KR102301553B1 - 흡입기 장치를 위한 가열 시스템 및 가열 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 가열되는 물질, 특히 액체 또는 겔로부터 에어로졸 및/또는 증기(V)를 생성하기 위해 e-담배 또는 개인용 증발기와 같은 흡입기 장치(1)를 위한 가열 시스템(3)을 제공한다. 가열 시스템(3)은 공급 저장조(4)로부터 가열되는 물질을 수용하도록 구성된 제1 가열 구역(5)으로서, 물질을 예열하기 위해 적어도 하나의 제1 가열 요소(14)가 마련되는 것인 제1 가열 구역; 및 제1 가열 구역(5)으로부터 예열된 물질을 수용하도록 구성된 제2 가열 구역(16)으로서, 물질을 가열하기 위해 적어도 하나의 제2 가열 요소(19)가 마련되는 것인 제2 가열 구역을 포함한다.

Description

흡입기 장치를 위한 가열 시스템 및 가열 방법{HEATING SYSTEM AND METHOD OF HEATING FOR AN INHALER DEVICE}
본 발명은 전자 담배(e-담배), 개인용 증발기 또는 전자 증기 전달 시스템과 같은 흡입기 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 그러한 흡입기 장치를 위한 가열 시스템 및 그러한 장치 내에서 가열되는 물질로부터 에어로졸 및/또는 증기를 생성하기 위한 가열 방법에 관한 것이다.
전술한 유형의 흡입기 장치, 즉 e-담배 및 개인용 증발기 및 전자 증기 전달 시스템이 담배, 소형 엽권련, 엽권련 등과 같은 통상적인 흡연 물품에 대한 대안으로서 제시된다. 전형적으로, 이러한 흡입기 장치는, 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸 및/또는 증기를 생산 또는 생성하기 위해서 액체 용액 또는 겔을 가열하도록 디자인된다. 이러한 액체는 일반적으로 프로필렌 글리콜(PG) 및/또는 식물성 글리세린(VG)의 용액이고, 전형적으로 향미제(flavorant) 또는 하나 이상의 농축된 향미를 포함한다.
이러한 흡입기 장치에 대한 증가되는 수요 및 성장하는 시장에도 불구하고, 보다 효율적이고 개선된 제품을 제공하기 위한 목적으로, 이러한 장치의 성능을 개선하기 위한 노력이 여전히 요구되고 있다. 예를 들어, 이러한 노력은 개선된 에어로졸 및/또는 증기 발생, 개선된 에어로졸 및/또는 증기 전달, 및 에너지 소비를 개선하기 위한, 즉 장치의 배터리 수명을 향상시키기 위한 에어로졸 및/또는 증기 발생에서의 에너지의 보다 효율적인 이용에 관한 것이다.
국제공개공보 WO2013/034460
상기 내용에 비추어 볼 때, 본 발명의 목적은 개선된 흡입기 장치를 제공하는 것이고, 보다 특히 흡입기 장치에서 물질로부터 에어로졸 및/또는 증기를 생성하기 위한 개선된 가열 시스템 및 가열 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 제1항에서 인용된 특징을 가지는 가열 시스템 및 제12항에서 인용된 바와 같은 방법이 제공된다. 본 발명의 유리한 및/또는 바람직한 특징이 종속항에서 인용되어 있다.
따라서, 일양태에 따르면, 본 발명은 가열되는 물질, 특히 액체 또는 겔로부터 에어로졸 및/또는 증기를 생성하기 위해 e-담배 또는 개인용 증발기와 같은 흡입기 장치를 위한 가열 시스템을 제공하며, 상기 가열 시스템은
가열되는 물질을 수용하도록 구성된 제1 가열 구역으로서, 물질을 예열하기 위해 적어도 하나의 제1 가열 요소가 마련되는 것인 제1 가열 구역; 및
제1 가열 구역으로부터 예열된 물질을 수용하도록 구성된 제2 가열 구역으로서, 물질을 가열하기 위해 적어도 하나의 제2 가열 요소가 마련되는 것인 제2 가열 구역
을 포함한다.
이러한 방식으로, 본 발명은 기본적으로 흡입기 장치를 위한 2 단계 가열 시스템을 제공한다. 물질(예를 들어, 액체 또는 겔)의 초기 가열 또는 "예열"이 제1 가열 구역 내에서 발생된다. 여기에서, 물질이 가압화될 수 있을 것이고, 가능하게는 심지어 비등되고 부분적으로 증기화되며, 전형적으로 열 팽창을 경험할 것이다. 열 팽창은 제1 가열 구역 내에서 국소적인 압력 증가를 생성할 수 있을 것이고, 그러한 압력 증가는 이어서 가압하의 물질을 제2 가열 구역을 향해서 강제하거나 구동한다. 그러한 경우에, 물질이 가열되는 액체 용액 또는 겔의 에어로졸, 방울 및/또는 현탁체(suspension), 및/또는 그 증기로 이루어질 수 있을 것이다. 이에 따라, 제2 가열 구역에서는 물질의 완전한 증발을 실시하기 위해 요구되는 가열 정도가 신속하고 효율적으로 달성될 수 있다. 제1 및 제2 가열 구역은 전형적으로, 물리적으로 서로 구별되고 분리된 영역들 또는 공간들을 포함하거나 이들에 의해 형성된다. 그럼에도 불구하고, 제1 및 제2 가열 구역은 통상 서로 유체 연통되도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 가열 구역은 적어도 하나의 제1 가열 공동(cavity)를 포함한다. 이에 따라, 적어도 하나의 제1 가열 공동은, 예컨대 공급 저장조로부터 가열되는 물질을 수용하도록 구성된다. 매우 바람직한 실시예에서, 제1 가열 구역은 단일 공동을 포함하고, 적어도 하나의 제1 가열 요소가 상기 제1 가열 공동 내에 마련되거나 배치될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 가열 구역은 제1 가열 구역으로부터의 예열된 물질을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 제2 가열 공동을 포함한다. 일실시예에서, 제2 가열 구역은 복수 개의 제2 가열 공동을 포함하고, 제2 가열 요소는 각각의 제2 가열 공동 내에 마련되거나 배치될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예에서, e-담배 또는 개인용 증발기와 같은 흡입기 장치를 위한 가열 시스템은 가열되는 물질, 특히 액체 또는 겔로부터 에어로졸 및/또는 증기를 생성하기 위해 마련되며, 상기 가열 시스템은
물질 공급부로부터 가열되는 물질을 수용하도록 구성된 적어도 하나의 제1 가열 공동으로서, 물질을 예열하기 위한 적어도 하나의 제1 가열 요소가 마련되는 것인 적어도 하나의 제1 가열 공동; 및
제1 가열 공동으로부터의 예열된 물질을 수용하도록 구성되는 적어도 하나의 제2 가열 공동으로서, 물질을 가열하기 위해 적어도 하나의 제2 가열 요소가 마련되는 것인 적어도 하나의 제2 가열 공동
을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 제2 가열 구역은 바람직하게는 하나 이상의 홈 또는 채널을 통해 제1 가열 구역과 유체 연통된다. 제2 가열 구역이 다수의 제2 가열 공동을 포함하는 경우, 제1 가열 구역과의 유체 연통은 복수 개의 홈 또는 채널; 즉 제2 가열 공동마다 있는 적어도 하나의 홈 또는 채널을 통해 이루어질 수 있다. 예열된 물질은 이에 따라, 예열 후에 제1 가열 구역으로부터 제2 가열 구역으로 이동한다. 즉, 예열된 물질은 제1 가열 구역에서 비등 또는 증발하기 시작하고, 하나 이상의 홈 또는 채널을 따라 제2 가열 구역 또는 공동으로 (예컨대, 증기, 열팽창 액체 또는 이산 액체 방울로서) 팽창될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 가열 시스템은 본체 부재 또는 지지체를 포함하고, 제1 가열 구역 또는 공동은 이 지지체 둘레 내에 또는 이 지지체 둘레 주위에 형성될 수 있다. 지지체는 바람직하게는 거의 원통형 형상이며, 제1 가열 구역 또는 공동은 지지체 둘레 주위의 바람직하게는 거의 환형 형상이다. 유사한 방식으로, 적어도 하나의 제2 가열 공동은 지지체 둘레 내에 또는 지지체 둘레 주위에 형성될 수 있다. 복수 개의 제2 가열 공동이 마련되는 경우, 예컨대 각각의 제2 가열 공동은 지지체의 단부면을 향해 축방향으로 연장될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 제1 및 제2 가열 요소는 바람직하게는 제1 및 제2 가열 공동에 각각 위치한다. 따라서, 제1 및 제2 가열 요소는, 바람직하게는 전기 절연재를 포함하는 지지체 상에서 지지될 수 있다. 제1 및 제2 가열 공동은 통상적으로 소형이고 정밀하게 치수가 정해지며, 지지체도 또한 바람직하게는 정확하게 기계 가공되거나 제조될 수 있는 재료로 형성된다. 이에 따라 지지체를 위해서는 세라믹 재료가 바람직한데, 그 이유는 세라믹 재료가 상기한 요건들을 충족할 수 있고, 온도에 대해 매우 저항성이 있기 때문이다. 그러나, 폴리머 플라스틱, 실리케이트 또는 유사한 재료와 같은 다른 재료들도 또한 고려될 수 있다.
매우 바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 가열 요소 각각은 줄 가열(joule heating) 또는 저항 가열을 위한 와이어, 리본, 스트립, 포일 또는 도전성 코팅과 같은 전기 저항 요소를 포함할 수 있다. 그러한 와이어 또는 코일은 제1 및/또는 제2 가열 공동을 통해 연장될 수 있다. 그러나 포일의 경우, 이것은 제1 또는 제2 가열 공동의 표면 상의 성막 또는 라이닝으로서 마련될 수 있다. 가열 요소는 바람직하게는 니크롬 80/20, 큐프로니켈(CuNi) 합금, 칸탈(FeCrAl) 및 몰리브덴 실리사이드(MoSi2)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다. 제1 및/또는 제2 가열 요소는 바람직하게는 흡입기 장치에 있는 배터리와 같은 전원에 의해 전력을 공급받는다.
바람직한 실시예에서, 각각의 제2 가열 공동은 가열된 물질이 팽창하고 증발할 때에 가열 물질을 위한 챔버를 형성하거나 제공한다. 즉, 물질(예컨대, 액체 또는 겔)은 제2 가열 구역에서 더 증발되고 기체로의 상변화 중에 큰 체적 팽창을 겪는다. 각각의 제2 가열 공동은 바람직하게는 제2 가열 구역에서 생성된 증기 및/또는 에어로졸을 흡입기 장치의 마우스피스로 전달하기 위해 적어도 하나의 노즐과 연통된다.
바람직한 실시예에서, 가열 시스템은 지지체를 수용하고, 가열되는 물질을 위한 공급 저장조를 형성하는 챔버와 함께 제1 및 제2 가열 구역을 밀폐하는 하우징을 포함한다. 플러그 또는 배플 부재가 공급 저장조를 제1 가열 구역으로부터 분리할 수 있지만, 여전히 이들 사이의 유체 연통을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 제1 가열 구역 또는 공동은 공급 메커니즘을 통해 공급 저장조로부터 가열되는 물질(예컨대, 액체 또는 겔)을 수용하도록 구성된다. 공급 메커니즘은, 예컨대 유체 연통을 통한 압력 바이어스와 모세관 작용 중 하나 이상을 포함한다. 모세관 작용은, 공급 저장조로부터 제1 가열 구역 또는 공동으로 연통되는 협소한 채널 또는 통로를 마련하는 것에 의해 형성될 수 있다. 이는, 예컨대 플러그 또는 배플 부재에 및/또는 플러그 또는 배플 부재에 인접한 하우징의 측벽에 마련될 수 있다. 다른 한편으로, 압력 바이어스는 공급 저장조에 저장된 액체 또는 겔 물질에 압력을 인가하는 것에 의해 형성될 수 있기 때문에, 액체 또는 겔 물질은 저장조로부터 제1 가열 구역 또는 공동을 향해 바이어싱된다. 대안으로서 또는 추가로, 공급 저장조는 압력 바이어스를 가하도록 유연하거나 접힐 수 있으며/있거나 흡입 또는 모세관 작용이 저장조와 제1 가열 구역 사이에 압력 바이어스를 형성하여 제1 가열 구역(들)으로의 물질의 이동을 촉진하도록 통기구를 포함할 수 있다. 더욱이, 공급 메커니즘은 공급 저장조로부터 제1 가열 구역 또는 공동으로의 물질의 공급률을 변경하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 플러그 부재 또는 배플 부재는 하나 이상의 채널 또는 통로를 수정하여 제1 가열 구역 또는 공동과의 유체 연통을 제공하도록 변형 가능할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템의 공급 메커니즘은 물질의 공급률을 조절하기 위한 밸브 메커니즘을 포함할 수 있다. 공급률은 사용자의 흡입 프로파일과 일치하거나 흡입 프로파일에 맞게 사용자에 의해 설정 또는 조정될 수 있다. 이때, 밸브 메커니즘은, 흡입기 장치가 사용되지 않을 때에, 예컨대 전원이 꺼져 있을 때, 액체 또는 겔의 공급 저장조로부터 제1 가열 구역으로의 전달 또는 이동을 차단하는 데 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 지지체를 수용하는 하우징은 하나 이상의 공기 유입구를 포함하기 때문에, 공기가 증기로 변형될 때에 증발된 물질에 흡인되어 증발된 물질과 혼합될 수 있다. 하나 이상의 공기 유입구는 공기를 제2 가열 구역으로 지향시킬 수도 있고, 대안으로서 제2 가열 구역의 상류 및/또는 하류에 마련될 수도 있다. 이에 따라, 특정 실시예에서는 하우징이, 하우징의 측벽을 관통하여 복수 개의 제2 가열 공동 각각으로 (예컨대, 반경방향으로) 연장되는 복수 개의 구멍을 포함할 수 있다. 하나 이상의 공기 유입구 또는 유입 구멍은 밸런싱 공기 흐름을 제공하는; 즉, 시스템이 흡입기 장치에 통합될 때에 사용자를 위한 소망하는 공기 흐름 저항을 형성하는 역할을 할 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 공기 유입구는, 예컨대 공기 유입구 사이즈를 수정하는 것에 의해 호흡되는 유입 공기 및 에어로졸 및/또는 증기의 혼합을 조절하도록 그리고 디바이스의 흐름 저항을 수정하도록 사용자에 의해 선택적으로 변경되거나 조정될 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 액체 또는 겔과 같은 가열되는 물질로부터 에어로졸 및/또는 증기를 발생시키는 흡입기 장치, 특히 전자 담배나 개인용 증발기를 제공하며, 흡입기 장치는 전술한 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 가열 시스템을 포함한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은, 전자 담배 또는 개인용 증발기와 같은 흡입기 장치에서 물질, 특히 액체나 겔을 가열하는 방법으로서,
가열되는 물질을 공급 저장조로부터 제1 가열 구역으로 이송하는 단계;
제1 가열 구역에서 물질을 예열하는 단계;
예열된 물질을 제1 가열 구역으로부터 제2 가열 구역으로 이송하는 단계; 및
증기 - 이후 전형적으로 에어로졸을 형성하도록 응결됨 - 를 형성하도록 제2 가열 구역에서 물질을 가열하는 단계
를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 가열 구역에서 가열되는 물질을 예열하는 단계 및/또는 제2 가열 구역에서 물질을 가열하는 단계는 하나 이상의 전기 가열 요소에 의해 수행된다. 앞서 언급한 바와 같이, 제1 및 제2 가열 요소 각각은 줄 가열 또는 저항 가열을 위한 와이어, 리본, 스트립 또는 포일과 같은 전기 저항 요소를 포함하고, 흡입기 장치에서 바람직하게는 배터리와 같은 전원에 의해 동력을 공급받는다.
바람직한 실시예에서, 공급 저장조로부터 제1 가열 구역으로 물질을 이송하는 단계는 전술한 바와 같이 모세관 작용과 압력 바이어스 중 적어도 하나를 포함한다. 더욱이, 제1 가열 구역으로부터 제2 가열 구역으로 예열된 물질을 이송하는 단계는 바람직하게는, 역시 전술한 바와 같은 열팽창 및/또는 모세관 작용을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 예열 단계와 가열 단계 각각은 주기적으로 또는 순차적으로 실시될 수 있다. 즉, 각각의 가열 구역은 고유한 또는 예정된 활성화 간격 또는 기간으로 교호 또는 펄스 방식으로 활성화되거나 작동될 수 있다. 예컨대, 50 msec의 활성화 기간이 제1 가열 구역에 적용될 수 있으며(예컨대, 이 기간 동안 제1 가열 요소(들)를 작동 또는 활성화시킴), 제2 가열 구역을 위한 50 msec의 활성화 기간이 후속한다. 그러한 2개의 가열 구역의 펄스식 활성화는 에너지 소비를 개선할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 장점의 보다 완벽한 이해를 위해, 본 발명의 예시적인 실시예는 첨부도면 - 유사한 참조부호는 유사한 부품을 지칭함 - 을 참고로 하여 아래의 설명에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡입기 장치 내의 가열 시스템의 개략적인 측단면도이고,
도 2는 도 1의 흡입기 장치 내의 가열 시스템의 개략적인 사시도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열 시스템의 부분의 개략적인 측단면도이고,
도 4는 도 3의 가열 시스템의 개략적인 단부도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡입기 장치 내의 가열 시스템의 개략적인 측단면도이고,
도 6은 도 5의 본 발명의 실시예에 따른 가열 시스템의 부분의 개략적인 사시도이며,
도 7은 도 6에 도시한 가열 시스템의 상기 부분의 개략적인 단부도이고,
도 8은 도 7의 화살표 X-X 방향으로의 개략적인 부분 단면도이며,
도 9는 도 5의 흡입기 장치의 가열 시스템의 개략적인 사시도이다.
첨부 도면이 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위해서 포함되었고, 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 특별한 실시예를 도시하고, 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 본 발명의 다른 실시예 및 본 발명의 많은 부수적인 장점이, 이하의 구체적인 설명을 참조하여 보다 잘 이해되기 시작함에 따라, 용이하게 인식될 것이다.
실시예의 보다 요약된 도면을 돕기 위해서, 상업적으로 실현 가능한 실시예에서 유용할 수 있거나 필요할 수 있는 일반적으로 및/또는 양호하게 이해되는 요소가 반드시 도시되지는 않았다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도면의 요소들이 서로에 대해 반드시 실축척으로 도시되지는 않았다. 방법의 실시예의 특정 작용 및/또는 단계가 특별한 발생 순서로 설명되거나 도시되어 있을 수 있지만, 순서에 관한 그러한 구체성이 실제로 필요하지 않다는 것을 당업자가 이해할 수 있다는 것을 추가적으로 이해할 수 있을 것이다. 구체적인 의미가 본원에서 달리 설명된 경우를 제외하고, 본 명세서에서 사용된 용어 및 표현이, 그들의 상응하는 각각의 문의 또는 연구 분야에 대한 그러한 용어나 표현에 일치되는 바와 같은 일반적인 의미를 가진다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 전자 담배(또한, "e-담배"로 공지되어 있다)로서 구현된 흡입기 장치(1)의 일부가 개략적으로 표시되어 있다. 이러한 흡입기 장치(1)는, 본 발명에 따른 가열 시스템(3)을 수용하는, 대체로 원통형 슬리브의 형태로 제공되는 케이싱(2)을 포함한다. 가열 시스템(3)은, 통상적인 담배 흡연에 대한 대체물로서 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸 및/또는 증기(V)를 생성하기 위해서, 흡입기 장치(1) 내의 저장용기(4)로부터 공급되는 액체 용액 또는 겔(L)을 가열하도록 디자인된다. 이러한 목적을 위해서, 액체(L)가 프로필렌 글리콜, 식물성 글리세린, 향미제 및/또는 하나 이상의 향미의 용액을 포함할 수 있을 것이다.
이러한 실시예의 가열 시스템(3)은, 흡입을 위한 에어로졸 및/또는 증기(V)를 생성 또는 생산하기 위한 액체(L)의 2 단계 또는 2 스테이지 가열을 제공한다. 특히, 가열 시스템(3)은 거의 원통형 본체 부재(7)의 둘레 주위에 환형 공동(6)에 의해 형성되는 제1 가열 구역(5)을 포함한다. 즉, 본체 부재(7)와, 가열 시스템(3)을 수용하는 거의 원통형 하우징(9)의 측벽(8) 사이에 형성되는 이러한 환형 공동(6)은 제1 가열 공동을 형성한다. 이러한 제1 가열 구역(5) 또는 공동(6)은 플러그 부재(11)의 외측 림 또는 둘레와 하우징(9)의 측벽(8) 사이에 형성된 미세 채널 또는 통로(10)를 통해 인접한 공급 저장조(4)로부터 액체(L)를 수용하도록 구성된다. 특히, 가열 시스템(3)은 액체(L)를 공급 저장조(4)로부터 제1 가열 구역(5) 또는 제1 가열 공동(6)으로 전달 또는 이송하기 위한 공급 메커니즘을 갖는다. 본 예에서, 공급 메커니즘은 미세 채널 또는 통로(10)를 통한 모세관 작용과 가동 피스톤(13)에 대해 작용하는 스프링(12)을 통해 저장조(4) 내의 액체(L)에 인가되는 압력의 조합을 포함한다. 그러나, 공급 메커니즘은 또한 본 발명의 작동 원리에 영향을 주는 일 없이, 단지 모세관 작용만 또는 단지 가압 수단만 포함하는 것으로 고려될 수도 있다.
도 1 및 도 2에서 볼 수 있다시피, 환형의 제1 가열 공동(6)은 이 경우에 니크롬 80/20 와이어 형태로 마련되는 가열 요소(14)를 포함하며, 이 가열 요소는 본체 부재(7) 주위에서 연장되어 본체 부재(7)에 의해 지지되고, 공급 저장조(4)로부터 제1 가열 구역(5)에 진입할 때에 액체(L)와 밀접한다. 이러한 제1 가열 요소 또는 와이어(14)에는 배터리(15)로부터 전기 에너지가 공급되고, 이에 따라 흡입기 장치(1)가 켜질 때에 가열되거나, 제1 가열 구역(5)에서의 액체(L)의 예열을 실시하도록 활성화된다. 제1 가열 구역(5)에 있는 액체(L)는 초기 가열될 때에 비등하기 시작하거나 적어도 압축되게 될 수 있고, 이에 따라 열팽창에 의해 그리고 공급 저장조로부터 제1 가열 구역(5) 또는 제1 공동(6)으로의 신규한 액체(L)의 유입의 영향을 받아 제2 가열 구역(16)으로 전달되거나 이송된다. 이에 따라, 액체(L)는 본 발명의 가열 시스템(3)에 있는 제2 가열 구역(16)에 진입할 때에 이미 예열된 상태이다.
본 실시예에서, 제2 가열 구역(16)은, 본체 부재(7)의 둘레에서 본체 부재의 단부를 향해 형성된 다수의 별도의 공동(17)을 포함한다. 이들 제2 가열 공동(19)은 본체 부재(7) 둘레에서 이격 배치되고, 본체 부재의 중심축에 거의 평행하게 연장된다. 이러한 방식으로, 복수 개의 제2 가열 공동(17)이 전체적으로 제2 가열 구역(16)을 형성하고, 각각의 제2 가열 공동이 역시 본체 부재(7)의 둘레에 형성된 채널 또는 홈(18)을 통해 제1 가열 구역(5)으로부터의 예열된 액체(L)를 수용하도록 구성된다.
제2 가열 공동(17) 각각은 또한 제2 가열 구역에 진입하는 액체(L)를 전기 가열하는 제2 가열 요소(19)를 포함한다. 제2 가열 요소(19) 각각은 제1 가열 요소(14)와 같이 니크롬 80/20 와이어로 형성될 수 있다. 그러나, 대안으로서 이들 제2 가열 요소는, 예컨데 몰리브덴 실리사이드(MOSi2)로 이루어진 도전 포일 - 각각의 제2 공동(17)의 표면 위에 막으로서 성막될 수 있음 - 을 포함할 수 있다. 임의의 경우에, 제2 가열 요소(19)는 예열된 액체(L)를 더 가열하여, 완전히 증발시킨다. 이에 따라, 각각의 제2 가열 공동(17)은, 액체(L)의 증발을 통해 형성된 가스가 내부로 팽창할 수 있는 팽창실을 형성한다. 이러한 이유로, 각각의 제2 가열 공동(17)은 본체 부재(7)의 단부면에서 종결되거나 노즐(20)과 유체 연통될 수 있으며, 노즐을 통해 증기(V)가 채널(21)로 배출되며, 상기 채널로부터 사용자가 흡입기 장치(1)의 마우스피스(도시하지 않음)를 통해 에어로졸 및/또는 증기(V)를 흡입할 수 있다. 선택적으로, 다수의 미세 개구 또는 구멍을 지닌 포일(22)이 채널을 향하는 본체 부재(7) 및 하우징(9)의 단부 구역에 걸쳐 마련될 수 있다. 이러한 포일(22)은, 예컨대 가열 시스템(3)으로부터 방출되는 에어로졸 및 증기(V)를 위한 필터 멤브레인을 형성한다. 이와 동시에, 포일(22)은 또한 공기 흐름 저항을 제공할 수 있으며, 이에 의해 포일 어레이 전반에 걸쳐 압력차가 전개되고, 포일을 통해 방출되는 가스가 팽창 및 증기상 냉각을 겪음으로써 흡입 가능한 에어로졸 방울을 형성한다.
도 1로부터 명백한 바와 같이, 하우징(9)의 측벽(8)을 관통하여 각각의 제2 가열 공동(17) 내로 반경방향 공기 유입구(23)가 마련될 수 있어, 제2 가열 구역에서의 공기와 증기(V)의 유입 및 혼합을 가능하게 한다. 이것은, 생성되는 에어로졸 및/또는 증기(V)에 적절한 향미 또는 농도 밸런스가 제공되는 것을 보장하는 데 기여할 수 있다. 더욱이, 반경방향 공기 유입구(23)는, 사용자를 위한 소망하는 공기 흐름 저항 또는 "흡입 감각"을 제공하기 위해 장치를 통과하는 공기 흐름을 밸런싱하는 데 사용될 수 있다. 또한, 이것은 에어로졸이나 증기(V)를, 흡입 장치(1)의 마우스피스를 통해 사용자에게 도달하기 전에 냉각시키는 데 기여할 수 있다. 공기 유입구는 또한, 예컨대 채널(21)에서 노즐(20) 하류에 마련되어 흐름을 밸런싱 또는 제어할 수 있다는 점이 주목될 것이다. 도 2를 참고로 하면, 예컨대 제2 가열 공동(17)으로 직접 개방되는 것 대신에(또는 이에 더하여) 제2 가열 구역(16) 하류의 채널(21) 내로 반경방향으로 개방되는 공기 유입구(23)가 마련되는 것을 볼 수 있다.
원통형 본체 부재(7)는 바람직하게는, 공급 저장조(4)와 제2 가열 구역(5) 간 그리고 제1 가열 구역(5)과 제2 가열 구역(16) 간의 유체 연통을 각각 제공하는 채널, 홈 및/또는 통로(10, 18)와 함께 그 둘레에 각가의 제1 가열 공동(6) 및 제2 가열 공동(17)을 형성하도록 사전 기계 가공되거나 제조되는 세라믹 재료로 이루어진다는 점이 주목될 것이다. 세라믹 본체 부재(7)는 또한 제1 전기 가열 요소(14) 및 제2 전기 가열 요소(17)를 지지하기 때문에, 세라믹 재료의 전기 절연 특성은 이 가열 시스템(3)의 소망하는 적절한 기능과 관련된다.
본 실시예에 도시한 가열 시스템(3)은 흡입기 장치(1)의 케이싱(2) 내로 삽입되도록 구성된 카트리지에 선택적으로 마련된다는 점도 또한 주목될 것이다. 즉, 액체(L)의 공급 저장조(4)와 가열 시스템(3)을 포함하는 하우징(9)은 교체형(예컨대, 1회용) 카트리지로서 제공될 수 있으며, 이에 따라 일단 가열되는 액체(L)의 공급 저장조(4)가 고갈되거나 소진되면, 해당 카트리지가 제거될 수 있고, 그 다음에 교체 카트리지가 흡입기 장치(1)의 케이싱(2) 내로 제위치에 삽입될 수 있다. 고갈된 카트리지는 그 후에 액체(L)로 재충전되어 다시 사용될 수도 있고, 단순히 폐기될 수도 있다.
이제 도 5 내지 도 9를 참고하면, 역시 전자 담배(e-담배)로서 구현되는 흡입기 장치(1)의 일부가 개략적으로 도시되어 있다. 앞서와 같이, 흡입기 장치(1)는, 거의 원통형 슬리브이고 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가열 시스템(3)을 수용하는 케이싱(2)을 포함한다. 가열 시스템(3)도 역시, 전통적인 담배를 피우는 데 대한 대체물로서 사용자에 의한 흡입을 위한 에어로졸 및/또는 증기(V)를 생성하기 위해 흡입기 장치(1)에 있는 저장조(4)로부터 공급되는 액체 용액 또는 겔(L)을 가열하도록 구성된다. 이러한 목적으로, 액체(L)는 통상적으로 프로필렌 글리콜, 식물성 글리세린, 향미 및/또는 풍미의 용액으로서 마련된다.
본 실시예의 가열 시스템(3)은 흡입용 에어로졸 및/또는 증기(V)를 발생 또는 생성하기 위한 2 단계 또는 2 스테이지 액체(L) 가열을 제공한다. 특히, 도 6 및 도 7을 또한 참고하면, 가열 시스템(3)은 본체 부재(7) 내에 본체 부재를 관통하여 형성되는 공급 채널로서 마련되는 복수 개의 제1 가열 공동(6)과, 각각의 공급 채널(6)을 관통하여 연장되는 금속 와이어 형태의 다수의 제1 가열 요소(14)를 포함한다. 도 5 내지 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 본체 부재(7)는 거의 라운드 또는 원통형 형상을 가질 수 있고, 선택적으로 거의 원통형 하우징(9) 내에 수용된다.
도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 공급 채널(6)은 약 0.1 mm 내지 2.0 mm 범위의 직경, 바람직하게는 0.1 mm 내지 1.0 mm 범위의 직경(예컨대, 약 0.5 mm의 직경)을 갖는 미세 보어 또는 통로로서 마련되며, 모세관 작용에 의해, 즉 채널(6) 내의 표면 장력에 의해 액체 용액(L)을 공급 저장조(4)로부터 이송하기 위해 본체 부재(7)를 거의 축방향으로 관통하여 연장되도록 드릴 가공된다. 이 경우에 본체 부재(7)는 약 12 mm의 직경(φ)을 갖는다. 제1 가열 구역(5)의 모세관 채널(6)은, 공급 저장조(4)에 있는 액체(L)를 제1 가열 구역(5)으로 전달하기 위한 공급 메커니즘에 의해 보장되는 직접 접촉을 통해 인접한 공급 저장조(4)로부터의 액체(L)를 수용하도록 구성된다. 본 실시예에서는 앞서와 같이 공급 메커니즘이 가동 피스톤(13)에 작용하는 스프링(12)을 통해 저장조(4)에 있는 액체(L)에 압력을 가한다.
공급 채널(6)에 배치되는 가열 요소(14)는 이 경우에, 도전성 브릿지(24)에 의해 본체 부재(7)의 페이스에 대해 결합되거나 상호 접속될 수 있는 니크롬 80/20으로 이루어진다. 더욱이, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 와이어 가열 요소(14)는 바람직하게는 채널(6)의 내면과 접촉하지 않고, 오히려 거의 중앙으로 및/또는 채널(6)의 종축을 따라 자유롭게 연장되도록(즉, 내면으로부터 이격되도록) 배치된다. 이것은 유리하게는 가열되는 액체(L)로부터 채널(6) 내에 침적물 또는 잔여물의 형성을 제한하거나 최소화할 수 있다. 그러나, 대안으로서 제1 가열 요소(14)는 또한 각각의 채널(6)의 표면 위의 막으로서 성막되는 도전성 포일, 예컨대 몰리브덴 실리사이드(MOSi2)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 가열 요소(14)들을 상호 접속시키는 브릿지(24)들은, 모세관 보어(6)를 관통하여 연장되지만 그 자체는 어떠한 가열도 실시하지 않는 각각의 와이어(14)에 전류를 전도한다. 가열 와이어(14)는 모세관 작용에 의해 또는 모세관 작용 하에서 공급 저장조(4)로부터 공급 채널(6)을 통해 그리고 공급 채널을 따라 지나갈 때에 액체(L)와 밀접하게 접촉한다. 이들 제1 가열 요소 또는 와이어(14)에는 배터리(15)로부터 전기 에너지가 공급되고, 이에 의해 흡입기 장치(1)가 전기적으로 활성화되거나 켜져, 제1 가열 구역(5)에 있는 액체(L)의 예열을 실시할 때에 가열된다. 제1 가열 구역(5)에 있는 액체(L)는 초기 가열을 겪을 때에 비등되거나 적어도 팽창되고 압축될 수 있고, 이에 따라 열팽창에 의해 그리고 모세관 작용에 의해 그리고 저장조(4)로부터 제1 가열 구역(5) 또는 채널(6) 내로의 신규한 액체(L)의 유입에 의해 제2 가열 구역(16)으로 이송되거나 전달된다. 이러한 방식으로, 액체(L)는 채널(6)로부터 제2 가열 공동 또는 챔버(17) - 본 발명의 가열 시스템(3)의 주(主) 또는 제2 가열 구역(16)을 형성함 - 내로 나타날 때에 이미 예열된다.
이에 따라, 본 실시예에서 제2 가열 구역(16)은, 액체가 제2 가열 구역에 진입할 때에 액체(L)를 전기 가열하기 위한 적어도 하나의 제2 가열 요소(19)와 가열 공동(17)을 포함한다. 제2 가열 요소(19)는 이 예에서는 와이어 코일을 포함하고, 제1 가열 요소(14)와 같이 역시 니크롬 80/20 와이어로 형성될 수 있다. 임의의 경우에, 제2 가열 요소(19)는, 공동 또는 챔버(17) 내에서의 액체의 완전한 증발을 실시하도록 예열된 액체(L)를 더욱 가열하며, 상기 공동 또는 챔버(17) 내에서 액체(L)의 증발에 의해 형성된 가스가 팽창할 수 있다. 이러한 이유로, 제2 가열 공동(17)은 선택적으로 본체 부재(7)의 단부면에서 종결되거나 노즐(20)과 연통될 수 있으며, 노즐을 통해 증기(V)가 증기 채널(21)로 방출되고, 노즐로부터 사용자가 흡입기 장치(1)의 마우스피스(도시하지 않음)를 통해 에어로졸 및/또는 증기(V)를 흡입할 수 있다. 선택적으로, 다수의 미세 개구 또는 구멍을 지닌 포일(22)이 증기 채널(21)을 향하는 본체 부재(7)와 하우징(9)의 단부 영역에 걸쳐 마련될 수 있다. 이러한 포일(22)은, 예컨대 가열 시스템(3)으로부터 방출되는 에어로졸 및 증기(V)를 위한 필터 멤브레인을 형성한다. 이와 동시에, 포일은 공기 흐름 저항을 제공할 수 있으며, 이에 의해 어레이에 걸쳐 압력차가 발달하며, 방출되는 가스가 흡입 가능한 에어로졸 방울을 형성하는 팽창 및 증기상 냉각을 겪는다.
도 5로부터 명백한 바와 같이, 반경방향 공기 유입구(23)는 제2 가열 구역(16)에서의 공기와 증기(V)의 유입 및 혼합을 가능하게 하도록 하우징(9)의 측벽(8)을 관통하여 제2 가열 공동(17) 내로 마련될 수 있다. 이것은, 생성되는 에어로졸 및/또는 증기(V)에 적절한 향미 또는 농도 밸런스가 제공되는 것을 보장하는 데 기여할 수 있다.
더욱이, 반경방향 공기 유입구(23)는, 장치를 통과하는 공기 흐름을 밸런싱하고 사용자를 위한 소망하는 공기 흐름 저항 또는 "흡입 감각"을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 또한, 에어로졸이나 증기(V)가 흡입기 장치(1)의 마우스피스를 통해 사용자에게 도달하기 전에 에어로졸이나 증기(V)를 냉각시키는 데 기여할 수 있다. 공기 유입구는 또한 흐름을 밸런싱하거나 제어하기 위해, 예컨대 증기 채널(21)에서 상기한 임의의 노즐(20) 하류에 마련될 수 있다. 도 9를 참고하면, 예컨대 제2 가열 공동(17) 내로 직접 개방되는 공기 유입구 대신에(또는 이에 더하여) 제2 가열 구역(16)의 하류에 있는 증기 채널(21)로 반경방향으로 개방되는 공기 유입구(23)가 마련될 수 있다.
원통형 본체 부재(7)가 바람직하게는, 공급 저장조(4)와 제2 가열 구역(16) 간의 유체 연통을 제공하는 공급 채널(6)을 형성하도록 사전 기계 가공되거나 제조되는 세라믹 재료로 이루어진다는 점이 주목될 것이다. 세라믹 본체 부재(7)는 또한 제1 및 제2 전기 가열 요소(14, 19)를 지지하기 때문에, 세라믹 재료의 전기 절연 특성은 이 가열 시스템(3)의 소망하는 적절한 기능과 연관된다.
본 실시예에 도시한 가열 시스템(3)은 선택적으로 흡입기 장치(1)의 케이싱(2) 내로 삽입되도록 구성된 카트리지에 마련될 수 있다는 점도 또한 주목될 것이다. 즉, 전술한 액체(L)의 공급 저장조(4)와 가열 시스템(3)을 포함하는 하우징(9)은 교체형(예컨대, 1회용) 카트리지로서 마련될 수 있고, 이에 따라 일단 가열되는 액체(L)의 공급 저장조(4)가 고갈되거나 소진되면, 카트리지가 제거될 수 있고, 다음에 교체 카트리지가 흡입기 장치(1)의 케이싱(2) 내로 제위치에 삽입될 수 있다. 그 후, 고갈된 카트리지는 다시 사용되도록 액체(L)로 재충전되거나 단순히 폐기될 수 있다.
비록 발명의 구체적인 실시예가 본원에서 도시되고 설명되었지만, 당업자는 다양한 대안 및/또는 균등물이 존재한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들이 단지 예이고, 어떠한 방식으로도 범위, 이용 가능성, 또는 구성을 제한하기 위한 것이 아님을 이해하여야 한다. 오히려, 전술한 요지 및 구체적인 설명은 적어도 하나의 예시적인 실시예를 실시하기 위한 로드 맵(road map)을 당업자에게 제공할 것이고, 첨부된 청구항 및 그 법률적 균등물에서 기술된 바와 같은 범위로부터 벗어나지 않고도, 예시적인 실시예에서 설명된 요소의 기능 및 배열의 여러 가지 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일반적으로, 본 출원은 본원에서 설명된 구체적인 실시예의 임의의 적용예 및 변경예를 포함하도록 의도된다.
또한, 본 서류에서, "구성된다(comprise)", "구성되는", "포함한다", "포함하는", "함유한다", "함유하는", "갖는다", "가지는", 그리고 그 임의의 변경의 용어가 포괄적인(즉, 비배타적) 의미로 이해되도록 의도된 것이고, 그에 따라 본원에서 설명된 프로세스, 방법, 장치, 또는 장비가 인용된 그러한 특징 또는 부품 또는 요소 또는 단계로 제한되지 않고, 그러한 프로세스, 방법, 물품, 또는 장비에 대해서 명백하게 나열되거나 고유한 것이 아닌 다른 요소, 특징, 부품, 또는 단계를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본원에서 사용된 단수 용어("a" 및 "an")는, 명백하게 달리 기술되어 있지 않는 한, 하나 이상을 의미하는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 또한, "제1", "제2", "제3" 등의 용어는 단지 레이블(label)로서 사용된 것이고, 수치적 요건을 부여하거나 그들의 목적의 중요성에 대한 특정 등급화를 구축하기 위한 것으로 의도된 것이 아니다.
1 : 흡입기 장치
2 : 케이싱
3 : 가열 시스템
4 : 공급 저장조
5 : 제1 가열 구역
6 : 제1 가열 공동
7 : 본체 부재
8 : 측벽
9 : 하우징
10 : 채널 또는 통로
11 : 플러그 부재
12 : 스프링
13 : 피스톤
14 : 제1 가열 요소
15 : 배터리
16 : 제2 가열 구역
17 : 제2 가열 공동
18 : 채널 또는 홈
19 : 제2 가열 요소
20 : 노즐
21 : 채널
22 : 포일
23 : 공기 유입구
24 : 도전성 브릿지
L : 액체
V : 에어로졸 및/또는 공기

Claims (15)

  1. 가열되는 물질로부터 에어로졸 또는 증기를 생성하기 위한, e-담배 또는 개인용 증발기를 포함하는 흡입기 장치를 위한 가열 시스템(3)으로서,
    가열되는 물질을 수용하도록 구성된 제1 가열 구역(5)으로서, 물질을 예열하기 위해 적어도 하나의 제1 가열 요소(14)가 마련되는 것인 제1 가열 구역; 및
    제1 가열 구역(5)으로부터 예열된 물질을 수용하도록 구성된 제2 가열 구역(16)으로서, 물질을 가열하기 위해 적어도 하나의 제2 가열 요소(19)가 마련되는 것인 제2 가열 구역
    을 포함하고,
    상기 제1 가열 구역(5)은 적어도 하나의 제1 가열 공동(6)을 포함하고, 제2 가열 구역(16)은 적어도 하나의 제2 가열 공동(17)을 포함하는 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 제1 가열 공동(6)은 물질 공급부로부터 가열되는 물질을 수용하도록 구성되는 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 가열 구역(16)은, 예열 후에 예열된 물질(L)의 제1 가열 구역(5)으로부터 제2 가열 구역(16)으로의 이동을 위한 하나 이상의 홈 또는 채널(18)을 통해 제1 가열 구역(5)과 유체 연통되는 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 가열 구역(5)은 본체 부재(7)의 둘레에 또는 본체 부재의 둘레 주위에 형성되고, 제1 가열 구역(5)은 환형 형상인 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 가열 구역(16)은 본체 부재(7)의 둘레에 또는 본체 부재의 둘레 주위에 형성되고, 제2 가열 구역(16)은 본체 부재(7)의 축방향으로 연장되는 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 제2 가열 구역(16)은 다수의 제2 가열 공동(17)을 포함하고, 각각의 제2 가열 공동(17)은 물질이 증발할 때에 물질을 위한 팽창실을 형성하거나 제공하는 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 제1 가열 요소(14)는 제1 가열 구역(5)에 위치하고, 각각의 제2 가열 요소(19)는 제2 가열 구역(16)에 위치하며, 제1 가열 요소(14) 및 제2 가열 요소(19)는 본체 부재(7) 상에서 각각 지지되는 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 가열되는 물질을 위한 공급 저장조(4)를 형성하는 챔버와 함께 제1 가열 구역(5) 및 제2 가열 구역(16)을 수용하는 하우징(9)을 더 포함하고, 플러그 또는 배플 부재(11)가 제1 가열 구역(5)으로부터 공급 저장조(4)를 분리하며, 공급 저장조와 제1 가열 구역 사이의 유체 연통을 제공하는 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 제1 가열 구역(5)은 공급 메커니즘을 통해 공급 저장조(4)로부터 가열되는 물질을 수용하도록 구성되고, 공급 메커니즘은 유체 연통을 통한 유체 압력과 모세관 작용 중 하나 이상을 포함하는 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 공급 메커니즘은 공급 저장조(4)로부터 제1 가열 공동(5)으로의 물질의 공급률을 변경하도록 구성되고, 플러그 또는 배플 부재(11)는 상기 공급률을 수정하도록 변형 가능한 것인 흡입기 장치를 위한 가열 시스템.
  11. 가열되는 물질로부터 에어로졸 또는 증기를 생성하기 위한 흡입기 장치(1)로서,
    상기 흡입기 장치는 제1항에 따른 가열 시스템(3)을 포함하는 것인 흡입기 장치.
  12. e-담배 또는 개인용 증발기를 포함하는 흡입기 장치에서 물질을 가열하는 물질 가열 방법으로서,
    가열되는 물질을 공급 저장조(4)로부터 제1 가열 구역(5)으로 이송하는 단계로서, 제1 가열 구역(5)은 물질을 수용하기 위한 적어도 하나의 제1 가열 공동(6)을 포함하는 것인 단계;
    제1 가열 구역(5)에서 물질을 예열하는 단계;
    예열된 물질을 제1 가열 구역(5)으로부터 제2 가열 구역(16)으로 이송하는 단계로서, 제2 가열 구역(16)은 적어도 하나의 제2 가열 공동(17)을 포함하는 것인 단계; 및
    증기를 형성하도록 제2 가열 구역(16)에서 물질을 가열하는 단계
    를 포함하는 물질 가열 방법.
  13. 제12항에 있어서, 물질을 예열하는 단계 또는 물질을 가열하는 단계는 하나 이상의 전기 가열 요소(14, 19)에 의해 수행되는 것인 물질 가열 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 가열되는 물질을 공급 저장조(4)로부터 제1 가열 구역(5)으로 이송하는 단계는 모세관 작용 및 유체 압력 중 적어도 하나를 포함하거나, 또는 예열된 물질을 제1 가열 구역(5)으로부터 제2 가열 구역(16)으로 이송하는 단계는 모세관 작용과 유체 압력 중 적어도 하나를 포함하는 것인 물질 가열 방법.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 제1 가열 구역(5)에서 물질을 예열하는 단계 또는 제2 가열 구역(16)에서 물질을 가열하는 단계는 주기적 또는 간헐적 기반으로 실행되는 것인 물질 가열 방법.
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