 내지 0.7 mm인 히터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 서셉터는 통형의 기저부와 상기 기저부의 일측 말단에 형성된 침첨부를 포함하는 히터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 서셉터는 270 내지 350 ℃의 온도로 발열하는 히터 조립체.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 서셉터의 내부에는 상기 단열부에 의해 일면이 차단되는 제1 공동이 형성되는 히터 조립체.
제7항에 있어서,
상기 제1 공동의 내부에 위치하고, 상기 단열부에 접하도록 배치되는 온도 센서를 더 포함하는 히터 조립체.
제1항에 있어서,
상기 단열부의 내부에는 상기 서셉터에 의해 일면이 차단되는 제2 공동이 형성되는 히터 조립체.
제9항에 있어서,
상기 제2 공동의 내부에 위치하고, 상기 서셉터에 접하도록 배치되는 온도 센서를 더 포함하는 히터 조립체.
제9항에 있어서,
상기 단열부의 일 측에 상기 제2 공동과 연통하는 개구가 형성되고,
상기 서셉터의 적어도 일부는 상기 개구에 삽입되는 히터 조립체.
제11항에 있어서,
상기 제2 공동의 내부에 위치하고, 상기 개구에 삽입되는 서셉터와 접하도록 배치되는 온도 센서를 더 포함하는 히터 조립체.
제1항의 히터 조립체;
상기 히터 조립체에 전력을 공급하는 전원부; 및
상기 히터 조립체에 공급되는 전력을 제어하는 제어부;를 포함하는 에어로졸 생성 장치.