KR102664544B1 - 펌프를 갖는 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

펌프를 갖는 에어로졸 발생 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에어로졸 발생 시스템에 관한 것으로, 에어로졸 발생 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 액체 저장부(3), 액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부로부터 가열 요소의 내부 통로에 전달하기 위해 구성된 마이크로 펌프(5) 및 내부 통로를 갖는 가열 요소(7)를 포함하는 증발기를 포함하고, 증발기는 내부 통로에서의 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 부분을 증발시키는 데 충분한 온도로 가열하기 위해 구성된다. 본 발명은 에어로졸 발생 시스템을 위한 카트리지에 추가로 관한 것이고, 카트리지는 에어로졸 발생 시스템의 액체 저장부를 포함한다. 본 발명은 또한 에어로졸 발생 방법에 관한 것이다.

Description

펌프를 갖는 에어로졸 발생 시스템
본 발명은 에어로졸 발생 시스템, 예컨대 핸드헬드 전동식 흡연 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 에어로졸 형성 기재가 액체이며 액체 저장부에 함유되는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
에어로졸 발생 시스템의 하나의 유형은 전기 작동식 흡연 시스템이다. 배터리 및 제어 전자 기기를 포함하는 장치부, 액체 저장부에 유지되는 에어로졸 형성 기재의 공급부를 포함하는 카트리지부, 및 전동식 증발기로 이루어진 핸드헬드 전동식 흡연 시스템이 공지되어 있다. 액체 저장부에 유지되는 에어로졸 형성 기재의 공급부와 증발기 둘 모두를 포함하는 카트리지는 때로는 "카토마이저(cartomiser)"로 지칭된다. 증발기는 통상적으로 액체 저장부에 유지되는 액체 에어로졸 형성 기재에 함침된 세장형 심지(elongate wick) 주위로 감긴 히터 와이어의 코일을 포함한다. 카트리지부는 통상적으로 에어로졸 형성 기재의 공급부 및 전동식 증발기뿐만 아니라, 사용 중에 사용자가 에어로졸을 마우스 속으로 흡인하기 위해 빨아들이는 마우스피스도 포함한다.
EP 0 957 959 B1은 공급원으로부터 액체 재료를 수용하기 위한 전기 작동식 에어로졸 발생기를 개시하고, 에어로졸 발생기는 개방 단부를 갖는 튜브를 통해 공급원으로부터 측정된 양에서 액체 재료를 펌핑하기 위한 펌프, 및 튜브를 둘러싸는 히터를 포함한다. 히터에 의해 액체 재료를 가열할 때, 휘발된 재료는 튜브의 개방 단부를 빠져나감으로써 팽창된다.
잔여물은 가열 시 생성된다. 모세관 튜브에서, 잔여물은 막힘을 야기할 수 있다. 이와 같은 효과는 액체 운송 특성을 변경할 수 있다. 더욱이, 액체 재료는 간접적으로 가열된다: 먼저 튜브 또는 모세관 심지가 가열되고, 이것은 결국 액체 재료를 가열한다. 그러므로, 열은 에너지 전달 공정 동안 손실될 수 있다.
관리가 용이한 액체 운송 시스템 및 감소된 전력 소모를 갖는 개선된 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 양태에 따라, 에어로졸 발생 시스템이 제공되고, 에어로졸 발생 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 액체 저장부, 개방 단부형 내부 통로를 정의하는 구조를 갖는 가열 요소를 포함하는 증발기, 및 액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부로부터 가열 요소의 내부 통로로 전달하기 위해 구성된 마이크로 펌프를 포함하고, 증발기는 내부 통로에서 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부에서 증발하는 데 충분한 온도로 가열하기 위해 구성된다.
액체 에어로졸 형성 기재의 결정된 양은 액체 저장부로부터 가열 요소의 내부 통로로 펌핑된다. 액체 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에 직접적으로 증착시킴으로써, 액체 에어로졸 형성 기재는 가열 요소에 도달할 때까지 액체 상태로 남아있을 수 있다. 그 결과, 잔여물의 생산은 액체 운송 동안 최소화될 수 있다. 이와 같은이와 같은 설계는 증발기 없는 카트리지의 생산을 허용할 수 있다. 개선된 액체 운송으로 인해, 배관 세그먼트 및 증발기는 일단 액체 저장부가 비어있으면 배치될 필요가 없을 수 있다. 액체를 흡인하기 위해 모세관 심지 또는 임의의 다른 수동 매질 대신에 펌프를 이용함으로써, 액체 에어로졸 형성 기재의 실제로 요구된 양만이 가열 요소로 운송될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들어 사용자에 의한 퍼프에 응답하여, 요구 시 펌핑될 수 있다.
마이크로 펌프는 가변 또는 일정한 지속기간의 간격 동안, 예를 들어 대략 0.5 내지 2초당 μl의 낮은 유량에서 액체 에어로졸 형성 기재의 주문형 전달을 허용할 수 있다. 마이크로 펌프는 액체 에어로졸 형성 기재의 적절한 양을 가열 요소로 전달하기 위해 조심스럽게 조율될 수 있다. 그 결과, 증착된 액체 에어로졸 형성 기재의 양은 펌프 사이클의 양으로부터 결정될 수 있다.
마이크로 펌프는 물에 비해 비교적 높은 점도를 특징으로 하는 액체 에어로졸 형성 기재를 펌핑하도록 구성될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재의 점도는 약 10 내지 500 mPa-s의 범위, 바람직하게 약 17 내지 86 mPa-s의 범위에 있을 수 있다.
마이크로 펌프는 단일 마이크로 펌프, 예를 들어 펌프 유입구, 펌프 배출구, 및 펌프 유입구와 펌프 배출구 사이의 펌프 챔버를 포함하는 단일 마이크로 펌프일 수 있다. 펌핑될 액체 에어로졸 형성 기재는 펌프 유입구에서 이용 가능하다. 단일 마이크로 펌프는 펌프 유입구 및 펌프 배출구 각각에서 수동 체크 밸브와 조합하여 압전 진동판에 기초할 수 있다. 막 상에 장착된 압전 세라믹은 전압을 인가할 때 변형될 수 있다. 결과적인 하향 스트로크는 액체 에어로졸 형성 기재가 펌프 챔버로부터 변위되도록 야기한다. 체크 밸브는, 예를 들어 카트리지로의 사용량 사이의 역류에 대해 보장할 수 있다. 펌프는 펌프를 통해 유입구로부터 배출구로의 흐름 방향을 제어한다. 압전 세라믹에 인가된 전압이 감소할 때, 대응하는 압전 변형은 막의 상향 스트로크를 야기한다. 액체 에어로졸 형성 기재는 펌프 유입구로부터 빨아들이고, 펌프 챔버를 충진한다. 단일 마이크로 펌프는 초당 최대 수백의 이와 같은 펌프 사이클, 예를 들어 초당 최대 100 펌프 사이클, 초당 200 펌프 사이클, 초당 300 펌프 사이클, 초당 400 펌프 사이클, 또는 초당 500 펌프 사이클을 수행할 수 있다.
마이크로 펌프는 연속적으로 복수의 단일 마이크로 펌프를 포함하고, 여기서 단일 마이크로 펌프의 펌프 배출구는 하기의 단일 마이크로 펌프의 펌프 유입구에 연결된다. 바람직하게, 마이크로 펌프는 연속적으로 2개의 단일 마이크로 펌프를 포함한다. 일련의 단일 마이크로 펌프를 통해 액체의 적절한 흐름을 보장하기 위해, 압전 트랜스듀서는, 예를 들어 서로 뒤이어 순차적으로 동작될 수 있다. 2개의 단일 마이크로 펌프의 경우에, 제1 단일 마이크로 펌프에 대응하는 압전 트랜스듀서는 상향 및 햐향 스트로크를 수행하도록 작동되고, 그 후에 제2 단일 마이크로 펌프에 대응하는 압전 트랜스듀서는 상향 및 하향 스트로크를 수행하도록 작동된다. 복수의 단일 마이크로 펌프를 갖는 마이크로 펌프의 하나의 펌프 사이클은 서로 뒤이어 하나의 단일 마이크로 펌프의 압전 트랜스듀서의 작동을 요구할 수 있다.
유량을 조정할 때, 가열 요소에서 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 보다 많은 양을 증발하는 데 보다 많은 에너지가 요구될 수 있다. 그러므로, 증발기의 온도 설정은 액체 유량에 따라 조정될 수 있다.
가열 요소의 온도는 바람직하게 전기 회로에 의해 제어된다. 바람직하게, 전기 회로는 아래에 구체적으로 설명된 바와 같이, 예열 지속기간 파라미터, 유지 고 지속기간 파라미터, 유지 저 지속기간 파라미터, 및 유지 타임아웃 지속기간 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 가열 요소의 온도를 제어한다.
에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생이 전원이 켜져있을 때 예열 모드에 있을 수 있다. 전기 회로는 바람직하게 가열 요소가 미리 결정된 동작 온도에 도달할 때까지 가열 요소를 일정하게 가열한다. 동작 온도는 250°C일 수 있다. 예열 모드의 지속기간은 예열 지속기간 파라미터에 의해 제어될 수 있다. 바람직하게, 예열 지속기간 파라미터는 3000 내지 4000 ms 사이의 값으로 설정된다. 정상 상태 하에서, 에어로졸 발생 시스템은 예열 지속기간 내의 동작 온도에 도달할 수 있다. 일단 동작 온도에 도달하면, 마이크로 펌프는 에어로졸 발생 시스템을 사용할 준비가 되게 하기 위해 마이크로 펌프를 통해 액체 에어로졸 형성 기재의 양을 운송하기 위해 적어도 하나의 펌프 사이클 동안 활성화될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 그 후에 전기 회로가 퍼프를 검출할 때까지, 또는 유지 타임아웃 지속기간이 유지 타임아웃 지속기간 파라미터의 값에 의해 정의된 바와 같이 도달될 때까지 온도 유지 모드에 진입할 수 있다.
온도 유지 모드에서, 가열 펄스의 시퀀스는 가열 요소로 전송될 수 있고, 가열 요소는 유지 타임아웃에 도달할 때까지 동작 온도 미만의 보다 낮은 예열 온도를 유지하는 효과를 가질 수 있다. 보다 낮은 예열 온도는 150°C일 수 있다.
가열 펄스는, 예를 들어 고 및 저 신호의 시퀀스를 포함할 수 있고, 여기서 고 신호는 유지 고 지속기간 파라미터의 값에 대해 전력을 가열 요소에 인가하도록 유발하고, 여기서 저 신호는 유지 저 지속기간 파라미터의 값의 지속기간 동안 가열 요소에 인가된 전력을 턴 오프한다. 온도 유지 모드의 지속기간은, 에어로졸 발생 시스템이 냉각 모드에 진입하기 전에 유지 타임아웃 지속기간 파라미터의 값에 의해 제어될 수 있다.
이들 상이한 효과의 실질적인 효과는, 가열 요소가 규칙적인 퍼핑 동안 이미 고온일 때 퍼핑 시 감소된 레이턴시가 있지만, 에어로졸 발생 시스템이 턴 온 중이지만, 사용 중이 아닐 때 전력을 절약할 수 있다는 것이다. 입력이 퍼프 센서로부터 검출될 때, 가열 펄스의 시퀀스의 교류 신호는 가열 요소의 온도를 동작 온도로 다시 가져 오기 위해 일정한 신호로 대체될 수 있다.
일단 퍼프가 검출되었고, 가열 요소가 동작 온도에 도달하였으면, 전기 회로는 마이크로 펌프를 활성화하고, 퍼프의 지속기간 동안 액체 에어로졸 형성 기재를 가열 요소의 내부 통로에 전달하기 위한 결정된 유량으로 설정할 수 있다.
일단 퍼프가 중단되면, 에어로졸 발생 시스템은 온도 유지 모드로 복귀할 수 있다. 온도 유지 지속기간 동안 입력이 검출되지 않으면, 디바이스는 자동으로 냉각될 수 있고, 입력을 위해 대기할 수 있다.
마이크로 펌프와 가열 요소 둘 모두는 퍼프 검출 시스템에 의해 트리거링될 수 있다. 대안적으로, 마이크로 펌프 및 가열 요소는 온-오프 버튼을 누름으로써 트리거링될 수 있고, 퍼프의 지속기간 동안 유지될 수 있다.
바람직하게, 마이크로 펌프는 하나의 펌프 사이클을 수행할 시 액체 에어로졸 형성 기재의 결정된 양을 액체 저장부로부터 가열 요소의 내부 통로로 전달하도록 구성된다.
바람직하게, 에어로졸 발생 시스템은, 액체 에어로졸 형성 기재가 전달되는 챔버를 더 포함하고, 가열 요소는, 액체 에어로졸 형성 기재가 전달되는 것을 통해 마이크로 펌프 배출구의 챔버 하류 내부에 배열된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '상류', '하류', '근위', '원위', '전방', 및 '후방'은 사용자가 사용 동안에 에어로졸 발생 시스템 상에서 흡인하는 방향에 관하여 에어로졸 발생 시스템의 구성 요소의 상대적인 위치 또는 구성 요소의 부분을 설명하는 데 사용된다.
에어로졸 발생 시스템은 사용 시 에어로졸이 에어로졸 발생 시스템을 빠져나가고 사용자에게 전달되는 마우스 단부를 포함할 수 있다. 또한 마우스 단부는 근위 단부으로 지칭될 수 있다. 사용 시, 에어로졸 발생 시스템에 의해 발생된 에어로졸을 흡입하기 위해, 사용자는 에어로졸 발생 시스템의 근위 또는 마우스 단부로 흡인한다. 에어로졸 발생 시스템은 근위 또는 마우스 단부에 대향하는 원위 단부를 포함하고 있다. 에어로졸 발생 시스템의 근위 또는 마우스 단부는 또한 하류 단부로 지칭될 수 있고, 에어로졸 발생 시스템의 원위 단부는 또한 상류 단부로 지칭될 수 있다. 에어로졸 발생 시스템의 구성 요소, 또는 구성 요소의 부분은, 에어로졸 발생 시스템의 근위, 하류 또는 마우스 단부와 원위 또는 상류 단부 사이의 그들의 상대 위치에 기초하여 서로의 상류 또는 하류에 있는 것으로 설명될 수 있다.
바람직하게, 에어로졸 발생 시스템은, 액체 에어로졸 형성 기재가 마이크로 펌프로부터 증발기로 전달되는 배관 세그먼트를 더 포함한다. 배관 세그먼트는 액체 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에 직접 전달하도록 배열될 수 있다. 배관 세그먼트는 액체 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에서의 내부 통로의 개방 단부쪽으로 전달하도록 배열될 수 있다. 배관 세그먼트는 액체 저장부로부터 가열 요소에서의 내부 통로의 개방 단부쪽의 방향으로 연장될 수 있다. 증발기는 배관 세그먼트의 개방 단부의 하류에 배열될 수 있다. 증발기는 배관 세그먼트의 부분 주위로 연장될 수 있다.
또한 튜브로 지칭된 배관 세그먼트는 노즐일 수 있다. 배관 세그먼트는 임의의 적절한 재료, 예를 들어 유리, 실리콘, 금속, 예를 들어 스테인리스 스틸, 또는 플라스틱 재료, 예를 들어, PEEK를 포함할 수 있다. 튜브의 크기는 펌프 배출구의 크기에 매칭할 수 있다. 예를 들어, 튜브는 약 1 내지 2 mm의 직경을 가질 수 있지만, 다른 크기가 가능하다. 배관 세그먼트는 실리콘 배관을 통해 마이크로 펌프에 연결된 2 mm 모세관 노즐(예를 들어, 드러먼드로부터의 유리)일 수 있다. 바람직하게, 배관 세그먼트는 모세관 튜브를 포함한다. 모세관 튜브의 단면은 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 또는 액체를 운반하기 위한 임의의 적절한 형상일 수 있다. 모세관 튜브의 단면적의 적어도 폭 치수는 바람직하게, 한편으로 모세관력이 존재하도록 충분히 작게 선택될 수 있다. 동시에, 모세관 튜브의 단면적은 바람직하게 적절한 양의 액체 에어로졸 형성 기재가 가열 요소로 운반될 수 있도록 충분히 클 필요가 있다. 일반적으로, 모세관 튜브의 단면적은 몇몇 실시예에서 4 sqmm 미만, 1 sqmm 미만, 또는 0.5 sqmm 미만이다.
증발기는 길이 방향으로 배관 세그먼트로부터 연장되는 가열 코일을 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 코일일 수 있는 가열 요소는 배관 세그먼트의 부분 주위로 연장될 수 있다. 가열 요소는 배관 세그먼트를 가로질러서 장착될 수 있다. 가열 코일은 최대 3 mm, 바람직하게 최대 1 mm에 대해 배관 세그먼트의 개방 단부와 중첩할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 배관 세그먼트의 개방 단부와 가열 코일 사이에 거리가 있을 수 있다. 가열 코일의 길이는 2 mm 내지 9 mm, 바람직하게 3 mm 내지 6 mm일 수 있다. 가열 코일의 직경은, 가열 코일의 일 단부가 배관 세그먼트 주위에 장착될 수 있도록 선택될 수 있다. 가열 코일의 직경은 1 mm 내지 5 mm, 바람직하게 2 mm 내지 4 mm일 수 있다.
증발기는 길이 방향으로 배관 세그먼트로부터 연장되는 원뿔형 히터를 포함할 수 있다. 원뿔형 히터는 배관 세그먼트의 개방 단부와 중첩할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 배관 세그먼트의 개방 단부와 원뿔형 히터 사이에 0.1 mm 내지 2 mm, 바람직하게 0.1 mm 내지 1 mm의 거리가 있을 수 있다. 원뿔형 히터의 경사 높이는 2 mm 내지 7 mm, 바람직하게 2.5 mm 내지 5 mm일 수 있다. 단면도에서의 원뿔형 히터의 직경은, 일 단부로부터 다른 단부로의 경사 높이에 따를 때, 제1 직경으로부터 제2 직경으로 증가할 수 있다. 제1 직경은 0.1 mm 내지 2 mm, 바람직하게 0.1 mm 내지 1 mm일 수 있다. 제2 직경은 1.2 mm 내지 3 mm, 바람직하게 1.5 mm 내지 2 mm일 수 있다. 바람직하게, 원뿔형 히터는, 배관 세그먼트로부터 빠져나가는 액체 에어로졸 형성 기재가 제2 직경 이전에 제1 직경에서 원뿔형 히터를 통과하도록 배열된다. 원뿔형 히터의 제1 직경은, 원뿔형 히터의 일 단부가 배관 세그먼트 주위에 장착될 수 있도록 선택될 수 있다.
증발기는 고체 또는 메쉬 표면을 포함할 수 있다. 증발기는 메쉬 히터를 포함할 수 있다. 증발기는 필라멘트의 배열체를 포함할 수 있다.
증발기는 고체, 가요성, 다공성, 및 천공된 기재 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 가열 요소는, 예를 들어 장착된, 인쇄된, 증착된, 에칭된, 적층된 기재 중 적어도 하나가 될 수 있다. 기재는 중합체 또는 세라믹 기재일 수 있다.
바람직하게, 액체 저장부는 강성 용기와, 액체 저장부로부터 액체 에어로졸 형성 기재를 가열 요소의 내부 통로에 전달할 시 공기를 용기 내로 들어가도록 구성될 수 있는 단방향 밸브를 포함한다.
바람직하게, 액체 저장부는 액체 저장부로부터 액체 에어로졸 형성 기재를 가열 요소의 내부 통로에 전달할 시 액체 저장부의 용적을 감소시키도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 이동성 벽을 갖는 가요성 용기를 포함한다.
바람직하게, 액체 저장부는 액체 저장부를 액체 에어로졸 형성 기재로 재충진하기 위한 진동판을 포함한다.
바람직하게, 액체 저장부는 액체 저장부와 마이크로 펌프 사이에 배열된 단방향 밸브를 포함한다. 단방향 밸브는 액체 저장부로부터 마이크로 펌프의 유입구로의 액체 흐름을 제어할 수 있고, 일단 마이크로 펌프가 펌핑을 중단하면 액체 저장부로의 환류를 회피하거나 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 마이크로 펌프를 통해 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 유량은 초당 0.5 내지 2 μl 내에 있다.
바람직하게, 에어로졸 발생 시스템은 메인 유닛 및 카트리지를 포함하고, 카트리지는 메인 유닛에 제거 가능하게 커플링될 수 있고, 메인 유닛은 전력 공급부를 포함할 수 있고, 액체 저장부는 카트리지에 제공될 수 있고, 마이크로 펌프는 메인 유닛에 제공될 수 있다. 바람직하게, 메인 유닛은 증발기를 더 포함한다. 메인 유닛은 배관 세그먼트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템은 증발기 및 전원에 연결된 전기 회로를 더 포함할 수 있다. 전기 회로는 증발기의 전기 저항을 모니터링하고, 바람직하게 증발기의 전기 저항에 따라 증발기로의 전력 공급을 제어하도록 구성될 수도 있다.
전기 회로는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 갖는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 전기 회로는 추가적인 전자 부품을 포함할 수 있다. 전기 회로는 증발기로의 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전력은 시스템이 활성화된 후 증발기에 연속적으로 공급되거나 간헐적으로, 예컨대 퍼핑할 때마다(puff-by-puff basis) 공급될 수 있다. 전력은 전류의 펄스 형태로 증발기에 공급될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 유리하게는, 전력 공급부, 통상적으로는 배터리, 예를 들어 하우징의 본체 내에 포함한다. 전력 공급부는 커패시터와 같은 형태의 전하 저장 장치일 수 있다. 전력 공급부는 재충전을 요구할 수 있고 하나 이상의 흡연 경험을 위해 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수 있다; 예를 들면, 전력 공급부는 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 배수인 기간 동안 에어로졸의 연속적인 발생을 허용하기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 전력 공급부는 미리 결정된 퍼프 횟수 또는 히터 조립체의 개별 활성화를 가능하게 하는 충분한 용량을 가질 수 있다.
주변 공기가 에어로졸 발생 시스템에 진입하도록 하기 위해, 에어로졸 발생 시스템의 하우징의 벽, 바람직하게는 증발기와 대향하는 벽, 바람직하게는 하단 벽에는 적어도 하나의 반-개방(semi-open) 유입구가 제공된다. 반-개방 유입구는 바람직하게 공기가 에어로졸 발생 시스템에 진입하도록 하지만, 반-개방 유입구를 통해 공기 또는 액체가 에어로졸 발생 시스템을 떠나지 못하게 한다. 반-개방 유입구는, 일 방향으로는 공기에 대해서만 투과성이지만, 반대 방향으로는 기밀성 및 액밀성인, 예를 들어 반-투과성 막일 수 있다. 반-개방 유입구는, 또한, 예를 들어 단방향 밸브일 수 있다. 바람직하게는, 반-개방 유입구는 특정한 조건, 예를 들어 에어로졸 발생 시스템의 최소 함몰 또는 밸브나 막을 통과하는 공기의 용적이 충족되는 경우에만 공기가 유입구를 통과하도록 한다.
액체 에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 방출될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 가열 시에 액체 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는, 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 대안적으로 비-담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 균질화 식물계 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 전동식 흡연 시스템일 수 있다. 바람직하게, 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이다. 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 비교할만한 크기를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 약 30 mm 내지 약 150 mm의 총 길이를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 약 5 mm 내지 약 30 mm의 외부 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따라, 본 발명의 제1 양태에 따른 에어로졸 발생 시스템을 위한 카트리지가 제공되고, 카트리지는 액체 저장부를 포함한다. 액체 저장부는 마이크로 펌프의 유입구에 연결하도록 구성되는 배출구를 포함한다.
바람직하게, 카트리지는 액체 저장부의 배출구를 덮는 커버를 포함한다. 커버는 사용 이전에 카트리지를 보호할 수 있는 풀링형 스티커 또는 시일, 예를 들어 필름 시일일 수 있다. 커버는 카트리지를 메인 유닛에 삽입하기 전에 손으로 카트리지로부터 제거될 수 있다. 바람직하게, 커버는, 커버가 카트리지를 메인 유닛에 삽입할 시 자동으로 개방하도록 천공되거나 관통된다.
카트리지는, 일단 카트리지의 액체 저장부가 비어있거나 최소 용적 임계값 미만이면 새로운 카트리지로 대체될 1회용 물품일 수 있다. 바람직하게, 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재로 사전 로딩된다. 카트리지는 재충진 가능할 수 있다.
카트리지 및 그 구성 요소는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같은 열가소성 중합체로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 에어로졸 발생 방법이 제공되어 있고, 에어로졸 발생 방법은:
(ⅰ) 액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부에 저장하는 단계,
(ⅱ) 마이크로 펌프에 의해, 액체 저장부로부터 액체 에어로졸 형성 기재를 증발기의 가열 요소 내의 내부 통로에 전달하는 단계; 및
(ⅲ) 증발기에 의해, 내부 통로에서의 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 증발하는 데 충분한 온도로 가열하는 단계를 포함한다.
일 양태에 관하여 설명된 특징은 본 발명의 다른 양태에 동일하게 적용될 수 있다.
이제 본 발명의 구현예는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 설명될 것이며, 여기서:
도 1a는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 사시도 및 평면도이다;
도 1b는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템을 위한 배관 세그먼트 및 가열 코일의 평면도이다;
도 3a는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템을 위한 배관 세그먼트 및 원뿔형 히터의 평면도이다;
도 3b는 도 3a에 도시된 원뿔형 히터를 제조하기 위한 개략도이다;
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템을 위한 재충진 가능한 카트리지의 평면도이다;
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템을 위한 재충진 가능한 카트리지의 평면도이며;
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템을 위한 재충진 가능한 카트리지의 평면도이다.
도 1a 및 도 1b는 에어로졸 발생 시스템의 개략도이다. 에어로졸 발생 시스템은 메인 유닛과, 액체 저장부(3)를 갖는 재충진 가능한 또는 교환 가능한 카트리지를 포함한다. 메인 유닛은 본체(10) 및 마우스피스부(12)를 포함한다. 본체(10)는 전력 공급부(1), 예를 들어 리튬 철 인산염 배터리와 같은 배터리, 전기 회로(2), 카트리지를 유지하기 위한 공동, 유입구 및 배출구를 갖는 마이크로 펌프(5), 및 증발기(7)를 포함한다. 전기 연결기(8, 9)는 전기 회로(2), 전력 공급부(1), 및 증발기(7) 사이에 전기 연결을 제공하기 위해 본체(10)의 측면에 제공된다. 증발기(7)는 내부 통로를 정의하는 가열 코일이다. 배관 세그먼트(4)는 액체 저장부의 배출구를 마이크로 펌프의 유입구에 연결하도록 제공된다. 배관 세그먼트(6)는 마이크로 펌프(5)의 배출구로부터 증발기(7)의 가열 요소의 내부 통로로의 액체 에어로졸 형성 기재의 흐름을 유도한다. 배관 세그먼트(6)는 일직선이고, 액체 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에 직접 운송한다. 마우스피스부(12)는 복수의 공기 유입구(11) 및 배출구(13)를 포함한다. 사용 시, 사용자는 배출구(13)를 빨아들이거나 퍼핑하여 공기를 공기 유입구(11)로부터 마우스피스부(12)를 통해 배출구(13)로 흡인한 다음, 사용자의 입이나 폐로 흡인한다. 내부 배플은 공기가 마우스피스부(12)를 통해 흐르도록 강제하기 위해 제공된다. 증발기(7)는, 액체 에어로졸 형성 기재가 배관 세그먼트(6)를 빠져나간 후에 액체 에어로졸 형성 기재를 직접 가열하도록 구성된다.
카트리지는 본체(10) 내의 공동에 수용되도록 구성된다. 카트리지는 카트리지에 제공되어 있는 에어로졸 형성 기재가 고갈되는 경우 사용자에 의해 교체 가능해야 한다. 새로운 카트리지를 삽입할 때, 본체에서의 슬라이더는 공동을 노출하도록 이동될 수 있다. 새로운 카트리지는 노출된 공동에 삽입될 수 있다. 액체 저장부의 배출구는 마이크로 펌프(5)의 유입구에 연결하도록 구성된다. 메인 유닛은 휴대용이며, 종래의 엽궐련 또는 궐련에 비교할만한 크기를 갖는다.
도 2는 배관 세그먼트(6)의 개방 단부형 측면의 세부사항을 도시한다. 가열 코일(7A)은 배관 세그먼트(6)의 개방 단부형 측면 상에 장착되어, 가열 코일(7A)은 길이 방향으로 배관 세그먼트(6)로부터 연장된다. 액체 에어로졸 형성 기재는 배관 세그먼트(6)의 개방 단부에서 빠져나간다. 액체 에어로졸 형성 기재는 배관 세그먼트(6)를 코일(7A)의 내부 통로로 빠져나간다. 가열 코일(7A)은, 액체 에어로졸 형성 기재가 직접 가열되도록 액체의 흐름에 그리고 그 주위에 있다. 가열 코일(7A)은 길이(L), 직경(D), 및 배관 세그먼트(6)와의 중첩(O)을 갖는다.
도 3a는 배관 세그먼트(6)의 개방 단부형 측면의 세부사항을 도시한다. 원뿔형 히터(7B)는 배관 세그먼트(6)의 개방 단부형 측면 하류에 장착되어, 원뿔형 히터(7B)는 길이 방향으로 배관 세그먼트(6)로부터 연장된다. 액체 에어로졸 형성 기재는 배관 세그먼트(6)의 개방 단부에서 원뿔형 히터(7B)에 의해 정의된 내부 통로로 빠져나간다. 원뿔형 히터(7B)는, 액체 에어로졸 형성 기재가 직접 가열되도록 액체의 흐름에 그리고 그 주위에 있다. 원뿔형 히터(7B)의 원뿔 단부 측면과 배관 세그먼트(6) 사이에 거리(G)가 있다.
도 3b는 플랫 기재로부터 원뿔형 히터(7B)를 제조하는 개략도이다. 원뿔형 히터(7B)는 제1 반경(r)으로부터 제2 반경(R)으로 증가하는 반경을 갖는 경사 높이를 갖는다.
도 4는 에어로졸 발생 시스템을 위한 재충진 가능한 카트리지를 도시한다. 카트리지는 강성 용기로 이루어진 액체 저장부(3)를 포함한다. 용기는 배관 세그먼트(4)를 통해 마이크로 펌프의 유입구에 연결된 배출구를 포함한다. 공기는 액체를 펌핑할 시 단방향 밸브(18)를 통해 강성 용기에 진입하도록 허용된다. 진동판(19)은 카트리지를 재충진하기 위해 제공된다.
도 5는 에어로졸 발생 시스템을 위한 재충진 가능한 카트리지를 도시한다. 카트리지는 가요성 튜브로 이루어진 가요성 벽(20)을 갖는 강성 용기로 이루어진 액체 저장부(3)를 포함한다. 용기는 배관 세그먼트(4)를 통해 마이크로 펌프의 유입구에 연결된 배출구를 포함한다. 액체를 펌핑 시, 가요성 벽(20)은 붕괴된다. 진동판(19)은 카트리지를 재충진하기 위해 강성 용기에 제공된다.
도 6은 에어로졸 발생 시스템을 위한 재충진 가능한 카트리지를 도시한다. 카트리지는 가요성 튜브로 각각 만들어진 2개의 가요성 벽(21)을 갖는 강성 페이스플레이트(faceplate)로 이루어진 액체 저장부(3)를 포함한다. 용기는 배관 세그먼트(4)를 통해 마이크로 펌프의 유입구에 연결된 배출구를 포함한다. 액체를 펌핑할 시, 가요성 벽(21)은 붕괴된다. 진동판(19)은 카트리지를 재충진하기 위해 강성 페이스플레이트에 제공된다.
전술한 예시적인 구현예는 예시적이지만 제한적인 것은 아니다. 위에서 논의된 예시적인 구현예를 고려하면, 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예는 이제 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (17)

  1. 에어로졸 발생 시스템으로서, 상기 시스템은:
    액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 액체 저장부;
    개방 단부형 내부 통로를 정의하는 구조를 갖는 가열 요소를 포함하는 증발기;
    액체 에어로졸 형성 기재를 상기 액체 저장부로부터 상기 가열 요소의 상기 내부 통로에 전달하기 위해 구성된 마이크로 펌프; 및
    상기 액체 에어로졸 형성 기재가 마이크로 펌프로부터 증발기로 전달되는 배관 세그먼트를 포함하고;
    상기 가열 요소는 길이 방향으로 배관 세그먼트로부터 연장되는 원뿔형 가열 요소를 포함하며, 상기 증발기는 상기 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 증발시키기 위해 상기 내부 통로에서 상기 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위해 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 펌프는 하나의 펌프 사이클을 수행할 시 액체 에어로졸 형성 기재의 결정된 양을 상기 액체 저장부로부터 상기 가열 요소의 상기 내부 통로에 전달하도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시스템은, 상기 액체 에어로졸 형성 기재가 전달되는 챔버를 더 포함하고, 상기 가열 요소는, 상기 액체 에어로졸 형성 기재가 전달되는 상기 마이크로 펌프의 배출구의 하류에 있는 상기 챔버 내부에 배열되는, 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 증발기는, 상기 배관 세그먼트의 개방 단부의 하류에 배열되는, 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 배관 세그먼트는 모세관 튜브를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 증발기는 상기 배관 세그먼트의 부분 주위로 연장되는 가열 코일을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 증발기는 길이 방향으로 상기 배관 세그먼트로부터 연장되는 가열 코일을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 저장부는 강성 용기와, 액체 에어로졸 형성 기재를 상기 액체 저장부로부터 상기 가열 요소의 상기 내부 통로에 전달할 시 공기를 상기 용기 내로 들어가도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 저장부는, 액체 에어로졸 형성 기재를 상기 액체 저장부로부터 상기 가열 요소의 상기 내부 통로에 전달할 시 상기 액체 저장부의 용적을 감소시키도록 구성되는 적어도 하나의 이동성 벽을 갖는 가요성 용기를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 저장부는 상기 액체 저장부를 액체 에어로졸 형성 기재로 재충진하기 위한 진동판을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 저장부는 상기 액체 저장부와 상기 마이크로 펌프 사이에 배열된 단방향 밸브를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로 펌프를 통해 상기 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 유량은 초당 0.5 내지 2 μl인, 에어로졸 발생 시스템.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시스템은 메인 유닛과 카트리지를 포함하고, 상기 카트리지는 상기 메인 유닛에 제거 가능하도록 결합되고, 상기 메인 유닛은 전력 공급부를 포함하고, 상기 액체 저장부는 상기 카트리지 내에 제공되고, 상기 마이크로 펌프는 상기 메인 유닛에 제공되는, 에어로졸 발생 시스템.
  14. 제1항 또는 제2항에 따른 에어로졸 발생 시스템을 위한 카트리지로서, 상기 카트리지는 상기 에어로졸 발생 시스템의 상기 액체 저장부를 포함하는, 카트리지.
  15. 에어로졸을 발생시키는 방법으로서:
    액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부에 저장하는 단계;
    마이크로 펌프에 의해, 액체 에어로졸 형성 기재를 상기 액체 저장부로부터 배관 세그먼트를 통하여 증발기의 가열 요소 내의 내부 통로에 전달하고, 상기 가열 요소는 길이 방향으로 배관 세그먼트로부터 연장되는 원뿔형 가열 요소를 포함하는 단계; 및
    상기 증발기에 의해, 상기 내부 통로에서의 상기 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 상기 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 증발시키는 데 충분한 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 에어로졸을 발생시키는 방법.
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