KR20200098027A

KR20200098027A - 유도가열식 미세입자발생장치

Info

Publication number: KR20200098027A
Application number: KR1020190015609A
Authority: KR
Inventors: 정승규; 권중학; 혁 원; 이승안; 유병현
Original assignee: 주식회사 이엠텍
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2020-08-20
Also published as: KR102699333B1; KR20230047348A; KR20220019002A

Abstract

본 발명은 유도가열식 미세입자발생장치에 관한 것이다.
본 발명은 여자 코일, 여자 코일과 반응하여 와전류 손실에 의해 유도 발열이 일어나 향미 발생 기재를 가열하는 하나 이상의 서셉터 및 서셉터와 여자 코일 사이의 열을 차폐하는 단열 부재를 포함하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

Description

유도가열식 미세입자발생장치{MICROPARTICLE GENERATOR WITH INDUCTION HEATER}

본 발명은 유도가열식 미세입자발생장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 유도 가열 장치를 도시한 도면이다. 유도 가열 장치(1)는, 플라스틱으로 형성될 수 있는 장치 하우징(10), 및 충전식 배터리(11a)를 포함하는 DC 전원(11)(도 2 참조)을 포함하고 있다.

유도 가열 장치(1)는, 충전식 배터리(11a)를 충전하기 위한 충전 스테이션(charging station) 또는 충전 장치에 유도 가열 장치를 도킹하기 위한 핀(12a)을 포함하는 도킹 포트(docking port; 12)를 더 포함하고 있다. 또한, 유도 가열 장치(1)는 원하는 주파수, 예를 들어 상기에서 언급한 바와 같이 5MHz의 주파수에서 작동하도록 구성된 전력 공급 전자기기(13)를 포함하고 있다. 전력 공급 전자기기(13)는, 적절한 전기 연결부(13a)를 통해 충전식 배터리(110)에 전기적으로 연결되어 있다.

서셉터(21)를 포함하는 담배-함유 고체 에어로졸 형성 기재(20)는 장치 하우징(10)의 근위 말단에서 공동(14) 내에 수용되어서, 작동하는 동안, 인덕터(L2)(나선형으로 권선된 원통형 인덕터 코일)가 흡연 물품(2)의 담배-함유 고체 에어로졸 형성 기재(20)의 서셉터(21)에 유도 결합된다. 흡연 물품(2)의 필터부(22)는 유도 가열 장치(1)의 공동(14) 외부에 배열되어서, 작동 동안, 소비자가 필터부(22)를 통해 에어로졸을 흡인할 수도 있다.

유도 가열 장치는 에어로졸 형성 기재에 열적으로 인접하여 배열되어 있는 인덕터(inductor)를 포함하고, 에어로졸 형성 기재는 서셉터(susceptor)를 포함하고 있다. 인덕터의 교번 자기장은 서셉터에 히스테리시스 손실(hysteresis loss)과 와류(eddy current)를 발생시켜, 서셉터로 하여금, 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 성분을 방출할 수 있는 온도까지 에어로졸 형성 기재를 가열하게 한다. 서셉터의 가열은 비접촉식으로 수행되므로, 에어로졸 형성 기재의 온도를 직접 측정할 수는 없다. 그러한 이유 때문에, 흡연 실행 동안 사용자가 언제퍼프를 행하는지를 결정하는 것도 어렵다.

대한민국등록특허공보 10-0385395 대한민국등록특허공보 10-1678335 대한민국 공개특허 10-2017-0007235

본 발명은 서셉터를 장치의 일부로 포함하여 서셉터의 온도를 직접 측정함으로써, 서셉터의 발열을 용이하게 제어할 수 있는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 여자 코일에 의해 발열하는 자화 발열체가 발열하며 여자 코일로 열을 전달하여 효율이 저하되는 것을 개선할 수 있는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 여자 코일, 여자 코일과 반응하여 와전류 손실에 의해 유도 발열이 일어나 향미 발생 기재를 가열하는 하나 이상의 서셉터 및 서셉터와 여자 코일 사이의 열을 차폐하는 단열 부재를 포함하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 서셉터는 여자 코일과 동심을 이루며 미세입자발생기재의 외부에서 가열하는 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 히트 파이프의 하단을 지지하는 이너 파트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 이너 파트와 히트 파이프 사이에는 공기가 드나들 수 있는 통풍 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 서셉터는 미세입자발생기재 내부로 삽입되는 히트 스틱인 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 히트 스틱과 단열 부재 사이에 설치되며, 미세입자발생기재를 수용하며 비자성 재질로 제조되는 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 서셉터는 여자 코일과 동심을 이루며 미세입자발생기재의 외부에서 가열하는 히트 파이프와 미세입자발생기재 내부로 삽입되는 히트 스틱을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 히트 파이프의 하단을 지지하며, 히트 스틱이 관통하는 제1 이너 파트 및 제1 이너 파트에 결합되어 히트 스틱을 고정하는 제2 이너 파트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

또한 본 발명의 다른 일 예로, 내열 파이프는, 내주면에 복수 개의 홈 또는 리브로 이루어지는 방열 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

본 발명이 제공하는 유도가열식 미세입자발생장치는 서셉터를 장치의 일부로 포함하여 서셉터의 온도를 직접 측정함으로써, 서셉터의 발열을 용이하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명이 제공하는 유도가열식 미세입자발생장치는 원통형으로 권선된 1 피스의 여자 코일에 의해 자화 발열체를 가열할 수 있으며, 자화 발열체와 여자 코일 사이에 단열 파이프를 구비함으로써, 여자 코일의 과열을 방지하여 자화 발열체의 발열 효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1 종래 기술에 따른 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 유도 가열 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 분해사시도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 단면도,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치가 구비하는 단열 파이프의 사시도,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치가 구비하는 제1 이너 파트를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치가 구비하는 히트 스틱을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치가 구비하는 제2 이너 파트를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 단면도,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 단면도,
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 분해사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 분해사시도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 분해 단면도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치는, 하부 케이스(110), 상부 케이스(120) 내에 전장품들이 배치된다. 하부 케이스(110)와 상부 케이스(120)에 의해 정의되는 공간 내에서 하부에 배터리(210)와 제어 기판(220)이 배치되고, 그 상부에 실제 발열에 이용되는 전장품들이 배치된다. 상부 케이스(120)에는 커버 케이스(130)가 결합되어 상부 케이스(120)를 감싸게 된다.

발열에 사용되는 전장품들은 유도가열을 위한 부품들로, 원통형으로 권선된 여자 코일(300)과, 여자 코일(300)과 반응하여 와전류 손실에 의해 유도 가열이 일어나는 서셉터(susceptor; 자화 발열체)가 구비된다. 서셉터는 한 개 또는 복수 개가 구비될 수 있으며, 본 발명의 제1 실시예에서는 케이스(110, 120) 내에 구비되는 히트 파이프(400)와, 히트 스틱(800)이 서셉터 역할을 한다. 히트 파이프(400)는 대체로 원통 형상인 미세입자발생기재의 외부에서 가열하고, 히트 스틱(800)은 미세입자발생기재 내로 삽입되어 미세입자발생기재의 내부에서 가열하는 형태이다. 이때 히트 파이프(400)와 히트 스틱(800)은 모두 박형으로 제조되며, 히트 스틱(800)은 박형의 중공 봉으로 상단부가 첨단을 이루며 폐쇄된다.

여자 코일(300)과 서셉터, 특히 히트 파이프(400) 사이에는 단열 파이프(500)가 배치된다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치가 구비하는 단열 파이프의 사시도이다. 단열 파이프(500)의 외주는 매끈한 형상으로, 여자 코일(300)의 권선을 지지하는 역할을 겸하며, 단열 파이프(500)의 내주에는 축 방향으로 형성된 홈(510)이 원주 방향으로 따라 전 영역에 걸쳐 배치되어, 히트 파이프(400)가 단열 파이프(500)의 내부 표면에 접합하는 면적을 최소화한다. 제1 실시예가 구비하는 단열 파이프(500)의 내부 형상은 축 방향 홈(510)이 형성된 형상이나, 홈은 쐐기모양, 나선모양, 링 형상, 그물 형상 등의 다양한 형상으로 접촉면을 최소로 하는 구조라면 어떠한 형상이어도 무방하다.

단열 파이프(500)를 여자 코일(300)과 서셉터 사이에 배치함으로써, 서셉터에서 발생하는 유도열이 여자 코일(300)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 여자 코일(300)에 서셉터에서 발생하는 고열이 전달될 경우, 여자 코일(300) 자체의 저항이 높아짐으로써 결과적으로 여자 코일(300)이 유도하는 자기장의 세기가 약해져 서셉터에서 발생하는 유도 발열량이 낮아진다. 따라서 단열 파이프(500)를 여자 코일(300)과 서셉터 사이에 배치함으로써, 서셉터에서 발생하는 발열량을 향상시킬 수 있다. 또한 에너지 손실이 적기 때문에 서셉터의 발열 온도 제어가 용이해진다는 장점이 있다.

히트 파이프(400)와, 히트 스틱(800)는 여자 코일(300)에 의해 자화 가능한 자성 재질로 형성된다. 히트 파이프(400)의 하단부를 지지하며, 히트 스틱(800)을 고정하기 위한 제1 이너 파트(600)가 구비되며, 제2 이너 파트(700)는 제1 이너 파트(500)의 하부에 결합되어 제1 이너 파트(600)와 함께 히트 스틱(800)을 고정한다. 제1 이너 파트(600)와 제2 이너 파트(700)는 내열 플라스틱으로 제조되어, 히트 파이프(500)와 히트 스틱(800)의 발열을 견뎌낼 수 있다.

단열을 위해 적용되는 단열 파이프(500)의 외벽에 단열차폐기능을 갖는 필러를 이용하는 단열 필름을 부착하여 단열 파이프(500)의 단열효과를 상승시킬 수 있다. 단열필러로는 열전도율이 낮은 지르코니아와 같은 세라믹 파우더, 다공성 실리카겔, 다공성 알루미나, 에어로젤 등의 세라믹 파우더가 이용될 수 있다.

또는 단열을 위해 적용되는 단열 파이프(500)의 외벽에 단열차폐기능을 갖는 필러를 이용하는 단열 도료를 칠하여 부착하여 인슐레이터의 단열효과를 상승시킬 수 있다. 단열 필러로는 열전도율이 낮은 지르코니아와 같은 세라믹 파우더, 다공성 실리카겔, 다공성 알루미나, 에어로젤 등의 세라믹 파우더가 이용될 수 있다.

또 다른 예로 단열 파이프는 내부에 홈을 갖는 대신, 중공 튜브로 대체될 수 있다. 중공형 튜브를 이용하여 서셉터에 발생한 열을 에어로졸 발생부위에 한정하여 효율상을 기할 수 있다. 중공형 튜브의 내부는 진공형태가 가장 바람직하지만 에어로졸 파우더, 제올라이트와 같은 다공성 재질의 단열재로 충진할 수 있다. 또한 충진하지 않은 상태의 중공 구조로도 단열효과를 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치가 구비하는 제1 이너 파트를 도시한 도면이다. 도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 이너 파트(600)는 상부에 원판형 홈(610)을 구비하며, 원형 홈(610) 내에 히트 파이프(400)의 하단 일부가 삽입되어 지지된다. 이때, 히트 파이프(400)의 단열을 위해, 원판형 홈(610)에는 복수 개의 리브(612)가 형성되어, 원형 홈(610)의 바닥면으로부터 소정 간격을 두고 배치된다. 즉, 원형 홈(610)의 바닥면과 히트 파이프(400)의 바닥면 사이에 공기층이 형성된다. 또한, 원형 홈(610)의 측면을 관통하는 관통홀(614)을 구비함으로써, 후술할 기류 패스를 통해 유입된 공기가 출입하게 된다. 또한 원형 홈(610)의 바닥면 중앙에는 홀(616)이 형성되는데, 이를 히트 스틱(800)의 상부가 관통하며, 히트 스틱(800)의 상부 일부는 히트 파이프(400) 내에 위치하게 된다. 또한, 제1 이너 파트(600)의 외측 일측에는 여자 코일(300)의 리드 와이어를 안내하는 안내부(620)가 마련된다. 안내부(620)를 통해 여자 코일(300)의 리드 와이어가 인출되어 제어 기판(220)과 전기적 접점을 형성할 수 있다. 또한, 제1 이너 파트(600)를 배터리(210)와 제어 기판(220)을 고정하는 브라켓 등에 고정하기 위한 고정부(630)가 마련될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서는 제1 이너 파트(600)와 브라켓은 나사결합되며, 그에 따라 고정부(630)는 나사홀이다. 한편, 제1 이너 파트(600)의 하부에는 히트 스틱(800)의 일부가 위치하며, 히트 스틱(800)을 고정하기 위한 제2 이너 파트(600)가 삽입되어 고정되기 위한 수용부(640)를 구비한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치가 구비하는 히트 스틱을 도시한 도면이다. 도 2, 도 3 및 도 6을 참조하면, 히트 스틱(800)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 이너 파트(600)를 관통하여 히트 파이프(400) 내에 위치하게 되는 상부 봉(810)과, 히트 스틱(800) 소정 길이만큼만 제1 이너 파트(600)를 관통하여 히트 파이프(400) 내에 위치하도록 위치를 결정할 수 있게 하고, 히트 스틱(800)의 고정을 돕는 플랜지부(820), 플랜지부(820)의 하부로 돌출된 하부 봉(830)을 포함한다. 이때, 히트 스틱(800)은 중공 봉으로, 상부 봉(810)의 상단이 첨단으로 막혀있는 형태이다. 히트 스틱(800)의 중앙은 공기층이 형성되어 단열 효과를 줄 수 있으며, 중공 형태가 아닌 것에 비해 쉽게 유도 가열을 할 수 있다는 장점이 있다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치가 구비하는 제2 이너 파트를 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 7을 참조하면, 제2 이너파트(700)는 제1 이너 파트(600)의 하부에 형성된 수용부(640)에 삽입되어 고정되며, 히트 스틱(800)의 플랜지부(820)와 하부 봉(830)이 맞물려 히트 스틱(800)을 고정하는 역할을 한다. 제2 이너파트(700)의 상부(710)는 히트 스틱(800)의 플랜지부(820)가 맞물리는 형상을 구비한다. 또한, 상부(710)의 중앙에 히트 스틱(800)의 하부 봉(830)이 삽입되는 삽입홈(720)을 구비한다. 또한 하부에는 제1 이너 파트(600)와 체결을 위한 체결부(730)가 구비된다. 제1 실시예에서는 제1 이너 파트(600)와 제2 이너 파트(700)가 나사 체결되므로, 체결부(730)는 나사홈이 형성된 체결보스이다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 단면도이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치는, 커버 케이스(130)에 형성된 홀(미도시)을 통해 유입된 외기가, 상부 케이스(120)에 형성된 기류 홀(120)을 거쳐, 제1 이너 파트(600)의 관통홀(614; 도 5 참조)을 통해 히트 파이프(400) 내로 유입되며, 히트 파이프(400)에 삽입된 미세입자발생기재(미도시)가 가열되면서 발생한 미세입자와 함께 사용자가 흡입할 수 있게 된다.

한편, 제1 실시예에서는 히트 파이프(400)와 히트 스틱(800)이 모두 서셉터로 이용되었으나, 또 다른 실시예로, 히트 파이프(400)를 자화가 불가능한 재질로 변경함으로써 발열하지 않고 단지 미세입자 발생 기재를 수용하기만 하는 파이프로 이용하고, 서셉터로 히트 스틱(800)만을 사용하는 것도 가능하다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 단면도, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치의 분해사시도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도가열식 미세입자 발생장치는 서셉터로 히트 스틱은 포함하지 않으며, 궐련(T)이 삽입되는 히트 파이프(400a)만을 구비한다. 따라서, 이너 파트 역시 히트 파이프(400a)를 지지하기 위한 제1 이너 파트(600a)만을 구비하며, 제1 실시예와 달리 제2 이너 파트는 포함하지 않는다. 제2 실시예가 구비하는 제1 이너 파트(600a)는 히트 스틱이 관통할 필요가 없으므로, 바닥면에 관통홀을 구비하지 않는다. 나머지는 제1 실시예와 동일하게, 히트 파이프(400a)와 제1 이너 파트(600a) 사이에는 통풍 구조가 형성된다. 통풍 구조로서, 히트 파이프(400a)의 하단을 띄울 수 있도록 복수 개의 리브가 형성되며, 공기가 유입될 수 있는 관통홀을 측면에 구비한다.

Claims

여자 코일;
여자 코일과 반응하여 와전류 손실에 의해 유도 발열이 일어나 향미 발생 기재를 가열하는 하나 이상의 서셉터; 및
서셉터와 여자 코일 사이의 열을 차폐하는 단열 부재;를 포함하는 유도가열식 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
서셉터는 여자 코일과 동심을 이루며 미세입자발생기재의 외부에서 가열하는 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치.
제2항에 있어서,
히트 파이프의 하단을 지지하는 이너 파트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치.
제3항에 있어서,
이너 파트와 히트 파이프 사이에는 공기가 드나들 수 있는 통풍 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
서셉터는, 미세입자발생기재 내부로 삽입되는 히트 스틱인 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치.
제5항에 있어서,
히트 스틱과 단열 부재 사이에 설치되며, 미세입자발생기재를 수용하며 비자성 재질로 제조되는 파이프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
서셉터는 여자 코일과 동심을 이루며 미세입자발생기재의 외부에서 가열하는 히트 파이프와 미세입자발생기재 내부로 삽입되는 히트 스틱을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치.
제7항에 있어서,
히트 파이프의 하단을 지지하며, 히트 스틱이 관통하는 제1 이너 파트; 및
제1 이너 파트에 결합되어 히트 스틱을 고정하는 제2 이너 파트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
내열 파이프는, 내주면에 복수 개의 홈 또는 리브로 이루어지는 방열 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도가열식 미세입자발생장치.