KR101301819B1 - 모세관 연무 생성기 - Google Patents

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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

연무를 형성하는 장치는, 적어도 하나의 만곡부, 유체 소스(22)와 소통하는 유체 입구들(20a, 20b) 및 만곡부를 따르는 출구(20c)를 구비하는 모세관(20)을 구비한다. 모세관은 증발된 유체가 모세관의 출구로부터 방출되어 연무를 형성하도록, 모세관 내의 유체를 증발시키는데 충분한 온도까지 가열된다. 연무를 생성하는 방법이 또한 개시된다.
연무, 증발, 모세관, 가열, 만곡부

Description

모세관 연무 생성기 {CAPILLARY TUBE AEROSOL GENERATOR}
본 발명은 모세관 연무 생성에 관한 것이다.
연무는 여러 응용분야에서 널리 사용된다. 예컨대 환자의 폐로 흡입되는 분말이나 약제 등의 고체 및/또는 액체의 미세하게 분리된 입자들의 연무 스프레이로 호흡기 질병을 치료하거나 또는 위 연무 스프레이를 이용하여 약을 공급하는데 종종 바람직하다. 연무는 방에 원하는 향을 제공하거나 살충제를 분무하거나 페인트, 연료 및 윤활제를 공급하는 등에 사용되기도 한다.
적어도 하나의 만곡부, 유체입구 및 만곡부를 따르는 출구를 구비하는 모세관 형태의 연무 생성기가 제공되는데, 휘발된 유체는 팽창하여 출구밖으로 나가서 주위의 공기와 혼합되어 연무를 형성한다. 유체입구들은 모세관의 양끝에 위치될 수 있다. 모세관은 하나 이상의 만곡부를 구비할 수 있는데, 예를 들어 같은 평면에 복수의 만곡부를 구비할 수 있고 또는 관이 코일형상으로 감겨져 있을 수 있다. 연무 생성기는 유체입구와 유체소통하는 액체의 소스를 구비할 수 있다. 모세관은 길이가 5mm 내지 40mm, 바람직하게는 10mm 내지 25mm일 수 있고 내경이 0.1mm 내지 0.5mm 바람직하게는 0.1mm 내지 0.2mm일 수 있다.
적어도 하나의 만곡부, 유체입구 및 만곡부를 따르는 출구와, 모세관내의 액체를 휘발시키는데 충분한 온도로 모세관을 가열시키는 가열기구를 포함하는 모세관을 구비하는 연무 생성기가 또한 제공된다. 모세관은 스테인레스 등의 전기저항성 가열재료로 형성될 수 있고, 가열기구는 모세관내의 액체를 휘발시키는데 충분한 온도로 모세관을 가열시키기 위하여 적어도 만곡부를 따라서 전류를 통과시키도록 그 리드선(lead)들이 모세관에 부착된 전원공급장치일 수 있다. 이 연무 생성기는 마우스피스 및/또는 유체 소스를 더 구비할 수 있다.
연무를 생성하는 방법이 더 제공되는데, 이 방법은 적어도 하나의 만곡부, 제1 및 제2 유체 입구들 및 만곡부를 따르는 출구를 구비하는 모세관을 구비하는 연무 생성기에 유체를 공급하는 단계와, 증발된 유체가 모세관의 출구로부터 방출되어 주변의 대기와 혼합되어 연무를 형성하도록, 유체를 증발시키는데 충분한 온도까지 유체를 가열시켜서 증발된 유체를 형성하기 위하여 모세관을 가열시키는 단계를 구비한다. 출구는 바람직하게는 제1 및 제2 유체입구와 등간격이다. 유체는 제1 및 제2 유체입구에 동일한 유동속도로 또는 다른 유동속도로 공급될 것이다. 동일하거나 다른 유체들은 액체일 수 있는데, 제1 및 제2 유체입구에 공급될 수 있다. 액체는 제1 유체입구에 공급될 수 있고 가스가 재2 유체입구에 공급될 수 있다. 모세관에 공급된 유체는 담배 추출물과 담체 용액 및/또는 적어도 하나의 약제를 구비할 수 있다.
도1은 유체증발장치를 나타낸다.
도2는 도1에 도시된 장치의 구부러진 모세관 부분의 개략도이다.
도3은 구부러진 모세관의 확대도로서, 도3a는 정면도이고 도3b는 평면도, 도3c는 모세관의 출구의 확대도이다.
도4a 내지 도4c는 제어기를 구비한 전자 구동 인쇄회로 카드에 연결되고 이 카드를 통해 뻗어있는 구부러진 모세관의 사시도로서, 도4a는 정면도, 도4b는 측면도, 도4c는 평면도이다.
도5와 도6은 구부러진 모세관의 다른 실시예이다. 도5의 구부러진 모세관은 다수의 만곡부를 포함하고 도6의 구부러진 모세관은 다수의 만곡부를 갖는 코일형상의 관을 포함한다.
연무생성을 포함하는 응용들에 사용되는 유체 기화장치가 제공된다. 이 장치는 전류를 흘려서 가열될 수 있는 구부러진 모세관 또는 통로를 포함하는데, 이를 통해 유체가 흘러서 적어도 부분적으로 증발되며 원한다면 연무가 생성된다. 바람직하게는, 구부러진 모세관 통로는 활처럼 굽은 통로 부분과 이 활처럼 굽은 통로를 따라서 일정 위치에 있는 출구를 구비한다. 관을 가열시키기 위하여, 관의 하나의 입구단에 있는 제1 전극에 의해 공급된 전류는 관을 따라 관의 다른 입구단에 있는 제2 전극까지 흐른다. 같은 또는 다른 소스들로부터의 유체는, 가압액체로서 입구에서 공급될 수 있고, 유체가 입구단으로부터 관을 통해 출구쪽으로 흐를 때 관을 따라 흐르는 전류로부터의 저항가열에 의해 생성된 열의 입력에 의해 적어도 부분적으로 증기로 변환될 수 있다. 흡입기, 예컨대 약제나 향기나는 물질들을 연 무화하기 위한 이러한 휴대용 흡입기의 연무 생성기로서 사용되는 경우, 증기가 모세관의 출구에서 관으로부터 빠져나옴에 따라 이 증기가 주위의 대기로 들어갈 때 연무가 생성된다.
바람직한 실시예에서는, 구부러진 모세관이 180° 만곡부 등의 적어도 하나의 만곡부(또는 활처럼 굽은 부분)를 구비하여, 관의 입구단들이 관의 출구로부터 등거리에 있다. 따라서, 구부러진 모세관은 유체가 관의 입구단으로부터 출구로 이동하는 하나 이상의 통로(예컨대 두개의 다리부)를 가짐에 따라, 구부러진 모세관은 유체가 입구로부터 출구로 이동하는 단일 통로를 가지는 직선형상의 모세관을 구비한 연무생성기에 비하여 매우 소형인 구조를 제공한다. 그리고, 유체가 입구로부터 출구로 이동하는 단일 통로를 가지는 모세관을 구비한 연무생성기에 비하여, 목표로 하는 유동속도를 달성하기 위하여 구부러진 모세관의 2개의 다리부를 통해 유체를 이동시키는데 요구되는 압력은 더 낮다. 다시 말하면, 목표로 하는 연무의 유동속도에 대하여, 관의 각 다리부를 통해 이동하는 유체의 유동속도가 더 느리다. 관의 2개의 다리부를 통해 이동하는 유체의 느린 유동속도로 인해, 열이 관으로부터 유체로 더 효율적으로 전달되어, 관을 통해 흐르는 액체를 증발(휘발)시키는데 에너지가 덜 요구되며, 관이 차지하는 공간이 감소될 수 있다. 바람직하게는 유체가 출구에 도달할 때까지 구부러진 모세관으로 들어가는 액체 모두를 증발시키기 위하여 충분한 열이 전달된다.
구부러진 모세관이 하나 이상의 입구를 가짐에 따라, 하나 이상의 유체로 이루어진 연무가 형성될 수 있다. 더 상세하게는 잘 섞일 수 없는 다른 액체들이 관 의 각 입구단에 공급될 수 있다. 이와 달리, 예컨대 관의 하나의 입구단에 액체를 공급하고 관의 다른 입구단에 가스를 공급함으로써 액체와 가스로 이루어진 연무가 형성될 수 있다. 그리고, 담배 추출물이나 담배 향 성분을 포함하는 담체 용액이 연무를 형성하는데 사용될 수 있는데, 그 결과 형성되는 연무는 담배연기와 유사한 감각적 특성을 갖는다.
바람직하게는, 관과 유체의 온도는 출구에서 가장 높고, 출구는 관의 만곡부의 중앙에 있으며 (예컨대, 바람직하게는 관의 각 입구단으로부터 등간격이고 바람직하게는 각 전극으로부터 등간격임), 출구는 바람직하게는 구부러진 모세관의 내경과 거의 같은 직경을 갖는다. 그러나, 다른 유체들이 관의 각 입구단에 공급되는 경우, 연무 생성을 최적화하기 위하여 출구가 관의 각 입구단으로부터 등거리가 아니거나 또는 각 전극으로부터 등거리가 아니거나 및/또는 전극이 관의 입구단들로부터 출구까지의 각각의 통로에서 동일한 위치들에 위치되지 않는 것이 바람직할 것이다. 그리고 다른 유체들이 관의 각 입구단에 공급되면, 연무 생성을 최적화하기 위하여 다른 유체들이 다른 유동속도로 공급되는 것이 바람직할 것이다.
모세관은 스테인레스 스틸 등의 도전성 재료로 전적으로 제조되어, 전압이 관의 길이를 따라 인가됨에 따라 관을 통해 흐르는 전류에 의해 관이 가열되어 관을 통과하는 유체가 증발될 것이다. 대안으로서, 관은 유리나 실리콘 등의 비도전성 또는 반도전성 재료로 제조될 수 있는데 이 경우 관을 가열하기 위하여 백금 등의 저항성 가열재료의 코팅이나 층을 구비한다. 특히, 관은 저항성 코팅에 의해 형성된 히터 부재를 구비한 퓨즈 실리카(fused silica)일 수 있다.
유체를 증발시키는데 사용되는 단일 모세관 배치에 대한 개선을 제공하는데, 여기에서, 열손실은 모세관의 출구에 가장 가까운 전기 도선에서 발생하여 팁(tip)을 향하여 모세관을 따른 온도의 극적인 강하를 야기할 수 있다. 이러한 열손실을 보상하기 위하여 그리고 팁을 양질의 연무를 생성하기에 충분히 높은 온도로 유지시키기 위하여, 모세관의 중간부분을 과열시킬 수 있다. 이 과열시키는 것에 의해 어떤 경우에는 유체 구성물의 열적인 열화을 야기시키기에 충분할 수 있는 불필요한 고온에 연무처리될 유체가 노출된다.
도1은 휴대용 흡입기로서 사용하기 위한 연무 생성기(10) 형태의 유체기화장치의 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 연무생성기(10)는 유체 소스(12), 밸브(14), 구부러진 (또는 머리핀 형상의) 모세관(20), 마우스피스(18), 임의의 센서(15) 및 제어기(16)를 구비하는 히터 장치를 포함한다. 제어기(16)는 적절한 전기적 연결과, 밸브(14)와 센서(15)를 동작시키고 구부러진 모세관(20)을 가열시키기 위한 전기를 공급하기 위하여 제어기와 협력하는 배터리 등의 보조장비를 포함하다. 동작에 있어서, 밸브(14)는 흡연자/환자가 연무 생성기(10)로부터 연무를 흡입하려고 할 때 야기되는 마우스피스(18)에서의 압력강하를 센서(15)가 검출하기 전에 또는 검출한 직후에 소스(12)로부터 원하는 체적의 유체가 구부러진 모세관(20)에 들어가게 되도록 개방될 수 있다. 유체가 구부러진 모세관(20)에 공급됨에 따라, 제어기(16)는 이 구부러진 모세관(20) 내의 유체를 충분히 증발시키기 위하여 모세관을 가열시키는데 제공되는 파워의 양을 제어한다, 즉 제어기(16)는 모세관을 흐르는 전기의 양을 제어하여 모세관 내의 유체를 증발시키는데 적절한 온 도까지 유체를 가열시킨다. 증발된 유체는 구부러진 모세관(20)의 출구로 나가서, 사람이 마우스피스(18)로 빨아들일 때 흡입될 수 있는 연무를 형성한다.
도1에 도시된 연무 생성기는 다른 유체공급장치를 이용하기 위하여 변형될 수 있다. 예컨대, 유체 소스는 소정 체적의 유체를 구부러진 모세관(20)에 공급하는 공급밸브를 구비하고, 및/또는 구부러진 모세관(20)은 흡입 사이클 동안 증발될 소정 체적의 유체를 수용하기 위하여 소정 크기를 갖는 하나 이상의 계량 챔버를 포함할 수 있다. 구부러진 모세관(20)이 일정 체적의 유체를 수용하기 위하여 하나 이상의 계량 챔버를 포함하는 경우에, 장치는 챔버를 채우는 동안 챔버를 넘어 유체가 흐르는 것을 방지하기 위하여 챔버(들)의 하류에 밸브 또는 밸브들을 포함할 수 있다. 원한다면, 기포가 팽창하여 남아있는 액체를 챔버로부터 구부러진 모세관(20)으로 밀어내도록, 챔버(들)는 챔버 내의 유체를 가열시키도록 배치된 예비가열기를 포함할 수 있다. 이러한 예비가열기의 상세한 내용은 본 출원인의 공유특허인 미국특허 US6491233호에서 볼 수 있는데, 그 내용은 본 명세서에 참조문헌으로서 통합된다. 이와 달리, 챔버(들) 내의 유체는 기포가 형성되지 않는 설정온도까지 예비가열될 수 있다. 원한다면, 밸브(들)는 생략될 수 있고 유체소스(12)는 구부러진 모세관(20)에 직접 소정 체적의 유체를 공급하는 하나 이상의 시린지 펌프 등의 공급 장치를 포함할 수 있다. 구부러진 관이 스테인레스 스틸 등의 도전성 재료로 제조되는 경우에, 가열장치는 구부러진 모세관(20)을 형성하는 모세관의 일부분일 수 있는데, 구부러진 모세관(20) 내의 액체를 증발시키도록 배치된다. 센서(15)는 연무 생성기(10)가 기계적인 스위치, 전기적인 스위치 또는 다른 적절한 기술에 의해 수동으로 작동되는 경우에 생략되거나 바이패스될 수 있다. 도1에 도시된 연무 생성기(10)가 약제 또는 향 함유 연무 등의 흡입성 연무의 연무질을 위하여 사용되더라도, 구부러진 모세관(20)은 예컨대 착취제, 살충제, 페인트, 윤활제 및 연료 등의 다른 유체를 증발시키는데 사용될 수도 있다.
구부러진 모세관 연무 생성기는 하나의 유체 소스로부터 유체 흐름을 받을 수 있다. 유체는 일반적으로 가압 액체의 형태로 및/또는 같거나 또는 별개의 유체 소스로부터의 소정 체적의 유체 형태로, 모세관의 입구를 통해 들어가고 모세관의 출구쪽으로 관의 다리부를 통해 흐른다. 바람직하게는 별개의 전극이 모세관의 각 입구단에 제공된다. 전극들 사이의 모세관의 부분은 전극들 사이의 관의 부분을 흐르는 전류의 결과로서 가열되고, 입구단으로 들어가는 액체는 관 내에서 가열되어 증기를 형성한다. 증기가 모세관의 출구로부터 빠져나와서 주변의 대기와 접촉함에 따라, 증기는 연무를 형성한다. 액체가 현탁액이라면, 연무는 현탁액내의 고체로 형성될 것이다. 액체가 응축성 액체의 용액이라면, 연무는 응집된 증기 방울들로 형성될 것이다. 출구의 단면이 모세관의 내경보다 작다면, 연무는 증발된 액체가 출구를 통해 밀어낸 분무액으로 형성될 것이다.
도2에 도시된 바와 같이, 유체증발장치는 모세관(20)을 포함하는데, 유체소스(22)로부터의 유체가 모세관(20)을 통과한다. 유체는 제1 유체단부(20a)와 제2 유체단부(20b)에서 모세관(20)으로 들어가고, 모세관(20)의 출구(20c)로부터 증기로서 빠져나간다. 제1 전극(23a)은 모세관(20)의 입구단(20a) 근처에 연결되고, 제2 전극(23b)이 입구단(20b) 근처에 연결된다.
모세관(20)의 입구(20a) 및 입구(20b)에서 들어가는 액체는 모세관을 통과함에 따라 가열된다. 유체가 모세관의 출구(20c)로부터 빠져나감에 따라, 충분한 열이 관을 통과하는 유체에 입력되어 적어도 유체의 일부를 증발시킨다. 다시, 도시되지는 않았지만 상술한 것처럼 연무 생성기는 구부러진 모세관의 각 입구를 위한 하나 이상의 유체 소스를 포함할 수 있다.
도3a 내지 도3b는 구부러진 모세관(30)의 확대도이다. 도3a는 구부러진 모세관(30)의 평면도로서, 유체가 제1 유체단부(30a)와 제2 유체단부(30b)에서 들어가고, 모세관(30)의 반원형 만곡부의 출구(30c)로부터 증기로서 빠져나간다. 제1 전극(33a)은 모세관(30)의 입구단(30a) 근처에 연결되고, 제2 전극(33b)이 입구단(30b) 근처에 연결된다. 도3b는 구부러진 모세관의 정면도이고, 도3c는 모세관 출구의 확대도이다.
도4a 내지 도4c는 구부러진 모세관의 사시도이다. 특히, 도4a는 구부러진 모세관의 평면도로서, 모세관은 제어기(46)를 구비한 전자 구동 인쇄회로 카드(49)에 연결되고 이 카드를 통해 뻗어있고, 도4b는 구부러진 모세관의 측면도로서 모세관은 전자 구동 인쇄회로 카드와 제어기에 연결되고, 도4c는 구부러진 모세관의 정면도로서 모세관은 전자 구동 인쇄회로 카드와 제어기에 연결된다. 구부러진 모세관의 다리부들은 예컨대 땜납이나 도전성 에폭시 등의 도전성 접착제로 전자 구동 인쇄회로 카드에 연결되어 구부러진 모세관을 가열시키기 위하여 전자 구동 인쇄회로카드로 하여금 구부러진 모세관의 다리부들에 전기를 공급하게 허용하는 것이 바람직하다.
구부러진 모세관의 추가 실시예들은 도5와 도6을 참조하여 개략적으로 나타낸다. 도5의 구부러진 모세관은 다수의 만곡부(51a, 51b, 51c)를 포함하는데, 바람직하게는 가장 중앙의 만곡부(51b)를 따라서 단일 출구를 가진다. 도6의 구부러진 모세관은 다수의 만곡부(61a, 61b, 61c, 61d, 61e)를 갖는 코일형상의 관을 포함하는데, 바람직하게는 가장 중앙의 만곡부(61b)에 단일 출구를 가진다.
구부러진 모세관 배치는 모세관을 통과하는 액체의 여러 유동속도를 수용하게끔 설계되는데, 매우 에너지 효율적이며, 그리고 소형의 배치를 제공한다. 흡입기 응용에 있어서, 모세관의 가열 영역은 길이가 5mm 내지 40mm일 수 있고 또는 더 바람직하게는 10mm 내지 25mm이며, 관의 내경은 0.1mm 내지 0.5mm 또는 더 바람직하게는 0.1mm 내지 0.2mm일 수 있다. 흡입기 내에 모세관 가열기를 구현함에 있어서, 구부러진 모세관 배치는 대기와 모세관으로부터 방출된 증기로부터 절연 및/또는 분리되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연재료로 된 본체가 마우스피스 내의 구부러진 모세관을 지지하는데 사용되어 모세관을 빠져나오는 증기가 모세관의 바깥면과 접촉하지 않을 수 있다.
모세관으로부터의 방출의 방향이 도3에 개시되어 있는데 모세관의 부분들의 끝에서 멀어지는 모세관의 일반 평면내의 방향으로 방위설정된다. 이와 달리 방출은 모세관의 부분들의 끝을 향하는 모세관의 일반 평면 내의 방향이거나 모세관에 의해 규정된 일반 평면의 바깥 방향일 수 있는데, 예컨대 모세관에 의해 규정된 일반평면에 직교하는 방향일 수 있다.
여러 실시예들이 설명되었지만, 변형예와 수정예들이 당업자에게 자명한 바 와 같이 가능하다는 점이 이해되어야 한다. 이러한 변형예와 수정예들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (21)

  1. 모세관 형태의 연무 생성기로서,
    상기 모세관은 적어도 하나의 만곡부, 유체 입구들 및 만곡부를 따르는 출구를 구비하고,
    증발된 유체가 연무를 형성하도록 출구로부터 방출되는, 연무 생성기.
  2. 제1항에 있어서, 유체 입구들은 모세관의 양단부에 위치되는, 연무 생성기.
  3. 제1항에 있어서, 모세관은 하나 이상의 만곡부를 구비하는, 연무 생성기.
  4. 제1항에 있어서, 유체 입구들과 유체소통하는 유체 소스를 더 구비하는, 연무 생성기.
  5. 제1항에 있어서, 모세관은 길이가 5mm 내지 40mm이고 내경이 0.1mm 내지 0.5mm인, 연무 생성기.
  6. 제1항에 있어서, 모세관은 길이가 10mm 내지 25mm이고 내경이 0.1mm 내지 0.2mm인, 연무 생성기.
  7. 적어도 하나의 만곡부, 유체 입구들 및 만곡부를 따르는 출구를 구비하는 모세관; 및
    모세관 내의 유체를 증발시키는데 충분한 온도까지 모세관을 가열시키는 가열기구;를 구비하는, 연무 생성기.
  8. 제7항에 있어서, 모세관은 전기저항성 가열 재료로 제조되고, 가열기구는 전원공급장치와 그리고 모세관에 부착된 리드선들을 구비하여 전류가 만곡부를 따라서 흘러서 모세관 내의 유체를 증발시키는데 충분한 온도까지 모세관을 가열시키는, 연무 생성기.
  9. 제7항에 있어서, 마우스피스를 더 구비하는, 연무 생성기.
  10. 제7항에 있어서, 유체 소스를 더 구비하는, 연무 생성기.
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