KR102593862B1 - 전자 기화기용 열 윅 - Google Patents

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KR102593862B1
KR102593862B1 KR1020197022209A KR20197022209A KR102593862B1 KR 102593862 B1 KR102593862 B1 KR 102593862B1 KR 1020197022209 A KR1020197022209 A KR 1020197022209A KR 20197022209 A KR20197022209 A KR 20197022209A KR 102593862 B1 KR102593862 B1 KR 102593862B1
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두케 에스테반 레옹
아리엘 앳킨스
제임스 몬시스
알렉산더 제이 굴드
니콜라스 브라운
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쥴 랩스, 인크.
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Abstract

열 윅(wick)을 갖는 기화기가 제공된다. 열 윅은 열전도성 재료를 둘러싸거나, 에워싸거나, 커버하거나 또는 열전도성 재료 내에 매립된 전기적 절연성 다공성 위킹(wicking) 재료의 조합을 포함할 수 있다. 열전도성 재료는 다공성 위킹 재료의 열 컨덕턴스(thermal conductance)보다 더 큰 열 컨덕턴스를 갖는다. 열 윅은 윅 전체에 걸쳐 열을 전달하고 기화 가능 재료를 가온시키고(warming) 높은 보이드 부피를 제공함으로써 기화 가능 재료의 점도를 감소시킨다. 열 윅은 전통적인 윅보다 실질적으로 더 높은 기화 재료의 총 미립자 질량을 가능하게 한다.

Description

전자 기화기용 열 윅
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 12월 27일자로 출원된 "전자 기화기용 열 윅(wick)"이라는 발명의 명칭의 미국 가출원 제62/439,417호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 명세서에 기술된 장치 및 방법은 전자 담배("기화기")에 관한 것이다.
전자 기화기(예컨대, e-담배/대마 오일 카트리지 기화기를 포함하는, 기화기)는 전형적으로 위킹(wicking) 요소 주위에 감싸진 또는 중공 위킹 요소 내에 위치된 저항성 가열 요소를 갖는 위킹 요소를 포함하는 기본 분무기 시스템을 사용한다. 위킹 요소는 적어도 두 가지 목적으로 사용된다: 액체를 저장기로부터 분무기로 드로잉하고(draw), 여기서 코일에 의해 기화시킬 수 있으며, 공기를 저장기에 유입되게 하여 제거된 액체의 부피를 대체할 수 있다. 사용자가 기화기 상에서 흡입하면, 코일 히터가 활성화될 수 있고, 유입되는 공기가 포화된 윅/코일 어셈블리를 지날 수 있으며, 응축되어 사용자의 폐로 들어갈 수 있는 증기를 제거한다. 퍼프(puff) 동안 및/또는 퍼프 후에, 모세관 작용은 윅 내로 더 많은 액체를 끌어당기고, 공기는 윅을 통해 저장기로 복귀된다.
영국 특허공개공보 제2504076호
본 주제의 양태들은 기화기 디바이스에서 사용자를 위한 열 윅에 관한 것이다. 본 명세서에서 설명된 구현예들에 따른 열 윅 구성은 기화 가능 재료를 기화시키는 기화기의 성능을 향상시킨다. (열전도성 재료의 추가로 인한) 윅의 증가된 열전도율은 윅의 길이가 더 높은 온도에 도달하게 허용한다. 이러한 온도의 증가는 윅 및 저장기 내의 유체의 점도를 감소시킨다. 이와 같이 점도가 감소되면 차례로 윅을 통한 벌크 유동/모세관 작용이 보다 빠른 속도로 발생되게 하고, 공기가 더 적은 압력 강하로 윅을 통해 저장기로 복귀되게 허용한다.
본 주제의 일 구현예에 따르면, 기화 디바이스용 카트리지는 마우스피스, 기화 가능 재료를 유지하도록 구성된 저장기, 기화 가능 재료를 저장기로부터 기화 영역으로 드로잉하도록 구성된 윅, 및 기화 영역 근처에 배치되고 탱크로부터 드로잉된 기화 가능 재료를 가열하도록 구성된 가열 요소를 포함한다. 윅은 열전도성 심지와, 열전도성 심지의 적어도 일부를 둘러싸는 다공성 위킹 재료를 포함하고, 열전도성 심지는 다공성 위킹 재료보다 열전도성이 더 강하다.
본 주제의 다른 구현예에 따르면, 방법은 기화 가능 재료를 기화 디바이스의 저장기로부터 기화 영역으로 윅을 통해 드로잉하는 단계를 포함한다. 기화 영역은 기화 영역 근처에 배치된 가열 요소에 의해 가열되어, 기화 가능 재료의 기화를 유발하고, 가열은 윅을 통한 열 전달을 증가시켜, 기화 가능 재료의 점도의 감소를 유발한다. 기화된 기화 가능 재료는 기화 디바이스의 마우스피스로의 공기의 흐름에 동반된다(entrained). 윅은 열전도성 심지와, 열전도성 심지의 적어도 일부를 둘러싸는 다공성 위킹 재료를 포함하고, 열전도성 심지는 다공성 위킹 재료보다 열전도성이 더 강하다.
본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 명세서에 개시된 주제의 특정 양태들을 나타내고, 상세한 설명과 함께, 개시된 구현예와 관련된 원리들의 일부를 설명하는 것을 돕는다.
도 1은 본 주제의 구현예에 따른 윅이 통합될 수 있는 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 주제의 구현예에 따른 윅이 통합될 수 있는 카트리지를 사시도를 통해 도시한다.
도 3은 윅 및 다른 내부 구성 요소를 보여주는 도 2의 카트리지를 단면도를 통해 도시한다.
도 4는 본 주제의 구현예에 따른 윅의 특징을 단면도를 통해 도시한다.
도 5a, 도 5b 내지 도 9a 및 도 9b는 본 주제의 구현예에 따른 다양한 윅의 특징을 사시도 및 단면도를 통해 도시한다.
도 10은 전통적인 실리카 윅에 의해 기화되는 기화 가능 재료의 총 미립자 질량(TPM)을 그래프를 통해 도시한다.
도 11 내지 도 15는 본 주제의 다양한 구현예에 따른 윅에 의해 기화되는 기화 가능 재료의 TPM을 그래프를 통해 도시한다.
도 16은 본 주제의 추가적인 구현예에 따른 윅이 통합될 수 있는 장치의 개략도를 도시한다.
도 17은 기화 가능 재료를 드로잉하고, 본 주제의 구현예에 따른 기화 디바이스에서 기화 가능 재료의 기화를 발생시키는 방법의 특징을 나타내는 공정 흐름도를 도시한다.
본 주제의 구현예들은 사용자에 의한 흡입용 하나 이상의 재료의 기화에 관련된 장치를 포함한다. "기화기"라는 용어는 하기의 설명에서 일반적으로 사용되며, 기화기 디바이스를 나타낸다. 본 주제의 구현예에 따른 기화기의 예들은 전자 기화기, 전자 담배, e-담배 등을 포함한다. 일반적으로, 그러한 기화기는 종종 재료의 흡입 가능한 양을 제공하기 위해 기화 가능 재료를 가열하는 휴대 가능한, 흔히 핸드-헬드 디바이스이다.
보다 구체적으로는, 본 주제의 구현예는 가열된 또는 열 윅, 또는 저항성 가열 요소와 섬유성 위킹 재료를 조합하는 윅을 포함한다. 이러한 윅은 본 명세서에서 열 윅, 하이브리드 윅, 가열 윅 등으로 지칭된다.
전통적으로, 기화기 디바이스는 전형적으로 실리카 또는 면 재료로 형성된 윅을 이용한다. 전통적인 실리카 윅 재료는 실리카 유리 또는 면 섬유의 미세하고 연속적인 필라멘트를 함께 다발로 제조하여 먼저 실을 만들고, 이 실은 그 후 함께 다발로 제조되어 윅으로 사용되는 코드 또는 로프를 형성함으로써 형성된다. 코드는 일반적으로 공칭 외경, 실의 갯수 및/또는 선밀도를 나타내는 TEX 값으로 특정될 수 있다.
그러나, 이러한 위킹 배열은 복수의 단점을 갖는다. 윅의 길이 내로 그리고 윅의 길이를 따라 액체가 드로잉되는 속도인 모세관 유동률이 이러한 전통적인 위킹 배열에 의해서는 일부 사용자에 의해 요구되는 것만큼 높지 않다. 즉, 기화기 디바이스의 사용 중에, 액체가 윅의 가열된 영역으로부터 기화되고 더 많은 액체가 보충을 위해 윅의 길이를 따라 이동할 필요가 있기 때문에, 사용자가 원하는 만큼 빨리 액체가 보충되지 않을 수 있다. 이것은 예를 들어 대마 오일과 같은 점성이 보다 높은 유체의 경우 특히 그럴 수 있다. 고-점도 용액은 윅으로의 모세관 유동률을 더 감소시킬 수 있으며, 또한 공기가 저장기로 복귀될 수 있는 속도를 감소시켜, 모세관 유동률을 더욱 감소시킬 수 있다.
본 주제의 구현예에 따른 열 윅은 전통적인 실리카 또는 면 윅 재료를 갖는 윅과 비교하여, 열 윅 내로의 개선된 모세관 유동률 및 총 미립자 질량(TPM)의 증가를 갖는다. 이것은 신속한 윅 포화 및 공기 교환을 허용한다. 이 때문에, 사용자는 열 윅에서 액체가 신속하게(예컨대, 수초 이내에) 보충되기 때문에 증기 생성의 많은 차이를 인지하지 않고 연속적인 긴 퍼프를 취할 수 있다.
추가적으로, 본 주제의 구현예에 따른 열 윅은 윅을 따라 과도한 온도를 분산시켜, 전통적인 실리카 또는 면 윅 재료로 제조된 윅에서 흔히 발생하는 핫 스폿 및 콜드 스폿을 감소시키거나 또는 제거한다. 열 윅은 또한 전통적인 실리카 또는 면 윅에 비해 가열 시간이 증가한다.
도 1은 본 주제의 구현예에 따른 열 윅(103)이 통합될 수 있는 카트리지(100)의 개략도를 도시한다. 카트리지(100)는 대마 오일, 글리세롤, 식물성 글리세린, 글리콜, 프로필렌 글리콜, 물, 향료, 첨가제 및/또는 등을 포함하지만 그러나 이에 한정되지 않는 액체, 젤, 솔리드, 세미-솔리드, 또는 왁스 기화 가능 재료와 같은 기화 가능 재료(104)를 유지하기 위한 탱크 또는 저장기(106)를 포함한다. 기화 가능 재료(104)는 카나비노이드, 테르펜 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 하나 이상의 활성제를 포함할 수 있다.
도 1에서, 탱크(106)는 2개의 부분(좌측 및 우측)으로 도시되어 있다; 2개의 부분은 연결되어 있고 연속적이거나, 또는 별도의 절반부들이 사용될 수 있다(예컨대, 상이한 기화 가능 재료 성분들을 유지함). 공기 경로(105)가 카트리지(100)를 통해, 특히 카트리지(100)의 탱크(106)를 통해 연장된다. 도시된 바와 같이, 공기는 공기 입구(101)에서 카트리지(100)의 바닥 또는 베이스로부터 드로잉될 수 있고, 가열 요소(102) 및 열 윅(103) 위로 및/또는 그 주위로 당겨질 수 있다. 본 명세서에서 제1 가열 요소라고도 하는 기화/분무기 가열 요소(예컨대, 저항성 가열 코일)(102)는 열 윅(103) 주위에 감싸지거나 또는 열 윅 내에 매립될 수 있다. 열 윅(103)의 열전도성 재료는 전형적으로 열전도성이 낮은 열 윅(103)의 다공성 위킹 재료에 의해 가열 요소(102)로부터 전기적으로 절연되지만, 기화 가능 재료를 기화시키기 위해 가열 요소(102)에 전력이 인가될 때, 열 윅(103)은 전도 및/또는 대류에 의해 가열된다. 열 윅(103)은 기화 온도보다 낮은 온도로 가열될 수 있다.
카트리지(100)를 통하는 공기 경로(105)는 탱크(106)를 통과하고, 마우스피스(도 1에 도시되지 않음)가 탱크(106)의 근위 단부에 존재할 수 있다. 열 윅(103) 및 가열 요소/코일(102)을 유지하는 가열 챔버는 공기 흐름이 통과하는 내부(예컨대, 탱크(106)에 의해 측면 상에서 360°로 둘러싸이는) 챔버일 수 있다.
열 윅(103)은 표면 장력 및 대기압에 의해 유지될 수 있는 열 윅(103)의 양 단부로부터 축 방향으로, 저장기(106)로부터 기화 가능 재료(104)를 드로잉한다. 사용자가 카트리지(100)의 마우스피스를 퍼프하면, 공기는 입구(101) 내로 흐른다. 이와 동시에 또는 이와 거의 동시에, 히터 코일(102)은 예를 들어 압력 센서, 푸시 버튼 또는 다른 수단에 의해 활성화될 수 있다. 들어오는 공기는 가열된 윅/코일 위로 흐르고, 기화된 오일을 제거하며, 여기서 이는 응축되어 공기 경로(105)로부터 에어로졸로서 배출된다.
본 주제의 일부 변형예에서, 열 윅(103)은 가열/기화 코일(102)과 독립적으로 작동할 수 있다. 일부 변형예에서, 열 윅(103)은 가열 코일(102)에 의해 수동적으로 가열된다. 일부 변형예에서, 열 윅(103)은 가열/기화 코일(102)로부터 별도로 또는 추가적으로 가열될 수 있으며, 예를 들어 별도의 히터 또는 기화 코일의 영역에 의해 가열될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 윅 히터 또는 제2 가열 요소라고도 하는 별도의 (전형적으로 저온/가온(warming)) 히터는 열 윅(103)의 열전도성 부분(들)에 열적으로 연결될 수 있으며, 이러한 별도의 히터는 가열/기화 가열 코일(102)로부터 별도의 가열 회로로 구동될 수 있다. 대안적으로, 윅 히터(가온 히터)는 가열 코일(102)의 동일한 제어 회로로부터 구동될 수 있다(또는 예컨대, 제어 회로 및/또는 가열 코일에 직렬 또는 병렬로 연결됨). 따라서, 일부 변형예에서, 기화기/분무기(102)의 가열 코일이 활성이 아닐지라도, 장치가 "켜져 있는" 동안 열 윅(103)은 가열될 수 있다.
도 2는 사시도를 통해, 그리고 도 3은 단면도를 통해, 본 주제의 구현예에 따른 열 윅(203)이 통합될 수 있는 카트리지(200)를 도시한다.
카트리지(200)는 예를 들어 투명한 또는 반투명한 저장기 또는 탱크(206), 근위 마우스피스(209), 원위 단부의 핀 커넥터(213)의 세트, 및 오버플로우 누설 챔버(216) 내로의 개구(215)[기화 가능 재료의 누설을 흡수하기 위한 하나 이상의 흡수 패드(219)를 포함할 수 있음] 그리고 열 윅(203)을 포함한다. 열 윅(203)은 전도성 와이어에 의해 핀 입력에 연결될 수 있는 저항성 가열 요소[코일(202)]로 감싸질 수 있다. 공기 경로(205)는 도 3에 도시된 바와 같이 탱크(206)를 통해 연장된다.
본 주제의 구현예에 따른 열 윅은 열전도성 재료를 둘러싸고, 에워싸고, 커버하거나 또는 열전도성 재료 내에 매립되는 전기적 절연성 다공성 위킹 재료의 조합을 포함할 수 있다.
다공성 위킹 재료는 외부 슬리브 또는 커버를 형성할 수 있고, 전기 전도성이 아니고 기화 온도에서 안정한 임의의 편조형(braided), 스트랜디드, 또는 비정질 재료로 제조될 수 있다. 다공성 위킹 재료는 실리카, 면, 유리(예컨대, 유리 섬유), 섬유 유리, 세라믹 또는 다른 다공성 재료일 수 있다. 본 주제의 일부 양태에 따르면, 다공성 위킹 재료는 열전도성 재료를 전기적으로 절연시키고 및/또는 그 길이를 따라 액체의 전달 및 흐름을 허용하도록 그 길이를 따라 복수의 보이드(void) 또는 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 임의의 다공성 재료일 수 있다. 일부 구현예에서, 다공성 위킹 재료는 천공된 재료 또는 튜브일 수 있다. 다공성 위킹 재료는 낮은 열전도성을 갖는 것으로 특성화될 수 있는데, 예컨대 3 W/mK 미만(예컨대, 25℃에서 또는 그 부근에서)의 열전도성을 갖는 재료는 저 열전도성 재료로 지칭될 수 있다. 재료를 낮은 열전도성 재료로 특성화하기 위해 다른 임계값이 설정될 수 있다.
열전도성 재료는 저항성 가열 재료 및/또는 높은 열전도율을 갖는 재료일 수 있다. 열전도성 재료는 다공성 위킹 재료의 열 컨덕턴스(thermal conductance)보다 큰 열 컨덕턴스를 갖는 재료로서 특성화될 수 있다. 예컨대, 열전도성 재료의 열 컨덕턴스는 다공성 위킹 재료의 열 컨덕턴스보다 적어도 약 5% 더 클 수 있다. 열전도성 재료의 열 컨덕턴스는 다공성 위킹 재료의 열 컨덕턴스보다 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9 W/mK만큼 더 클 수 있다. 열 윅 내의 열전도성 재료의 실온 또는 그 근처에서의 열전도율은 면, 실리카 등과 같은 표준 위킹 재료의 열전도율보다 5x, 10x, 15x, 20x 등 더 클 수 있다. 재료를 고 열전도율 재료로 특성화하기 위해 다른 임계값이 설정될 수 있다. 열전도성 재료의 예로는 구리(약 385 W/mK의 고 열전도율을 가짐), 강철, 스테인리스강, 알루미늄, 티타늄, 니켈 또는 임의의 금속/금속 조합 물을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 일부 구현예에서, 열전도성 재료는 기화 가능 재료와 비-반응성이다. 열전도성 재료가 반응성 재료인 일부 구현예에서, 코팅 또는 도금(예컨대, 비활성 도금)이 또한 포함될 수도 있다.
본 주제의 구현예에 따른 열 윅은 종래의 실리카 또는 면 윅에 비해 증가된 열전도율을 갖는 벌크 재료로서 특성화될 수 있으며, 여기서 벌크 재료는 가열 요소와의 절연에 필요한 전기 전도율을 갖는다. 예컨대, 일 변형예에서, 열 윅은 전체에 걸쳐 매립되거나 분산되어 있는 열전도성 입자(예컨대, 구리 박편 또는 피스)를 갖는 튜브 또는 실린더 형태의 세라믹(또는 다른 다공성 재료) 윅일 수 있다.
열전도성 재료는 열전도성 심지(하나의 피스 또는 복수의 피스일 수 있음)가 다공성 위킹 재료에 의해 둘러싸이거나 또는 실질적으로 둘러싸여 있는 열 윅의 "심지"로 간주될 수 있다. 일부 양태들에서, '실질적으로 둘러싸인'이라 함은 다공성 위킹 재료 단독에 비해 증가된 열전도율을 제공하도록 열전도성 재료가 다공성 위킹 재료 내에 매립되거나 또는 분산되어 있는 것을 지칭하며, 여기서 열 윅은 가열 요소로부터 충분한 전기적 절연을 제공한다.
본 주제의 구현예에 따르면, 본 명세서에서 사용된 열전도율이라 함은 열전도율이 재료/재료들의 특성뿐만 아니라 재료/재료들의 기하학적 구조의 함수인 하나 이상의 재료의 총 열 컨덕턴스를 지칭한다(예컨대, 재료의 열 컨덕턴스는 상이한 구성 및 기하학적 구조로 사용될 때 상이할 수 있음).
도 4 내지 도 9b는 본 주제의 구현예에 따른 다양한 열 윅 구성의 특징들을 다양한 도면들을 통해 도시한다.
도 4에는 열 윅(403)의 단면도가 도시되어 있다. 열 윅(403)은 실리카 섬유와 같은 섬유 다발일 수 있는 다공성 위킹 재료(407)를 포함한다. 열전도성 심지(408)는 열 윅(403)의 중심 심지 영역을 형성할 수 있다. 다공성 위킹 재료(407)는 열전도성 심지(408)를 둘러싸거나 또는 실질적으로 둘러싸고 있다. 추가적으로, 다공성 위킹 재료로 제조된 별도의 슬리브(예컨대, 얇은 슬리브)(410)가 다공성 위킹 재료(407)를 구성하는 실리카 섬유를 둘러쌀 수 있다. 별도의 슬리브(410)는 모든 구현예에서 필수적인 것은 아니다.
실리카 섬유는, 일부 구현예에서, 대략 17,000 실리카 섬유의 다발일 수 있고, 각각은 약 0.009 ㎜ 직경을 가지며, 다발은 ~ 2 ㎜의 직경으로 구속되고 약 10 ㎜의 길이로 절단된다. 일 예에서, 다공성 위킹 재료의 축 방향 열전도율은 ~ 1.4 W/mK이다. 열전도성 심지(408)는 예를 들어 와이어의 개별적인 스트랜드를 각각 포함하는 복수의 트위스팅된 와이어 다발로 제조된 스테인리스강 로프로 제조될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 와이어는 각각 약 0.15 ㎜ 직경/스트랜드이고, 전체 로프 직경은 약 1.5 ㎜이다. 다공성 위킹 재료(407)는 편조형 실리카 슬리브일 수 있다. 예시적인 구현예에서, 열 윅(403)의 전체 외경은 ~ 2 ㎜일 수 있지만, 예를 들어 0.5 ㎜ 내지 5 ㎜ 직경을 포함하는 다른 직경이 사용될 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열 윅(403)의 대부분은 열전도성 심지(408)를 구성하는 스테인리스강 섬유를 포함할 수 있다. 이는 보이드 부피를 크게 증가시키고, 벌크의 열전도율을 예를 들어 ~ 15 w/mK로 증가시킨다. 이 예에서의 실리카 슬리브는 이중 목적을 수행할 수 있다: 이는 열 윅(403) 주위에 감겨진 가열 코일이 금속 심지 상에서 단락되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 금속 심지를 통한 그리고 그 주위의 누설을 완화시키는 모세관 경로를 제공할 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열전도성이 낮은 다공성 위킹 재료(407)는 반경 방향 측면에서 열전도성 심지(408)를 둘러싸서 가열 코일을 전기적으로 절연시켜 단락으로부터 보호한다. 열전도성 심지(408)는 기화 가능 재료의 가열을 돕기 위해 단부들에서 노출될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 주제의 추가적인 구현예에 따른 열 윅(503)의 특징을 각각 사시도 및 단면도를 통해 도시하고 있다.
열전도성 심지(508)는 열 윅(503)의 길이를 연장하는 심지를 형성하고, 보다 낮은 열전도율을 갖는 재료, 다공성 위킹 재료(507)에 의해 반경 방향으로 둘러싸여 있다. 열전도성 심지(508)의 단부들은 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 노출될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 주제의 추가적인 구현예에 따른 열 윅(603)의 특징을 각각 사시도 및 단면도를 통해 도시하고 있다.
열 윅(603)은 열전도성 구성 요소 또는 스트랜드(608)와, 스트랜드들(608) 사이의 갭 또는 보이드(606)로 이루어진 내부 심지 영역을 갖는다. 갭 또는 보이드(606)는 예를 들어 에어 갭일 수 있다. 다공성 위킹 재료(607)는 열전도성 스트랜드(608) 및 보이드(606)의 내부 심지 영역을 둘러싸고 있다.
도 5a 내지 도 6b에서, 외부 위킹 재료(507, 607)는 양 단부 상의 기화 가능 재료의 탱크 내로 삽입하기 위해 열 윅(503, 603)의 길이를 연장하는 슬리브 또는 커버로서 형성될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 열 윅(703)의 부피를 통해 연장되는 고 열전도율 재료(예컨대, 스테인리스강의 와이어, 편조물, 섬유 등)를 갖고, 저 열전도율을 갖고 전기 전도성인 다공성 위킹 재료(707)로 둘러싸여 있는 심지(708)를 포함하는 열 윅(703)의 다른 예를 도시하고 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 고 열전도율 재료는 열 윅(703)의 부피를 통해 균일하게 또는 거의 균일하게 분포될 수 있다. 열 윅(703)은 또한 (예컨대, 고 열전도율 재료 주위에) 내부 보이드 또는 갭 영역을 포함할 수 있다. 고 열전도율 재료의 개별 스트랜드(도 7b의 단면도/단부도 및 도 7a의 단부에 도시된 바와 같음)는 직조, 편조될 수 있거나, 또는 그렇지 않으면 열 윅(703)의 길이를 따라 다양한 지점에서 서로 열적으로 접촉한다.
도 8a 및 도 8b는 다른 예시적인 열 윅을 도시하고 있고, 열 윅(803)은 다공성 외부, 저 열전도율 재료(807)에 의해 커버되는 내주 영역 주위에 배치된 복수의 고 열전도율 스트랜드, 브레이드, 와이어 등을 포함한다. 이 예에서, 중앙 영역은 외부 위킹 재료와 동일한 재료일 수 있고, 위킹을 위한 더 큰 단면적을 제공한다.
도 9a 및 도 9b는 또 다른 예시적인 열 윅, 열 윅(903)을 도시하고 있다. 도 9b는 열 윅(903)의 내부 단면도이다. 열전도성 심지(908)는 다공성 위킹 재료(907)에 의해 둘러싸여 있다. 열전도성 심지(908)는 물과 같은 유체(914)가 배치될 수 있는 중공의 챔버 또는 튜브이다. 열 윅의 단부는 열전도성 심지(908)와 동일한 재료로 형성될 수 있는 캡(912)으로 밀봉되거나 또는 캡핑될 수 있다. 이러한 구성은 상당한 열 전달 개선을 가져오고, 심지(908)의 중공형 구성으로 인해 열 질량이 적다.
본 명세서에서 설명된 임의의 열 윅은 심지 영역 내에 보이드/에어 갭을 포함할 수 있다. 또한, 고 열전도율 재료를 포함하는 임의의 심지 영역은 필라멘트, 로프, 다발, 체인, 직조물, 편조물 등으로 형성될 수 있으며, 일반적으로 열 윅의 길이의 전부 또는 대부분을 따라 연장될 수 있다. 열 윅의 단부는 개방될 수 있거나(예컨대, 고 열전도성 재료를 저장기 내의 기화 가능 재료에 노출시키거나), 또는 그들은 외부 위킹 재료(예컨대, 저 열전도율 재료 또는 절연 재료)에 의해 또는 다른 재료에 의해 커버될 수 있다.
본 명세서에 설명된 임의의 열 윅에서, 고 열전도율 재료의 추가적인 스탠드 또는 길이는 열 윅의 길이를 통해 연장될 수 있다; 예컨대, 도 8b에서, 중앙 영역은 높은 열전도율 재료의 하나 이상의 추가적인 스트랜드, 편조물 등을 포함할 수 있다. 언급된 바와 같이, 이러한 열 윅 중 임의의 것은 열 윅의 부피 내에 복수의 보이드/에어 갭을 포함할 수 있다. 예컨대, 부피는 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 7% 이상, 10% 이상, 12% 이상, 14% 이상, 15% 또는 이상, 20% 이상, 22% 이상, 25% 이상 등의 보이드/에어 갭을 포함할 수 있다. 이러한 보이드/에어 갭은 고 열전도성 재료의 근처에 있거나 또는 이에 인접할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 설명된 열 윅은 임의의 적절한 직경 및 길이일 수 있다. 예컨대, 열 윅은 0.5 ㎜ 내지 10 ㎜의 직경 및 0.5 ㎜ 내지 30 ㎜의 길이를 가질 수 있다.
본 주제의 추가적인 양태에 따르면, 열 윅은 다양한 배향으로 1 내지 10,000개의 스트랜드를 포함하는 심지를 가질 수 있다. 스트랜드 직경은 예를 들어 0.005 ㎜ 내지 9.000 ㎜의 범위일 수 있다. 열 심지는 또한 예를 들어 외경이 0.25 내지 9.25 ㎜이고 길이가 0.5 내지 30 ㎜인 튜브 또는 튜브들일 수 있다. 튜브(들)는 또한 튜브(들)로부터 또는 튜브(들) 사이의 유체 전달을 용이하게 하기 위해 반경 방향의 구멍 또는 슬롯을 가질 수도 있다. 열 심지는 또한 동일한 직경의 금속 섬유의 일부 분율과 함께 공동-직조된 실리카와 같은 표준 위킹 섬유로 제조될 수도 있다. 금속 섬유 분율은 1 내지 99% 범위일 수 있다. 예컨대, 이 심지의 외부 0.25 ㎜는 가열 코일이 단락되는 것을 방지하기 위해 섬유를 포함하는 비-전도성(예컨대, 비-금속) 위킹 재료로 제조될 수 있다.
본 주제의 구현예에 따른 열 윅의 다른 변형예는 전체 열 윅이 튜브를 형성하는 침니(chimney) 코일 구성으로 지칭될 수 있다. 튜브의 내부는 가열 코일에 의해 형성될 수 있다. 위킹 재료(예컨대, 실리카)가 이 코일 주위에 위치될 수 있다. 그 다음, 열전도성 재료는 위킹 요소 주위에 위치될 수 있고, 또한 액체 저장기 및 그 내부의 임의의 기화 가능 재료와 유체 연통될 수 있다.
일부 변형예에서, 열 윅은 또한 히터로서 작용할 수도 있다. 이러한 윅/히터는 표준 실리카 윅과 유사한 전체 치수를 갖는 개방된 다공성 금속 구조로 이루어질 수 있다. 다공성 요소는 바람직한 크기 및 조성의 분말 금속 입자를 소결함으로써 형성될 수 있어, 윅/히터는 원하는 위킹 특성 및 바람직한 파워 공급/파워 출력을 위한 적절한 저항을 갖는다. 예컨대, 다공성 금속 히터/윅, 1 x 10 ㎜는 50%의 다공성 및 0.2 Ohms의 저항을 갖는 니켈 크롬으로 이루어질 수 있다. 리드(leads)를 윅의 "히터" 부분에 직접 용접함으로써 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 윅의 단부는 열 에너지를 액체 저장기로 전달하기 위해 전기 리드를 지나 연장될 수 있다.
도 10은 전통적인 실리카 윅으로 기화된 기화 가능 재료의 총 미립자 질량(TPM)을 그래프(1000)를 통해 도시하고, 도 11 내지 도 15는 본 주제의 다양한 구현예에 따른 열 윅으로 기화된 기화 가능 재료의 TPM을 그래프(1100, 1500)를 통해 도시한다.
도 10 및 도 11에서는, 구리 심지를 갖는 열 윅[도 11의 그래프(1100)]이 표준 실리카 윅[도 10의 그래프(1000)]과 비교된다. 표준 실리카 윅은 고 열전도율 재료를 포함하지 않는다. 도 11의 데이터가 적용되는 윅의 구리 심지는 각각 ~ 0.2 ㎜ 직경을 갖는 니켈 도금 구리 와이어의 26 스트랜드 다발이다. 결과에 대해 사용된 카트리지는 도 2 및 도 3에 도시된 카트리지와 유사하고, 저항성 코일을 가열하는 전극에 전력을 공급하는 기화기 내로 삽입되었다. 동일한 장치가 도 10 내지 도 15의 테스트에 사용되었고, 테스트는 420℃에서 수행되었다. 각각의 데이터 포인트는 10 퍼프에 대해 기화된 오일의 평균 TPM을 나타낸다. 각각의 퍼프 부피/속도는 피스톤 구동식 스모킹 기계에 의해 정밀하게 제어되었다. 각각의 카트리지에는 약 0.5 g의 동일한 오일이 채워졌다. 도 10에 도시된 바와 같이, 시간에 따른 실리카 윅에 대한 TPM/퍼프는 약 0.6 내지 1.8 mg에서 변화되고, 총 평균은 약 1 mg/퍼프이다. 대조적으로, (위에서 설명된 바와 같이, 실리카 슬리브로 둘러싸인 구리 재료의 심지를 갖는) 열 윅이 동일한 파라미터로 사용되었을 때, TPM/퍼프는 1 내지 3.2 mg에서 변화되고, 총 평균은 약 1.9 mg/퍼프이다. 이 비교는 표준 윅과 비교하여 구리 열 윅으로부터의 증기 생성이 거의 2배 증가한다는 것을 보여준다. 사용시, 이것은 더 큰 증기 부피 및/또는 사용자가 증기의 동량을 보다 쉽게 흡입할 수 있는 드로잉 경험으로 해석될 수 있다.
유사하게, 도 12 및 도 13은 다른 편조형 재료로 형성된 구리 심지[도 12의 그래프(1200)] 또는 솔리드 구리 심지[도 13의 그래프(1300)]를 포함하는 열 윅을 사용할 때 유사한 개선을 나타낸다. 이전과 같이, 동일한 기화기 시스템을 사용했고, 320℃에서 테스트를 수행했다. 각각의 데이터 포인트는 10 퍼프에 대해 기화된 오일의 평균 TPM을 나타낸다. 각각의 퍼프 부피/속도는 피스톤 구동식 스모킹 기계에 의해 정밀하게 제어되었다. 카트리지에는 약 0.5 g의 동일한 오일이 채워졌다. 도 12에서, 49-스트랜드 구리 심지(도 11에 도시된 변형예와 유사함)는 3.2 mg/퍼프의 총 평균 TPM을 가졌다. 그 대신에 실리카 위킹 재료에 의해 둘러싸인 1.5 ㎜ 구리 로드가 사용되었을 때, 도 13에 도시된 바와 같이, 총 평균 TPM은 2.2 mg/퍼프이었다.
솔리드 구리 로드 심지(도 13)는 구리 로프(도 12)와 동일한 외경(OD)을 갖지만, 유사한 축 방향 열전도율 및 질량에서, 솔리드 구리 로드를 갖는 열 윅은 구리 로프에 비해 성능이 31% 감소한다(2.2 mg/퍼프 평균). 따라서, 증가된 열전도율은 열 윅이 성능을 증가시키는 메커니즘의 단지 일부일 수 있다. 열 심지 기하학적 구조는, 보이드 부피/운반 성능(carrying capacity)과 관련하여, 성능을 최대화하는 것으로 또한 간주될 수도 있다.
유사한 결과가 스테인리스강과 같은 상이한 고 열전도율 재료로 달성되었다. 예컨대, 도 14 및 도 15는 상기한 바와 같이 수행된 테스트를 도시하며, 여기서 열 윅은 실리카의 외부 커버 및 316 스테인리스강으로 형성된 내부 심지를 포함한다. 도 14의 그래프(1400)에서, 열 윅을 형성하는 스테인리스강 로프[예컨대, OTS(Off The Shelf) 40 스트랜드 316 스테인리스강]에서, 총 평균 TPM은 2.9 mg/퍼프이었다. 도 15의 그래프(1500)에서, 테스트된 열 윅은 7 스트랜드를 갖는 스테인리스강(OTS 7 스트랜드 316 스테인리스강)의 로프로 형성되었고, 총 평균 TPM은 2.1 mg/퍼프이었다.
도 14에 도시된 바와 같이, 놀랍게도, OTS 49 스트랜드 316 스테인리스강 로프 심지로부터 형성된 열 윅은 구리 로프와 유사한 성능을 가졌다(예컨대, 구리 로프에 비해 성능이 단지 9% 감소한 것을 나타냄). 316 스테인리스강의 열전도율이 구리보다 96% 작기 때문에, 이것은 스트랜디드 심지의 보이드 기하학적 구조 및 운반 성능이 열 윅의 성능에 크게 기여할 수 있다는 것을 나타낸다. 이것은 또한 구리 로프보다 34% 더 나쁘게 그리고 49 스트랜드 스테인리스 로프보다 28% 더 나쁘게 기능하는 OTS 7 스트랜드 316 스테인리스강 로프 심지의 성능에 의해 입증된다. 7 스트랜드 로프(도 15)는 7개의 큰 와이어로 제조되는 반면, 49 스트랜드 로프(도 14는 스테인리스강에 대한 것이고, 도 12는 구리에 대한 것임)는 각각 7개의 작은 스트랜드로 이루어진 7개의 큰 다발로 제조된다. 따라서, 전체 치수는 대략 동일하지만, 7 스트랜드 로프는 49 스트랜드 로프보다 ~ 18% 더 많은 질량을 갖지만, 49 스트랜드 로프는 개별 스트랜드들 사이에 상당히 더 큰 운반 성능을 가지고 있다. 따라서, 49 스트랜드 스테인리스 로프에 비해 그 성능을 감소시키는 것은 7 스트랜드 로프의 더 큰 열 질량뿐만 아니라 그 감소된 다공성/운반 능력이다.
위에서 테스트된 모든 열 윅 구성은, 도 10 내지 도 15에 명확히 도시된 바와 같이, 표준 윅보다 더 우수하게 기능했다. 도시된 바와 같이, 보다 큰 보이드 부피/운반 성능을 갖는 보다 높은 열전도율 재료는 열 윅의 성능을 최대화한다. 이러한 속성은 윅 내의 그리고 그 주위의 유체 점도를 감소시켜, 이에 따라 위킹 속도를 증가시키면서, 더 적은 압력차로 공기 교환을 허용한다.
도 16은 본 주제의 추가적인 구현예에 따른 열 윅이 통합될 수 있는 카트리지(1600)의 개략도를 도시한다. 이러한 예시적인 구성에서, 카트리지(1600)는 왁스와 같은 (실온에서) 비-유동성인 기화 가능 재료(1604)로 채워질 수 있다. 도 16에 도시된 열 윅의 구성은 위에서 설명한 다양한 실시예들과 유사할 수 있다. 하나의 잠재적인 차이점은 외부 영역(예컨대, 실리카 슬리브와 같은 비-전도성 슬리브)(1607)이, 저장기(1606)의 적어도 일부를 채우거나 또는 그 안으로 연장되도록 양 단부에서 슬리브를 지나 연장될 수 있는 내부 심지 재료(1608)보다 짧은 길이일 수 있다는 것일 수 있다. 히터 코일(1602)이 활성화될 때, 열은 열 윅의 재료의 벌크 전체를 통해 그리고 저장기(1606) 내에서 심지 스트랜드(1608)를 따라 전달될 수 있다. 매우 점성이 강한 재료의 경우, 이 코일의 단순한 맞춤형 가열만으로는, 위킹을 위해 충분히 점도를 낮추기에 저장기 내로 충분한 열을 제공하지 못할 수 없다. 그러나, 여기에 설명된 임의의 장치 및 방법에서, 예열 모드는 기화 가능 재료의 신속한 위킹을 가능하게 하기 위해 개시된 구현예와 함께 사용될 수 있다. 예열 모드 중에, 코일은 원하는 기화 온도보다 낮은 온도, 예를 들어 100℃ 내지 200℃로 예열될 수 있다. 짧은 대기 후(예컨대, 5초 내지 2분, 30초 내지 60초, 등), 금속 심지는 저장기(1606)에 충분한 열을 전달하여, 재료가 쉽게 위킹될 수 있고, 사용자는 퍼프를 취할 수 있다. 장치가 (립 센서, 퍼프 센서 등을 사용하여) 퍼프를 감지하면, 코일(1602)은 기화 온도, 예를 들어 350℃까지 가열될 수 있다(예컨대, 250℃ 내지 500℃). 열 윅의 복수의 열전도성 스트랜드(1608)는 코일(1602)이 가열될 수 있는 기화 온도보다 낮은 온도로 가열되도록 구성된다. 퍼프가 정지되면, 코일(1602)은 윅이 후속 퍼프를 위해 포화 상태로 유지되도록 그 낮은 예열 온도로 복귀될 수 있다. 상당한 양의 시간 동안 퍼프가 취해지지 않으면, 코일(1602)은 에너지를 보존하기 위해 완전히 턴 오프될 수 있다. 이러한 설계의 다른 변형예들은 금속 심지의 전체 길이를 연장하는 실리카 슬리브를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 장치는 (퍼프를 취하기 전에 일정 시간 동안 버튼을 유지하는 것과 같이) 수동 예열을 위한 제어 장치(예컨대, 버튼)를 포함할 수 있다.
예열 작동 및 모드는 본 명세서에 설명된 임의의 열 윅 및 카트리지/장치에 의해 구현될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현예에 따른 열 윅 구성은 기화 가능 재료를 기화시킬 때 기화기의 성능을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. (열전도성 재료로 인해) 윅의 열전도율이 증가하면 윅의 길이가 더 높은 온도에 도달하는 것을 허용한다. 이러한 온도의 증가는 윅에서, 그리고 저장기에서, 주로 윅 단부 근처의 저장기의 부분에서 유체의 점성을 감소시킨다. 이와 같이 점도가 낮아지면 차례로 윅을 통한 벌크 유동/모세관 작용이 보다 빠른 속도로 일어나고, 공기가 윅을 통해 더 적은 압력 강하로 저장기로 복귀되는 것을 허용한다. 윅의 큰 금속 스트랜드는 또한 윅 내에서 보다 큰 보이드 부피를 제공할 수 있다. 이러한 보다 큰 보이드 부피는 히터 근처의 오일 운반 성능이 더 높아져, 히터 부근의 유체가 고갈되기 전에 더 긴 퍼프가 취해질 수 있다는 것을 의미한다. 추가적으로, 더 큰 보이드/채널은 축 방향의 공기 교환이 보다 적은 압력 강하로 발생하는 것을 허용한다.
도 17을 참조하면, 공정 흐름도(1700)는 다음의 일부 또는 전부를 선택적으로 포함할 수 있는 방법의 특징들을 도시한다. 1710에서, 기화 가능 재료가 기화 디바이스의 탱크로부터 기화 영역으로 윅을 통해 드로잉된다. 1720에서, 기화 영역은 기화 영역 근처에 배치된 가열 요소에 의해 가열된다. 가열은 기화 영역에서 기화 가능 재료의 기화를 유발한다. 1730에서, 기화된 기화 가능 재료는 기화 디바이스의 마우스피스로의 공기의 흐름에 동반된다.
본 명세서에 설명된 기화기를 포함하는 장치(디바이스, 시스템, 구성 요소, 카트리지 등), 기화기 카트리지, 및 방법은 흡입 가능한 증기를 발생시키기 위해 사용될 수 있으며, 특히 현재 이용 가능한 디바이스에 비해 증기 생산량이 더 많아질 수 있다. 따라서, 그것이 기화될 수 있는 윅에 들어가기 전에 및/또는 그것이 기화될 수 있는 윅에 들어갈 때 오일(또는 왁스) 기화 가능 재료를 가열함으로써 점도를 변형(예컨대, 감소)시키기 위한 장치 및 방법이 본 명세서에 설명된다. 이들 장치는 대마 오일 디바이스, 예컨대 대마 오일을 기화시키기 위한 장치로서 특히 유용할 수 있다. 본 명세서에 설명된 임의의 장치 및 방법에서, 열전도성 심지는 기화되는 기화 가능 재료(예컨대, 대마 오일을 포함하는 오일)의 점도를 감소시킬 수 있는 분무기 윅의 일부로서 포함되거나 또는 통합될 수 있다.
예컨대, 열전도성 윅을 갖는 기화기 디바이스가 본 명세서에 설명되어 있으며, 상기 디바이스는 기화 가능 재료를 유지하도록 구성된 저장기; 길이를 갖는 세장형 열 윅 - 세장형 열 윅은 다공성인 제1 재료 및 제1 재료의 열전도율보다 5x 초과 큰 열전도율을 갖는 제2 재료를 포함함 - ; 및 세장형 열 윅 주위에 적어도 부분적으로 감겨진 저항성 히터를 포함하고, 제1 재료는 저항성 히터로부터 제2 재료를 전기적으로 절연하며; 또한 세장형 열 윅은 저장기 내로 연장되어, 저장기 내의 기화 가능 재료는 세장형 열 윅 내로 위킹될 수 있다.
제2 및 제1 재료는 모두 열 윅의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 제1 재료는 제2 재료 주위로 반경 방향으로 된 커버 또는 슬리브일 수 있다.
열 윅은 일반적으로 세장형 원통형 형상을 가질 수 있으며, 제2 재료를 둘러싸는 제1 재료의 외부 층을 가질 수 있다. 제2 재료는 열 윅의 단부에서 노출될 수 있다.
제1 재료는 실리카, 면 및/또는 세라믹 중 하나 이상일 수 있다. 제1 재료는 섬유 재료를 포함할 수 있다. 제2 재료는 금속 또는 합금일 수 있다. 제2 재료는 예를 들어 구리 또는 구리 합금 및/또는 스테인리스강일 수 있다. 제2 재료는 25℃에서 4 W/mK 이상의 열전도율, 또는 25 ℃에서 10 W/mK 이상의 열전도율을 가질 수 있다. 제2 재료는 편조 재료일 수 있다.
이들 디바이스들 중 임의의 것에서, 열 윅은 열 윅 부피를 통해 복수의 보이드/에어 갭을 가질 수 있다. 예컨대, 열 윅은 열 윅 부피 중에서 2% 이상(예컨대, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 6% 이상, 7% 이상, 8% 이상, 9% 이상, 10% 이상, 등)의 보이드 부피를 가질 수 있다.
저항성 히터는 일반적으로 열 윅과 열적 연통하여, 저항성 히터를 가열함으로써 제2 재료가 가온된다. 예컨대, 저항성 히터는 열 윅 주위에 감싸지거나 또는 열 윅 내에 매립되는 코일일 수 있다.
본 명세서에 설명된 디바이스들 중 임의의 것은 배터리 및 제어 회로를 갖는 기화기 본체와 함께 사용하기 위한 카트리지로서 구성될 수 있다.
또한, 이들 디바이스들 중 임의의 것은 대마 오일 및/또는 왁스와 같은 기화 가능 재료를 포함할 수 있다.
예컨대, 열전도성 윅을 갖는 기화기 디바이스는 기화 가능 재료를 유지하도록 구성된 저장기; 길이를 갖는 세장형 열 윅 - 세장형 열 윅은 다공성이고 25℃에서 3 W/mK 미만인 열전도율을 갖는 제1 재료, 및 25℃에서 5 W/mK 초과인 열전도율을 갖는 제2 재료를 포함함 - ; 및 세장형 열 윅 주위로 감겨진 저항성 가열 코일을 포함하며, 제1 재료는 제2 재료로부터 저항성 히터를 전기적으로 절연하며; 또한 세장형 열 윅은 저장기 내로 연장되어, 저장기 내의 기화 가능 재료는 저항성 가열 코일이 가열될 때 제2 재료에 의해 가온될 수 있고, 기화 가능 재료는 세장형 열 윅 내로 위킹될 수 있다.
본 명세서에 설명된 기화기 중 임의의 것을 사용하는 방법이 또한 본 명세서에 설명되어 있다. 예컨대, 다공성 위킹 재료 및 높은 열전도율 재료를 포함하는 열 윅을 갖는 기화기를 사용하여 기화 가능 재료를 기화시키는 방법은 기화 온도까지 저항성 히터에 에너지를 가하는 단계; 기화 가능 재료의 점성을 감소시키기 위해 다공성 위킹 재료에 의해 저항성 히터로부터 전기적으로 절연된 고 열전도율 재료를 통해 저항성 히터로부터 기화기의 저장기 내로 열을 전도시키는 단계 - 고 열전도율 재료는 다공성 위킹 재료의 열전도율보다 적어도 5x 큰 열전도율을 가짐 - ; 및 기화 가능 재료를 기화시키는 단계를 포함한다.
이들 방법들 중 임의의 방법은 열 윅 주위에 감겨진 저항성 코일에 에너지를 가함으로써 저항성 히터에 에너지를 가하는 단계를 포함할 수 있다.
이들 방법 중 임의의 방법은 열 윅의 길이를 따라 연장되는 고 열전도율 재료의 편조형 심지를 통해 열을 전도시킴으로써 및/또는 열 윅의 길이를 따라 연장되는 편조형 스테인리스강, 구리 및/또는 구리 합금을 통해 열을 전도시킴으로써 저항성 히터로부터 열을 전도시키는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 저항성 히터로부터 열을 전도시키는 단계는 다공성 위킹 재료를 통해 열 윅의 심지의 고 열전도율 재료로 열을 전도시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 다공성 위킹 재료는 실리카, 면 및 세라믹 중 하나 이상을 포함한다.
특징 또는 요소가 본 명세서에서 다른 특징 또는 요소 "상에" 있다고 언급될 때, 이는 다른 특징 또는 요소 상에 직접 있을 수 있거나, 또는 개재되는 특징들 및/또는 요소들이 또한 존재할 수 있다. 대조적으로, 특징 또는 요소가 다른 특징 또는 요소 상에 "직접" 있다고 언급될 때, 개재되는 특징 또는 요소가 존재하지 않는다. 또한, 특징 또는 요소가 다른 특징 또는 요소에 "연결", "부착" 또는 "결합된" 것으로 언급될 때, 이는 다른 특징 또는 요소에 직접 연결, 부착 또는 결합될 수 있거나, 또는 개재되는 특징 또는 요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해될 것이다. 대조적으로, 특징 또는 요소가 다른 특징 또는 요소에 "직접 연결", "직접 부착" 또는 "직접 결합"되는 것으로 언급될 때, 개재되는 특징 또는 요소는 존재하지 않는다.
비록 하나의 실시예와 관련하여 설명되거나 또는 도시되었다 할지라도, 그렇게 설명되거나 또는 도시된 특징 및 요소는 다른 실시예에도 적용될 수 있다. 또한, 당업자는 다른 특징에 "인접하게" 배치된 구조 또는 특징에 대한 언급은 인접하는 특징과 중첩되거나 또는 그 아래에 있는 부분들을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 오직 특정 실시예 및 구현예를 설명하기 위한 것이며, 제한하도록 의도되는 것은 아니다. 예컨대, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태 부정관사 및 정관사는, 문맥상 명확하게 다르게 지시하지 않는 한, 복수 형태를 또한 포함하고자 의도된다. 또한, 용어 "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라 함은, 본 명세서에 사용될 때, 언급된 특징, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성 요소의 존재를 나타내지만, 그러나 하나 이상의 다른 특징, 단계, 동작, 요소, 구성 요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 관련된 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합을 포함하며, "/"로 약술될 수 있다.
상세한 설명 및 청구항들에서, "적어도 하나" 또는 "- 중 하나 이상"과 같은 문구가 사용될 수 있으며, 그 다음에 요소 또는 특징의 관련된 목록이 뒤따를 수 있다. 또한 "및/또는"이라는 용어는 2개 이상의 요소 또는 특징의 목록에서 사용될 수 있다. 달리 명시적으로 또는 암시적으로 사용 문맥에 의해 모순되지 않는 한, 이러한 문구는 열거된 요소 또는 특징 중 임의의 것을 개별적으로 또는 열거된 요소 또는 특징의 임의의 것을 다른 열거된 요소 또는 특징의 임의의 것과 조합하여 의미하는 것으로 의도된다. 예컨대, "A 및 B 중 적어도 하나"; "A 및 B 중 하나 이상"; 및 "A 및/또는 B"라는 문구는 각각 "A 단독, B 단독 또는 A 및 B 함께"를 의미하도록 의도된다. 유사한 해석은 3개 이상의 항목을 포함하는 목록에 대해서도 의도된다. 예컨대, "A, B 및 C 중 적어도 하나"; "A, B 및 C 중 하나 이상"; 및 "A, B 및/또는 C"라는 문구는 각각 "A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B 함께, A 및 C 함께, B 및 C 함께, 또는 A 및 B 및 C 함께"를 의미하도록 의도된다. 위에서 그리고 청구범위에서 "-에 기초한"이라는 용어의 사용은, 언급되지 않은 특징 또는 요소가 또한 허용될 수 있도록, "적어도 부분적으로 -에 기초한"을 의미하는 것으로 의도된다.
"아래", "하부에, "하부", "위에", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 본 명세서에서 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 바와 같은 다른 요소(들) 또는 특징(들)에 대한 하나의 요소 또는 특징의 관계를 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 추가하여 사용 또는 작동시 장치의 상이한 배향을 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다. 예컨대, 도면의 장치가 반전된 경우, 다른 요소 또는 특징의 "아래" 또는 "밑에" 있는 것으로 기술된 요소는 이 경우 다른 요소 또는 특징의 "위에" 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위 및 아래의 배향 모두를 포함할 수 있다. 장치는 다른 방식으로 배향될 수 있고(90도 또는 다른 배향으로 회전될 수 있음), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어는 그에 따라 해석될 수 있다. 유사하게, "상향", "하향", "수직", "수평" 등과 같은 용어는, 특별히 다르게 표시되어 있지 않는 한, 설명의 목적으로만 본 명세서에서 사용된다.
"제1" 및 "제2"라는 용어가 본 명세서에서 다양한 특징/요소(단계를 포함)를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 특징/요소는, 문맥상 다른 것을 나타내지 않는 한, 이들 용어에 의해 제한되어서는 안 된다. 이들 용어는 하나의 특징/요소를 다른 특징/요소와 구별하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 특징/요소는 제2 특징/요소로 지칭될 수 있고, 유사하게, 이하에서 설명되는 제2 특징/요소는 본 명세서에서 제공되는 교시를 벗어나지 않고 제1 특징/요소로 지칭될 수 있다.
예들에서 사용된 것을 포함하여 명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같이 그리고 달리 명시적으로 특정되지 않는 한, 모든 숫자는, 용어가 명시적으로 나타나지 않더라도, "약" 또는 "대략"이라는 단어로 시작하는 것으로 읽혀질 수 있다. 기술된 값 및/또는 위치가 값 및/또는 위치의 합리적인 예상 범위 내에 있다는 것을 나타내기 위해 크기 및/또는 위치를 기술할 때 "약" 또는 "대략"이라는 문구가 사용될 수 있다. 예컨대, 수치 값은 명시된 값(또는 값의 범위)의 ± 0.1%, 명시된 값(또는 값의 범위)의 ± 1%, 명시된 값(또는 값의 범위)의 ± 2%, 명시된 값(또는 값의 범위)의 ± 5%, 명시된 값(또는 값의 범위)의 ± 10%, 등인 값을 가질 수 있다. 본 명세서에 주어진 임의의 수치 값은, 문맥상 달리 나타내지 않는 한, 그 값을 약 또는 대략 포함하는 것으로 또한 이해되어야 한다. 예컨대, 값 "10"이 개시되면, "약 10"도 또한 개시된다. 본 명세서에 인용된 임의의 수치 범위는 그 안에 포함된 모든 하위 범위를 포함하고자 의도된다. 또한, 당해 기술 분야의 당업자가 적절히 이해하는 바와 같이, 값이 개시될 때, "값보다 작거나 같은", "값보다 크거나 같은" 및 값들 사이의 가능한 범위가 또한 개시된다는 것을 이해할 수 있다. 예컨대, 값 "X"가 개시되면, "X보다 작거나 같은" 그리고 "X보다 크거나 같은"(예컨대, X는 수치 값임) 것도 또한 개시된다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐, 데이터는 상이한 포맷의 수치로 제공되며, 이 데이터는 끝점과 시작점을 나타내고, 데이터 포인트의 임의의 조합에 대한 범위를 나타낸다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 특정 데이터 포인트 "10" 및 특정 데이터 포인트 "15"가 개시되어 있는 경우, 10 및 15보다 큰, 크거나 같은, 작은, 작거나 같은, 및 같은 뿐만 아니라 10과 15 사이도 또한 개시된 것으로 간주된다는 것을 이해해야 한다. 2개의 특정 유닛들 사이의 각각의 유닛이 또한 개시된다는 것을 또한 이해할 수 있다. 예컨대, 10 및 15가 개시되어 있다면, 11, 12, 13 및 14가 또한 개시된다.
다양한 예시적인 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 명세서의 교시를 벗어나지 않으면서 다양한 실시예에 대해 복수의 변경 중 임의의 것이 이루어질 수 있다. 예컨대, 다양한 설명된 방법 단계들이 수행되는 순서는 대안적인 실시예에서 종종 변경될 수 있고, 다른 대안적인 실시예에서는 하나 이상의 방법 단계가 모두 스킵될 수 있다. 다양한 장치 및 시스템 실시예의 선택적인 특징이 일부 실시예에 포함될 수 있고, 다른 실시예에는 포함되지 않을 수 없다. 따라서, 위에서 설명한 내용은 주로 예시적인 목적으로 제공되며, 청구항들의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에 설명된 주제의 하나 이상의 양태 또는 특징은 디지털 전자 회로, 집적 회로, 특별히 설계된 주문형 집적 회로(ASICs), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGAs) 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 이러한 다양한 양태 또는 특징은 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 장치 및 적어도 하나의 출력 장치로부터 데이터 및 명령어를 수신하고, 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 장치 및 적어도 하나의 출력 장치에 데이터 및 명령어를 전송하도록 결합된 특수 또는 범용일 수 있는 적어도 하나의 프로그래머블 프로세서를 포함하는 프로그래머블 시스템 상에서 실행 가능하고 및/또는 해석 가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램에서의 구현을 포함할 수 있다. 프로그래머블 시스템 또는 컴퓨팅 시스템은 클라이언트 및 서버를 포함할 수 있다. 클라이언트 및 서버는 일반적으로 서로 멀리 떨어져 있으며, 일반적으로 연통 네트워크를 통해 상호 작용한다. 클라이언트 및 서버의 관계는 각각의 컴퓨터 상에서 실행되고 서로 클라이언트-서버 관계를 갖는 컴퓨터 프로그램에 의해 발생한다.
프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 어플리케이션, 컴포넌트 또는 코드로도 지칭될 수 있는 이들 컴퓨터 프로그램들은 프로그래머블 프로세서에 대한 기계 명령어를 포함하며, 고급 절차 언어, 객체-지향 프로그래밍 언어, 기능 프로그래밍 언어, 논리 프로그래밍 언어 및/또는 어셈블리/기계 언어로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "기계 판독 가능 매체"라는 용어는 기계 판독 가능 신호로서 기계 명령어를 수신하는 기계 판독 가능 매체를 포함하여, 프로그래머블 프로세서에 기계 명령어 및/또는 데이터를 제공하는데 사용되는, 예를 들어 자기 디스크, 광 디스크, 메모리, 및 프로그래밍 가능한 논리 장치(PLDs)와 같은 임의의 컴퓨터 프로그램 제품, 장치 및/또는 디바이스를 지칭한다. "기계 판독 가능 신호"라는 용어는 기계 명령어 및/또는 데이터를 프로그래머블 프로세서에 제공하는데 사용되는 모든 신호를 지칭한다. 기계 판독 가능 매체는, 예를 들어 비-일시적 솔리드-스테이트 메모리 또는 자기 하드 드라이브 또는 임의의 등가의 저장 매체와 같이 비-일시적으로 그러한 기계 명령어를 저장할 수 있다. 기계 판독 가능 매체는 대안적으로 또는 추가적으로 예를 들어 프로세서 캐시 또는 하나 이상의 물리적 프로세서 코어와 관련된 다른 랜덤 액세스 메모리와 같이 일시적인 방식으로 그러한 기계 명령어를 저장할 수도 있다.
본 명세서에 포함된 예들 및 예시들은 본 주제가 실시될 수 있는 특정 실시예들을 제한이 아닌 예시로서 도시한다. 언급된 바와 같이, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 구조적 및 논리적 치환 및 변경이 이루어질 수 있도록, 다른 실시예들이 이용되고 그로부터 도출될 수 있다. 본 발명의 주제의 이러한 실시예들은 단지 편의상으로 그리고, 실제로 하나 초과가 개시되어 있는 경우, 본 발명의 범위를 임의의 단일의 발명 또는 발명적 개념으로 임의적으로 제한하도록 의도하지 않고 "발명"이라는 용어로 개별적으로 또는 집합적으로 본 명세서에서 언급될 수 있다. 따라서, 특정 실시예가 본 명세서에서 도시되고 설명되었지만, 동일한 목적을 달성하도록 계산된 임의의 배치가 도시된 특정 실시예들을 대체할 수도 있다. 이러한 개시는 다양한 실시예들의 임의의 및 모든 적응 또는 변형을 포함하도록 의도된다. 상기 실시예들의 조합 및 본 명세서에서 구체적으로 설명되지 않은 다른 실시예들은 상기 설명을 검토하면 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (28)

  1. 기화 디바이스용 카트리지로서,
    마우스피스;
    기화 가능 재료를 유지하도록 구성된 저장기;
    상기 기화 가능 재료의 적어도 일부분을 상기 저장기로부터 기화 영역으로 드로잉(draw)하도록 구성된 윅(wick) - 상기 윅은 복수의 열전도성 스트랜드를 포함하는 열전도성 심지와, 상기 복수의 열전도성 스트랜드의 둘레를 둘러싸는 다공성 위킹(wicking) 재료를 포함하고, 상기 열전도성 심지는 상기 다공성 위킹 재료보다 열전도성이 더 강함 - ; 및
    상기 기화 영역 근처에 배치되고 상기 저장기로부터 드로잉된 상기 기화 가능 재료의 적어도 일부분을 가열하도록 구성된 가열 요소
    를 포함하는 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 윅의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 상기 다공성 위킹 재료는 상기 복수의 열전도성 스트랜드를 상기 가열 요소로부터 전기적으로 절연시키는 것인 카트리지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 윅은 상기 복수의 열전도성 스트랜드의 전역에 산재된 복수의 보이드(void)를 더 포함하는 것인 카트리지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 열전도성 스트랜드는 복수의 그룹의 열전도성 스트랜드로 배치되고, 상기 복수의 보이드 중 하나 이상은 상기 복수의 그룹의 열전도성 스트랜드 중 이웃하는 열전도성 스트랜드의 그룹들 사이에 배치되는 것인 카트리지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 윅은 상기 윅의 총 부피의 적어도 5%의 보이드 부피를 포함하는 것인 카트리지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 열전도성 스트랜드 중의 하나 이상의 적어도 일부분은 상기 다공성 위킹 재료의 적어도 하나의 외부 에지를 넘어 상기 저장기 내로 연장되는 것인 카트리지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 열전도성 스트랜드 중의 하나 이상의 각각의 일부분은, 상기 저장기 내의 기화 가능 재료의 적어도 일부분을 가열하고 그 유동성을 증가시키도록 구성되어 있는 것인 카트리지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 윅은 상기 다공성 위킹 재료와 상기 열전도성 심지를 반경 방향으로 둘러싸는 슬리브를 더 포함하는 것인 카트리지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 열전도성 스트랜드 중의 하나 이상은 상기 윅의 하나 이상의 단부에서 노출되는 것인 카트리지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소가 활성화될 때, 상기 윅에 의해 상기 기화 영역 내로 드로잉된 상기 기화 가능 재료가 공기의 흐름 내로 기화되도록, 상기 윅 위로 상기 공기의 흐름을 지향시키도록 구성되는 공기 입구 통로를 더 포함하는 카트리지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 마우스피스는 상기 카트리지의 본체의 제1 단부에 배치되고, 상기 가열 요소는 상기 본체의 제2 단부에 배치되며, 상기 제2 단부는 상기 제1 단부의 반대편에 있는 것인 카트리지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 열전도성 심지에 연결되고 상기 열전도성 심지의 온도를 제어하도록 구성되는 제2 가열 요소를 더 포함하는 카트리지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 복수의 열전도성 스트랜드는, 상기 가열 요소에 의해 발생된 열로부터의 대류 또는 전도 중의 하나 이상에 의하여 가열되도록 구성되어 있는 것인 카트리지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 복수의 열전도성 스트랜드는, 상기 가열 요소의 기화 온도보다 낮은 온도로 가열되도록 구성되어 있는 것인 카트리지.
  15. 기화 디바이스로서,
    기화 가능 재료를 유지하도록 구성된 저장기;
    상기 기화 가능 재료의 적어도 일부분을 상기 저장기로부터 기화 영역으로 드로잉하도록 구성된 윅 - 상기 윅은 복수의 열전도성 스트랜드를 포함하는 열전도성 심지와, 상기 복수의 열전도성 스트랜드의 둘레를 둘러싸는 다공성 위킹 재료를 포함하며, 상기 열전도성 심지는 상기 다공성 위킹 재료보다 열전도성이 더 강함 - ; 및
    상기 기화 영역 근처에 배치된 가열 요소 - 상기 가열 요소는 상기 기화 가능 재료의 적어도 일부분을 에어로졸화하는 기화 온도로 가열되도록 구성됨 -
    를 포함하는 기화 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 열전도성 심지에 연결되어 있고 상기 열전도성 심지의 온도를 제어하도록 구성되어 있는 제2 가열 요소를 더 포함하는 기화 디바이스.
  17. 제15항에 있어서, 상기 윅은 상기 복수의 열전도성 스트랜드의 전역에 산재된 복수의 보이드를 더 포함하는 것인 기화 디바이스.
  18. 제15항에 있어서, 상기 복수의 열전도성 스트랜드 중의 하나 이상의 적어도 일부분은 상기 다공성 위킹 재료의 적어도 하나의 외부 에지를 넘어 상기 저장기 내로 연장되며, 상기 복수의 열전도성 스트랜드 중의 하나 이상의 각각의 일부분은, 상기 저장기 내의 기화 가능 재료의 적어도 일부분을 가열하고 그 유동성을 증가시키도록 구성되어 있는 것인 기화 디바이스.
  19. 제15항에 있어서, 상기 복수의 열전도성 스트랜드는, 상기 가열 요소에 의해 발생된 열로부터의 대류 또는 전도 중의 하나 이상에 의하여 가열되도록 구성되어 있는 것인 기화 디바이스.
  20. 제15항에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 윅의 적어도 일부분을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 상기 다공성 위킹 재료는 상기 복수의 열전도성 스트랜드를 상기 가열 요소로부터 전기적으로 절연시키는 것인 기화 디바이스.
  21. 제15항에 있어서, 상기 복수의 열전도성 스트랜드는, 상기 가열 요소의 기화 온도보다 낮은 온도로 가열되도록 구성되어 있는 것인 기화 디바이스.
  22. 기화 디바이스용 카트리지로서,
    마우스피스;
    기화 가능 재료를 유지하도록 구성된 저장기;
    상기 기화 가능 재료를 상기 저장기로부터 기화 영역으로 드로잉하도록 구성된 윅 - 상기 윅은 열전도성 심지와, 상기 열전도성 심지의 적어도 일부분을 둘러싸는 다공성 위킹 재료를 포함하고, 상기 열전도성 심지는 상기 다공성 위킹 재료보다 열전도성이 더 강함 - ;
    상기 기화 영역 근처에 배치되고 상기 저장기로부터 드로잉된 상기 기화 가능 재료를 가열하도록 구성된 제1 가열 요소; 및
    상기 열전도성 심지에 연결되고 상기 열전도성 심지의 온도를 제어하도록 구성되는 제2 가열 요소
    를 포함하는 카트리지.
  23. 제22항에 있어서, 상기 열전도성 심지는 열전도성 로드를 포함하는 것인 카트리지.
  24. 제22항에 있어서, 상기 열전도성 심지는 복수의 열전도성 스트랜드를 포함하는 것인 카트리지.
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  27. 삭제
  28. 삭제
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