KR102520341B1 - 에어로졸 발생 장치에 사용하기 위한 액체 공급 시스템 - Google Patents
에어로졸 발생 장치에 사용하기 위한 액체 공급 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
에어로졸 발생 장치와 함께 사용하기 위한 액체 공급 시스템은 액체 보유 재료(136), 액체 보유 재료로부터 연장되는 액체 유동 채널, 및 액체 유동 채널 내에 배치된 배리어(125)를 포함하며, 배리어는 60℃ 내지 130℃의 열화 온도를 갖는다.
Description
본 발명은 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템 및 연관된 장치, 물품 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 개시는 또한 이러한 시스템으로부터 그리고 이러한 시스템의 구성요소로부터 액체 에어로졸 형성 기재의 누출을 방지하기 위해 사용되는 배리어 재료에 관한 것이다.
에어로졸 발생 시스템의 하나의 유형은 마우스 단부 및 원위 단부를 갖는 전기 작동식 세장형 핸드헬드 에어로졸 발생 시스템이다. 공지된 핸드헬드 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템은 배터리와 제어 전자기기를 포함하는 장치부, 에어로졸 형성 기재의 공급부를 포함하는 카트리지부, 및 전기 작동식 기화기를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재의 공급부와 기화기 모두를 포함하는 카트리지는, 때로는 "카토마이저(cartomizer)"로 지칭된다. 기화기는 액체 에어로졸 형성 기재 내에 적셔진 세장형의 심지 주위에 감겨진 히터 와이어의 코일을 포함할 수 있다. 그러나, 일부 기화기는 실질적으로 평면 형상으로 형성된 히터 메시를 포함하며, 이송 재료(예를 들어, 심지)의 표면의 상단에 위치한다. 에어로졸 형성 기재 내에 침지된 모세관 재료가 액체를 심지에 공급한다. 사용자가 시스템의 마우스 단부를 흡인할 때, 공기는 기화기 내로 흡인되고, 히터가 켜지고 에어로졸 형성 기재의 일부분을 기화시킨다. 시스템의 마우스 단부에 있는 마우스피스 개구는 사용자가 발생된 에어로졸을 흡입할 수 있게 한다.
에어로졸 발생 시스템용 액체 에어로졸 형성 기재는 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 고보유 재료(HRM)를 포함하는 액체 공급 시스템(예를 들어, 카트리지)에 제공될 수 있다. 시스템이 사용될 때, 액체 기재는 고보유 재료로부터 이송 재료(TM)로 전달될 수 있으며, 여기서 에어로졸 형성 기재 재료는 가열되고 기화될 수 있다. 그러나, 저장 중에, 액체 기재가 이송 재료에 조기에 전달되지 않고 카트리지로부터 누출되지 않는 것이 바람직하다.
카트리지로부터 에어로졸 형성 기재의 조기 누출을 방지하는 것이 바람직할 것이다. 에어로졸 발생 시스템이 사용 중일 때 액체 에어로졸 형성 기재의 가열 요소로의 그리고 기류 통로 내로의 전달을 편리하게 허용하는 것이 더 바람직할 것이다.
본 발명의 다양한 양태에서, 마우스 단부 및 원위 단부를 갖는 에어로졸 발생 시스템이 제공된다. 시스템은 에어로졸 형성 기재를 함유하기에 적합한 액체 저장부를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 액체 저장부에 걸쳐 배치된 커버, 및 커버와 액체 저장부 사이의 하나 이상의 기류 통로 또는 채널을 포함할 수 있다. 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성되는 가열 요소를 포함할 수 있다.
시스템은 에어로졸 형성 기재를 고보유 재료에 함유하는 카트리지를 수용하도록 구성되는 에어로졸 발생 장치 또는 베이스 유닛을 포함할 수 있다. 시스템은 에어로졸 발생 시스템이 사용 중일 때 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에 전달하도록 구성되는 이송 재료를 포함할 수 있다.
카트리지는 액체 기재의 기류 통로 내로의 조기 전달을 방지하는 배리어 층을 포함할 수 있다. 카트리지는 상류 단부 및 하류 단부를 갖는 액체 유동 채널을 포함할 수 있다. 액체 유동 채널은, 액체가 저장되는 상류 단부로부터 (예를 들어, 액체 저장부 또는 고보유 재료로부터) 기류 통로에서의 하류 단부로 연장될 수 있다. 배리어 층은 저장된 액체 기재와 기류 통로 사이에 배리어가 위치되도록 액체 유동 채널을 따라 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 배리어 층은, 가열 요소 상에 (가열 요소와 기류 통로 사이), 이송 재료와 가열 요소 사이, 고보유 재료와 이송 재료 사이, 고보유 재료와 가열 요소 사이, 또는 액체 저장부와 고보유 재료 사이에 배치될 수 있다. 배리어는 고보유 재료로부터 또는 액체 저장부로부터 이송 재료, 가열 요소로의 액체 기재의 전달을 방지할 수 있다. 배리어 층은, 시스템의 사용 중에 달성될 수 있는 온도와 같은 임계 온도에서 또는 임계 온도를 초과하여 열화(degrade, 劣化)되어, 액체가 액체 유동 채널을 따라 전달되게 한다. 본 발명의 일부 양태에 따르면, 배리어 층은 얇은 불투과성 필름 또는 소수성 코팅 층(coating)일 수 있다.
일 구현예에서, 배리어 층은 히터의 하류에 배치된다. 일 구현예에서, 배리어 층은 히터의 상류에, 예컨대 히터와 이송 재료 사이, 또는 히터와 고보유 재료 사이에 배치된다. 일 구현예에서, 배리어 층은 이송 재료의 상류에, 예컨대 이송 재료와 고보유 재료 사이에 배치된다. 일 구현예에서, 배리어 층은 고보유 재료의 상류에, 예컨대 고보유 재료와 액체 저장부 사이에 배치된다. 일부 구현예에서, 카트리지는 하나보다 많은 배리어 층을 포함하며, 배리어 층은 위에서 논의된 위치의 임의의 조합에 배치될 수 있다.
본 출원의 시스템은 저장 중에 액체 에어로졸 형성 기재의 누출을 감소시키거나 방지하는 역할을 할 수 있다. 시스템은 사용 전에 수동으로 제거되거나 벗겨질 필요가 없는 배리어 층으로서 사용하기에 편리하다. 예를 들어, 시스템이 사용될 때, 시스템은 장치의 정상 사용 동안 액체 전달을 허용한다.
본 발명은, 특히, 전기 에너지를 사용해 기재의 연소없이 기재를 가열하여 사용자에 의해 흡입될 수 있는 에어로졸을 형성하는 에어로졸 발생 시스템을 제공한다. 바람직하게는, 시스템은 핸드헬드 시스템이 고려될 정도로 충분히 컴팩트하다. 본 발명의 시스템의 일부 실시예는 사용자가 흡입하기 위한 니코틴 함유 에어로졸을 전달할 수 있다.
용어 "에어로졸 발생" 물품, 장치 또는 시스템은, 사용자에 의해 흡입될 수 있는 에어로졸을 형성하기 위해 에어로졸 형성 기재로부터 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 물품, 장치 또는 시스템을 지칭한다. 용어 "에어로졸 형성 기재"는, 가열 시에, 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재를 지칭한다. 액체 에어로졸 형성 기재는 주위 온도에서, 예를 들어 약 15℃ 내지 약 30℃에서 액체인 기재이다. 액체 에어로졸 형성 기재는 액체 용액, 현탁액, 분산액 등을 포함하는 것으로 간주된다.
임의의 적합한 에어로졸 형성 기재는 시스템과 함께 사용될 수 있다. 적합한 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 가열 시 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 또는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 비-담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제의 예로는, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 프로필렌 글리콜, 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함한다. 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함한다. 바람직하게는, 에어로졸 형성 기재는 액체 에어로졸 형성 기재이다. 일부 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 물, 니코틴, 및 선택적으로 하나 이상의 향미제를 포함한다.
본 개시의 양태에 따르면, 에어로졸 형성 기재는 시스템의 액체 저장부 및/또는 카트리지에 저장될 수 있다. 액체 저장부는 소모성 부품의 일부(예를 들어, 카트리지)일 수 있고, 이것은 액체 저장부 내의 에어로졸 형성 기재의 공급이 감소되거나 고갈될 때 사용자가 교체할 수 있다. 예를 들어, 사용된 액체 저장부는 에어로졸 형성 기재로 적절한 양으로 충진된 다른 액체 저장부로 교체될 수 있다. 카트리지는 에어로졸 형성 기재 없이 제공될 수 있고, 사용자는 카트리지 상에 제공된 액체 포트를 통해 원하는 기재로 카트리지(예를 들어, 액체 저장부 또는 고보유 재료)를 충진할 수 있다. 일부 구현예에서, 액체 저장부는 사용자에 의해 재충진 가능하지 않을 수 있다.
일부 양태에 따르면, 카트리지는 액체 저장 구획부를 포함하지 않는다. 그 대신에, 에어로졸 형성 기재는 고보유 재료에 저장될 수 있다. 액체 저장 구획부를 포함하지 않는 구현예에서, 액체 에어로졸 형성 기재의 양 및 이에 따라 장치에서 이용 가능한 퍼프 수는 액체 저장 구획부를 포함하는 장치에서 더욱 작을 수 있다.
본 개시의 양태는 액체 저장 유닛 및 시스템에 관한 것이다. 액체 저장 유닛은 액체 저장부와 가열 요소 둘 모두를 포함하는 카트리지의 액체 저장부일 수 있다. 대안적으로, 액체 저장 유닛은 가열 요소를 갖는 별개의 모듈에 분리식으로 연결 가능할 수 있다. 이러한 액체 저장 유닛은 "캡슐"로 지칭될 수 있다. 본 개시에 설명된 액체 저장 유닛은 일반적으로 카트리지(액체 공급 시스템)라고 지칭될 수 있지만, 본 발명의 양태는 동등하게 적용 가능한 캡슐(액체 저장 유닛)이다.
바람직하게는, 시스템은 베이스 유닛에 분리식으로 연결 가능한 카트리지를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "분리식으로 연결 가능한"은 어느 한 부분에 상당한 손상을 주지 않고도, 분리식으로 연결 가능한 부분이 서로 연결되고 연결 해제될 수 있다는 것을 의미한다. 카트리지는 나사 맞물림, 스냅핏 맞물림, 억지 끼워맞춤 맞물림, 자기 맞물림 등과 같이 임의의 적합한 방식으로 베이스 유닛에 연결될 수 있다.
시스템이 별도의 기화 유닛(예를 들어, 가열 요소를 함유한 별도의 유닛) 및 캡슐을 포함하는 경우, 캡슐은 캡슐이 기화 유닛에 연결되지 않을 때 에어로졸 형성 기재가 저장소를 빠져나가는 것을 방지하기 위해 원위 말단부 개구에 대해 상대적으로 위치된 밸브를 포함할 수 있다. 밸브는, 캡슐을 기화 유닛에 연결하는 동작이 밸브를 개방시키고, 기화 유닛으로부터 캡슐을 분리하는 동작이 밸브를 폐쇄시키도록 작동 가능할 수 있다. 임의의 적절한 밸브가 사용될 수 있다.
액체 공급 시스템은 강성 하우징일 수 있는, 하우징을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "강성 하우징"은 자가 지지형 하우징을 의미한다. 하우징은 중합 재료, 금속 재료, 또는 유리와 같은 임의의 적합한 재료 또는 재료의 조합으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 액체 저장부의 하우징은 열가소성 재료로 형성될 수 있다. 임의의 적합한 열가소성 재료가 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 통로는 에어로졸 유동로의 적어도 일부를 형성하는 하우징을 통해 정의된다.
액체 저장 유닛은, 고보유 재료 내의 에어로졸 형성 기재, 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에 전달하도록 구성되는 이송 재료, 및 고보유 재료와 이송 재료 사이의 배리어 층 또는 코팅 층을 포함한다. "고보유 재료(high retention material)"는 액체(예를 들어, 수성 액체)를 흡수 및/또는 저장할 수 있고, 액체를 (예를 들어, 모세관 작용에 의해) 이송 재료에 전달할 수 있는 재료이다. "이송 재료"는 액체를 재료의 일 단부에서 다른 단부로, 예를 들어 모세관 작용에 의해 능동적으로 전달하는 심지와 같은 재료이다. 용어 "배리어"는 층을 액체에 불투과성으로 만들거나 액체의 전달을 방지하는 특성을 지칭한다. 용어 "방지하다"는 적어도 부분적으로 정지 또는 억제하는 의미와 함께 사용되고, 완전히 정지 또는 억제하는 것을 포함한다.
고보유 재료는 섬유상 또는 스펀지 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는, 고보유 재료 웹, 매트 또는 섬유의 다발을 포함한다. 섬유는 일반적으로 정렬된 방향으로 액체를 운반하도록 정렬될 수 있다. 대안적으로, 고보유 재료는 스폰지류 또는 폼류의 재료를 포함할 수 있다. 고보유 재료는 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료의 예는 스폰지 또는 폼 재료, 섬유 또는 소결된 분말 형태인 세라믹계 또는 그래파이트계 재료, 예를 들어 방적 섬유나 압출 섬유로 만든 섬유상 재료, 또는 세라믹이나 유리이다.
카트리지가 에어로졸 발생 장치의 베이스 유닛과 결합되면, 이송 재료의 적어도 일부는 이송 재료에 의해 반송된 액체 에어로졸 형성 기재가 가열 요소에 의해 가열될 수 있어 에어로졸을 발생시키도록 가열 요소에 충분히 가깝게 위치된다. 이송 재료는, 바람직하게는 가열 요소와 접촉한다. 대안적으로, 이송 재료와 유체 투과성 가열 요소 사이에 개재 층이 있을 수 있으며, 개재 층은 이송 재료와 가열 요소 사이의 유체 연통을 제공하는 것을 돕는다. 카트리지가 이송 재료를 포함하지 않는 다른 대안적인 구현예에서, 가열 요소는 배리어 층을 직접 또는 고보유 재료를 통해 가열할 수 있다.
임의의 적합한 가열 요소가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 가열 요소는 유체 투과성 가열 요소를 포함한다. 상기 유체 투과성 가열 요소는 실질적으로 편평할 수 있고 전기 전도성 필라멘트들로 만든 것일 수 있다. 전기 전도성 필라멘트는 단일 평면에 놓일 수 있다. 대안적으로, 실질적으로 편평한 가열 요소는, 예를 들어 원추형 형상, 돔 형상, 아크 형상 또는 브리지 형상을 형성하는 하나 이상의 치수들을 따라 만곡될 수 있다.
대안적으로, 유체 투과성 가열 요소는 중공 관형 또는 원통형 형상을 형성할 수 있다. 중공 관형 또는 원통형 형상은 전기 전도성 필라멘트들로 만든 것일 수 있다. 중공 관형 또는 원통형 형상은, 예를 들어 전기 전도성 필라멘트를 포함하는 실질적으로 편평한 가열 요소를 롤업하는 것과, 같은 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 전기 전도성 필라멘트들은 중공 관형 또는 원통형 형상의 측부 표면을 형성할 수 있다. 중공 관형 또는 원통형 히터의 횡단면은 원형, 난형 또는 다각형일 수 있다.
가열 요소는 내부 가열 요소(카트리지의 내부) 또는 외부 가열 요소(에어로졸 발생 장치의 일부 및 카트리지의 외부)일 수 있다. 가열 요소는 배리어 층에 인접하거나, 이송 재료에 인접하거나, 고보유 재료에 인접하거나, 액체 저장부에 인접하게 배열되거나 또는 이들의 조합일 수 있다. 가열 요소가 외부 가열 요소인 경우, 카트리지의 구성요소들은, 카트리지가 에어로졸 발생 장치에 설치될 때 원하는 구성요소가 가열 요소에 인접하게 되도록 외부 가열 요소를 수용하도록 배열될 수 있다.
가열 요소는 저항성 필라멘트들을 포함할 수 있다. 용어 "필라멘트"는 2개의 전기 접점 사이에 배열된 전기적 경로를 지칭한다. 필라멘트는 원형, 정사각형, 편평한 형상, 또는 임의의 다른 형태의 단면을 가질 수 있으며, 10 μm 내지 100 μm의 직경을 가질 수 있다. 필라멘트는 직선형 또는 만곡된 방식으로 배열될 수 있고, 분지되고, 분기되고, 수렴될 수 있다. 하나 이상의 저항성 필라멘트가 코일, 메시, 어레이, 직물 등을 형성할 수 있다. 가열 요소로 전류를 인가하면 요소의 저항 성질로 인해 가열이 발생한다. 일부 바람직한 구현예에서, 가열 요소는 실질적으로 편평한 형상으로 배열된 메시, 어레이 또는 직물을 형성한다.
가열 요소는, 바람직하게는 유체 투과성이다. 이는, 10 μm 내지 100 μm의 간극이 필라멘트 사이에 형성되도록 전기 전도성 필라멘트를 배열하여 달성될 수 있다. 필라멘트들은 간극들 내에서 모세관 작용을 일어나게 해서, 사용시 기화될 액체가 간극들 내로 흡인되어, 가열 요소와 액체 간의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 전기 전도성 필라멘트는 160 내지 600 mesh US(+/- 10%)(즉, 63 내지 236 센티미터당 필라멘트(+/- 10%) (즉, 160 내지 600 인치당 필라멘트(+/- 10%))) 메시 크기를 갖는 메시를 형성할 수 있다. 유체 투과성 가열 요소의 면적은, 예를 들어 50 mm2 이하로, 작을 수 있다.
메시는 상이한 유형의 직조 또는 격자 구조 또는 평행한 필라멘트들의 어레이를 사용하여 형성될 수 있다. 필라멘트는 개별적으로 형성되고 함께 직조되어 메시를 형성할 수 있고, 또는 필라멘트는 포일과 같은 시트 재료를 에칭하여 형성될 수 있다.
가열 요소의 필라멘트는 적합한 전기적 특성을 갖는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 적합한 재료는, 도핑된 세라믹과 같은 반도체, 전기 전도성 세라믹(예컨대, 이규화 몰리브덴), 탄소, 그래파이트, 금속, 금속 합금, 세라믹 재료와 금속 재료로 제조된 복합 재료, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 필라멘트는 와이어로 만들어진다. 더 바람직하게는, 와이어는 금속으로 만들어지고, 가장 바람직하게는, 스테인리스 스틸로 만들어진다.
본 발명의 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하기 위해 고보유 재료를 갖는 카트리지를 포함한다. 일부 실시예에서, 고보유 재료는 사용 중에 액체 에어로졸 형성 기재를 이송 재료에 전달하도록 배열된다. 일부 실시예에서, 카트리지는 이송 재료를 포함하지 않으며, 고보유 재료는 액체 에어로졸 형성 기재를 가열 요소 또는 기류 통로에 직접 전달하도록 배열된다.
고보유 재료는 복수의 작은 보어 또는 미세 채널을 형성하는 섬유성 또는 다공성 구조를 갖는 모세관 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 모세관 작용에 의해 모세관 재료를 통해 이송될 수 있다. 고보유 재료는 복수의 섬유, 스레드, 또는 모세관의 다발을 형성하는 다른 미세 보어 튜브를 포함할 수 있다. 섬유 또는 스레드는 일반적으로 액체 에어로졸 형성 기재가 이송 재료를 향해 운반되도록 정렬될 수 있다. 대안적으로, 보유 재료는 스폰지류 또는 폼류의 재료를 포함할 수 있다. 보유 재료는 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료의 예는 스펀지 또는 폼 재료, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 그래파이트계 재료, 폼형 금속 또는 플라스틱 재료, 섬유상 재료(예를 들어 셀룰로스 아세테이트, 폴리에스테르, 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유, 세라믹 섬유와 같은 방사되거나 압출된 섬유)를 포함한다. 하나의 예시적인 구현예에서, 보유 재료는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함할 수 있다. 고보유 재료는 이송 재료보다 단위 체적당 더 많은 액체를 보유하도록 이송 재료에 비해 우수한 위킹 성능을 가질 수 있다. 또한, 이송 재료는 고보유 재료보다 높은 열 분해 온도를 가질 수 있다.
카트리지는 또한 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에 전달하도록 배열된 이송 재료를 포함할 수 있다. 이송 재료는 디스크의 형상일 수 있다. 이러한 디스크는 시트 재료에서 펀칭하여 편리하게 제조될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적합한 형상, 예컨대 정사각형, 직사각형, 난형, 타원형, 또는 다른 곡선형 또는 다각형 형상 또는 불규칙한 형상이 사용될 수 있다. 이송 재료의 두께는 이송 재료의 길이 또는 폭 또는 직경보다 작을 수 있다. 두께에 대한 길이 또는 폭 또는 직경의 임의의 적합한 종횡비가 사용될 수 있다. 이송 재료의 두께에 대한 이송 재료의 길이 또는 폭 또는 직경의 종횡비는 3:1보다 클 수 있다.
대안적으로, 이송 재료는 중공 관형 또는 원통형 가열 요소에 따른 중공형 튜브 또는 원통형의 형상일 수 있다. 중공 관형 또는 원통형 이송 재료는, 예를 들어 시트 재료를 롤업하는 것과 같은 임의의 적합한 방법에 의해 형성될 수 있다. 이송 재료의 튜브 또는 원통의 내경은 중공 관형 또는 원통형 히터의 외경보다 더 클 수 있다.
이송 재료는 고보유 재료와 면하는 제1 표면 및 가열 요소와 면하는 대향하는 제2 표면을 가질 수 있다. 바람직한 구현예에서, 이송 재료의 제2 표면은 히터와 접촉한다. 히터가 평면형 표면을 갖는 경우, 제2 표면은 평면형일 수 있고 히터의 평면형 표면과 접촉할 수 있다. 히터가 윤곽 표면을 갖는 경우, 제2 표면은 히터의 윤곽 표면을 따르고 히터의 윤곽 표면과 접촉하는 윤곽을 가질 수 있다. 예를 들어, 히터가 볼록한 돔 형상 표면을 갖는 경우, 이송 재료의 제2 표면은 돔 형상을 따를 수 있다. 이러한 형상은 이송 재료에 첨가될 수 있거나 이송 재료를 제조하는 부산물일 수 있다. 제1 표면 및 제2 표면은 각각 중공 원통형 이송 재료의 외부 표면 및 내부 표면에 대응한다. 가열 요소는, 이송 재료를 함유하는 카트리지에 또는 이송 재료를 함유하는 캡슐을 수용하도록 구성되는 장치에 있든지 간에, 일부 제조 공정의 결과로서 잔류 선수 형상(bowed shape)을 가질 수 있고, 따라서 이송 재료의 표면은 가열 요소의 형상에 맞출 수 있다.
이송 재료는 모세관 재료를 포함할 수 있다. 모세관 재료는 모세관 작용에 의해 재료를 통해 액체를 전달하는 재료이다. 이송 재료는 섬유성 또는 다공성 구조를 가질 수 있다. 이송 재료는, 바람직하게는 모세관의 다발을 포함한다. 예를 들어, 이송 재료의 복수의 섬유 또는 스레드(thread) 또는 기타 미세 보어(bore) 튜브를 포함할 수 있다. 이송 재료는 이송 재료의 두께 방향에 직교하거나 법선 방향으로 액체를 주로 이송하도록 구성될 수 있다. 이송 재료는, 바람직하게는 모세관 작용이 섬유들 사이의 작은 공간 또는 미세 채널에서 일어나도록 세장형 섬유를 포함할 수 있다.
이송 재료는 적어도 160℃ 이상, 예를 들어 대략 250℃ 이상의 열 분해 온도를 갖는 내열성 재료로 만든 것일 수 있다. 이송 재료는 면 또는 처리된 면, 예를 들어 아세틸화된 면의 섬유 또는 스레드를 포함할 수 있다. 또한 다른 적합한 재료, 예를 들어 세라믹- 또는 그래파이트계 섬유성 재료 또는 유리섬유, 셀룰로스 아세테이트 또는 임의의 적절한 내열성 중합체와 같은 방사되거나, 인발되거나 또는 압출된 섬유로부터 만들어진 재료가 사용될 수 있다. 이송 재료의 섬유는 각각 10 μm 내지 40 μm, 보다 구체적으로 15 μm 내지 30 μm의 두께를 가질 수 있다. 이송 재료는 상이한 물리적 특성을 갖는 액체와 함께 사용되도록 임의의 적합한 모세관 현상 및 다공성을 가질 수 있다. 이송 재료는 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 이송할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도율, 비등점, 증기 압력 등을 포함하는 물리적 특성을 가질 수 있는데, 이는 액체 에어로졸 형성 기재가 모세관 작용에 의해 이송 재료를 통해 이송되는 것을 용이하게 하도록 재단된다.
본 개시의 양태에 따르면, 카트리지는 액체 유동 채널 내에 배리어 층을 포함한다. 본 개시의 양태에 따르면, 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재와 기류 통로 사이에 배리어 층을 포함한다.
용어 "층"은, 본원에서, 고보유 재료에, 이송 재료에, 또는 둘 모두에 적용될 수 있거나, 또는 2개의 재료 사이에 스택(stack)될 수 있는, 별개의 층, 필름, 또는 코팅 층인 배리어를 지칭하기 위해 사용된다.
배리어 층은 임계 온도 미만의 수성 액체에 대해 불투과성 또는 실질적으로 불투과성일 수 있으며, 임계 온도에서 또는 임계 온도를 초과하는 액체에 대해 투과성이 된다. 일부 구현예에서, 배리어 층은 임계 온도 미만에서 소수성이다. 배리어 층은 온도 의존적인 방식으로 액체에 대해 투과성이 (예를 들어, 친수성이 되거나 열화)될 수 있다. 예를 들어, 배리어 층의 재료는, 배리어 층이 미리 결정된 임계 온도에서 또는 미리 결정된 임계 온도를 초과하는 액체(예를 들어, 수성 액체)에 대해 열화되어 투과성이 되도록 선택될 수 있다. 배리어 층은 임계 온도 미만에서는 불투과성일 수 있고 임계 온도를 초과하여서는 투과성일 수 있다. 일부 구현예에서, 배리어 층은 임계 온도 미만에서는 소수성이고 임계 온도를 초과하여서는 친수성이다. 일부 다른 구현예에서, 배리어 층은 임계 온도에서 또는 임계 온도를 초과하여 물리적으로 열화된다(예를 들어, 용융되거나 분해된다).
배리어 층의 투과성은 배리어를 통한 액체 에어로졸 형성 기재(예를 들어, e-액체)의 투과를 평가하여 결정될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재 2 mL(VG/PG의 상이한 비율에 기초하고 순수한 PG 및 순수 VG에 기초함)을 주위 온도(0℃ 내지 50℃) 및 25% 내지 90%의 상대 습도 하에서 멤브레인의 상단 표면 상에 놓는다. 상단 표면 상에 남아있는 액체의 양이 모니터링된다. 막의 상단 표면 상의 액체의 감소율이 1주 동안 1 중량% 이내인 경우, 멤브레인은 불투과성으로 간주될 것이다.
미리 결정된 임계 온도는 시스템의 활성화 시에 가열 요소가 이송 재료와 배리어 층을 가열하기 시작할 때, 배리어 층이 열화되거나 투과성이 되어서, 액체가 고보유 재료 또는 액체 저장부로부터 통과하게 하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 가열 요소는 약 200℃의 온도까지 가열하고, 열은 배리어 층 내로 (예를 들어, 이송 재료 내로 그리고 이송 재료를 통해 전도됨으로써) 전도된다. 가열 요소는 이송 재료를 약 200℃의 온도까지, 또는 적어도 150℃, 적어도 175℃ 또는 적어도 200℃의 온도까지 가열할 수 있다. 가열 요소는 이송 재료를 최대 175℃, 최대 200℃, 최대 210℃, 또는 최대 220℃의 온도까지 가열할 수 있다. 가열 요소는 배리어 층을 (직접적 또는 간접적으로) 미리 결정된 임계 온도까지 또는 미리 결정된 임계 온도를 초과하여 가열할 수 있다. 미리 결정된 임계 온도는 60℃ 이상, 70℃ 이상, 80℃ 이상, 90℃ 이상, 또는 100℃ 이상일 수 있다. 미리 결정된 임계 온도는 200℃ 이하, 180℃ 이하, 150℃ 이하, 130℃ 이하, 또는 120℃ 이하일 수 있다. 미리 결정된 임계 온도는 배리어 층의 재료, 구성, 크기 및 다른 품질을 선택하는 것에 의해 영향을 받을 수 있다.
바람직하게는, 배리어 층은 무독성 재료로 제조되거나, 무독성 분해 생성물을 생산하거나, 무독성 재료로부터 만들어지고 무독성 분해 생성물을 생산한다. 의료 용품 또는 식품 포장을 위해 승인된 재료가 바람직하다. 예를 들어, 의료 용품(예를 들어, 약물 전달, 봉합사, 접착 배리어 등), 식품 포장에 사용하기 위해, 또는 의료 용품 및 식품 포장을 위해 사용하기 위해 미국에서 연방 의약청(Federal Drug Administration; "FDA")에 의해 승인된 재료가 배리어 층에 사용하기에 적합하다고 간주된다.
배리어 층은 중합체 재료를 포함할 수 있다. 적합한 중합체 재료의 예는 폴리글리콜산(PGA); 폴리락트산, D 또는 L 배향(PDLA, PLLA); 폴리디옥산(PDO); 폴리카프로락톤(PCL); 폴리에틸렌, 저밀도(LDPE); 및 이들의 조합을 포함한다. 배리어 층의 재료는 원하는 임계 온도를 달성하기 위해 재료의 융점에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, PDO는 약 110℃의 용융 온도를 가지며; PCL은 약 60℃의 용융 온도를 가지며; LDPE는 약 120℃의 용융 온도를 갖는다. 용융 온도는 결정질 상으로부터 고체 비정질 상으로 전이를 유발하는 온도로서 이해된다. 용융 온도는 시차 주사 열량측정(DSC)과 같은 열 분석 기술에 의해 결정될 수 있다. 재료의 조합은 주어진 장치에 적합한 임계 온도를 재단하기 위해 사용될 수 있다.
원하는 임계 온도를 달성하기 위해 변할 수 있는 배리어 층 재료의 다른 양태는 단량체 구조 및 선별, 분자량, 중합체의 결정도, 배리어 층의 두께 등을 포함한다. 이들 동일한 품질은 또한, 배리어 층의 열화율을 조정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 임계 온도에 도달하면, 배리어 층이 2 s 미만, 1 s 미만, 또는 0.5 s 미만에서 투과성으로 되는 것이 바람직할 수 있다. 임계 온도에 도달하면 배리어 층이 가능한 한 빠르게 투과성으로 되고 원하는 최소 시간이 없는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 실제로, 배리어 층은 10 ms 이상, 50ms 이상, 또는 100 ms 이상 만에 투과성으로 될 수 있다. 일부 구현예에서, 배리어 층은 적어도 10 ms, 적어도 50 ms, 또는 적어도 100 ms만에, 및 최대 0.5 s, 최대 1 s, 최대 2 s, 또는 최대 4 s만에 투과성으로 된다.
배리어 층은 약 10 μm 이상, 약 20 μm 이상, 약 50 μm 이상, 또는 약 100 μm 이상의 두께를 가질 수 있다. 배리어 층은 약 1000 μm 이하, 약 800 μm 이하, 약 500 μm 이하, 또는 약 300 μm 이하의 두께를 가질 수 있다.
산성 단량체(예를 들어, PGA, PLA)를 포함하는 중합체의 일부 열화 제품은 액체 에어로졸 형성 기재의 pH에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 그러한 열화 제품은 액체 에어로졸 형성 기재의 pH를 약 9의 통상적인 pH로부터 낮출 수 있고, 생성된 에어로졸을 흡입하는 데 덜 거칠게 만들 수 있다.
일부 구현예에서, 배리어 층은 소수성 관능화 또는 코팅을 포함한다. 관능화 또는 코팅은 이송 재료, 고보유 재료, 또는 둘 모두에 도포될 수 있다. 소수성 관능화는 이송 재료 및/또는 고보유 재료의 재료에 공유 결합된 소수성 기를 포함할 수 있다. 소수성 코팅은 이송 재료 및/또는 고보유 재료에 코팅된 소수성 재료를 포함할 수 있다. 소수성 코팅은 또한, 재료 중 하나 또는 둘 모두에 공유 결합된 소수성 기를 포함할 수 있다.
적합한 소수성 재료 또는 기의 예는 지방산, 지방산의 에스테르, 왁스, 알킬 케텐 이량체(AKD), 알케닐 숙신산 무수물(ASA), 소수성 사슬을 갖는 양친매성 다당류 유도체, 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 지방산의 특정 예는 포화 또는 불포화될 수 있는 10 내지 28개의 탄소 원자, 또는 12 내지 22개의 탄소 원자의 사슬 길이를 갖는 카르복실산을 포함한다. 배리어 층의 지방산은 추가로 가교 결합될 수 있다. 지방산의 적합한 에스테르의 예는 라우릴 갈레이트(도데실 갈레이트로도 알려짐)이다. 적합한 왁스의 예는 다양한 식물성 및 동물성 왁스, 예컨대 밀랍 및 카르나우바 왁스를 포함한다. 배리어 층으로서 사용하는 데 적합한 알킬 케텐 이량체는 12 내지 16개의 탄소 원자 범위의 알킬 사슬 길이를 갖는 것을 포함한다. 적합한 알케닐 숙신산 무수물의 예는 16-ASA, 18-ASA, 및 20-ASA를 포함한다. 일부 바람직한 구현예에서, 친수성 재료는 폴리카프로락톤을 포함한다.
배리어 층은 임의의 적합한 방식으로 이송 재료 또는 고보유 재료에 도포될 수 있다. 예를 들어, 배리어 층은 액체 분무, 스핀 코팅, 딥 코팅(dip coating)에 의해, 또는 미리 제조된 막을 이송 재료, 고보유 재료, 및/또는 가열 요소에 도포함으로써 도포될 수 있다.
일부 바람직한 구현예에서, 액체 에어로졸 형성 기재 및 배리어 층을 함유하는 카트리지는 4개월 이상; 5개월 이상; 6개월 이상; 7개월 이상; 또는 8개월 이상의 저장 수명을 갖는다. 카트리지는 최대 24개월, 최대 18개월, 또는 최대 12개월까지의 저장 수명을 가질 수 있다. 용어 "저장 수명(shelf life)"은 제품(예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재 및/또는 배리어 층)이 현저하게 열화되지 않거나, 사용 불가능하게 되지 않거나, 또는 소비자에게 받아들여지는 기간을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
본 개시의 카트리지는 에어로졸 발생 장치 내에 미리 탑재될 수 있거나 사용자가 장치 내에 삽입될 수 있다. 카트리지가 에어로졸 발생 장치 내에 배치될 때, 이송 재료가 가열 요소에 의해 작동 가능하게 결합되어 이송 재료가 가열 요소에 의해 가열될 수 있도록 한다. 이송 재료의 가열은 또한 배리어 층을 가열하고 배리어 층을 액체(예를 들어, 수성 액체)에 대해 투과성으로 만든다. 카트리지가 이송 재료를 포함하지 않은 구현예에서, 가열 요소는 배리어 층을 직접 가열할 수 있다. 일단 배리어 층이 액체에 투과성으로 되면, 고보유 재료로부터의 액체 에어로졸 형성 기재는 이송 재료 내로 (예를 들어, 모세관 작용에 의해) 전달되고 가열 요소에 의해 가열될 수 있다.
하나 이상의 공기 유입구가 카트리지의 또는 베이스 유닛의 하우징 내에 형성되어 공기를 카트리지 내로 흡인시켜서, 에어로졸 형성 기재의 가열로 발생된 에어로졸을 연행할 수 있다. 그 다음, 에어로졸 함유 스트림은 카트리지 내의 통로 또는 카트리지를 통해 장치의 마우스 단부로 안내될 수 있다.
베이스 유닛은 하우징 및 하우징 내에 배치된 전력 공급부를 포함한다. 베이스 유닛은 또한 하우징 내에 배치되고 전력 공급부에 전기적으로 결합된 전자 회로를 포함할 수 있다. 베이스 유닛이 카트리지와 연결될 때, 상기 부분의 접촉부가 카트리지의 접촉부에 전기적으로 결합되도록, 베이스 유닛은 하우징의 외부에 있거나, 하우징을 통해 노출되거나, 하우징에 의해 효과적으로 형성되는 접촉부를 포함할 수 있다. 상기 부분의 접촉부는 전자 회로 및 전력 공급부에 전기적으로 결합된다. 따라서, 상기 부분이 카트리지에 연결될 때, 가열 요소는 전력 공급부 및 회로에 전기적으로 결합된다.
바람직하게는, 전자 회로는 기재의 가열로 생성된 에어로졸이 사용자에게 전달되는 것을 제어하도록 구성된다. 제어 전자 회로는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있고, 예를 들어 컨트롤러 또는 메모리와 컨트롤러를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 주문형 집적 회로(ASIC) 상태 기계, 디지털 신호 프로세서, 게이트 어레이, 마이크로프로세서, 또는 등가의 이산 또는 집적 논리 회로 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제어 전자 회로는 회로의 하나 이상의 구성요소가 제어 회로의 기능 또는 양태를 수행하게 하는 명령을 함유하는 메모리를 포함할 수 있다. 본 개시의 제어 회로가 가질 수 있는 기능은 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.
전자 회로는 히터 요소 또는 가열 요소의 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항을 모니터링하고, 가열 요소 또는 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항에 따라 가열 요소에 대한 전력 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 전자 회로는, 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 전자 회로는 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전력은 전류의 펄스 형태로 히터 조립체에 공급될 수 있다.
전력 공급부를 포함하는 부분은 시스템을 활성화시키기 위한 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 부분은 시스템을 활성화시키거나 선택적으로 비활성화시키도록 눌러질 수 있는 버튼을 포함할 수 있다. 대안적으로, 시스템은 사용자가 마우스피스를 통해 공기를 흡입하는 것에 의해 야기되는 기류를 센서가 감지할 때 시스템을 활성화하도록 구성되는 센서를 포함할 수 있다.
전력 공급부는 통상적으로 배터리이지만, 커패시터와 같은 다른 형태의 전하 저장 장치를 포함할 수 있다. 전력 공급부는 재충전 가능할 수 있다.
베이스 유닛의 하우징은, 바람직하게는 강성 하우징이다. 임의의 적합한 재료 또는 재료의 조합이 강성 하우징을 형성하는 데 사용될 수 있다. 적절한 재료의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 재료 중 하나 이상을 함유하는 복합 재료, 또는 식품이나 제약에 적용하기에 적합한 열가소성 수지, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 및 폴리에틸렌을 포함한다.
본 발명의 에어로졸 발생 시스템은 적어도 액체 공급 시스템의 위에 배치될 수 있는 커버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버는 카트리지를 수용하도록 구성되는 원위 단부 개구를 포함한다. 시스템이 개별적인 기화 유닛을 포함하는 경우, 커버는 기화 유닛의 적어도 일부에 걸쳐 연장될 수 있고, 베이스 유닛의 적어도 일부에 걸쳐 연장될 수 있다. 커버는 적어도 카트리지에 대한 위치에서 분리식으로 고정 가능할 수 있다. 커버는 나사 맞물림, 스냅핏 맞물림, 억지 끼워맞춤 맞물림, 자기 맞물림 등과 같은 임의의 적합한 방식으로 카트리지 또는 베이스 유닛에 연결될 수 있다.
카트리지의 커버 또는 하우징은 에어로졸 발생 시스템의 마우스 단부를 정의하는 마우스피스를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 마우스피스는 일반적으로 원통형이고, 마우스 단부를 향해 내측으로 테이퍼질 수 있다. 마우스피스는 마우스 단부 개구를 정의할 수 있어, 에어로졸 형성 기재의 가열로부터 초래된 에어로졸이 장치를 빠져나가도록 한다.
용어 "원위", "상류", "근위", 및 "하류"는, 에어로졸 발생 시스템의 구성요소 또는 구성요소 일부의 상대 위치를 설명하는 데 사용된다. 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템은 근위 단부 및 사용시 사용자에게 전달하기 위해 에어로졸이 시스템의 근위 단부를 빠져나오는 대향 원위 단부를 갖는다. 에어로졸 발생 물품의 근위 단부는 또한 마우스 단부로 지칭될 수 있다. 사용 시, 에어로졸 발생 시스템에 의해 발생된 에어로졸을 흡입하기 위해, 사용자는 에어로졸 발생 시스템의 근위 단부를 흡인한다. 용어 상류 및 하류는, 사용자가 근위 단부를 흡인할 때 에어로졸 발생 시스템을 통한 에어로졸 이동 방향에 상대적이다. 커버 또는 하우징과 카트리지는 공기가 흐를 수 있는 이들 사이에 하나 이상의 채널을 형성하도록 협력한다.
커버는 세장형 하우징을 포함하며, 하우징은 바람직하게는 강성이다. 하우징은 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 재료 중 하나 이상을 함유하는 복합 재료, 또는 식품이나 약제학적 적용에 적합한 열가소성 수지, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌을 포함한다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템은 모든 부분이 연결될 때 임의의 적합한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 시스템은 약 50mm 내지 약 200mm의 길이를 가질 수 있다. 바람직하게는, 시스템은 약 100 mm 내지 약 190 mm의 길이를 갖는다. 더 바람직하게는, 시스템은 약 140 mm 내지 약 170 mm의 길이를 갖는다.
본원에서 사용된 모든 과학 기술 용어는 달리 특정되지 않는 한 당업계에서 일반적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본원에서 제공된 정의는 본원에서 빈번하게 사용되는 특정 용어의 이해를 용이하게 하기 위한 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 부정관사("a", "an"), 및 정관사("the")는 그 내용을 명확하게 달리 기술하지 않는 한, 복수의 대상물을 갖는 구현예를 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 일반적으로 열거된 요소들 중 하나 또는 전부, 또는 열거된 요소들 중 임의의 2개 이상의 조합을 의미하기 위해 사용된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "갖는다(have)", "갖는(having)", "포함하다(include)", "포함하는(including)", "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)" 등은 개방형의 의미로 사용되며, 일반적으로 "포함하지만, 이에 한정되지 않는" 것을 의미한다. "~로 본질적으로 이루어지는(consisting essentially of)", "~로 이루어지는(consisting of)" 등은 "포함하는"등에 포함되는 것임이 이해될 것이다.
단어 "바람직한" 및 "바람직하게는"는 특정한 상황 하에서 특정한 이득을 제공할 수 있는 본 발명의 구현예를 지칭한다. 그러나, 다른 구현예 또한 동일하거나 다른 상황 하에서 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 구현예의 설명은 다른 실시예가 유용하지 않음을 암시하는 것이 아니며, 청구항을 포함하는 본 개시의 범위로부터 다른 실시예를 배제하도록 의도되지 않는다.
본원에서 사용된 바와 같은 용어 "실질적으로"는 "상당히"와 동일한 의미를 갖고, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 또는 적어도 약 98%로 이어지는 용어를 수정하는 것으로 이해될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 용어 "실질적으로 아닌"은 "상당히 아닌"과 동일한 의미를 갖고, "실질적으로"의 반대 의미를 갖는 것, 즉 10% 이하, 5% 이하, 또는 2% 이하로 이어지는 용어를 수정하는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에 기재된 하나 이상의 양태를 도시하는 도면이 이제 참조될 것이다. 그러나, 도면에 도시되지 않은 다른 양태가 본 개시의 범주 및 사상에 포함되어 있음이 이해될 것이다. 도면에서 사용되는 유사한 번호는 유사한 구성요소, 단계 등을 지칭한다. 그러나, 주어진 도면 내의 구성 요소를 지칭하는 번호를 사용하는 것이 동일한 번호로 라벨링된 다른 도면 내의 구성요소를 한정하고자 하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 또한, 상이한 도면에서 구성요소를 지칭하는 상이한 번호를 사용하는 것은 상이한 번호의 구성요소가 다른 번호의 구성요소와 동일하거나 유사할 수 없음을 표시하고자 하는 것이 아니다.
도 1은 에어로졸 발생 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 2는 구현예에 따른 액체 공급 시스템의 개략도이다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4b는 구현예에 따른 액체 공급 시스템의 일부에 대한 개략도이다.
도 1은 에어로졸 발생 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 2는 구현예에 따른 액체 공급 시스템의 개략도이다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4b는 구현예에 따른 액체 공급 시스템의 일부에 대한 개략도이다.
개략도는 반드시 축척에 비례하지는 않으며, 제한이 아닌 예시의 목적으로 제공된다.
이제 도 1을 참조하면, 에어로졸 발생 시스템(1)은 2개의 주요 구성요소, 카트리지(100) 및 베이스 유닛(300)을 포함한다. 카트리지(100)는 마우스 단부(101)로부터 연결 단부(115)로 연장된다. 카트리지(100)는 베이스 유닛(300)의 대응하는 연결 단부(315)에 제거 가능하게 연결된다. 베이스 유닛(300)은 배터리(310), 제어 회로(320), 및 임의의 연관된 전자 회로(예를 들어, 전기 전도체 및 하우징을 통해 연장되는 접촉부)가 배치되는 하우징(305)를 함유한다. 에어로졸 발생 시스템(1)은 휴대용일 수 있으며 엽궐련 또는 궐련과 같은 통상의 흡연 물품에 필적한 크기를 가질 수 있다.
카트리지(100)는 히터 조립체(120) 및 제2 부분(135)에 연결된 제1 부분(130)을 갖는 액체 저장 구획부(103)를 함유하는 하우징(105)을 포함한다. 액체 에어로졸 형성 기재(131)는 액체 저장 구획부에 유지된다. 액체 저장 구획부(103)의 제1 부분(130)은 액체 저장 구획부(103)의 제2 부분(135)와 유체 연통하고 있어서, 제1 부분(130) 내의 액체가 제2 부분(135)으로 통과할 수 있다(도 2 참조). 제2 부분(135)은 고보유 재료(136), 배리어 층(125) 및 이송 재료(124)를 포함한다. 히터 조립체(120)는 이송 재료(124)를 통해 제2 부분(135)에 접촉한다. 도시된 구현예에서, 히터 조립체(120)는 유체 투과성 가열 요소이다.
기류 통로(140, 145)는 카트리지(100)를 통해 하우징(105)의 일 측부에 형성된 공기 유입구(150)로부터 히터 조립체(120)를 지나서 그리고 히터 조립체(120)로부터 하우징(105)의 마우스 단부(101)에 형성된 마우스피스 개구(110)로 연장된다. 마우스피스는 연결 단부(115)에 대향하는 카트리지(100)의 마우스 단부(101)에 배열된다.
도시된 예시적인 구현예에서, 카트리지(100)의 구성요소는 액체 저장 구획부(103)의 제1 부분(130)이 히터 조립체(120)와 마우스 단부(101) 사이에 배치되고, 액체 저장 구획부(103)의 제2 부분(135)이 연결 단부(115)에 인접하여 히터 조립체(120)의 대향 측부 상에 위치하도록 배열된다. 즉, 히터 조립체(120)는 액체 저장 구획부(103)의 2개의 부분(130, 135) 사이에 배치되고 배리어 층(125)의 제거 후에 제2 부분(135)으로부터 액체를 수용하도록 배열된다. 기류 통로(140, 145)는 히터 조립체(120)를 지나 액체 저장 구획부(103)의 제1 부분(130)과 제2 부분(135) 사이에 연장된다.
시스템은 사용자가 카트리지의 마우스피스 개구(110)를 뻐끔뻐끔 피우거나 빨아들여서 에어로졸을 장치로부터 흡인할 수 있도록 구성된다. 제어 회로(320)는 시스템(1)이 활성화될 때 배터리(310)로부터 카트리지(100)로의 전력 공급을 제어한다. 제어 회로(320)는 기류 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 사용자가 카트리지(100)를 퍼핑할 때 기류 센서에 의해 검출되는 히터 조립체(120)에 전력을 공급할 수 있다. 대안적으로, 시스템(1)은 버튼을 푸시하여 활성화할 수 있다. 시스템(1)이 활성화되면, 히터 조립체(120)가 활성화되어, 이송 재료(124) 및 배리어 층(125)을 가열하게 된다. 일단 배리어 층(125)이 미리 결정된 임계 온도에 도달하면, 배리어 층(125)은 액체에 대해 투과성으로 되어서(예를 들어, 친수성이 되거나 열화되어서), 고보유 재료(136)로부터의 액체 에어로졸 형성 기재(131)가 이송 재료(124)로 통과되게 한다. 히터 조립체(120)는 액체 에어로졸 형성 기재(131)를 가열하고 기류 통로(140)를 통과하는 기류에 연행되는 증기를 발생시킨다. 증기는 통로(145) 내의 기류 내에서 냉각되어 에어로졸을 형성하며, 이는 이어서 마우스피스 개구(110)를 통해 사용자의 입 안으로 흡인된다.
도 2는 일 구현예에 따른 예시적인 카트리지(100)의 개략도이다. 카트리지(100)는 마우스 단부(101)로부터 마우스 단부(101)에 대향하는 연결 단부(115)로 연장되는 외부 하우징(105)을 갖는다. 외부 하우징(105)은 마우스피스 개구(110)를 정의하는 마우스피스(102)를 포함한다. 하우징(105) 내에는 액체 에어로졸 형성 기재(131)를 유지하는 액체 저장 구획부(103)가 배치된다. 액체 저장 구획부(103)는 제1 부분(130) 및 제2 부분(135)을 갖는다. 액체 저장 구획부(103)는 상부 저장 구획부 하우징(137), 히터 장착부(134), 및 단부 캡(138)에 의해 추가로 정의될 수 있다. 유체 투과성 가열 요소(122)를 포함하는 히터 조립체(120)가 히터 장착부(134)에 유지된다. 배리어 층(125)에 의해 분리되는, 보유 재료(136) 및 이송 재료(124)는, 이송 재료(124)가 히터 조립체(120)와 접하도록 액체 저장 구획부(103)의 제2 부분(135)에 제공된다. 보유 재료(136)는 배리어 층(125)이 그 임계 온도까지 가열되면 액체를 이송 재료(124)에 전달하도록 배열된다.
액체 저장 구획부(103)의 제1 부분(130) 내의 액체는 히터 조립체(120)의 어느 한 측부 상의 액체 채널(133)을 통해 액체 저장 구획부(103)의 제2 부분(135)으로 이동할 수 있다. 하나의 채널만이 필요하더라도, 대칭 구조를 제공하도록 2개의 채널이 본 실시예에서 도시된다. 채널(133)은 상부 저장 구획부 하우징(137)과 히터 장착부(134) 사이에 정의된 둘러싸인 액체 유동로이다.
유체 투과성 가열 요소(122)는 일반적으로 평면형이고 이송 재료(124)에 인접하여, 이송 재료(124) 및 기류 통로(140) 사이에 배열된다. 이송 재료(124)의 제1 표면은 배리어 층(125)을 향하며, 제1 표면의 대향하는 제2 표면은 유체 투과성 가열 요소(122)와 접촉한다. 이송 재료(124)의 제1 표면은 일단 배리어 층(125)이 그의 임계 온도에 도달하여 액체에 대해 투과성이 되게 되면(예를 들어, 친수성이 되거나 열화되면) 고보유 재료(136)와 유체 연통할 수 있다.
유체 투과성 가열 요소(122)는 기류 통로(140)의 하단 벽을 형성할 수 있다. 히터 장착부(134) 및 상부 저장 구획부 하우징(137)의 표면은 기류 통로(140)의 측부 및 상단 벽을 각각 형성할 수 있다. 기류 통로(145)의 수직 부분은 마우스피스 개구(110)를 향하여, 액체 저장 구획부의 제1 부분(130)을 통해 연장된다.
도 2의 배열은 단지 에어로졸 발생 시스템용 카트리지의 하나의, 비한정적, 실시예이다. 다른 배열이 가능하다. 예를 들어, 유체 투과성 가열 요소, 이송 재료 및 보유 재료는 본 발명의 양태로부터 벗어나지 않고 상이한 순서로 배열될 수 있다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템(2)의 대안적인 배열을 도시하고, 관형 또는 원통형 히터 조립체(220) 및 액체 저장 구획부(203)를 포함한다. 도 1에 도시된 시스템과 유사하게, 에어로졸 발생 시스템(2)은 2개의 주요 구성요소, 카트리지(200) 및 베이스 유닛(300)을 포함한다. 카트리지(200)는 마우스 단부(201)로부터 연결 단부(215)로 연장된다. 카트리지(200)는 베이스 유닛(300)의 대응하는 연결 단부(315)에 제거 가능하게 연결된다. 베이스 유닛(300)이 도 1에 도시된 바와 같다. 에어로졸 발생 시스템(2)은 휴대용일 수 있으며 엽궐련 또는 궐련과 같은 통상의 흡연 물품에 필적한 크기를 가질 수 있다.
카트리지(200)는 히터 조립체(220) 및 액체 저장 구획부(203)를 함유하는 하우징(205)을 포함한다. 히터 조립체(220)는 유체 투과성 가열 요소(222)를 포함한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 가열 요소(222) 및 액체 저장 구획부(203)는 원통형이며 및 동축으로 되어 있어서 액체 저장 구획부(203)가 가열 요소(222)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 한다. 액체 에어로졸 형성 기재(131)는 액체 저장 구획부(203) 내에 유지된다.
카트리지(200)는 고보유 재료(236), 배리어 층(225) 및 이송 재료(224)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 고보유 재료(236)는 액체 저장 구획부(203)에 인접하여 배열되며, 배리어 층(225)은 고보유 재료(236)에 인접하여 고보유 재료(236) 및 이송 재료(224) 사이에 배열된다. 각각의 도시된 요소는 원통형 또는 관형일 수 있다. 각각의 요소는 서로 동축일 수 있다.
가열 요소(222)는 일단 배리어 층(225)이 제거되거나 투과성으로 제조되면 이송 재료(224)를 통해 액체 저장 구획부(203)와 고보유 재료(236)로부터 액체를 수용하도록 배열된다.
카트리지는 대안적으로 액체 저장 구획부(203) 없이 제조될 수 있으며, 이 경우 액체 에어로졸 형성 기재(131)는 고보유 재료(236) 내에 저장될 수 있다. 액체 저장 구획부(203)를 포함하지 않는 구현예에서, 액체 에어로졸 형성 기재(131)의 양과 이에 따른 장치로부터 이용 가능한 퍼프의 수는 액체 저장 구획부(203)를 포함하는 장치로부터 보다 작을 수 있다.
카트리지는 또한 대안적으로 이송 재료(224) 없이 제조될 수 있으며, 이 경우 배리어 층(225)은 가열 요소(222)와 인접하거나 바로 인접하여(예를 들어, 접촉 상태) 배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 카트리지는 액체 저장 구획부(203) 및 이송 재료(224) 없이 준비된다.
가열 요소(222)는 기류를 용이하게 하기 위해 그의 중심에 공동을 형성한다. 기류 통로(240, 245)는 카트리지(200)를 통해 하우징(205)의 일 측부에 형성된 공기 유입구(250)로부터, 가열 요소(222)의 중심 공동을 통해 하우징(205)의 마우스 단부(201)에 형성된 마우스피스 개구(210)로 연장된다. 마우스피스는 연결 단부(215)에 대향하는 카트리지(200)의 마우스 단부(201)에 배열될 수 있다.
시스템(2)은 도 1 및 도 2의 시스템(1)에 대해 설명된 것과 유사한 방식으로 사용되도록 구성된다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 양태에 따른 액체 저장 유닛(30)의 개략도이다. 액체 저장 유닛(30)은, 예를 들어 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같은, 에어로졸 발생 시스템(1, 2)의 베이스 유닛(300)과 결합될 수 있는, 카트리지(100, 200) 내부에 수용될 수 있다.
도 4a에 도시된 대로, 액체 공급 시스템(30)은 액체 에어로졸 형성 기재(131)를 함유하는 고보유 재료(136), 및 에어로졸 발생 시스템(1)의 히터 조립체(120)와 접촉하도록 배열된 이송 재료(124)을 포함한다. 고보유 재료(136)는 액체 에어로졸 형성 기재(131)에 불투과성이며 액체 에어로졸 형성 기재(131)가 이송 재료(124)에 도달하는 것을 방지하는, 배리어 층(125)에 의해 적어도 일 측부가 캡핑된다(단계 a). 그러나, 열이 배리어 층(125)에 인가되어(단계 b), 그의 온도가 미리 결정된 임계 온도(예를 들어, 60℃ 이상의 온도)가 될 때, 배리어 층(125)은 열화되어서, 액체가 고보유 재료(136)로부터 이송 재료(124)로 통과하게 한다(단계 c).
도 4b는 액체 에어로졸 형성 기재(131)를 함유하는 고보유 재료(136), 전달 재료(124), 및 이송 재료(124)의 재료에 공유 결합된 소수성 기를 갖는 소수성 관능화를 포함하는 배리어 층(125)을 포함하는 액체 공급 시스템(30)을 도시한다. 대안적인 구현예에서, 소수성 기는 고보유 재료(136)에 결합될 수 있다. 미리 결정된 임계 온도 미만에서, 배리어 층(125)은 소수성을 유지한다(단계 a). 그러나, 열이 배리어 층(125)에 인가되어(단계 b), 그의 온도가 미리 결정된 임계 온도(예를 들어, 60℃ 이상의 온도)가 될 때, 배리어 층(125)의 소수성기가 열화되거나 친수성이 되어서, 액체가 고보유 재료(136)로부터 이송 재료(124)로 통과하게 한다(단계 c).
본 발명의 다양한 수정 및 변형은 본 발명의 범위 및 사상에서 벗어남이 없이 숙련자에게 명백할 것이다. 본 발명이 특정 바람직한 구현예와 관련하여 설명되었지만, 청구범위에 기재된 발명은 이러한 특정 구현예에 지나치게 한정되지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다. 실제로, 기계 분야, 전기 분야 및 에어로졸 발생 물품 제조 또는 당업자에게 명백한, 본 발명을 수행하기 위하여 설명된 방식의 다양한 변형이 이하의 청구범위의 범위 이내에 있는 것으로 의도된다.
Claims (13)
- 에어로졸 발생 장치와 사용하기 위한 액체 공급 시스템으로서, 상기 액체 공급 시스템은,
액체 보유 재료;
상기 액체 보유 재료로부터 연장되는 액체 유동 채널;
상기 액체 보유 재료의 상류 측부에 배치된 액체 저장부; 및
상기 액체 유동 채널 내에 배치되고, 60℃ 내지 130℃의 열화(劣化) 온도를 갖고, 상기 액체 보유 재료와 상기 액체 저장부 사이에 배치되는 배리어를 포함하고, 상기 액체 공급 시스템은 상기 액체 보유 재료의 하류 측부에 배치된 액체 이송 재료를 더 포함하는, 액체 공급 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 배리어는 그의 열화 온도 미만의 액체에 대해 불투과성이고, 상기 배리어는 상기 열화 온도를 초과하는 액체에 대해 투과성이 되는, 액체 공급 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배리어는 70℃ 내지 120℃의 용융 온도를 갖는 재료를 포함하는, 액체 공급 시스템.
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배리어는 상기 액체 보유 재료 상에 또는 상기 액체 이송 재료 상에 또는 둘 모두에 배치된 증착된 필름, 코팅 층(coating) 또는 적층된(stacked) 층을 포함하는, 액체 공급 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배리어는 중합체 재료를 포함하는, 액체 공급 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배리어는 폴리글리콜산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리디옥산(PDO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리에틸렌(PE), 또는 이들의 조합을 포함하는, 액체 공급 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배리어는 상기 액체 보유 재료에 또는 상기 액체 이송 재료에 또는 둘 모두에 도포된 소수성 작용기를 포함하는, 액체 공급 시스템.
- 삭제
- 에어로졸 발생 장치와 사용하기 위한 카트리지로서, 상기 카트리지는,
하우징;
상기 하우징 내에 배치된 제1항 또는 제2항에 따른 액체 공급 시스템; 및
상기 액체 보유 재료에 함유된 액체 에어로졸 형성 기재의 체적을 함유하는, 카트리지. - 에어로졸 발생 시스템으로서,
제1항 또는 제2항에 따른 액체 공급 시스템, 및 상기 액체 공급 시스템 내에 배치된 액체를 포함하는 카트리지; 및
상기 카트리지를 수용하고, 상기 열화 온도를 초과하는 온도까지 상기 배리어를 가열하며, 상기 액체 보유 재료로부터 공급된 액체의 적어도 일부분을 가열하도록 구성되는 에어로졸 발생 장치를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템. - 에어로졸 발생 시스템으로서,
제1항 또는 제2항에 따른 액체 공급 시스템, 및 상기 액체 공급 시스템 내에 배치된 액체를 포함하는 카트리지; 및
상기 카트리지를 수용하고, 상기 열화 온도를 초과하는 온도까지 상기 배리어를 가열하고, 상기 액체 이송 재료로 전달된 상기 액체의 적어도 일부분을 에어로졸화시키기 위해 상기 액체 이송 재료를 200℃ 이상의 온도까지 가열하도록 구성된 에어로졸 발생 장치를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템. - 삭제
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