KR20200078410A

KR20200078410A - 유도가열히터를 갖는 미세입자발생장치

Info

Publication number: KR20200078410A
Application number: KR1020190172899A
Authority: KR
Inventors: 권중학
Original assignee: 주식회사 이엠텍
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2039-12-23
Also published as: KR102381044B1; EP3900552A4; CN113226083A; EP3900552A1

Abstract

본 발명은 유도가열식 미세입자발생장치에 관한 것으로, 여자 코일과, 여자 코일과 반응하여 와전류 손실에 의해 유도 가열이 일어나는 서셉터, 서셉터의 온도를 얻기 위한 서셉터온도획득부와, 서셉터와 여자 코일 사이의 열을 차폐하는 단열부를 포함하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

Description

유도가열히터를 갖는 미세입자발생장치{MICROPARTICLE GENERATING DEVICE WITH INDUCTION HEATER}

본 발명은 유도가열히터를 갖는 미세입자발생장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술인 국제공개공보 WO 2015/177255에 기재된 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 전원을 포함하고 있다.

유도 가열 장치(1)는, 충전식 배터리(11a)를 충전하기 위한 충전 스테이션(charging station) 또는 충전 장치에 유도 가열 장치(1)를 도킹하기 위한 핀(12a)을 포함하는 도킹 포트(docking port; 12)를 포함하고 있다. 또한, 유도 가열 장치(1)는 원하는 주파수, 예를 들어 5 MHz의 주파수에서 작동하도록 구성된 전력 공급 전자기기(13)를 포함하고 있다. 전력 공급 전자기기(13)는, 적절한 전기 연결부(13a)를 통해 충전식 배터리(11a)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 와전류(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 언제 퍼프(puff)를 행하는지를 결정하는 것도 어렵다.

국제공개공보 WO 95/27411 국제공개공보 WO 2015/177257 국제공개공보 WO 2015/177255

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 코일과, 여자 코일과 반응하여 와전류 손실에 의해 유도 가열이 일어나는 서셉터, 서셉터와 여자 코일 사이의 열을 차폐하는 단열 부재를 포함하는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 여자 코일과, 액상 저장공간과 액상을 기화시키기 위한 발열 부재가 서셉터로 구비되는 유도가열식 미세입자발생장치를 제공한다.

이에 본 발명은, 내부에 에어로졸 형성 기재(aerosol-forming substrate)를 포함하며 외부가 랩핑 페이퍼로 랩핑된 흡연 물품(smoking article)이 삽입될 수 있는 공동을 갖고 공동에 삽입된 흡연 물품의 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 형성시키는, 파지 가능하고 휴대 가능한 크기의 미세입자발생장치에 있어서, 장치 내에 제공되는, 다수회 권선된 여자 코일과, 장치 내에서 여자 코일이 에워싸도록 여자 코일 내측에 제공되는, 공동을 정의하는 중공 원통 형상의 박판으로 이루어지고 여자 코일과 반응하여 와전류 손실에 의한 유도가열에 의해 400 ℃ 이하의 온도까지 가열되는 금속 재질의 서셉터로, 서셉터의 내표면이 공동 내에 삽입된 흡연 물품의 랩핑 페이퍼 외표면의 적어도 일부와 접촉하고 유도가열된 서셉터가 열전달에 의해 랩핑 페이퍼 안쪽의 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 형성시키는 서셉터와, 장치 내에서 서셉터와 여자 코일 사이에 제공되어 서셉터의 열이 여자 코일로 전달되는 것을 막는 단열부와, 장치 내에 제공되는, 서셉터 및 여자 코일 중 하나 이상의 적어도 일부를 지지하는 구조물과, 장치 내에 제공되는, 서셉터의 온도를 얻기 위한 서셉터온도획득부와, 장치 내에 제공되어 직류 전원으로 기능하는 재충전 가능한 배터리와, 여자 코일, 서셉터온도획득부 및 배터리와 전기적으로 연결되고, 배터리로부터 공급되는 직류 전원을 공급받아, 서셉터의 온도에 따라, 공진 주파수의 교류 전류 혹은 공진 주파수와 차이가 있는 주파수의 교류 전류를 여자 코일로 공급하여 서셉터를 원하는 온도로 유도 가열하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열히터를 갖는 파지 가능하고 휴대 가능한 크기의 미세입자발생장치를 제공한다.

여기서, 공동에 삽입되는 흡연 물품의 하부 중앙을 관통하여 삽입되어 흡연 물품 내의 에어로졸 형성 기재와 직접 접촉하여 가열시킬 수 있는 서셉터를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 서셉터는 바람직하게는 스테인레스강 박판으로 만들어질 수 있다.

또한, 단열부는 바람직하게는 서셉터와 여자 코일 사이에 제공되는 공기층일 수 있다.

또한, 서셉터 및 여자 코일 중 하나 이상의 적어도 일부를 지지하는 구조물이 내열 플라스틱으로 만들어져서 서셉터 및 여자 코일 사이에 제공되어 서셉터의 열이 여자 코일로 전달되는 것을 막는 단열부로 기능하는 단열 플라스틱 구조물일 수 있다.

또한, 단열 플라스틱 구조물은 서셉터 바깥에서 서셉터의 적어도 일부를 지지하며 구조물의 외측면에 여자 코일이 권선되어 있는 단열파이프일 수 있다.

또한, 단열 플라스틱 구조물은, 서셉터와의 사이에 열전도율이 낮은 세라믹 파우더로 만들어진 열 절연체 링을 별도로 개재하여, 서셉터를 지지함으로써 서셉터로부터의 열이 바깥으로 누출되는 것을 막을 수 있다.

또한, 여자 코일의 외측면에는 여자 코일과 접촉하도록 페라이트쉬트가 랩핑되어 여자 코일 바깥으로 자속이 누출되는 것을 막을 수 있다.

또한, 여자 코일의 외측면에 그라파이트쉬트가 랩핑되어 여자 코일의 열을 외부로 방열시킬 수 있다.

또한, 여자 코일의 외측면에, 페라이트쉬트 및 그라파이프쉬트의 합지가 랩핑되어 여자 코일 바깥으로 자속이 누출되는 것을 막음과 동시에 여자 코일의 열을 외부로 방열시킬 수 있다.

또한, 공동과 연통하는 기류패스에 공동 내에 삽입된 흡연 물품에 대한 사용자의 퍼프로 인한 음압을 감지하는 압력센서를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 서셉터온도획득부는, 서셉터의 온도 변화에 따라 변화하는 인덕턱스 또는 리액턴스 값에 따라 서셉터를 가열하는 전류와 전압이 변화하는 것을 측정하는 전류센서 및 전압센서로부터의 전류와 전압의 변화에 따라 서셉터의 온도를 계산할 수 있다.

또한, 서셉터온도획득부는, 서셉터 외측면에 접촉되어 서셉터의 온도변화에 따른 저항값의 변화를 감지하여 온도를 측정하는 온도센서이고, 온도센서의 리드선은 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 온도센서 및 온도센서의 리드선은 서셉터 외면을 감싸는 내열성 수축튜브에 의해 감싸여져 서셉터 외측면과 접촉할 수 있다.

여기서, 흡연 물품은 내부에 액상 카트리지를 포함할 수 있다.

또한, 액상 카트리지는, 글리세린 VG를 포함하는 액상 혹은 겔상 조성물을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 흡연 물품 내에서, 액상 카트리지의 상류 혹은 하류에 담배체를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 흡연 물품은, 필터 및 튜브를 추가로 포함하고, 필터, 튜브 및 액상 카트리지가 하나의 랩핑 페이퍼로 랩핑되어 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 흡연 물품은 글리세린 VG가 포함된 담배체를 포함할 수 있다.

또한, 흡연 물품은, 필터 및 튜브를 추가로 포함하고, 필터, 튜브 및 담배체가 하나의 랩핑 페이퍼로 랩핑되어 형성되는 것이 바람직하다.

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 발명에 사용될 수 있는 흡연 물품의 바람직한 일 예를 보인 개략적인 분해 단면도,
도 3은 본 발명에 사용될 수 있는 흡연 물품의 바람직한 다른 예를 보인 개략적인 분해 단면도,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치의 분해사시도,
도 5은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치의 분해 단면도,
도 6는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치에 사용될 수 있는 단열 파이프의 사시도,
도 7는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치에 사용될 수 있는 제1 이너 파트를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치에 사용될 수 있는 히트 스틱을 도시한 도면,
도 9은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치에 사용될 수 있는 제2 이너 파트를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치의 단면도,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세입자발생장치의 단면도,
도 12은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세입자발생장치의 분해사시도,
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세입자발생장치의 일부를 보인 단면도,
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 미세입자발생장치의 일부를 보인 단면도,
도 15는 본 발명에 따른 미세입자발생장치에서 유도가열을 위한 회로 블럭도의 일 실시예를 도시한 도면,
도 16은 본 발명에 따른 미세입자발생장치에서 유도가열을 위한 회로 블럭도의 다른 실시예를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는데, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함한다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하의 실시예에서, 용어 '상류' 및 '하류'는 사용자가 흡연 물품을 사용하여 공기를 흡인하는 방향을 기준으로 하여, 흡연 물품을 구성하는 세그먼트들의 상대적인 위치를 나타내기 위해 사용된 용어이다. 흡연 물품은 하류 단부(즉, 공기가 들어오는 부분) 및 이에 대향하는 상류 단부(즉, 공기가 나가는 부분)를 포함한다. 흡연 물품 사용시 사용자는 흡연 물품의 하류 단부를 물 수 있다. 하류 단부는 상류 단부의 하류에 위치하며, 한편 용어 '단부'는 또한 '말단'으로 기술될 수 있다.

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.

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

이하에서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미세입자발생장치에 사용될 수 있는, 가열에 의해 에어로졸을 발생시키는 흡연 물품에 삽입될 수 있는 액상 카트리지와, 이러한 액상 카트리지를 포함하는 가열식 흡연 물품을 첨부한 도면에 참조하여 설명하는데, 설명의 편의상 가열식 흡연 물품의 구성요소를 각각 설명하면서 그에 포함되는 액상 카트리지를 설명하도록 한다. 여기서 가열식 흡연 물품이라 함은, 연소에 의하지 않고 전기저항 방식 혹은 유도가열 방식 등으로 흡연 물품을 가열함으로써 흡연 물품으로부터 에어로졸을 생성시키고 사용자가 이러한 에어로졸을 흡입하여 사용하는 형태이다. 이러한 흡연 물품은 종래의 흡연 물품 담배 1개비와 비슷한 횟수의 흡입 행위를 하기에 적당한 양의 에어로졸 형성 기재(aerosol-forming substrate) 및/또는 담배 각초를 흡연 물품 내부에 포함하며, 미리 정해진 양만큼 에어로졸이 발생된 후에는 더 이상 유의미한 양의 에어로졸을 발생시키지 않으며 1회 사용된 후에 사용자에 의해 버려질 것이다.

도 2 및 3에 일 예를 보인 본 발명의 미세입자발생장치에 사용될 수 있는 가열식 흡연 물품(50)은 에어로졸 형성 기재로, 후술하는 바와 같이 통상의 담배 각초와 글리세린 등과 같은 액상 조성물을 포함한다. 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 가열식 흡연 물품(50)은, 상류 단부에 에어로졸 형성 기재로서 담배 각초(58), 그 직하류에 또 다른 에어로졸 형성 기재로서 액상 조성물 카트리지(56), 그 직하류에 에어로졸 이동 통로를 제공하는 튜브(54), 그리고 마우스피스로 기능하는 필터(52)가 적층된 구조를 갖는다. 액상 조성물 카트리지(56) 및 담배 각초 혹은 담배체(58)의 상대적 위치는 반대가 될 수 있으며, 다르게는 도 3에 보인 바와 같이 담배 각초 혹은 담배체(58)가 생략될 수 있거나, 현재 시판 중인 가열식 흡연 물품(50)과 마찬가지로 액상 조성물 카트리지(56)가 생략될 수도 있다.

본 발명에 따른 액상 카트리지(56)는, 액상 혹은 겔상 조성물과; 액상 혹은 겔상 조성물이 젖어진 액상 혹은 겔상 흡습체와; 액상 혹은 겔상 흡습체를 7 내지 20 mm의 길이와 5 내지 8 mm의 직경을 갖는 실린더 형상으로 측면을 랩핑하는, 랩핑 페이퍼를 포함하며, 액상 혹은 겔상 흡습체는, 액상 카트리지 내의 액상 혹은 겔상 흡습체에 70 내지 120 mg의 액상 조성물을 흡습하여 액상 카트리지 내에 유지하기에 충분한 흡습율을 갖는다. 7 내지 20 mm의 길이와 5 내지 8 mm의 직경을 갖는 실린더 형상은 현재 사용되고 있는 통상의 담배 혹은 가열식 흡연 물품의 규격에 부합하는 크기로 이러한 규격을 갖는 액상 카트리지(56)는 가열식 흡연 물품에 삽입되어 별도의 랩핑 페이퍼(60)로 랩핑되면 사용자 입장에서 볼 때는 통상의 담배 혹은 가열식 흡연 물품과 차이가 없게 된다.

본 발명은, 이러한 규격을 갖는 액상 카트리지(56)의 액상 흡습체에 70 내지 120 mg의 액상 혹은 겔상 조성물을 흡습시키는 것을 특징으로 하는데, 이러한 수치 범위는 1개비의 가열식 흡연 물품에 제공되는 담배 각초로부터 에어로졸을 사용자가 흡입할 때 액상 조성물로부터 유래하는 에어로졸을 함께 제공할 수 있는 양의 액상 조성물의 양을 가리킨다. 위 하한 값(70 mg) 미만의 액상 혹은 겔상 조성물이 액상 흡습체에 흡습되는 경우에는 사용자가 가열식 흡연 물품에 제공되는 담배 각초로부터 유래하는 에어로졸을 흡입하는 과정에서 액상 조성물로부터 유래하는 에어로졸이 부족할 수 있으므로 액상 카트리지에 흡습되는 액상 조성물은 위 하한 값(70 mg) 이상이어야 한다. 위 상한값(120 mg)을 초과하는 액상 혹은 겔상 조성물이 액상 흡습체에 흡습되는 경우에는 액상 조성물이 이상의 규격을 갖는 액상 카트리지 내의 액상 흡습체가 액상 조성물을 흡습한 채로 유지하기 힘들 수 있어서, 액상 조성물이 액상 카트리지로부터 흘러나올 수 있다. 따라서 액상 카트리지(56)에 흡습되는 액상 혹은 겔상 조성물은 위 상한값(120 mg) 이하이어야 한다. 바람직한 범위는 80 내지 110 mg이고, 더욱 바람직한 범위는 90 내지 105 mg이다.

본 발명의 또 다른 특징은 이상과 같은 규격을 갖는 액상 카트리지(56) 내의 액상 흡습체가 위와 같은 범위를 갖는 액상 조성물을 액상 카트리지 내에 유지하기에 충분한 흡습율을 갖는 것에 있다. 즉 액상 조성물은 액상 카트리지 내의 액상 흡습체에 흡습된 채로 유지되며, 액상 카트리지 외부로 흘러나오지 않는다. 여기서 흡습은 흡습체가 액상 조성물에 의해 젖어 있되, 이것이 밖으로 흘러나오지 않는 것을 가리킨다. 후술하는 바와 같이 필터-튜브-액상 카트리지-담배체는 랩핑 페이퍼로 싸여져서 가열식 흡연 물품을 형성하게 되는데, 액상 카트리지는 상류 혹은 하류 쪽으로 별개의 부재 없이 담배체나 튜브 혹은 필터와 직접 접촉하게 되는데, 액상 카트리지 내의 액상 흡습체에 흡습된 액상 조성물은 액상 흡습체에 흡습되어 저장될 뿐이고 담배체 혹은 튜브 혹은 필터 쪽으로 흘러나오지 않는다. 이를 위해 액상 조성물은, 액상 흡습체의 단위 부피당 0.13 내지 0.32 mg/mm³의 양으로 액상 흡습체에 흡습되어 있는 것이 바람직하다. 이 수치한정의 이유는 본 발명의 액상 흡습체에 흡습되는 액상 조성물의 양에 대한 수치한정의 이유와 비슷하다. 즉, 위 하한 값(0.13 mg/mm³) 미만인 경우에는 액상 흡습체에 흡습된 액상 조성물의 양이 충분하지 않아서 사용자가 가열식 흡연 물품에 제공되는 담배 각초로부터 유래하는 에어로졸을 흡입하는 과정에서 액상 조성물로부터 유래하는 에어로졸이 부족할 수 있으므로 액상 카트리지에 흡습되는 액상 조성물은 위 하한 값(0.13 mg/mm³) 이상이어야 한다. 위 상한값(0.32 mg/mm³)을 초과하는 액상 조성물이 액상 흡습체에 흡습되는 경우에는 액상 조성물이 이상의 규격을 갖는 액상 카트리지 내의 액상 흡습체가 액상 조성물을 흡습한 채로 유지하기 힘들 수 있어서, 액상 조성물이 액상 카트리지로부터 흘러나올 수 있다.

액상 조성물은 글리세린 VG을 포함하고, 선택적으로 글리세린 PG, 물, 풍미제를 포함하되, 액상 조성물은, 중량%로, 70 내지 100%의 글리세린 VG, 0 내지 20%의 글리세린 PG, 0 내지 10%의 물을 포함하며, 이렇게 얻어진 액상 조성물의 전체 중량 대비 10% 이하로 가미되는 풍미제를 추가로 포함한다. 바람직한 일 실시예에 따르면, 본 발명은 중량%로, 100% 글리세린 VG로 이루어진 액상 조성물을 사용한다. 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 중량%로, 80% 글리세린 VG 및 20% 글리세린 PG로 이루어진 액상 조성물을 사용한다. 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 중량%로, 75% 글리세린 VG, 20% 글리세린 PG 및 5% 물로 이루어진 액상 조성물을 사용한다. 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 이렇게 얻어진 액상 조성물 전체 중량 대비 10% 이하로 가미되는 풍미제를 추가로 포함한다. 예를 들어, 풍미제는 감초, 자당, 과당 시럽, 이소감미제, 코코아, 라벤더, 시나몬, 카르다몸, 셀러리, 호로파, 카스카릴라, 백단, 베르가못, 제라늄, 벌꿀 에센스, 장미 오일, 바닐라, 레몬 오일, 오렌지 오일, 민트 오일, 계피, 캐러웨이, 코냑, 자스민, 카모마일, 멘톨, 계피, 일랑일랑, 샐비어, 스피어민트, 생강, 고수 또는 커피 등을 포함할 수 있다. 더불어 액상 조성물은 니코틴을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다.

바람직한 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액상 흡습체는, 멜라민 기지 발포수지로 만들어진 두께 2 내지 3 mm의 띠를 구기거나 말아서 실린더 모양으로 만든 것이고, 바람직한 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액상 흡습체는, 멜라민 기지 발포수지를 실린더 형상으로 가공하여 만들어진 것인데, 멜라민 기지 발포수지로 만들어진 액상 흡습체는, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.013 mg/mm³인 단위 부피당 중량을 갖는다. 100 mg의 액상 조성물이 젖어진 액상 흡습체를 갖는 액상 카트리지를 포함하는 가열식 흡연 물품에 대해 행한 실험결과에 따르면, 실험 중에 액상 조성물이 외부로 흘러 나오는 문제 없이 액상 흡습체에 흡습된 채로 유지되었으며, 액상 조성물로부터 유래하는 충분한 에어로졸이 확인되었다.

바람직한 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액상 흡습체는, 펄프 또는 펄프를 포함하는 원단을 구기거나 접거나 말아서 실린더 모양으로 만들거나 실린더 형상으로 가공하여 만든 것인데, 펄프 또는 펄프를 포함하는 원단으로 만들어진 액상 흡습체는, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.4 mg/mm³인 단위 부피당 중량을 갖는다. 100 mg의 액상 조성물이 젖어진 액상 흡습체를 갖는 액상 카트리지를 포함하는 가열식 흡연 물품에 대해 행한 실험결과에 따르면, 실험 중에 액상 조성물이 외부로 흘러 나오는 문제 없이 액상 흡습체에 흡습된 채로 유지되었으며, 액상 조성물로부터 유래하는 충분한 에어로졸이 확인되었다.

바람직한 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액상 흡습체는, 면의 직조 원단 혹은 부직포 원단을 구기거나 말아서 실린더 모양으로 만들거나 실린더 형상으로 가공하여 만든 것인데, 면의 직조 원단 혹은 부직포 원단으로 만들어진 액상 흡습체는, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.35 mg/mm³인 단위 부피당 중량을 갖는다. 100 mg의 액상 조성물이 젖어진 액상 흡습체를 갖는 액상 카트리지를 포함하는 가열식 흡연 물품에 대해 행한 실험결과에 따르면, 실험 중에 액상 조성물이 외부로 흘러 나오는 문제 없이 액상 흡습체에 흡습된 채로 유지되었으며, 액상 조성물로부터 유래하는 충분한 에어로졸이 확인되었다.

바람직한 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 액상 흡습체는, 대나무 섬유의 직조 원단 혹은 부직포 원단을 구기거나 말아서 실린더 모양으로 만들거나 실린더 형상으로 가공하여 만든 것인데, 대나무 섬유의 직조 원단 혹은 부직포 원단으로 만들어진 액상 흡습체는, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.25 mg/mm³인 단위 부피당 중량을 갖는다. 100 mg의 액상 조성물이 젖어진 액상 흡습체를 갖는 액상 카트리지를 포함하는 가열식 흡연 물품에 대해 행한 실험결과에 따르면, 실험 중에 액상 조성물이 외부로 흘러 나오는 문제 없이 액상 흡습체에 흡습된 채로 유지되었으며, 액상 조성물로부터 유래하는 충분한 에어로졸이 확인되었다.

본 발명에 따른 미세입자발생장치에 적용될 수 있는 흡연 물품은 또한 겔상 에어로졸 형성 기재 카트리지는, 상온에서 겔상 혹은 고체상으로 존재하고 150 내지 300 ℃의 온도범위에서 에어로졸로 기화하는, 글리세린 VG, 물, 젤라틴을 포함하며, 선택적으로 글리세린 PG를 포함하는 겔상 에어로졸 형성 기재과; 겔상 에어로졸 형성 기재이 수용되는 겔 수용체와; 겔 수용체를 7 내지 20 mm의 길이와 5 내지 8 mm의 직경을 갖는 실린더 형상으로 측면을 랩핑하는, 랩핑 페이퍼를 포함할 수도 있다. 7 내지 20 mm의 길이와 5 내지 8 mm의 직경을 갖는 실린더 형상은 현재 사용되고 있는 통상의 담배 혹은 가열식 흡연 물품의 규격에 부합하는 크기로 이러한 규격을 갖는 겔상 에어로졸 형성 기재 카트리지는 가열식 흡연 물품에 삽입되어 별도의 랩핑 페이퍼로 랩핑되면 사용자 입장에서 볼 때는 통상의 담배 혹은 가열식 흡연 물품과 차이가 없게 된다.

여기서, 겔상 에어로졸 형성 기재는, 중량%로, 80 내지 100%의 글리세린 VG, 0 내지 20%의 글리세린 PG로 이루어지는 액상 조성물을 포함하되, 60 내지 80%의 액상 조성물과 20 내지 40%의 물의 부피 비율로 혼합된 혼합물 100 ml 대비 1 내지 6 g의 중량의 젤라틴을 포함하며, 선택적으로 액상 조성물의 전체 중량 대비 10% 이하로 가미되는 풍미제를 포함할 수 있다. 여기서 바람직하게는 액상 조성물은, 겔 수용체 내에 70 내지 120 mg의 양으로 포함된다. 다르게는 액상 조성물은, 겔 수용체의 단위 부피당 0.13 내지 0.32 mg/mm³의 양으로 겔 수용체에 포함될 수 있다.

바람직한 일 실시예에 따르면, 랩핑 페이퍼(60)는, 알루미늄 포일이 종이에 부착되어 형성되며, 알루미늄 포일이 액상 흡습체에 접촉하도록 실린더 형상으로 랩핑된다. 도 2 내지 도 3에 보인 액상 카트리지의 구성으로부터 알 수 있는 바와 같이, 액상 흡습체는 랩핑 페이퍼에 의해 랩핑되는데, 이 경우 랩핑 페이퍼는 알루미늄 포일이 종이에 부착된 형태로 제공될 수 있고, 알루미늄 포일이 액상 흡습체에 접촉하도록 실린더 형상으로 랩핑되는 것이 좋다. 결과적으로 바람직하게는 액상 카트리지(56)을 랩핑하는 (알루미늄 포일이 종이에 부착되어 형성된) 랩핑 페이퍼가 필요하고, 흡연 물품(50)을 형성하기 위하여 필터(52), 튜브(54), 액상 카트리지(56) 및/또는 담배체(58)(전술한 바와 같이 양자의 순서는 바뀔 수 있고 그 하나가 생략될 수도 있음)을 직렬로 배열하여 랩핑하기 위한 도 2 및 도 3에 보인 랩핑 페이퍼(60)이 필요하다(랩핑 페이퍼의 종류에 대해서는 후술함).

본 발명에 따른 미세입자발생장치에 사용될 수 있는 가열식 흡연 물품(50)은 도 2 및 도 3에 보인 바와 같이, 에어로졸의 이동 통로를 제공하는 튜브(54)를 포함할 수 있는데, 튜브(54)에는 PLA가 삽입되어 에어로졸의 온도를 낮추어 사용자가 에어로졸 흡입 시에 화상을 입는 것을 방지할 수도 있다.

마우스피스 역할을 하는 필터(52)는 도 2 및 도 3에 보인 바와 같이 에어로졸은 지나가고 액 유입은 막아주는 역할을 한다. 필터는 펄프로 제작될 수 있으며, 원통형 또는 튜브 형태로 제작될 수 있다. 한편, 필터는 가향 성분을 포함하여 사용자의 만족감을 향상시킬 수 있다. 가향 성분은 예를 들어, 감초, 자당, 과당 시럽, 이소감미제, 코코아, 라벤더, 시나몬, 카르다몸, 셀러리, 호로파, 카스카릴라, 백단, 베르가못, 제라늄, 벌꿀 에센스, 장미 오일, 바닐라, 레몬 오일, 오렌지 오일, 민트 오일, 계피, 케러웨이, 코냑, 자스민, 카모마일, 멘톨, 계피, 일랑일랑, 샐비어, 스피어민트, 생강, 고수 또는 커피 등을 포함할 수 있다.

경우에 따라서는 담배 각초로 이루어지는 담배체(58) 없이 액상 조성물이 니코틴을 포함하고, 액상 카트리지에 튜브와 필터를 차례로 적층하고 랩핑 페이퍼로 랩핑하여 가열식 흡연 물품(50)을 제조할 수도 있다.

가열식 흡연 물품(50)은 보통 복수 층의 랩핑 페이퍼(60)로 랩핑되는데, 액상 카트리지가 위치한 부분을 감싸는 제1 랩핑 페이퍼, 그 하류 혹은 상류에 액상 카트리지와 담배 각초에 의한 담배체를 함께 랩핑하는 제2 랩핑 페이퍼, 그 위에 튜브를 함께 랩핑하는 제3 랩핑 페이퍼, 그 위에 가열식 흡연 물품의 모든 부분을 감싸는 제4 랩핑 페이퍼와 같이 여러 겹의 랩핑 페이퍼로 랩핑할 수 있다. 이렇게 여러 단계의 랩핑을 거치면서 가열식 흡연 물품이 얻어질 수 있는데, 경우에 따라서는 액상 카트리지를 형성하는 공정이 별개로 행해질 수도 있고, 연속 라인을 통해 행해질 수도 있다.

다르게는 제조 시간을 단축시키고, 제조 원가를 절감하기 위해, 가열식 흡연 물품의 모든 부분을 랩핑하는 최 외곽에 위치한 랩핑 페이퍼 내측에, 서로 다른 재질 또는 서로 다른 두께의 포장재를 덧대고 한 번에 랩핑하는 것도 가능하다.

도 2 및 도 3에 보인 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자발생장치에 적용될 수 있는 액상 카트리지는, 액상 조성물이 흡습된 액상 흡습체를 하우징 역할을 하는 랩핑 페이퍼가 랩핑하고 있다. 또한, 액상 카트리지의 하류 단부에는 튜브 및 필터가 차례로 적층되도록 설치된다. 필터 및 튜브는 액상 카트리지와 함께 랩핑 페이퍼에 의해 랩핑된다. 액상 카트리지 내의 액상 조성물은 액상 흡습체에 흡습된 채로 액상 카트리지 내에 유지되며 액상 카트리지로부터 흘러나오지는 않으며, 가열에 의해 기화되며 에어로졸을 발생한다. 랩핑 페이퍼는 고열 및 액상과의 접촉에 의해서 변형되거나 인체에 유해한 성분을 발생시키진 않는 소재로 제조되는 것이 바람직하다. 또는 랩핑 페이퍼는 금속 박막이나 금속 박판(foil)으로 제조하는 것도 가능하며, 전술한 바와 같이 종이 재질의 랩핑 페이퍼에 금속 박막이나 금속 박판이 덧대어진 형태일 수도 있다.

액상 카트리지(56)의 하류 측에 제공되는 필터(52)는 기류 형성을 위해 중공부를 가질 수 있으나, 중공부를 가지지 않는 형태의 필터를 사용하여도 무방하다. 필터는 적어도 하나의 세그먼트로 구성될 수 있으며, 예를 들어 튜브 필터, 냉각 구조물 및 리세스 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 튜브 필터는 내부에 중공을 포함하는 형태를 갖는다. 튜브 필터 및 리세스 필터는 셀룰로오스 아세테이트로 제작될 수 있으며, 냉각 구조물로 기능하는 튜브는 순수한 폴리락트산으로 제작되거나, 다른 분해성 폴리머와 폴리락트산을 조합하여 제작될 수 있다. 보다 구체적으로 필터는 아세테이트, 종이, PP 등의 재질로 제조될 수 있으며, 필터를 감싸는 필터 권지는, 일반지, 다공지, 천공지, NWA(Non Wrapped Acetate) 등으로 분류될 수 있다. 또한 필터의 형태는 하나의 세그먼트로 이루어지는 모노 필터, 여러 개의 세그먼트로 이루어지는 복합(이중, 삼중 등) 필터로 분류할 수 있다. 필터는 아세테이트 토우, 가소제, 활성탄, X-DNA, 권지로 제조될 수도 있다. 아세테이트 토우는, 셀룰로오스 아세테이트의 연속필라멘트의 집합체를 말하며, 필터의 가장 중요한 특성인 흡인저항을 결정하는데 결정적인 역할을 한다. 아세테이트 토우의 성질은 데니아에 의해서 결정된다. 가소제는 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 부드럽고 유연하게 함으로써 섬유 사이의 접촉점에서 결합을 형성하고, 섬유 묶음을 더욱 딱딱하게 해준다. 담배필터용 가소제는 트리아세틴을 사용한다. 흡착제의 하나인 활성탄은 탄소를 주성분으로 하는 물질이며, 입자의 크기와 성상에 따라서 구분될 수 있다. 활성탄에 사용되는 원료로는 식물성 원료로서 목재, 톱밥, 과실각(야자껍질, 대나무, 복숭아 씨) 등이 있다. X-DNA는 해조류에서 추출한 후 농축하여 가공된 기능성 입자를 말한다. 담배 필터에 주로 사용되는 활성탄에 비해 담배맛에 영향을 미치지 않고, 각종 발암 물질의 제거 기능이 탁월하다.

랩핑 페이퍼(60)의 기능은 필터 제조 시, 필터 플럭의 형상을 유지해준다. 랩핑 페이퍼 제조 시에는, 기공도, 인장 강도, 신장율, 두께, 풀 붙임성 등의 물성을 만족해야 한다. 예를 들어 액상 카트리지(56)의 길이는 14.0mm이며, 필터(52) 또는 튜브(54)의 길이는 각각 2.5mm, 담배 각초를 포함하는 담배체(58)의 길이는 9.0mm일 수 있다. 이들 바람직한 수치는 전술한 바와 같이 액상 카트리지(56) 혹은 담배체(58)가 생략됨에 따라 달라질 수 있다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치의 분해사시도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치의 분해 단면도이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 미세입자발생장치는, 내부에 에어로졸 형성 기재(aerosol-forming substrate)를 포함하며 외부가 랩핑 페이퍼(60)로 랩핑된 흡연 물품(smoking article)(50)이 삽입될 수 있는 공동(100)을 갖고 공동에 삽입된 흡연 물품(50)의 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 형성시키는, 파지 가능하고 휴대 가능한 크기의 미세입자발생장치이다. 이러한 미세입자발생장치는, 도시를 생략한 하부 케이스, 상부 케이스 내에 전장품들이 배치된다. 하부 케이스와 상부 케이스에 의해 정의되는 공간 내에서 하부에 본 발명에서 직류 전원으로 기능하는 재충전 가능한 배터리(210)와 본 발명에서 제어부를 구성하는 제어 기판(220)이 배치되고, 그 상부에 실제 발열에 이용되는 전장품들이 배치된다. 상부 케이스에는 커버 케이스가 결합되어 상부 케이스를 감싸게 된다. 본 발명은 파지 가능하고 휴대 가능한 크기의 미세입자발생장치를 대상으로 한다. 재충전 가능한 배터리(210)는 일예로 USB 케이블과 같은 충전 수단을 통해 재충전이 가능하며 사용자는 충전된 상태의 미세입자발생장치의 공동(100)에 흡연 물품(50)을 삽입하고 후술하는 바와 같이 유도 가열에 의해 서셉터를 가열시켜 흡연 물품(50) 내에서 에어로졸을 발생시키고 이를 흡입할 수 있게 된다. 이 경우 배터리(210)은 직류 전원으로 기능하며, 후술하는 바와 같이 제어부(220)을 통해 교류 전류로 여자 코일(300)에 공급된다. 본 발명에 따른 미세입자발생장치는 파지 가능한 크기로 사용자가 간편하게 휴대하여 사용 가능하다.

발열에 사용되는 전장품들은 유도가열을 위한 부품들로, 원통형으로 다수 회 권선된 여자 코일(300)과, 여자 코일(300)과 반응하여 와전류 손실에 의해 유도 가열이 일어나는 서셉터(susceptor; 자화 발열체)(400, 800)가 구비된다. 여기서 서셉터는, 장치 내에서 여자 코일(300)이 에워싸도록 여자 코일(300) 내측에 제공되는, 흡연 물품(50)가 삽입될 수 있는 공동(100)을 정의하는 중공 원통 형상의 박판으로 이루어지고 여자 코일(300)과 반응하여 와전류 손실에 의한 유도가열에 의해 400 ℃ 이하의 온도까지 가열되는 금속 재질의 히트 파이프(400)인 것이 바람직하다. 여자 코일(300)에 인가되는 교류 전류의 크기에 따라 서셉터의 온도는 1000 ℃ 이상의 온도까지도 가열될 수 있겠으나, 본 발명은 서셉터를 400 ℃ 이하의 온도까지 가열하는 것을 특징으로 한다. 서셉터는 여자 코일(300)에 인가되는 교류 전류의 크기에 따라 100 내지 400 ℃의 온도까지 가열되어, 공동(100) 내에 삽입되는 흡연 물품(50) 내부에 제공되는 에어로졸 형성 기재를 가열시켜 에어로졸을 발생시킨다. 바람직한 일 예에 따르면, 그 타켓 온도는 200 내지 350 ℃의 범위가 될 수 있으며, 더욱 바람직한 일 예에 따르면 그 타겟 온도는 250 내지 320 ℃의 범위가 될 수 있다 (일 예로 280 ℃를 타겟으로 정할 수도 있음). 경우에 따라서는 그 타겟 온도가 150 내지 250 ℃의 범위일 수 있는데(일 예로 180 ℃를 타겟 온도로 정할 수도 있음), 이것은 에어로졸을 발생시키고자 하는 대상이 액상 혹은 겔상 글리세린인지 혹은 담배체인지 혹은 글리세린이 흡습된 담배체인지에 따라 달라질 수 있다. 어느 경우든 흡연 물품(50) 내에서 발생된 에어로졸은 튜브(54) 및 필터(52)를 통해 사용자의 입안으로 흡입되므로, 흡입 과정에서 냉각되는 것을 고려하더라도 발생된 에어로졸의 온도가 과도하게 높으면 사용자에게 불쾌감을 주거나 화상의 위험이 있고 너무 과도하게 에어로졸이 발생할 수 있어서 여러 번의 퍼프가 힘들 수 있기에 이러한 점을 감안하여 서셉터의 타겟 온도가 미리 정해져야 한다. 그러나 이상의 이유 때문에 서셉터의 타겟 온도의 상한이 위와 같이 제한된다.

바람직한 실시예에 따르면 발생된 에어로졸이 튜브(54) 및 필터(52)를 거쳐 나오는 온도가 마우스 엔드 온도(mouth end temperature)로 측정될 수 있는데, 사용자에게 불쾌감을 주지 않기 위해서 에어로졸의 온도는 50 ℃ 미만, 바람직하게는 45 ℃ 이하의 온도로 되어야 한다. 바람직한 에어로졸의 마우스 엔드 온도는 25 내지 45 ℃의 온도 범위를 갖고, 더욱 바람직한 에어로졸의 마우스 엔드 온도는 30 내지 40 ℃의 온도 범위를 갖는다.

서셉터는 한 개 또는 복수 개가 구비될 수 있으며, 본 발명의 제1 실시예에서는 케이스 내에 구비되는 히트 파이프(400)와, 히트 스틱(800)이 서셉터 역할을 한다. 히트 파이프(400)는 대체로 원통 형상인 흡연 물품(50)의 외부에서 서셉터인 히트 파이프(400)의 내표면이 공동(100) 내에 삽입된 흡연 물품(50)의 랩핑 페이퍼(60) 외표면에 적어도 일부와 접촉하고 유도가열된 서셉터가 열전달에 의해 랩핑 페이퍼(60) 안쪽의 에어로졸 형성 기재를 가열하고, 히트 스틱(800)은 흡연 물품(50) 내로 삽입되어 흡연 물품(50)의 내부에서 에어로졸 형성 기재를 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.

제1 실시예에 구비된 히트 파이프(400)만 단독으로 구비될 수 있거나, 히트 스틱(800)만 단독으로 구비되는 것도 가능하다. 히트 파이프(400)만 단독으로 구비되는 경우(후술하는 제2 실시예에 대응함), 전술한 바와 같이, 히트 파이프(400)는 대체로 원통 형상인 흡연 물품(50)의 외부에서 서셉터인 히트 파이프(400)의 내표면이 공동(100) 내에 삽입된 흡연 물품(50)의 랩핑 페이퍼(60) 외표면에 적어도 일부와 접촉하고 유도가열된 서셉터가 열전달에 의해 랩핑 페이퍼(60) 안쪽의 에어로졸 형성 기재를 가열하므로, 흡연 물품(50) 내부에 있는 담배체(58) 혹은 액상 카트리지(56)와 직접적으로 접촉하지 않고 유도가열된 히트 파이프(400)가 열전달에 의해 흡연 물품(50) 내부에 있는 담배체(58) 내의 담배 각초나 글리세린과 같은 에어로졸 형성 기재 혹은 액상 카트리지(56) 내의 글리세린과 같은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 발생시키므로, 에어로졸 형성 기재로부터 충분히 에어로졸이 발생한 뒤에 흡연 물품(50)을 공동(100)으로부터 제거하더라도 공동(100) 내부에 흡연 물품(50)으로부터 유래하는 찌꺼기 등이 남을 가능성이 적다.

히트 파이프(400)가 형성하는 공동(100)은 흡연 물품(50)이 삽입될 수 있는 공간으로, 흡연 물품(50)이 공동(100) 내에 삽입된 후에, 유도 가열된 서셉터에 의해 가열되고, 정해진 양의 에어로졸이 형성된 후에 다르게는 사용자가 더 이상 흡연 물품(50)으로부터 에어로졸을 흡입하기를 원하지 않는 경우, 사용한 흡연 물품(50)을 공동(100)으로부터 제거하여 버리게 된다. 공동(100)의 크기는 흡연 물품(50)이 삽입될 수 있는 정도로 커야 하지만, 공동(100)을 형성하는 히트 파이프(400) 내표면으로부터 흡연 물품(50)의 외표면까지 간격이 크다면 유도가열된 히트 파이프(400)로부터 흡연 물품(50) 내부의 에어로졸 형성 기재로의 열전달이 충분하지 않을 수 있다. 따라서 본 발명에서는 히트 파이프(400)의 내표면이 공동(100) 내에 삽입된 흡연 물품(50)의 랩핑 페이퍼(60) 외표면에 적어도 일부와 접촉하는 것이 바람직하다.

본 발명은 서셉터로 기능하고 중앙에 공동(100)을 형성하는 히트 파이프(400)의 외표면에 온도센서(420)을 제공하는 것을 특징으로 한다. 온도센서(420)는 서셉터의 온도를 얻기 위한 서셉터온도획득부로 기능하는데, 서셉터인 히트 파이프(400) 외측면에 접촉되어 서셉터의 온도변화에 따른 저항값의 변화를 감지하여 온도를 측정하는 온도센서(420)이고, 온도센서의 리드선(440)은 제어부로 기능하는 제어 기판(220)과 전기적으로 연결된다. 온도센서(420) 및 온도센서의 리드선(440)은 서셉터인 히트 파이프(400) 외면을 감싸는 내열성 수축튜브에 의해 감싸여져 서셉터인 히트 파이프(400) 외측면과 접촉하게 된다. 이와 같이 온도 센서(420) 및 온도센서 리드선(440)을 수축튜브를 이용해서 히트 파이프(400)에 감싸게 되므로, 온도센서(420)와 히트 파이프(400)의 확고한 면접촉을 담보할 수 있게 되며, 히트 파이프(400)의 온도변화에 따른 저항값의 변화를 온도센서(420)가 읽어내는데 어려움이 없게 된다. 본 발명은 서셉터를 유도 가열에 의해 400 ℃ 이하의 온도까지 가열하는 것을 특징으로 하므로, 이 온도범위에서 내열성 수축튜브가 열화되지 않으면서 충분한 탄성을 온도센서(420) 및 온도센서의 리드선(440)을 정위치에 고정할 수 있게 된다. 이러한 방식으로 온도센서(420)을 히트 파이프(400)의 외측면에 고정하므로 온도센서(420)의 서셉터 표면에 대한 접촉을 담보하면서 작업 공정의 효율을 높일 수 있고, 별도로 온도센서(420)를 설치하기 위한 기구물이나 가공을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 전술한 종래 기술에서는 서셉터가 흡연 물품 내부에 제공되기에 서셉터의 온도를 직접 측정할 수 없었으나, 본 발명에서는 온도센서(420)에 의해 직접적으로 서셉터의 온도를 측정하거나 후술하는 바와 같이 여자 코일에 인가되는 전류 및 전압을 측정함으로써 서셉터의 온도를 계산할 수 있으므로, 서셉터의 유도가열시에 서셉터의 온도에 따라, 여자 코일에 공급되는 교류 전류를 제어할 수 있는 장점이 있다.

여자 코일(300)은 다수회 권선된 코일 권선체로, 서셉터에 교류 전류를 공급하여 서셉터에 와전류 손실에 의한 유도가열을 일으키는데, 여자 코일(300)로 서셉터에서 발생하는 고열이 전달되는 경우 여자 코일(300) 자체의 저항이 높아지는 문제점이 있다. 그래서 후술하는 바와 같이, 서셉터와 여자 코일 사이에 제공되어 서셉터의 열이 여자 코일(300)으로 전달하는 것을 막는 배려가 필요한데, 다른 한편으로 서셉터로부터 여자 코일(300)로 전달된 열을 외부로 방열시켜서 여자 코일(300)의 온도를 낮출 필요가 있다. 이를 위해 여자 코일(300)의 외측면에는 그라파이프 쉬트 (graphite sheet)(360)가 랩핑(wrapping)되는 것이 바람직하다. 그라파이트 쉬트(360)은 여자 코일(300)의 열을 외부로 방열시키는 기능을 한다. 아울러, 여자 코일(300)의 외측면에 페라이트 쉬트(ferrite sheet)(340)를 랩핑하는 경우, 여자 코일(300)의 바깥으로의 자력 누출(magnetic leakage)를 차단할 수 있어서, 여자 코일(300)로부투의 자기력선이 여자 코일(300) 안쪽의 서셉터로 집중되는 결과를 가져온다. 이상과 같이 여자 코일(300)의 외측면에서 그라파이트 쉬트 혹은 페라이트 쉬트 중 하나 이상을 랩핑하여 이상의 효과를 이룰 수 있는데, 더욱 바람직하게는 그라파이트 쉬트(360)와 페라이트 쉬트(340)을 도면에 보인 바와 같이 합지하여 합지한 쉬트를 여자 코일(300) 외측에 랩핑할 수도 있다.

여자 코일(300)과 서셉터, 특히 히트 파이프(400) 사이에는 유도가열된 서셉터의 열이 여저 코일(300)으로 전달되는 것을 막는 단열부가 제공되는데, 바람직한 일 예로 단열부는 별개로 제공되는 공기층(530)(도 13 및 14 참조)이 될 수도 있고, 도 4 내지 도 6에 보인 바와 같은 단열 파이프(500)의 형태가 될 수도 있다. 도 6는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자발생장치가 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 역시 단열을 위한 공기층을 형성하고, 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. 접촉면을 최소화하는 것이 유도가열된 서셉터로부터 단열파이프로 전도 열전달을 최소화하는 구조가 될 것이다.

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) 혹은 공기층과 같은 단열부를 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 금속 재질로 형성된다. 본 발명의 바람직한 일 예는 스테인레스강이다. 스테인레스강은 비교적 싼 가격에 입수가 가능하고 뛰어난 가공성을 가져서 박판 실린더 타입으로 용이하게 가공되며 서셉터로 기능하여 발열하기에 우수한 자화 특성을 갖는다. 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. 일예로 PEEK와 같은 엔지니어링 플라스틱이 사출 성형에 의해 제1 이너 파트(600) 및 제2 이너 파트(700)와 같은 구조물을 형성할 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 공기층을 갖는 형태가 가장 바람직하지만 에어로졸 파우더, 제올라이트와 같은 다공성 재질의 단열재로 충진할 수 있다. 또한 충진하지 않은 상태의 중공 구조로도 공기층에 의한 단열효과를 충분히 얻을 수 있다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자발생장치가 구비하는 제1 이너 파트를 도시한 도면이다. 도 4, 도 5 및 도 7를 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. 이러한 기류패스는 히트 파이프(400)에 의해 정의되는 공동(100)과 연통하는 기류패스를 형성하는데, 공동(100)에 삽입되는 흡연 물품(50)에 대한 사용자의 퍼프로 인한 음압을 감지하는 압력센서(도시되지 않음)가 기류패스 상의 적절한 위치에 제공된다. 압력센서는 공동(100) 내에 삽입된 흡연 물품(50)에 대한 사용자의 퍼프로 인한 음압을 감지하여 바람직하게는 후술하는 제어부에서 퍼프 횟수를 카운트하거나, 더욱 바람직하게는 누적 퍼프 양을 계산하는데 이용될 수 있다. 압력센서는 본 실시예 뿐만 아니라 다른 실시예에서도 공동(100)에 연통하는 기류 패스 상의 적절한 위치에 제공되어 공동(100)에 삽입된 흡연 물품(50)에 대한 사용자의 퍼프로 인한 음압을 감지하는데 사용될 수 있다.

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 와이어(320)가 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(700)가 삽입되어 고정되기 위한 수용부(640)(도 5 참조)를 구비한다. 선택적으로 히트 스틱(800)이 제공되지 않는 경우에는 제2 이너 파트(700)가 필요하지 않게 되는데, 그 경우에 후술하는 제2 실시예에서와 같이 중앙의 홀(616)이 형성되지 않게 구성할 수도 있지만, 다르게는 중앙의 홀(616)과 제2 이너 파트(700)을 수용하기 위한 수용부(640)의 공간을 기류패스를 위한 공간과 압력센서 설치로 위한 공간으로 적용할 수도 있다. 물론 어느 경우에도 압력센서는 공동(100)에 삽입되는 흡연 물품(50)과 연통하는 기류 패스 상에 설치되어야 하는 것은 당연하다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자발생장치가 구비하는 히트 스틱을 도시한 도면이다. 도 4, 도 5 및 도 8을 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. 도면에 보인 바와 같이, 히트 스틱(800)은 봉 타입으로 형성될 수도 있고, 도 8로 보인 봉의 속이 채워진 것으로 상정하는 경우 그 중앙 단면과 같은 형상의 판상 재료로 만들어지는 것도 가능하다. 다르게는 이러한 판상 재료가 십자 형태로 교차되는 형상으로 제작될 수도 있다. 어느 경우든 히트 스틱(800)은 단지 자화 가능한 금속 재료, 바람직한 일 예로 스테인레스강 박판을 가공하여 만들어지는 것으로, 피가공물인 히트 스틱(800)에 추가적으로 다른 구성요소(예를 들어 히터 패턴 등)을 설치하는 것이 아니기 때문에, 원하는 형상으로 만들고 이를 고정하기 위한 구조물에 고정하는 것으로 충분하게 된다. 다른 부분에서 설명한 바와 같이, 히트 스틱(800)은 흡연 물품(50)의 내부에 삽입되어 흡연 물품(50) 내부에 있는 에어로졸 형성 기재에 직접적으로 접촉한 상태에서, 유도열에 의해 가열시킬 수 있는 장점이 있다. 즉 흡연 물품 내부에서 직접적으로 접촉하여 열전달이 가능하게 한다. 그러나 사용한 흡연 물품(50)을 공동(100)으로부터 제거하는 경우, 흡연 물품(50) 내부에 있는 에어로졸 형성 기재의 찌꺼기가 공동(100) 내에 잔류할 위험이 높아지게 되어 청소의 필요성이 생기게 된다는 단점이 있을 수 있다. 결국 장점을 유지하면서 단점을 최소화할 수 있다면 히트 스틱(800)을 사용할 필요성은 높아지게 되는데, 이것은 히트 스틱(800)의 형상이 흡연 물품(50) 내에 쉽게 삽입되면서 제거될 때에 흡연 물품(50)으로부터 찌꺼기가 공동(100) 내에 떨어지지 않도록 하는 것에 있을 것이다. 이러한 삽입 및 제거가 가능하게 할 수 있는 형상으로 히트 스틱(800)이 제공된다면, 전술한 장점을 가지면서 단점을 최소화할 수 있을 것이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자발생장치가 구비하는 제2 이너 파트를 도시한 도면이다. 도 4 내지 도 9을 참조하면, 제2 이너파트(700)는 제1 이너 파트(600)의 하부에 형성된 수용부(640)(도 5 참조)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 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자발생장치의 단면도이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도가열식 미세입자발생장치는, 도시를 생략한 커버 케이스에 형성된 홀을 통해 유입된 외기가, 상부 케이스에 형성된 기류 홀(140)을 거쳐, 제1 이너 파트(600)의 관통홀(614; 도 7 참조) 및 기류 패스 공간(120)을 통해 히트 파이프(400) 내로 유입되며, 히트 파이프(400)에 삽입된 흡연 물품(50)이 가열되면서 발생한 미세입자 혹은 에어로졸을 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 흡연 물품(50)을 수용하기만 하는 파이프로 이용하고, 서셉터로 히트 스틱(800)만을 사용하는 것도 가능하다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도가열식 미세입자발생장치의 단면도이고, 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도가열식 미세입자발생장치의 분해사시도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도가열식 미세입자발생장치는 서셉터로 히트 스틱은 포함하지 않으며, 흡연 물품(50)이 삽입되는 히트 파이프(400)만을 구비한다. 따라서, 이너 파트 역시 히트 파이프(400)를 지지하기 위한 제1 이너 파트(600)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(400)의 하단을 띄울 수 있도록 복수 개의 리브가 형성되며, 공기가 유입될 수 있는 관통홀을 측면에 구비한다.

흡연 물품(50)의 구성요소들이 보여질 수 있도록 과장해서 보였는데, 서셉터로 기능하는 히트 파이프(400)의 내부 공동(100) 안으로 흡연 물품(50)의 에어로졸 형성 기재(56, 58)가 들어갈 수 있는 크기이어야 할 것이다. 이에 따라 히트 파이프의 가열에 따라 에어로졸 형성 기재(56, 58)의 가열이 이루어져서 흡연 물품(50) 내부에서 에어로졸이 발생된다.

전술한 바와 같이 히트 스틱을 포함하지 않는 차이점을 제외하고는 제2 실시예는 제1 실시예의 구성을 모두 포함하고 있다. 특히 기류 패스 공간(120)을 통해 흡연 물품(50)을 통해 사용자가 흡입하는 음압이 적절한 위치에 설치되는 압력센서에 의해 감지될 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 유도가열식 미세입자발생장치의 제3 실시예를 보여주는 단면도이고, 도 14는 본 발명에 따른 유도가열식 미세입자발생장치의 제4 실시예를 보여주는 단면도이다. 제3 실시예 및 제4 실시예는 서셉터로 기능하는 히트 파이프(400)가 제1 실시예 및 제2 실시예와 달리 단열 파이프(500) 내에 위치하지 않고, 단열 파이프(520)(도 14 참조)와 서셉터로 기능하는 히트 파이프(400) 사이에 공기층(530)이 뚜렷하게 제공되는 예를 보여준다. 공기층(530)이 단열부로 기능하여 히트 파이프(400)으로부터 여자 코일(300)으로 향하는 열을 차단하는 역할을 한다.

히트 파이프(400)의 하단은 제1 실시예 및 제2 실시예와 마찬가지로 제1 이너 파트에 의해 지지되는데, 그 형상을 다소 달리하므로 도면번호를 달리하여 제1 이너 파트 지지부(650)으로 기재하였다. 그러나 제1 실시예 및 제2 실시예와 마찬가지로 히트 파이프(400)의 하단부를 지지하고 있다.

히트 파이프(400)의 상단은 제1 실시예 및 제2 실시예의 단열파이프에 대응할 수 있는 단열 구조물(520)에 의해 지지된다. 단열 구조물(520)은 히트 파이프(400)의 상단을 지지하면서, 그 외주에 여자 코일(300)이 권선될 수 있는 공간을 제공한다. 전술한 바와 같이, 공기층(530)과 단열 구조물(520)에 의해 서셉터인 히트 파이프(400)으로부터 여자 코일(300)으로 전달되는 열이 최소화될 수 있다.

그 외 히트 파이프(400) 외면에는 전술한 수축 튜브(460)이 제공되어 온도센서(420) 및 온도센서의 리드선(440)을 히트 파이프(400)에 접촉하도록 고정하는 역할을 수행하며, 여자 코일의 외측면에는 그라파이트 쉬트(360)와 페라이트 쉬트(340)를 합지한 쉬트를 여자 코일(300) 외측에 랩핑하였다.

그 외 제4 실시예에 보인 바와 같이, 모두 단열 플라스틱 구조물인 제1 이너 파트 지지부(650) 및 단열 구조물(520)이 서셉터인 히트 파이프(400)을 지지하는 위치에 열전도율이 낮은 세라믹 파우더로 만들어진 열 절연체 링(560, 562)을 별도로 개재하여 히트 파이프(400)을 지지함으로써, 히트 파이프로부터 열이 구조물을 통해 밖으로 전달되는 것을 막을 수 있다.

도 15는 본 발명에 따른 유도가열식 미세입자발생장치에서 유도가열을 위한 회로 블럭도의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 15를 참조하면 본 발명에 따른 유도가열식 미세입자발생장치는 인덕션 히팅을 이용하여 서셉터(2007)를 가열하는데, 구체적으로 설명하면 MCU(2001)는 전원승압회로(2002)를 제어하여 배터리(2003)로부터 공급된 직류 전압을 전원승압회로(2002)가 인덕션 히팅을 위해 증폭시켜서 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)으로 직류 전류를 공급한다. 전원승압회로(2002)는 유도가열을 위한 전원으로서 배터리(2003)를 사용했을 때 서셉터(2007)를 유도가열하기 위해 안정적인 전원 공급을 위해 적용된다. MCU(2001)는 또한 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)에 PWM 신호를 입력한다. 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)은 MCU(2001)에서 입력하는 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하면서 전원승압회로(2002)로부터 공급된 직류 전류를 교류 전류로 변환하고 코일(2006)에 공급해서 서셉터(2007)가 유도가열되도록 한다.

MCU(2001)에서는 초기 구동시 서셉터(2007)의 온도를 올리기 위해 코일(2006)과 캐패시터(2005)의 값에 의해 얻어진 공진 주파수를 전달하도록 PWM 신호를 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)에 입력하고 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)은 공진 주파수로 교류전류를 코일(2006)에 공급한다.

MCU(2001)에서는 기설정된 소정시간이 경과하면 서셉터(2007)의 온도가 더 이상 상승하지 않도록 공진 주파수보다 먼 주파수가 되도록 PWM 신호를 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)에 입력하고 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)은 이에 따라 공진 주파수보다 먼 주파수로 교류전류를 코일(2006)에 공급한다.

상기와 같이 MCU(2001)가 기설정한 대로 시간에 따라 주파수를 조절하도록 PWM 신호를 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)에 입력할 수 있으며, 실시예에 따라서는 전류 센서(2008)와 전압 센서(2009)에 의해 감지된 값에 따라 서셉터(2007)의 온도를 계산하여 필요한 온도에 따라 PWM 신호의 주파수를 조절하여 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)에 입력해서 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)에서 코일(2006)에 공급되는 교류 전류의 주파수를 제어할 수 있는데, 구체적으로 설명하면 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)에서 코일(2006)에 교류 전류를 공급하면 서셉터(2007)가 유도가열되면서 서셉터(2007)의 온도가 변화되고 인덕턴스 또는 리액턴스 값이 변화되게 되며 이에 따라 서셉터(2007)를 가열하는 전류와 전압이 변경된다. 전류 센서(2008)는 코일(2006)에 공급되는 전류를 측정하여 MCU(2001)로 입력하고 전압 센서(2009)는 코일(2006)에 공급되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하여 MCU가 확인 가능한 전압 레벨로 변환해서 MCU(2001)로 입력하며 MCU(2001)에서는 전류 센서(2008)와 전압 센서(2009)를 통해 입력된 전류와 전압값의 변화에 따라 서셉터(2007)의 온도를 계산하여 서셉터(2007)의 온도변화를 감지해서 필요한 온도에 따라 PWM 신호의 주파수를 조절하여 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)에 입력하며 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)은 MCU(2001)로부터 입력된 PWM 신호에 따라 주파수를 조절하면서 코일(2006)에 교류 전류를 공급할 수 있다.

도 16은 본 발명에 따른 유도가열식 미세입자발생장치에서 유도가열을 위한 회로 블럭도의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 16에서 도 15와 같은 부호의 구성은 그 동작이 동일하며, 도 16을 참조하면 서셉터(2007)의 온도를 감지하는 온도 센서(2010)를 구비하여, 온도 센서(2010)에서 감지된 값을 MCU(2001)로 입력하고, MCU(2001)에서는 이에 따라 서셉터(2007)의 온도변화를 감지하여 필요한 온도에 따라 PWM 신호의 주파수를 조절하여 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)에 입력하며 인덕션 히터 컨트롤 로직(2004)은 MCU(2001)로부터 입력된 PWM 신호에 따라 주파수를 조절하면서 코일(2006)에 교류 전류를 공급할 수 있다.

Claims

내부에 에어로졸 형성 기재(aerosol-forming substrate)를 포함하며 외부가 랩핑 페이퍼로 랩핑된 흡연 물품(smoking article)이 삽입될 수 있는 공동을 갖고 공동에 삽입된 흡연 물품의 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 형성시키는, 파지 가능하고 휴대 가능한 크기의 미세입자발생장치에 있어서,
장치 내에 제공되는, 다수회 권선된 여자 코일과,
장치 내에서 여자 코일이 에워싸도록 여자 코일 내측에 제공되는, 공동을 정의하는 중공 원통 형상의 박판으로 이루어지고 여자 코일과 반응하여 와전류 손실에 의한 유도가열에 의해 400 ℃ 이하의 온도까지 가열되는 금속 재질의 서셉터로, 서셉터의 내표면이 공동 내에 삽입된 흡연 물품의 랩핑 페이퍼 외표면의 적어도 일부와 접촉하고 유도가열된 서셉터가 열전달에 의해 랩핑 페이퍼 안쪽의 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 형성시키는 서셉터와,
장치 내에서 서셉터와 여자 코일 사이에 제공되어 서셉터의 열이 여자 코일로 전달되는 것을 막는 단열부와,
장치 내에 제공되는, 서셉터 및 여자 코일 중 하나 이상의 적어도 일부를 지지하는 구조물과,
장치 내에 제공되는, 서셉터의 온도를 얻기 위한 서셉터온도획득부와,
장치 내에 제공되어 직류 전원으로 기능하는 재충전 가능한 배터리와,
여자 코일, 서셉터온도획득부 및 배터리와 전기적으로 연결되고, 배터리로부터 공급되는 직류 전원을 공급받아, 서셉터의 온도에 따라, 공진 주파수의 교류 전류 혹은 공진 주파수와 차이가 있는 주파수의 교류 전류를 여자 코일로 공급하여 서셉터를 원하는 온도로 유도 가열하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열히터를 갖는 파지 가능하고 휴대 가능한 크기의 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
공동에 삽입되는 흡연 물품의 하부 중앙을 관통하여 삽입되어 흡연 물품 내의 에어로졸 형성 기재와 직접 접촉하여 가열시킬 수 있는 서셉터를 추가로 포함하는 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
서셉터는 스테인레스강 박판으로 만들어진 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
단열부는 서셉터와 여자 코일 사이에 제공되는 공기층인 것인 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
서셉터 및 여자 코일 중 하나 이상의 적어도 일부를 지지하는 구조물이 내열 플라스틱으로 만들어져서 서셉터 및 여자 코일 사이에 제공되어 서셉터의 열이 여자 코일로 전달되는 것을 막는 단열부로 기능하는 단열 플라스틱 구조물인 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제5항에 있어서,
단열 플라스틱 구조물은 서셉터 바깥에서 서셉터의 적어도 일부를 지지하며 구조물의 외측면에 여자 코일이 권선되어 있는 단열파이프인 것을 특징으로 미세입자발생장치.
제5항에 있어서,
단열 플라스틱 구조물은, 서셉터와의 사이에 열전도율이 낮은 세라믹 파우더로 만들어진 열 절연체 링을 별도로 개재하여, 서셉터를 지지함으로써 서셉터로부터의 열이 바깥으로 누출되는 것을 막는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
여자 코일의 외측면에는 여자 코일과 접촉하도록 페라이트쉬트가 랩핑되어 여자 코일 바깥으로 자속이 누출되는 것을 막는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
여자 코일의 외측면에 그라파이트쉬트가 랩핑되어 여자 코일의 열을 외부로 방열시키는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항에 있어서,
여자 코일의 외측면에, 페라이트쉬트 및 그라파이프쉬트의 합지가 랩핑되어 여자 코일 바깥으로 자속이 누출되는 것을 막음과 동시에 여자 코일의 열을 외부로 방열시키는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
공동과 연통하는 기류패스에 공동 내에 삽입된 흡연 물품에 대한 사용자의 퍼프로 인한 음압을 감지하는 압력센서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
서셉터온도획득부는, 서셉터의 온도 변화에 따라 변화하는 인덕턱스 또는 리액턴스 값에 따라 서셉터를 가열하는 전류와 전압이 변화하는 것을 측정하는 전류센서 및 전압센서로부터의 전류와 전압의 변화에 따라 서셉터의 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
서셉터온도획득부는, 서셉터 외측면에 접촉되어 서셉터의 온도변화에 따른 저항값의 변화를 감지하여 온도를 측정하는 온도센서이고, 온도센서의 리드선은 제어부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제13항에 있어서,
온도센서 및 온도센서의 리드선은 서셉터 외면을 감싸는 내열성 수축튜브에 의해 감싸여져 서셉터 외측면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
흡연 물품은 내부에 액상 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제15항에 있어서,
액상 카트리지는, 글리세린 VG를 포함하는 액상 혹은 겔상 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제15항에 있어서,
흡연 물품 내에서, 액상 카트리지의 상류 혹은 하류에 담배체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제15항에 있어서,
흡연 물품은, 필터 및 튜브를 추가로 포함하고, 필터, 튜브 및 액상 카트리지가 하나의 랩핑 페이퍼로 랩핑되어 형성되는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
흡연 물품은 글리세린 VG가 포함된 담배체를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.
제19항에 있어서,
흡연 물품은, 필터 및 튜브를 추가로 포함하고, 필터, 튜브 및 담배체가 하나의 랩핑 페이퍼로 랩핑되어 형성되는 것을 특징으로 하는 미세입자발생장치.