KR20230048985A - 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스에 관한 것으로 특히 궐련형 에어로졸 발생물품의 삽입시 서셉터와 궐련형 에어로졸 발생물품을 밀착시켜 줄 수 있어서, 갭(Gap)을 최소화하여 열 전달을 빠르고 원활하게 하고, 가열 효율을 높혀줄 수 있는 히팅 디바이스에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스는 히터 하우징과; 히터 하우징 내에 설치되며, 궐련형 에어로졸 발생물품이 삽입되는 공간이 형성된 서셉터와; 히터 하우징 내에 설치되며, 서셉터를 둘러싸게 설치되는 히터를 포함하되, 서셉터는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 또는 금속 합금으로 이루어진다.

Description

에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스{HEATING DEVICE OF AEROSOL GENERATOR}
본 발명은 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스에 관한 것으로 특히 궐련형 에어로졸 발생물품의 삽입시 서셉터(Susceptor)와 궐련형 에어로졸 발생물품을 밀착시켜 줄 수 있어서, 갭(Gap)을 최소화하여 열 전달을 빠르고 원활하게 하고, 가열 효율을 높혀줄 수 있는 히팅 디바이스에 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 발생물품으로부터 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 발생장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 에어로졸 발생장치(100)에는 궐련형 에어로졸 발생물품(10)이 삽입되는 공동(20)이 구비되며, 에어로졸 발생장치(100)에 삽입된 궐련형 에어로졸 발생물품(10)을 가열하여 에어로졸을 발생시키기 위해 예를 들어 공동(20) 외주에는 파이프 형태의 히터(30)가 구비된다. 또한, 에어로졸 발생장치(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 발생물품(10)이 가열되어 궐련형 에어로졸 발생물품(10) 내의 에어로졸 발생기질로부터 에어로졸이 발생한다. 상술한 종래 기술에서는 일반적으로 단면이 원형으로 제작되는 궐련형 에어로졸 발생물품(10)이 삽입되어 수용하도록 공동(20)의 형상이 제작되고, 궐련형 에어로졸 발생물품(10)이 공동(20)에 삽입되었을 때 궐련형 에어로졸 발생물품(10)과 공동(20) 사이에 일정 부분 갭이 발생한다. 이러한 갭에 의해 궐련형 에어로졸 발생물품(10)에 전달되는 열에너지가 감소하고, 궐련형 에어로졸 발생물품(10)의 중심까지의 열 전달 거리가 늘어나 히터(30)에서 발생한 열이 전달되는데 시간이 더 소요되어 가열 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 궐련형 에어로졸 발생물품이 삽입시 최대한 밀착되어, 갭을 최소화함으로써 가열 효율을 높혀줄 수 있는 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스는 히터 하우징과; 히터 하우징 내에 설치되며, 궐련형 에어로졸 발생물품이 삽입되는 공간이 형성된 서셉터와; 히터 하우징 내에 설치되며, 서셉터를 둘러싸게 설치되는 히터를 포함하되, 서셉터는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 또는 금속 합금으로 이루어진다.
또한, 실시예에 따라 히터는 유도 가열 코일로 제공되고, 서셉터는 자기장에 의해 와류(eddy current)를 발생시켜 열에너지를 방출할 수 있는 물질로 이루어진다.
또한, 실시예에 따라 서셉터는 파이프 형태로 제공된다.
또한, 실시예에 따라 서셉터의 외주에는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고, 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 재질의 와이어가 둘러싸게 설치된다.
또한, 실시예에 따라 서셉터는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고, 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 재질의 와이어로 이루어진다.
또한, 실시예에 따라 서셉터는 Ni-Ti, 구리, 아연, 알루미늄 중 적어도 하나가 포함된 금속 합금으로 이루어진다.
또한, 실시예에 따라 서셉터는 열팽창계수가 서로 다른 금속 또는 금속 합금이 접합된 바이메탈로 이루어진다.
또한, 실시예에 따라 서셉터는 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 높은 내측 금속과, 내측 금속에 접합된 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 낮은 외측 금속을 포함하는 바이메탈로 이루어진다.
또한, 실시예에 따라 내측 금속은 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 높은 알루미늄을 포함하고, 외측 금속은 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 낮은 철 또는 철 합금을 포함한다.
또한, 실시예에 따라 서셉터의 외주에 열팽창 계수가 서셉터보다 큰 금속을 접합되고, 서셉터와 상기 금속 및 히터는 측면의 양 끝단이 수직으로 절개되며, 서셉터의 양 끝단이 소정 간격을 이루도록 형성된다.
또한, 실시예에 따라 서셉터는 복수의 스트립으로 형성된다.
또한, 실시예에 따라 서셉터는 곡면을 갖는 복수의 스트립으로 형성된다.
본 발명에 따르면, 서셉터는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 또는 금속 합금으로 이루어져서, 가열시 서셉터에 삽입된 궐련형 에어로졸 발생물품이 서셉터와 밀착되고, 궐련형 에어로졸 발생물품과 서셉터 사이에 열전도율이 낮은 공기의 양을 줄일 수 있어서 열 전달이 빨라지고 원활해지며, 가열 효율이 높아진다.
또한, 본 발명에 따르면, 가열 중에 서셉터가 궐련형 에어로졸 발생물품이 이탈하지 않게 잡아주는 역할이 가능하기 때문에 추가적인 고정 구조가 필요 없다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 발생장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스에서 온도 변화에 따른 서셉터의 변형을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스에서 온도 변화에 따른 서셉터의 변형을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스의 구조 및 온도 변화에 따른 서셉터의 변형을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스에서 바이메탈로 이루어지는 서셉터의 변형 범위 설계에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예 및 제6 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
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 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스에서 온도 변화에 따른 서셉터의 변형을 설명하기 위한 도면이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스(200)는 히터 하우징(210)과, 히터 하우징(210) 내에 설치되며, 궐련형 에어로졸 발생물품(300)이 삽입되는 공간이 형성된 서셉터(220)와, 히터 하우징(210) 내에 설치되며 서셉터(220)를 둘러싸게 설치되는 히터(230)를 포함한다. 에어로졸 발생물품(300)이 삽입되는 서셉터(220)는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 또는 금속 합금으로 이루어진다. 예를 들어 히터(230)는 유도 가열 코일로 제공되고, 서셉터(220)는 자기장에 의해 와류(eddy current)를 발생시켜 열에너지를 방출할 수 있는 물질로 이루어진다. 유도 가열 코일에서 발생한 교번 자기장은 서셉터(220)에 히스테리시스 손실(hysteresis loss)과 와류(eddy current)를 발생시켜 서셉터(220)를 유도 가열하여 서셉터(220)에 의해 궐련형 에어로졸 발생물품(300)이 가열되는데, 서셉터(220)의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하면 도 2의 (가) 또는 도 3의 (가)에 도시된 서셉터(220)의 형상이 도 2의 (나) 또는 도 3의 (나)에 도시된 서셉터(220)의 형상으로 변형되어 서셉터(220)에 궐련형 에어로졸 발생물품(300)이 밀착되게 된다. 실시예에 따라 서셉터(220)는 파이프 형태로 제공되어, 히터(230)에서 발생한 열이 서셉터(220)에 전달되어 서셉터(220)에 의해 에어로졸 발생물품(300)이 가열되어 에어로졸이 발생되는데, 서셉터(220)의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하면 도 2의 (가) 또는 도 3의 (가)에 도시된 서셉터(220)의 형상이 도 2의 (나) 또는 도 3의 (나)에 도시된 서셉터(220)의 형상으로 변형되어 서셉터(220)에 궐련형 에어로졸 발생물품(300)이 밀착되게 된다.
가열이 종료된 후 서셉터(220)의 온도가 일정 온도 이하로 하강하면 도 2의 (나) 또는 도 3의 (나)에 도시된 서셉터(220)의 형상이 도 2의 (가) 또는 도 3의 (가)에 도시된 서셉터(220)의 형상으로 변형되어 서셉터(220)와 궐련형 에어로졸 발생물품(300) 사이에 간격이 형성되므로, 궐련형 에어로졸 발생물품(220)을 서셉터(220)로부터 용이하게 인출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스에서 온도 변화에 따른 서셉터의 변형을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면 서셉터(220)의 외주에는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고, 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 재질의 와이어(221)가 둘러싸서 설치된다. 도 4의 (가)를 참조하면, 궐련형 에어로졸 발생물품(300)이 서셉터(220)에 삽입된 상태에서 도 4의 (나)를 참조하면 와이어(221) 및 서셉터(220)가 가열되면, 와이어(221) 및 서셉터(220)의 형상이 변형되어 궐련형 에어로졸 발생물품(300)이 서셉터(220)에 밀착되게 된다. 가열이 종료된 후 서셉터(220)의 온도가 일정 온도 이하로 하강하면 와이어(221) 및 서셉터(220)의 형상이 변형되어 서셉터(220)와 궐련형 에어로졸 발생물품(300) 사이에 간격이 형성되므로, 궐련형 에어로졸 발생물품(300)을 서셉터(220)로부터 용이하게 인출할 수 있다.
실시예에 따라서, 서셉터(220)는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고, 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 재질의 와이어(221)만으로도 이루어질 수도 있으며, 와이어(221)가 가열되면 와이어(221)의 형상이 변형되어 궐련형 에어로졸 발생물품(300)이 서셉터(220)에 밀착되게 되고, 가열이 종류된 후 와이어(221)의 온도가 일정 온도 이하로 하강하면 와이어(221)의 형상이 변형되어 서셉터(220)와 궐련형 에어로졸 발생물품(300) 사이에 간격이 형성되므로, 궐련형 에어로졸 발생물품(300)을 서셉터(220)로부터 용이하게 인출할 수 있다.
상술한 실시예들에서 서셉터는 Ni-Ti, 구리, 아연, 알루미늄 중 적어도 하나가 포함된 금속 합금으로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스의 구조 및 온도 변화에 따른 서셉터의 변형을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스에서 바이메탈로 이루어지는 서셉터의 변형 범위 설계에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (가)와 (나)를 참조하면, 서셉터(220)는 열팽창계수가 서로 다른 금속 또는 금속 합금이 접합된 바이메탈로 이루어지며, 예를 들어 서셉터(220)는 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 높은 내측 금속(222)과, 내측 금속(222)에 접합된 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 낮은 외측 금속(223)을 포함하는 바이메탈로 이루어진다. 또한, 실시예에 따라 내측 금속(222)은 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 높은 알루미늄을 포함하고, 외측 금속(223)은 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 낮은 철 또는 철 합금을 포함한다.
가열이 되면, 서셉터(220)가 열팽창계수가 서로 다른 금속 또는 금속 합금이 접합된 바이메탈로 이루어지기 때문에, 두 금속이 각각 팽창하게 되는데, 열팽창 정도가 서로 다르므로 열팽창 정도가 적은 금속쪽으로 휘어지게 된다. 가열이 종료되고 일정 온도 이하로 하강하면 두 금속은 원래 상태로 수축하여 복귀하게 된다. 예를 들어 도 5의 (다)를 참조하면, 가열이 되면 외측 금속(223)의 열 팽창률이 작기때문에 외측에서 내측으로 서셉터(220)가 변형되고, 열 팽창률이 상대적으로 작은 외측으로 바이메탈로 이루어진 서셉터(220)가 휘게 된다. 따라서, 서셉터(220)와 에어로졸 발생물품(300) 사이의 간격이 줄어들게 되고 서셉터(220)와 에어로졸 발생물품(300)이 접촉되는 면적이 넓어지기때문에 열 전달 효율이 높아지게 된다. 이후 도 5의 (라)를 참조하면 가열이 종료되어 일정 온도 이하로 하강하면 바이메탈로 이루어진 서셉터(220)는 원래의 형상으로 수축되어 복귀하게 된다.
도 6을 참조하면, 바이메탈의 변형량은 길이와 온도변화에 비례하고 두께에 반비례하며, 탄성 계수의 비(n), 두께의 비율(m), 온도변화(T2 - T1) 등을 이용하여 반경(r)을 계산하고 길이(L)를 통해 변형량(δ)이 결정이 된다. 따라서, 내측 금속(222)과 외측 금속(223)의 재료와 두께, 서셉터(220)의 길이에 따라서 변형량(휘는 정도)의 조절이 가능하다. 또한, 바이메탈로 이루어진 서셉터(220)의 두께가 감소할 수록 궐련형 에어로졸 발생물품(300)으로의 열 전달이 용이하므로, 내측 금속(222)의 경우 용접, 도금, 증착의 방법으로도 두께가 얇은 바이메탈의 구성이 가능하다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (가)를 참조하면 서셉터(220)의 외주에 열팽창 계수가 서셉터(220)보다 큰 금속(224)을 접합되고, 서셉터(220)와 금속(224) 및 히터(230)는 측면의 양 끝단이 수직으로 절개되며, 서셉터(220)의 양 끝단이 소정 간격(X)을 이루도록 형성된다. 예를 들어 서셉터(220)는 열팽창계수가 상대적으로 작은 Cr로 이루어지고, 금속(224)은 열팽창계수가 상대적으로 높은 알루미늄으로 이루어진다. 서셉터(220)와 금속(224)은 접합에 의해 물리적으로 결합되어 고정된 상태이다. 예를 들어 7의 (나)를 참조하면, 미도시된 궐련형 에어로졸 발생물품(300)이 서셉터(220)에 삽입되어 가열이 되면 서셉터(220)와 금속(224) 간의 열팽창계수의 차이에 의해 길이 증가양의 차이가 생기고, 그 길이 차이에 의해 측면의 양 끝단이 수직으로 절개된 서셉터(220)의 간격(X)이 서셉터(220)와 금속(224)의 열팽창 차이에 의해 발생한 거리(α)만큼 좁혀져 직경을 줄임으로써 서셉터(220)와 궐련형 에어로졸 발생물품(300)이 밀착하게된다. 이후 가열이 종료되어 일정 온도 이하로 하강하면 도 7의 (가)의 상태로 금속(224)이 원래 길이로 축소되어 복원되어, 측면의 양 끝단이 수직으로 절개된 서셉터(220)의 간격(X)으로 복귀하게 된다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예 및 제6 실시예에 따른 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 서셉터(220)는 실시예에 따라 다양한 형상으로 형성이 가능하며 예를 들어 도 8의 (가)를 참조하면, 서셉터(220)는 복수의 스트립으로 형성된다. 또한, 도 8의 (나)를 참조하면, 실시예에 따라 서셉터(220)는 곡면을 갖는 복수의 스트립으로 형성될 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 (12)

  1. 히터 하우징과;
    히터 하우징 내에 설치되며, 궐련형 에어로졸 발생물품이 삽입되는 공간이 형성된 서셉터와;
    히터 하우징 내에 설치되며, 서셉터를 둘러싸게 설치되는 히터를 포함하되, 서셉터는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 또는 금속 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    히터는 유도 가열 코일로 제공되고, 서셉터는 자기장에 의해 와류(eddy current)를 발생시켜 열에너지를 방출할 수 있는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    서셉터는 파이프 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치이 히팅 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    서셉터의 외주에는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고, 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 재질의 와이어가 둘러싸게 설치되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치이 히팅 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    서셉터는 일정 온도 이상에서 형상이 변형되고, 일정 온도 이하에서 원래 형상으로 복원되는 금속 재질의 와이어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치이 히팅 디바이스.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    서셉터는 Ni-Ti, 구리, 아연, 알루미늄 중 적어도 하나가 포함된 금속 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치이 히팅 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    서셉터는 열팽창계수가 서로 다른 금속 또는 금속 합금이 접합된 바이메탈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    서셉터는 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 높은 내측 금속과, 내측 금속에 접합된 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 낮은 외측 금속을 포함하는 바이메탈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    내측 금속은 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 높은 알루미늄을 포함하고, 외측 금속은 상대적으로 열팽창율과 열전도율이 낮은 철 또는 철 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    서셉터의 외주에 열팽창 계수가 서셉터보다 큰 금속을 접합되고, 서셉터와 상기 금속 및 히터는 측면의 양 끝단이 수직으로 절개되며, 서셉터의 양 끝단이 소정 간격을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    서셉터는 복수의 스트립으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    서셉터는 곡면을 갖는 복수의 스트립으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생장치의 히팅 디바이스.


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