KR102492954B1 - E-액체 압출식 카트리지 - Google Patents

Abstract

에어로졸 발생 시스템 용 카트리지는 액체 저장부를 포함하고 있으며, 액체 저장부는 에어로졸 형성 기재를 분배하기 위한 개구를 정의하는 노즐을 갖는 강성 지지부 및 강성 지지부에 부착된 압출식 부분을 포함하고 있다. 심지가 지지부의 노즐에 제공되어 있다. 심지는 강성 지지부의 개구의 전체 단면에 걸쳐서 연장되어 있다. 본 발명은 또한 카트리지를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템 및 카트리지를 형성하기 위한 방법에 관한 것으로, 방법은, 개구를 정의하는 노즐을 갖는, 강성 지지부를 제공하는 단계, 압출식 부분을 강성 지지부에 부착해서 액체 저장부를 형성하는 단계, 및 강성 지지부의 노즐에 심지를 제공하는 단계를 포함하고 있으며, 여기서 심지는 강성 지지부의 개구의 전체 단면에 걸쳐서 연장되어 있다.

Description

E-액체 압출식 카트리지{E-LIQUID COLLAPSIBLE CARTRIDGE}

본 발명은 에어로졸 발생 시스템 용 카트리지에 관한 것으로, 상기 카트리지는 강성 지지부 및 개구를 정의하는 노즐을 갖는 액체 저장부를 포함하고 있다. 심지가 노즐에 제공되어 액체 에어로졸 발생 기재의 분배를 용이하게 한다. 본 발명은 또한 이러한 카트리지를 포함하고 있는 에어로졸 발생 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

지금까지 생산된 전자 담배는 에어로졸 발생 액체가 심지의 모세관 작용에 의해 탱크 밖으로 배출되는 e-액체 탱크를 포함하고 있다. 액체는 열을 가함으로써 에어로졸을 생성하는 가열 요소에 제공된다. 그런 다음 에어로졸은 전자 담배 사용자에 의해 흡입된다. e-액체의 저장 취급을 허용하기 위해, 통상적으로 사용되는 저장부는 고정된 형상 및 부피를 갖는 강성 용기를 포함하고 있다.

이러한 강성 용기의 단점은 탱크 내의 e-액체의 감소가 탱크로 유입되는 공기에 의해 균형을 이루어야 한다는 것이다. 그렇지 않으면, 용기의 외부와 내부 사이의 압력 차이로 인해 심지가 e-액체를 배출하지 못하게 될 것이다.

심지를 경유한 탱크로의 공기 흐름은 e-액체를 증발시키고 심지의 모세관 활동을 손상시킨다. 특히, 심지 및 가열 요소의 습윤성이 감소되어, 전자 담배의 향미, 에어로졸 밀도 및 전반적인 흡연 경험에 부정적 영향을 미친다.

US 2014 0190496 A1은 모세관을 경유해 히터 요소와 유체 연결되어 있는 저장부를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 시스템을 처음 사용할 때 액체가 모세관으로 들어갈 수 있도록 모세관이 저장부를 관통한다. 저장부는 플라스틱, 호일 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 압출식 재료로 만든 압출식 백 또는 용기일 수 있다.

EP 1 618 803 B1은 전자-열 증발 노즐, 계량 공동과 연결된 전자 밸브, 및 압출식 액체 저장 용기를 포함하고 있는 에어로졸 발생 장치를 개시하고 있다. 고압 질소로 채워진 가스 용기가 액체 저장 용기의 주변부 주위에 배치되어 그 위에 압력을 가하고 액체의 전달을 용이하게 한다. 제어 신호가 전자 밸브에 인가되면, 전자 밸브가 작동되고, 니코틴이 있는 용액이 가압 하에 액체 저장 용기에서 계량 공동으로 들어가고 피스톤을 밀어서 피스톤의 다른 쪽에서 일정한 부피의 액체가 흐를 수 있게 해서 전자 밸브를 경유해 기화 노즐로 들어가고 기화되고 응축되어 에어로졸을 형성하도록 한다. 밸브에 제공되는 계량 공동은 액체 입구 및 액체 출구를 갖는 실린더이다. 실린더는 미세 구멍이 있는 피스톤과 피스톤 상에 연결되어 있는 리셋 스프링을 포함하고 있다. 계량 공동에 있는 피스톤의 미세 구멍과 리셋 스프링의 힘이 느리게 침투하기 때문에, 피스톤은 각 원자화 공정 후 5-8 초 내에 그것의 원래 위치로 돌아간다.

압출식 액체 저장부를 갖는 공지된 에어로졸 발생 장치는 몇 가지 단점을 갖는다. 그들은 누출되기 쉽다. 저장부는 교체가 불가능하다. 일단 모세관으로 관통되면, 액체가 소모될 때까지 저장부를 사용해야 한다. 에어로졸 발생 장치의 품질은 사용된 히터 요소와 심지의 품질에 결정적으로 달려 있음이 밝혀졌다. 지속적으로 고품질의 에어로졸 생성을 보장하기 위해, 심지와 히터는 각각 정기적으로 유지되고 교체되어야 한다.

상기에서 언급한 문제 중 하나 이상은 에어로졸 발생 시스템 용 카트리지를 제공하여 경감될 수도 있는데, 이 시스템은 강성 지지부 및 상기 강성 지지부에 부착된 압출식 부분을 갖는 액체 저장부를 포함하고 있다. 강성 지지부는 액체 에어로졸 형성 기재를 분배하기 위한 개구를 정의하는 노즐을 포함하고 있다. 심지가 강성 지지부의 노즐에 제공되어 있다.

본 발명에 따른 카트리지에서, 에어로졸 발생 액체는 심지의 모세관 작용에 의해 액체 저장부로부터 배출된다. 카트리지가 압출식 부분을 포함하고 있다는 사실 때문에, 에어로졸 발생 액체가 배출될 때 액체 저장부의 내부 용적은 감소할 것이다. 본 발명에 따른 카트리지에서는, 카트리지의 내부와 외부 사이에 보다 적은 압력 차가 생성되어서, 심지의 모세관 작용을 방해하는 카트리지 내로의 공기 유동이 회피될 수도 있고 심지 및 가열 요소의 습윤성이 증가될 수도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 카트리지를 보여주고 있으며;
도 2는 카트리지의 강성 지지부와 압출식 부분 사이의 밀봉 영역의 상세도를 보여주고 있으며;
도 3은 카트리지의 밀봉 영역의 단면도를 보여주고 있으며;
도 4는 히터 요소를 포함하고 있는 본 발명에 따른 카트리지를 보여주고 있다.

심지는 임의의 적합한 다공성 물질로 만들어지며, 바람직하게는 300℃까지의 온도에 견딜 수 있는 섬유상 물질로 만들어진 것이다. 심지는 바람직하게는 아라미드 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 케블라 섬유, 금속 섬유 또는 이들의 조합과 같은 섬유로 제조된다.

심지는 카트리지의 강성 지지부의 노즐에 의해 정의된 개구의 전체 단면에 걸쳐서 연장되어 있다. 심지가 노즐에 단단히 고정되어 있을 수도 있다. 또한 심지는 액체가 카트리지에서 떨어지는 것을 효과적으로 방지할 수도 있다.

카트리지의 강성 지지부는 임의의 적합한 강성 재료로 만들어진 것이다. 바람직하게는, 강성 지지부의 재료는 고형 고분자 재료, 듀로 플라스틱(duroplastic) 재료, 열경화성 재료, 내열성 재료 및 세라믹 재료의 그룹으로부터 선택된다. 바람직하게는 강성 지지부의 재료는 아크릴로니트릴/에틸아크릴레이트 공중합체 (예를 들어, 상표명 barex로 시판중임) 또는 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP)과 같은 니코틴에 내화학성인 고분자이다. 바람직하게는, 강성 재료의 영률(Young’s modulus)은 0.5 GPa 초과이고, 바람직하게는 1 GPa와 5 GPa 사이 또는 1.2 GPa와 3 GPa 사이의 범위이다.

바람직하게는, 강성 지지부는 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 형성실 내에 카트리지를 부착하기 위한 부착부를 포함하고 있다. 부착부는 강성 지지부의 노즐, 측면 또는 임의의 다른 적절한 위치에서 제공될 수 있다. 부착부를 가지고 카트리지는 에어로졸 발생 장치 내에 분리 가능하게 장착될 수 있어서, 에어로졸 발생 액체가 소모되었을 때 카트리지를 쉽게 교환할 수 있다.

바람직하게는 카트리지는 노즐의 개구를 밀폐하기 위한 재-밀폐형 캡을 포함하고 있다. 이 구현예는 카트리지가 아직 완전히 소모되지 않았더라도 교환될 수 있다는 이점을 제공한다. 완전히 비워지지 않은 카트리지를 에어로졸 발생 장치에서 제거하는 경우, 카트리지의 남아있는 액체 내용물에서 건조되지 않도록 카트리지를 재-밀폐형 캡으로 밀폐한다. 이 방법으로 사용자는 다양한 상이한 e-액체 제품을 쉽게 선택할 수 있으며 원하는대로 카트리지를 교환할 수 있다. 개방된 카트리지는 나중에 다시 사용할 수 있으며 대체 제품을 즐기기 전에 해당 제품을 완전히 소모하지 않아도 된다.

압출식 부분은 당업계 숙련자에게 공지된 임의의 적절한 유연성 재료로 형성된 것이다. 바람직하게는, 유연성 재료는 적층된 호일 재료와 같은 호일 재료이다. 더욱 바람직하게는, 적층된 호일 재료는 알루미늄 층과 같은 적어도 하나의 금속 층을 포함하고 있다. 적층된 금속 호일 재료는 카트리지의 기밀 봉합을 허용하며 이에 따라 에어로졸 발생 액체의 우수한 보호를 제공한다.

유연성 재료는 바람직하게는 0.01 내지 4 GPa, 바람직하게는 0.02 내지 2 GPa, 예를 들어 0.05 내지 1 GPa의 굴곡 탄성률을 갖는다.

영률 및 굴곡 탄성률은 ASTM 방법 D790 및 D6272에 따라 각각 결정된다.

추가 바람직한 구현예에서, 카트리지의 압출식 부분은 강성 하우징에 의해 보호된다. 강성 하우징은 강성 지지부에 부착 가능할 수도 있고, 압출식 부분을 부분적으로 또는 전체적으로 둘러쌀 수도 있다. 예를 들어 하우징은 플라스틱 또는 금속 재료의 강성 메쉬일 수 있다. 하우징이 압출식 부분을 완전히 둘러싸고 있는 경우, 카트리지의 사용 중에 압출식 부분과 하우징 사이의 공간을 가압할 수 있도록 구멍 또는 공기 밸브가 제공될 수 있다. 추가 구현예에서, 하우징과 압출식 부분 사이의 공기압을 능동적으로 조정하기 위한 수단은 제어된 방식으로 압출식 부분에 약간의 초과압을 가하여 카트리지로부터의 액체 흐름을 향상시키기 위해 제공될 수 있다.

강성 지지부와 하우징은 압출식 부분을 밀봉식으로 둘러 쌀 수도 있다. 하우징에는 가압을 위한 일방향 밸브가 제공될 수도 있다. 압출식 부분은 탄성 풍선 형 멤브레인으로 만들 수도 있다. 이러한 풍선 형 멤브레인의 장점은 원래의 모양으로 수축해서, 압출식 부분에 압력을 생성하기 위한 추가적인 능동적 수단을 필요로 하지 않고 카트리지로부터 밀어내는 경향이 있다는 것이다. 일방향 밸브를 조정하여, 풍선 형 멤브레인의 수축을 제어할 수 있다.

카트리지는 히터 요소를 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 히터 요소는 강성 지지부에 부착되어 있다. 바람직하게는 히터 요소는 코일 와이어이다. 바람직하게는 코일 와이어는 강성 지지부의 노즐 근처에 제공되어 있다. 바람직하게는 심지의 적어도 일부분이 노즐로부터 연장되어 있고 코일 와이어는 노즐로부터 연장되는 심지의 일부분 주위에 단단히 감겨져 있다. 이러한 방식으로, 가열 요소와 에어로졸 발생 액체를 운반하는 심지 사이의 밀접한 접촉이 형성되어 최적의 기화 조건을 제공한다. 바람직하게는, 히터 요소는 강성 지지부에서 제공된 두 개의 전극에 전기적으로 접촉되어 있다. 전극은 노즐의 어느 한 면의 강성 지지부의 전면에 제공될 수도 있다. 대안적으로 상기 전극은 강성 지지부의 면들에 제공될 수 있다.

바람직하게는, 압출식 부분은 열 밀봉, 용접, 초음파 용접, 접착제 또는 접합에 의해 강성 지지부에 부착되어 있다. 또한 부착 방법의 선택은 압출식 부분과 강성 지지부에 대해 선택한 재료에 따라 달라진다.

바람직하게는, 지지부는 복수의 상승된 스트라이프를 포함하고 있음에 따라, 상승된 스트라이프와 압출식 부분 사이에 밀봉이 제공된다. 각 밀봉 스트라이프는 이론적으로 압출식 부분과 강성 지지부 사이를 완전한 밀봉을 제공하도록 고안될 수도 있다. 그러나, 복수의 밀봉 스트라이프를 제공하여, 압출식 부분과 강성 지지부 사이의 연결에 대한 안전성이 증가된다.

본 발명은 또한 본원에 개시된 카트리지를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 바람직하게 에어로졸 발생 시스템은 전기 흡연 시스템 또는 전자 담배이다. 에어로졸 발생 시스템은 바람직하게는 카트리지의 부착 수단과의 협력을 탑재하기 위한 수용 수단을 포함하고 있다. 수용 수단은 에어로졸 발생 시스템의 하우징 내에서 카트리지를 쉽게 장착하고 제거할 수 있게 한다.

에어로졸 발생 시스템은 바람직하게는 전력 공급원, 및 제어 회로를 더 포함하고 있다. 바람직하게는, 수용 수단은 카트리지가 에어로졸 발생 시스템에 놓일 때, 카트리지의 강성 지지부에 제공된 전자 접촉부와 전기적으로 접촉해서 전력 공급원이 히터 요소와 전기적으로 접촉하도록 하기 위한 전자 접촉부를 포함하고 있다.

본 발명은 에어로졸 발생 시스템에서 사용하기에 적절한 카트리지를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 개구를 정의하는 노즐을 갖는, 강성 지지부를 제공하는 단계, 압출식 부분을 강성 지지부에 부착해서 액체 저장부를 형성하는 단계, 및 강성 지지부의 노즐에 심지를 제공하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 더욱 설명될 것이다.

본 발명의 카트리지의 구현예가 도 1에 도시되어 있다. 카트리지는 강성 지지부(2)에 밀봉식으로 연결된 알루미늄과 PVC로 적층된 FEP 호일로 제조된 압출식 부분(1)을 포함하고 있다. 강성 지지부(2)는 바렉스(Barex) 또는 FEP로 만들어진 것이며, 액체 에어로졸 발생 기재가 방출되는 개구를 정의하는 노즐(3)을 나타낸다. 아라미드 섬유로 제조된 심지가 노즐 개구 내에 제공되어 있다. 압출식 부분을 보호하기 위해, PP, PEP 또는 PVC와 같은 작동 온도에서 강성을 보장하는 기계적 성질을 갖는 고분자 화합물로 제조된 하우징(5)이 제공되어 있으며, 압출식 부분(1)을 둘러싸고 강성 지지부(2)에 고정되어 있다.

강성 지지부(2)와 압출식 부분(1) 사이의 연결은 열 밀봉을 통해 용이하게 된다. 이를 위해, 압출식 부분(1)의 개방된 말단은 강성 지지부(2)의 원주 위로 미끄러진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 밀봉 스트라이프(sealing stripe, 11)가 압출식 부분(1)과 강성 지지부(2) 사이에 형성된다. 각각의 밀봉 스트라이프(11)는 적절한 밀봉을 제공한다. 복수의 밀봉 스트라이프(11)를 설치하여, 밀봉 스트라이프(11) 중 하나가 우발적으로 손상되거나 제조 결함을 나타내더라도 확실한 밀봉이 보장될 수 있다.

도 3은 밀봉 영역의 단면을 도시하고 있다. 강성 지지부(2)는 압출식 부분(1)에 대한 열 밀봉이 설치되는 상승 영역(10)을 포함하고 있다. 압출식 부분(1)은 2개의 고분자 층(6, 8) 사이에 위치한, 알루미늄 층(7)을 포함하고 있는 층상 구조이다. 고분자 층(6, 8)은 알루미늄 층(7)을 보호하고 압출식 부분(1)의 열 봉합을 허용한다. 알루미늄 층은 카트리지의 기밀 밀봉을 보장함에 따라 에어로졸 발생 액체를 유해한 환경 영향으로부터 보존한다. 외부층(9)은 인쇄 및 브랜딩 목적을 위해서와 카트리지의 내용물을 표시하기 위해 사용되는 추가 고분자 층이다.

카트리지는 전자 담배와 같은 에어로졸 발생 시스템에 사용할 수 있다. 도 4에는 전자 담배의 하우징(15)에 장착된 카트리지의 추가 구현예가 도시되어 있다. 카트리지는 다시 강성 지지부(2) 및 압출식 부분(1)을 포함하고 있다. 강성 지지부는 개구를 정의하는 노즐을 포함하고 있다. 심지(4)는 노즐의 개구에 제공되어 있다. 강성 지지부(2)는 노즐의 양측에 제공된 전기 접촉부(12)를 더 포함하고 있다. 전기 접촉부(12)는 히터 요소(13)에 연결되어 있다. 히터 요소(13)는 카트리지의 강성 지지부(2)의 노즐 밖으로 연장되어 있는 심지(4)의 부분 주위에 감긴 와이어 코일이다. 카트리지가 전자 담배의 하우징(15)에 장착될 때, 강성 지지부(2)의 전기 접촉부(12)는 전자 담배의 내부에 제공된 대응하는 전기 접촉부(14)에 연결된다. 전기 접촉부(14)를 경유해 가열 요소는 제어 회로 (미도시함) 및 전자 담배의 내부에 제공된 전력 공급원(미도시함)에 연결된다. 와이어 코일은 심지 주위에 단단하게 감겨져 있으므로 심지에 포함된 에어로졸 발생 액체의 우수한 기화를 가능하게 한다.

도 5는 압출식 부분이 하우징에 의해 보호되고 하우징이 강성 지지부에 밀봉식으로 연결된 본 발명의 구현예를 보여주고 있다. 압출식 부분은 탄성 풍선 형 부재이다. 그것의 초기 형태, 즉 압출식 부분이 비어있는 경우 도 5의 참조번호 20으로 표시되어 있다. 에어로졸 발생 액체를 카트리지에 충전할 때, 압출식 부분은 카트리지의 내부 용적을 채울 때까지 팽창한다. 팽창된 압출식 부분이 도 5의 참조번호 22로 도시되어 있다. 팽창된 압출식 부분이 즉시 초기 형태로 복귀하고 에어로졸 발생 액체의 제어되지 않은 유출을 피하기 위해, 하우징은 일방향 밸브(24)를 포함하고 있다. 일방향 밸브(24)는 전기 회로(미도시함)에 의해 전자적으로 제어되고 일방향 밸브(24)를 작동시켜서 압출식 부분의 압출이 제어될 수 있다. 압출식 부분의 압출을 방지하여 심지의 모세관 작용이 방해받는다. 압출식 부분의 압출을 허용하여 심지의 모세관 작용이 향상된다.

1: 압출식 부분
2: 강성 지지부
3: 노즐
4: 심지
5: 하우징
6,8: 고분자 층
7: 알루미늄 층
9: 외부층
10: 상승 영역
11: 스트라이프
12,14: 전기 접촉부
13: 히터 요소
15: 하우징
24: 일방향 밸브

Claims (17)

1. 에어로졸 발생 시스템 용 카트리지로,
   - 액체 저장부로,
   - 에어로졸 형성 기재를 분배하기 위한 개구를 정의하는 노즐을 갖는 강성 지지부, 및
   - 상기 강성 지지부에 부착된 압출식 부분을 포함하는, 상기 액체 저장부, 및
   - 상기 지지부의 노즐에 의하여 형성된 개구 내에 제공되어 있는 심지를 포함하고,
   여기서 상기 심지는 상기 개구를 통하여, 그리고 개구의 전체 단면에 걸쳐서 연장되어 있는, 카트리지.
2. 제1항에 있어서, 상기 심지는 임의의 다공성 물질로 만들어진 것인, 카트리지.
3. 제2항에 있어서, 상기 심지는 아라미드 섬유, 유리 섬유, 케블라 섬유, 또는 금속 섬유로 제조된, 섬유상 물질로 만들어진 것인, 카트리지.
4. 제1항에 있어서, 상기 강성 지지부는 고형 고분자 재료로부터 만들어진 것인, 카트리지.
5. 제4항에 있어서, 상기 강성 지지부는 듀로 플라스틱(duroplastic) 재료, 열경화성 재료, 내열성 재료 또는 세라믹 재료로부터 만들어진 것인, 카트리지.
6. 제1항에 있어서, 상기 강성 지지부는 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 형성실 내에 상기 카트리지를 부착하기 위한 부착부를 포함하는, 카트리지.
7. 제1항에 있어서, 상기 노즐의 개구를 밀폐해서, 상기 에어로졸 발생 시스템의 외부의 상기 카트리지 저장 동안 상기 에어로졸 발생 액체의 증발을 방지하기 위한, 재-밀폐형 캡을 포함하는, 카트리지.
8. 제1항에 있어서, 상기 압출식 부분은 기밀 봉합을 위해, 호일 재료로 형성된 것인, 카트리지.
9. 제8항에 있어서, 상기 압출식 부분은 적어도 하나의 알루미늄 층을 포함하는 적층된 호일 재료로 형성된 것인, 카트리지.
10. 제1항에 있어서, 상기 압출식 부분은 상기 압출식 부분을 둘러싸고 있는 강성 하우징에 의해 보호되는, 카트리지.
11. 제1항에 있어서, 히터 요소를 더 포함하되, 상기 히터 요소는 상기 강성 지지부에서 제공되어 있는, 카트리지.
12. 제11항에 있어서, 상기 히터 요소는 코일 와이어이되, 상기 코일 와이어는 상기 노즐로부터 연장되어 있는 상기 심지의 일부분 주위에 감겨져 있는, 카트리지.
13. 제11항에 있어서, 상기 강성 지지부는 상기 히터 요소를 접촉하기 위한 두 개의 전극을 포함하되, 상기 전극들은 상기 노즐의 대향하는 면들에 제공되어 있는, 카트리지.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 카트리지의 부착 수단과의 협력을 탑재하기 위한 수용 수단을 더 포함하는, 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템.
16. 제15항에 있어서, 전력 공급원, 및 제어 회로를 더 포함하고, 여기서 상기 수용 수단은 상기 카트리지가 상기 에어로졸 발생 시스템에 놓일 때, 상기 카트리지의 강성 지지부에 제공된 전자 접촉부와 접촉해서 상기 전력 공급원이 히터 요소와 전기적으로 접촉하도록 하기 위한 전자 접촉부를 포함하는, 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템.
17. 카트리지를 형성하기 위한 방법으로,
    - 개구를 정의하는 노즐을 갖는, 강성 지지부를 제공하는 단계,
    - 압출식 부분을 상기 강성 지지부에 부착해서 액체 저장부를 형성하는 단계,
    - 상기 강성 지지부의 노즐에 심지를 제공하는 단계를 포함하고,
    여기서 상기 심지는 개구를 통하여, 그리고 상기 개구의 전체 단면에 걸쳐서 연장되어 있는, 방법.
    

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