CN115884694A - 芯材-加热器组件和包括其的气溶胶生成装置 - Google Patents

芯材-加热器组件和包括其的气溶胶生成装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种芯材‑加热器组件和包括其的气溶胶生成装置，所述芯材‑加热器组件包括：多孔芯材，用于吸收液态气溶胶生成基质，以及加热器，用于加热所吸收的液态气溶胶生成基质以生成气溶胶；所述多孔芯材包括多个多孔珠，所述加热器嵌入在所述多孔芯材的一面或所述多孔芯材中，并且包括平坦的加热图案，在所述平坦的加热图案中水平图案和竖直图案交替重复并连接；所述加热图案中的所述竖直图案之间的间距A大于所述多孔珠的直径B。

Description

芯材-加热器组件和包括其的气溶胶生成装置
技术领域
本发明涉及一种芯材-加热器组件和包括其的气溶胶生成装置。
本申请要求基于2021年7月28日提交的韩国专利申请第10-2021-0099323号的优先权的权益，其全部内容作为本说明书的一部分结合于此。
背景技术
近年来，对用于克服普遍卷烟的缺点的替代的吸烟物品的需求日益增加。例如，越来越需要一种通过加热液态气溶胶生成基质来生成气溶胶的装置，而不是通过燃烧传统卷烟来生成气溶胶的方法，并且正在积极地对此进行研究。
使用加热液态气溶胶生成基质的方法的气溶胶生成装置包括芯材-加热器组件，所述芯材-加热器组件通过将用于吸收液态气溶胶生成基质的芯材以及用于加热液体的加热器结合而形成。在将加热器结合到芯材上以制造芯材-加热器组件的方法中，可以使用将加热器嵌入芯材内部的模内方法和在芯材表面上向内凹陷与加热器一样的厚度的方法。
如上所述，当在芯材表面上将加热器凹陷其厚度时，优点在于，芯材-加热器组件的生产成本相对降低，并且与模内方法相比，所生成的气溶胶的量增加，但是问题在于，由于图案化加热器的一侧暴露于外部而没有凹陷，并且与空气直接接触，如果液态气溶胶生成基质没有平稳地移动到该加热器表面，则在加热器中局部出现异常过热现象，从而产生焦味。
具体地，当多孔珠用作芯材时，多孔珠插入加热器的加热图案之间的空间中以形成空隙，并且液态气溶胶生成基质可以通过该路径从多孔芯材移动到加热器与空气接触的一个表面。在这种情况下，由于液态气溶胶生成基质在加热后再次从多孔芯材移动到加热器的空气接触表面需要一定时间，如果在液态气溶胶生成基质在到达之前就与空气接触的状态下开始加热，则无法预期由于汽化热产生的冷却效应，并且因此，已经指出了由于在加热器的一部分中的300度以上的异常过热现象而发生液体碳化现象和焦味的问题。
因此，在包括具有加热图案的加热器的芯材-加热器组件中，需要研究解决液态气溶胶生成基质不能平稳地移动到与外部空气接触的加热器表面的问题。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)韩国授权专利第10-1690389号，发明名称为“具有液体储存部分的电加热吸烟系统(An electrically heated smoking system having a liquid storageportion)”。
发明内容
发明要解决的问题
为了解决上述问题，本发明人旨在提供一种芯材-加热器组件以及包括其的气溶胶生成装置，该芯材-加热器组件通过考虑包括在多孔芯材中的多孔珠的大小和加热器的加热图案之间的间距两者之间的关系来设计，从而能够通过使液态气溶胶生成基质平稳地移动来防止异常过热现象和焦味的发生。
用于解决问题的手段
根据本发明的第一方面，提供了一种芯材-加热器组件，包括：多孔芯材，用于吸收液态气溶胶生成基质，以及加热器，用于加热所吸收的液态气溶胶生成基质以生成气溶胶；所述多孔芯材包括多个多孔珠，所述加热器嵌入在所述多孔芯材的一面或所述多孔芯材中，并且包括平坦的加热图案，在所述平坦的加热图案中水平图案和竖直图案交替重复并连接；所述加热图案中的所述竖直图案之间的间距A大于所述多孔珠的直径B。
在本发明的一个实施方式中，所述芯材-加热器组件可以具有所述多孔珠插入到所述竖直图案之间的空间中的结构。
在本发明的一个实施方式中，所述芯材-加热器组件可以具有在多个所述多孔珠之间以及在所述竖直图案和所插入的多孔珠之间具有空隙的结构，以使所述液态气溶胶生成基质进行移动。
在本发明的一个实施方式中，所述加热图案可以具有使用水平图案作为连接部来保持竖直图案之间的平行的同时连接的结构，所述竖直图案之间的间距可以是恒定的。
在本发明的一个实施方式中，所述竖直图案之间的间距A与所述多孔珠的直径B的比率A/B可以大于1.1且小于或等于20。
在本发明的一个实施方式中，所述竖直图案之间的间距A与所述多孔珠的直径B的比率A/B可以大于1.5且小于或等于10。
在本发明的一个实施方式中，所述加热器可以是从所述多孔芯材的一面向内嵌入在400μm以下的深度的加热图案。
根据本发明的第二方面，提供了一种气溶胶生成装置，包括：液体储存部，用于储存液态气溶胶生成基质，气溶胶生成部，用于加热所述气溶胶生成基质以生成气溶胶，以及烟嘴，用于根据用户的抽吸排出所生成的气溶胶；所述气溶胶生成部包括根据上述芯材-加热器组件。
发明的效果
根据本发明的芯材-加热器组件以及包括其的气溶胶生成装置，通过考虑加热图案间隔和多孔珠的大小之间的关系来设计芯材-加热器组件，即使在加热器的加热使液态气溶胶生成基质汽化之后，液态气溶胶生成基质也通过芯材的毛细管现象平稳地移动到与空气接触的加热图案表面，从而防止加热器的一部分瞬间过度加热的异常过热现象和由此产生的焦味。
附图说明
图1示出了本发明的芯材-加热器组件的示意图。
图2示出了包括在本发明的芯材-加热器组件中的加热器的示意图。
图3示出了在传统的芯材-加热器组件中，液态气溶胶生成基质在(a)加热加热器之前的初始状态和(b)加热加热器之后的状态下的移动示意图。
图4示出了在使用传统的芯材-加热器组件生成气溶胶后发生的液体碳化现象的照片。
图5示出了在本发明的芯材-加热器组件中，液态气溶胶生成基质在(a)加热加热器之前的初始状态和(b)加热加热器之后的状态下的移动示意图。
图6示出了使用本发明的芯材-加热器组件生成气溶胶后的芯材-加热器组件的照片。
具体实施方式
本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应被解释为限于常规或字典含义，而应基于发明人可以适当地定义该术语的概念来以最佳方式描述其发明的原则，被解释为与本发明的技术思想相一致的含义和概念。因此，本说明书中描述的实施方式和附图中示出的配置仅是本发明的最优选实施方式，并不代表本发明的所有技术精神，因此应当理解，在提交本申请时，各种等同替代和修改可以替代它们。
在附图中，为了方便和清楚地描述，会放大、省略或示意性地示出各部件或构成该部件的特定部分的大小。因此，各部件的大小并不完全反映实际大小。如果确定相关已知功能或构造的具体描述可能不必要地模糊了本发明的要点，则将省略其描述。
在芯材-加热器组件中，在加热加热器以生成气溶胶之后，通过多孔芯材的毛细管现象，液态气溶胶生成基质需要一定时间再次输送到加热器的与空气接触的图案形式表面。然而，当在液态气溶胶生成基质没有到达图案形式表面的状态下再次开始加热时，存在的问题是加热器没有由于汽化热产生的冷却效应而局部过热，这导致液体燃烧。
为了解决上述问题，本发明人在设计芯材-加热器组件时，研究加热器的竖直图案之间的间距和多孔珠的尺寸两者之间的关系，以使通过多孔芯材的毛细管现象所吸收的液态气溶胶生成基质平稳地输送到与空气接触的图案形式表面，而不会引起异常过热或碳化现象，从而提供了本发明的芯材-加热器组件和包括其的气溶胶生成基质。
在下文中，将参照附图详细描述本发明。
在本说明书中，“气溶胶生成基质”定义为能够生成气溶胶的物质。气溶胶生成基质可以是液状组合物，具体地可以包括但不特别地限于基于尼古丁、烟草提取物和/或各种调味剂的液状组合物。在一个实施方式中，气溶胶生成基质可以包括丙二醇和甘油中的至少一种，并且还可以包括乙二醇、二丙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇和油醇中的至少一种。气溶胶生成基质还可以包括各种添加剂，诸如桂皮和辣椒素。气溶胶生成基质不仅可以包括具有高流动性的液体物质，还可以包括凝胶或固体形式的物质，并且基质中包括的组成成分可以根据实施方式而变化，并且不限于特定的比例。
在本说明书中，“气溶胶生成装置”定义为使用用于生成可以通过用户的嘴直接吸入用户肺部的气溶胶的气溶胶生成基质来生成气溶胶的装置。例如，气溶胶生成装置可以包括但不特别地限于液体型气溶胶生成装置、一起使用汽化器和卷烟的混合气溶胶生成装置，并且还可以包括各种类型的气溶胶生成装置。
本发明提供了一种芯材-加热器组件，包括多孔芯材10，用于吸收液态气溶胶生成基质30，以及加热器20，用于加热所吸收的液态气溶胶生成基质30以生成气溶胶；上述多孔芯材10包括多个多孔珠11；加热器20嵌入在多孔芯材的一面或多孔芯材中，并且包括平坦的加热图案，在所述平坦的加热图案中水水平图案21和竖直图案22交替重复并连接，并且加热图案中的竖直图案22之间的间距A大于多孔珠11的直径B。
芯材-加热器组件包括用于吸收液态气溶胶生成基质30的多孔芯材10。多孔芯材10可以配置成用于从液体储存部吸收液态气溶胶生成基质30并将其输送到加热器20，加热器20加热液态气溶胶生成基质30以生成气溶胶。
多孔芯材10是包括多个珠的结构体，并且例如可以是但不特别地限于体心立方(BCC)或面心立方(FCC)球体填充结构体，并且可以具有各种填充结构。多孔芯材10的形状没有特别的限制，只要它能够容易地从液体储存部吸收液态气溶胶生成基质30，并且可以以各种形状设计和实现，例如，类H形、类∩形或类∪形。
多孔芯材10包括多个多孔珠11。多孔珠11的材料可以是多种多样的，例如，可以包括玻璃珠、陶瓷珠或氧化铝珠，但是并不特别地限于此，只要它是能够平稳地输送液态气溶胶生成基质30的多孔材料。
芯材-加热器组件包括用于加热所吸收的液态气溶胶生成基质30以生成气溶胶的加热器20。加热器20可以配置成用于通过加热来汽化从多孔芯材10输送的液态气溶胶生成基质30来生成气溶胶。
如图1和图2所示，加热器20嵌入在多孔芯材10的一面或多孔芯材10中，并且包括平坦的加热图案，在所述平坦的加热图案中，水平图案21和竖直图案22交替重复并连接，
在本说明书中，多孔芯材的“一面”可以定义为多孔芯材中暴露于外部并位于最外侧的多孔珠连续连接而形成的区域，并且可以包括平面和曲面。
在本说明书中，“水平图案”定义为沿加热器所在的多孔芯材的一面上的长边方向设置的图案，或者沿嵌入有加热器的多孔芯材的一面上的长边方向设置的图案，相反，“竖直图案”定义为沿多孔芯材的一面或加热器所在的多孔芯材的一面上的短边方向设置的图案。
加热图案可以具有使用水平图案21作为连接部来保持竖直图案22之间的平行的同时连接的结构。具体地，如图2所示，端子位于加热器的两端，以竖直图案22-水平图案21-竖直图案22-水平图案21的顺序重复连接的加热图案可以位于两个端子之间，并且可以重复其中水平图案21连接在各竖直图案22的端部并且竖直图案22连接在各水平图案21的端部的结构。通过重复水平图案21和竖直图案22的加热器20的结构，可以在竖直图案22之间形成间距，并且通过多孔芯材10所吸收的液态气溶胶生成基质30可以通过该间距输送到与空气接触的加热器表面或面向外部的加热器表面以在加热期间生成气溶胶。
加热图案中竖直图案22之间的间距A大于多孔珠11的直径B。如图5所示，当加热图案中竖直图案22之间的间距A大于多孔珠11的直径B时，可以具有多孔珠11插入竖直图案22之间的空间的结构。由于多孔珠11的插入，液态气溶胶生成基质30可以在其中移动的空隙可以形成在竖直图案22之间的空间中。
为了液态气溶胶生成基质30的移动，芯材-加热器组件可以具有在多个多孔珠11之间以及在竖直图案22和所插入的多孔珠11之间具有空隙的结构。空隙形成在所插入的多孔珠11之间或在竖直图案22和所插入的多孔珠11之间，液态气溶胶生成基质30可通过毛细管现象移动穿过该空隙以输送到与空气接触的加热器表面或面朝外部的加热器表面。
具体地，当加热图案中的竖直图案22之间的间距A大于多孔珠11的直径B时，在如图5的(a)所示的加热器20加热之前的初始状态下以及如图5的(b)所示多孔珠11容易插入到竖直图案22之间形成的空间中并形成空隙，液体可以通过该空隙平稳地输送而不会有空余空间，并且即使通过竖直图案22之间的路径，液体也会在没有任何特定干扰因素的情况下输送，并且因此，在加热器加热时可以图案形式的加热器表面全部被液态气溶胶生成基质30包围的状态下生成气溶胶，而不会与外部空气接触。结果，可以通过液态气溶胶生成基质30的汽化而产生的冷却效应而防止诸如由于异常过热现象或液体碳化现象而发生焦味的问题。
相反，当加热图案中的竖直图案22之间的间距A等于或小于多孔珠11的直径B时，多孔珠11难以插入竖直图案22之间形成的空间中，具有大直径的多孔珠11会干扰通过竖直图案22之间的路径的输送，并且用于平稳地输送液体的空隙的形成也可能是困难的。
具体地，即使如图3的(a)所示在液态气溶胶生成基质30包围整个加热器的初始状态，其中加热器的图案形式表面在加热加热器20之前不与外部空气接触，如图3的(b)所示，在加热加热器30以生成气溶胶之后，由于直径大于图案间距的多孔珠11的干涉，液体可能难以平稳地输送通过加热器的竖直图案22之间的路径，因此，加热器在加热器的图案形式表面与空气接触的状态下被加热，这可能导致异常过热和液体碳化现象。
芯材-加热器组件的竖直图案22之间的间距可以是恒定的。当制造芯材-加热器组件时，可以考虑到多孔珠11的直径尺寸，将竖直图案22之间的间距设计成具有恒定的间距，该间距足以通过平稳地输送液态气溶胶生成基质30来防止加热器20的局部异常过热或碳化现象。
竖直图案22之间的间距A与多孔珠11的直径B的比率A/B可以超过1.1、超过1.2、超过1.3、超过1.4、超过1.5、超过1.6、超过1.7、超过1.8、超过1.9、超过2、超过3、超过4、超过5、超过6、超过7、超过8或者超过9，并且竖直图案22之间的间距A与多孔珠11的直径B的比率A/B可以是20以下、19以下、18以下、17以下、16以下、15以下、14以下、13以下、12以下、11以下、10以下、9以下、8以下、7以下、6以下、5以下、4以下、3以下或者2以下。当竖直图案(22)之间的间距A与多孔珠(11)的直径B的比率A/B为1.1以下时，多孔珠11不容易均匀地插入到竖直图案22之间的空间中，并且即使插入了多孔珠11，可以在竖直图案22之间形成的空隙的体积也相对较小，使得液态气溶胶生成基质30可能难以穿过图案之间并到达与空气接触的图案表面。此外，当比率A/B为1.1以下时，在所插入的多孔珠11的上侧大量堆积多个多孔珠11并且作为更大程度干扰液态气溶胶生成基质30能够移动通过的路径的因素，使得液体难以到达加热器20的图案表面，并且由于局部过热可能发生液体燃烧现象。当竖直图案22之间的间距A与多孔珠11的直径B的比率A/B超过20时，由于加热器的图案之间的间距与珠尺寸相比变得太远并且加热器本身的路径变得更短，电力密度增加并且热量增加，并且在这种情况下，尽管需要液体的平稳供应，但由于多孔珠的直径相对小，通过芯材的液体供应是不平稳的，这可能导致液体由于局部过热而燃烧。
加热器20可以是定位成从多孔芯材10的一面向内方向嵌入在400μm以下、350μm以下、300μm以下、250μm以下、200μm以下、150μm以下、100μm以下、或50μm以下深度的加热图案。当加热图案嵌入在从多孔芯材10的一面向内超过400μm的深度时，由于加热多孔芯材10的周边所需的热量增加，不容易将整个多孔芯材的温度升高到一定温度，因此，所生成的气溶胶量可减少。
气溶胶生成装置包括：液体储存部，用于储存液态气溶胶生成基质30；气溶胶生成部，用于加热气溶胶生成基质30以生成气溶胶；以及烟嘴，用于根据用户的抽吸排出所生成的气溶胶，其中气溶胶生成部包括芯材-加热器组件。
气溶胶生成装置包括用于储存液态气溶胶生成基质30的液体储存部。液体储存部可以在内部具有能够储存液态气溶胶生成基质30的预定空间，并且在该空间中储存有液态气溶胶生成基质30。液体储存部可以通过多孔芯材10将所储存的液态气溶胶生成基质30供应到加热器20，并且只要能够在内部储存液态气溶胶生成基质30并且容易将其供应到多孔芯材10，则对液体储存部的大小和形状没有特别限制。
气溶胶生成装置包括用于加热气溶胶生成基质30以生成气溶胶的气溶胶生成部。气溶胶生成部包括芯材-加热器组件。芯材-加热器组件的具体描述与上述描述相同。
气溶胶生成装置包括用于根据用户的抽吸排出所生成的气溶胶的烟嘴，该烟嘴可以是与用户的嘴直接接触以便抽吸从气溶胶生成部生成的气溶胶的部分。烟嘴可以包括抗菌材料以抑制由于与嘴接触而产生的微生物，并且可以包括加香元件以增加香味。烟嘴的大小和形状没有特别的限制，只要通过气溶胶生成部生成的气溶胶能够容易地输送给用户。
在下文中，将给出优选示例以帮助理解本发明，但是提供以下示例不是为了限制本发明，而是为了更好地理解本发明。
实施例1和2：气溶胶生成装置的制造
实施例1
将玻璃珠(直径：145μm)与粘合剂混合并烧制以制造多孔芯材。在多孔芯材的下表面上结合加热器来制造芯材-加热器组件，该加热器包括其中水平图案和竖直图案重复并连接的加热图案。在这种情况下，加热器的竖直图案之间的间距恒定为180μm。
将芯材-加热器组件与包括液态气溶胶生成基质的烟弹结合，然后结合到支撑其的主体上以制造气溶胶生成装置。
实施例2
除了在制造芯材-加热器组件时使用直径为115μm的玻璃珠和竖直图案之间的间距为210μm的加热器之外，以与实施例1相同的方式制造气溶胶生成装置。
实验例1：甲醛排放量测量
使用以上实施例1和2中制造的气溶胶生成装置生成气溶胶，然后使用甲醛测量装置(Waters公司，LC/UV)测量气溶胶中包含的甲醛的排放量(μg/100cm3)，结果在下表1中示出。
[表1]
Figure BDA0003929445640000101
通过表1的结果，基于作为可接受的甲醛的最大暴露的极限点的5.5μg/100cm3的最大暴露极限(MEL)，证实了通过实施例1和2生成的气溶胶在可接受的甲醛排放量的范围内。
虽然上面已经参照有限的示例和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，并且很明显，本发明所属领域的技术人员可以在本发明的技术精神和下面将要描述的权利要求的等同替代的范围内进行各种修改和变化。
附图标记的说明
10：多孔芯材
11：多孔珠
20：加热器
21：水平图案
22：竖直图案
30：液态气溶胶生成基质
A：竖直图案之间的间距
B：多孔珠的直径。

Claims (8)

1.一种芯材-加热器组件，包括用于吸收液态气溶胶生成基质的多孔芯材以及用于加热所吸收的液态气溶胶生成基质以生成气溶胶的加热器；其中，
所述多孔芯材包括多个多孔珠，
所述加热器嵌入在所述多孔芯材的一面或所述多孔芯材中，并且包括平坦的加热图案，在所述平坦的加热图案中水平图案和竖直图案交替重复并连接；
所述加热图案中的所述竖直图案之间的间距A大于所述多孔珠的直径B。
2.根据权利要求1所述的芯材-加热器组件，其中，
所述芯材-加热器组件具有所述多孔珠插入到所述竖直图案之间的空间中的结构。
3.根据权利要求2所述的芯材-加热器组件，其中，
所述芯材-加热器组件具有在多个所述多孔珠之间以及在所述竖直图案和所插入的多孔珠之间具有空隙的结构，以使所述液态气溶胶生成基质进行移动。
4.根据权利要求1所述的芯材-加热器组件，其中，
所述加热图案具有使用水平图案作为连接部来保持竖直图案之间的平行的同时连接的结构，
所述竖直图案之间的间距是恒定的。
5.根据权利要求1所述的芯材-加热器组件，其中，
所述竖直图案之间的间距A与所述多孔珠的直径B的比率A/B大于1.1且小于或等于20。
6.根据权利要求1所述的芯材-加热器组件，其中，
所述竖直图案之间的间距A与所述多孔珠的直径B的比率A/B大于1.5且小于或等于10。
7.根据权利要求1所述的芯材-加热器组件，其中，
所述加热器是从所述多孔芯材的一面向内嵌入在400μm以下的深度的加热图案。
8.一种气溶胶生成装置，其中，包括：
液体储存部，用于储存液态气溶胶生成基质，
气溶胶生成部，用于加热所述气溶胶生成基质以生成气溶胶，以及
烟嘴，用于根据用户的抽吸排出所生成的气溶胶；
所述气溶胶生成部包括根据权利要求1所述的芯材-加热器组件。
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