KR102667961B1 - 모터를 갖는 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

모터를 갖는 에어로졸 발생 시스템 Download PDF

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KR102667961B1
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루이 누노 바티스타
벤 마주르
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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 에어로졸 발생 시스템에 관한 것으로, 에어로졸 발생 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 액체 저장부로서, 액체 저장부는 이동성 벽 및 배출구를 포함하는, 액체 저장부, 증착된 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 개방 단부형 내부 통로를 정의하는 구조를 갖는 가열 요소를 포함하는 증발기, 액체 저장부의 배출구로부터 가열 요소의 내부 통로로 액체 에어로졸 형성 기재를 전달하기 위해 구성된 펌프로서, 펌프는 마이크로 스테퍼 모터의 하나의 단계를 수행할 시 미리 결정된 양에 대해 회전하도록 구성되는 구동 샤프트를 갖는 마이크로 스테퍼 모터, 이동성 벽에 연결된 피스톤, 및 구동 샤프트를 피스톤에 연결하고 구동 샤프트의 회전을 피스톤의 축 방향 이동 및 이동성 벽의 대응하는 축 방향 이동으로 전환하도록 구성된 리드 나사를 포함하고, 증발기는 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 부분을 증발시키는 데 충분한 온도로 내부 통로에서의 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위해 구성되는, 펌프를 포함한다. 본 발명은 에어로졸 발생 시스템용 카트리지에 추가로 관련되고, 카트리지는 액체 저장부, 피스톤 및 리드 나사를 포함한다. 본 발명은 또한 에어로졸을 발생시키기 위한 방법에 추가로 관련된다.

Description

모터를 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 장치를 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 저장부로서, 액체 저장부는 이동성 벽 및 배출구를 포함하는, 액체 저장부, 개방 단부형 내부 통로를 정의하는 구조물을 갖는 가열 요소를 포함하는 증발기, 액체 저장부의 배출구로부터 가열 요소의 내부 통로로 액체 에어로졸 형성 기재를 전달하기 위해 구성된 펌프로서, 펌프는 마이크로 스테퍼 모터의 하나의 단계를 수행할 때 미리 결정된 양에 대해 회전하도록 구성되는 구동 샤프트를 갖는 마이크로 스테퍼 모터를 포함하는, 펌프, 이동성 벽에 연결된 피스톤, 및 구동 샤프트를 피스톤에 연결하고, 구동 샤프트의 회전을 피스톤의 축 방향 이동과 이동성 벽의 대응하는 축 방향 이동으로 전환하도록 구성된 리드 나사(lead screw)를 포함하고, 증발기는 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 부분을 증발시키는 데 충분한 온도로 내부 통로에서의 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 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, 소수의 잔여물은 액체 운송 동안 최소화될 수 있다. 이와 같은 디자인은 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 퍼프에 대한 요청에 응답하여, 요구 시 단지 펌프될 수 있다.
마이크로 스테퍼 모터 및 리드 나사에 의한 펌프의 구현은 종래의 마이크로 펌프 디자인와 비교하여 최소화를 허용할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재가 펌프를 절대 들어가고 나갈 수 없기 때문에, 펌프의 막힘 또는 프라이밍과 같은 다수의 잠재적인 고장 모드는 제거될 수 있다. 더욱이, 압전 마이크로 펌프 디자인과 비교하여, 마이크로 스테퍼 모터의 프로그래밍은 훨씬 덜 복잡할 수 있어서, 더 간단한 전자 회로가 요구될 수 있다.
마이크로 펌프 디자인과 대조적으로, 펌핑된 액체 에어로졸 형성 기재의 역류는, 예를 들어 마이크로 스테퍼 모터가 액체 에어로졸 형성 기재를 능동적으로 뒤로 끌어 당기기 위한 반전 모드로 동작하지 않으면 제거될 수 있다.
마이크로 스테퍼 모터는, 예를 들어 가변적 또는 일정한 지속기간의 간격 동안 초당 대략 0.5 내지 2 μl의 낮은 유량에 액체 에어로졸 형성 기재의 주문형 전달을 허용할 수 있다. 마이크로 스테퍼 모터는 액체 에어로졸 형성 기재의 적절한 양을 가열 요소에 전달하기 위해 결정된 마이크로 거리에 대해 피스톤을 정밀하게 작동하도록 조심스럽게 조율될 수 있다. 마이크로 스테퍼 모터에 의해 펌핑된 액체 에어로졸 형성 기재의 양은 피스톤의 이동이 회전 리드 나사의 피치에 기초하기 때문에 정밀하게 조정될 수 있다. 그 결과, 증착된 액체 에어로졸 형성 기재의 양은 마이크로 스테퍼 모터 펄스의 양으로부터 결정될 수 있다.
마이크로 스테퍼 모터 및 가열 요소 둘 모두가 퍼프 검출 시스템에 의해 트리거링될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로 스테퍼 모터 및 가열 요소는 퍼프의 지속기간 동안 유지된 온-오프 버튼을 누름으로써 트리거링될 수 있다.
마이크로 스테퍼 모터는 펄스당 1° 미만으로 스테핑할 수 있다. 1°의 회전, 0.75 mm의 나사산 상의 피치 및 6 mm2의 단면을 갖는 캡슐을 가정하면, 액체 에어로졸 형성 기재는 0.0125 mm3(0.0125 μl)의 증분으로 분배될 수 있다.
바람직하게, 액체 저장부는, 액체 저장부쪽으로 이동성 벽의 축 방향 이동이, 예를 들어 액체 저장부의 용적의 감소를 야기하여, 마이크로 스테퍼 모터의 하나의 단계를 수행할 시 액체 저장부의 배출구로부터 가열 요소의 내부 통로로 액체의 에어로졸 형성의 결정된 양을 전달한다.
바람직하게, 마이크로 스테퍼 모터는 역방향으로 단계를 수행하도록 추가로 구성되어, 액체 저장부의 용적을 증가시킨다. 퍼프 사이의 반전은 유리할 수 있는데, 운송 시스템에 위치된 액체 에어로졸 형성 기재가 액체 저장부로 다시 반전되기 때문이다.
바람직하게, 이동성 벽은, 예를 들어 액체 저장부에 액체 에어로졸 형성 기재를 함유하도록 구성되어, 마이크로 스테퍼 모터 및 피스톤은 액체 에어로졸 형성 기재와 접촉하지 않게 된다. 액체 저장부는 캡슐을 갖는 주사기를 포함할 수 있고, 액체 에어로졸 형성 기재는 이동성 벽에 의해 제한되는 캡슐의 용적 내에 저장된다. 캡슐은 원통형 형상을 가질 수 있다.
바람직하게, 액체 저장부는 마이크로 스테퍼 모터로부터 분리되어, 캡슐을 함유하는 제거 가능 및 스로우 어웨이 액체의 가능성을 갖는다. 이것은 액체 저장부 자체를 사용자가 재충진할 필요성을 근절시킨다.
바람직하게, 에어로졸 발생 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재가 전달되는 챔버를 더 포함하고, 가열 요소는 액체 저장부의 배출구의 하류에 있는 챔버 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 단부로 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. 예를 들어, 튜브는 약 1 내지 2 mm의 직경을 가질 수 있지만, 다른 크기가 가능하다. 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 바람직하게 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. 몇몇 실시예에서, 가열 요소는 배관 세그먼트에 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 일단부가 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 액체 저장부의 배출구에 연결된 단방향 밸브를 포함한다.
바람직하게, 액체 저장부의 배출구를 통해 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 유량은 초당 0.5 내지 2 μl 내에 있다.
바람직하게, 에어로졸 발생 시스템은 메인 유닛 및 메인 유닛에 제거 가능하게 커플링된 카트리지를 포함할 수 있으며, 여기서 메인 유닛은 전력 공급부를 포함하고, 액체 저장부는 카트리지에 제공되고, 마이크로 스테퍼 모터는 메인 유닛에 저장된다. 바람직하게, 메인 유닛은 증발기를 더 포함한다. 본체는 배관 세그먼트를 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템은 증발기 및 전원에 연결된 전기 회로를 더 포함할 수 있고, 상기 전기 회로는 증발기의 전기 저항을 모니터링하고, 증발기의 전기 저항에 따라 증발기로의 전력 공급을 제어하도록 구성된다.
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. 몇몇 실시예에서, 전력 공급부는 커패시터와 같은 다른 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. 몇몇 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. 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, 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 가열시에 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 시스템용 카트리지가 제공되고, 카트리지는 액체 저장부, 피스톤 및 리드 나사를 포함한다. 리드 나사는 마이크로 스테퍼 모터의 구동 샤프트를 수용하도록 구성되는 개구를 포함한다. 바람직하게, 액체 저장부의 배출구는 액체 에어로졸 형성 기재가 가열 요소의 증착 영역에 전달되는 배관 세그먼트를 수용하도록 구성된다.
바람직하게, 카트리지는 카트리지를 메인 유닛에 삽입하기 전에 액체 저장부의 이동성 벽, 피스톤 및 리드 나사 중 적어도 하나를 덮는 제1 커버를 포함한다. 제1 커버는 사용 이전에 카트리지를 보호하기 위해 풀링형 스티커 또는 시일, 예를 들어 필름 시일일 수 있어서, 이동성 벽은 본체에 삽입하기 전에 우연히 밀어 넣어질 수 없다. 제1 커버는 카트리지를 메인 유닛에 삽입하기 전에 손으로 카트리지로부터 제거될 수 있다. 바람직하게, 제1 커버는 카트리지를 메인 유닛에 삽입할 시 제1 커버가 자동으로 개방하도록 천공되거나 관통된다.
바람직하게, 카트리지는 카트리지를 메인 유닛에 삽입하기 전에 액체 저장부의 배출구를 덮는 제2 커버를 더 포함한다. 제2 커버는 사용 이전에 카트리지를 보호하기 위해 풀링형 스티커 또는 시일, 예를 들어 필름 시일일 수 있어서, 배출구는 카트리지를 메인 유닛에 삽입하기 전에 우연히 손상될 수 없다. 제2 커버는 카트리지를 메인 유닛에 삽입하기 전에 손으로 카트리지로부터 제거될 수 있다. 바람직하게, 제2 커버는 제2 커버가 카트리지를 메인 유닛에 삽입할 시 자동으로 개방하도록 천공되거나 관통된다.
카트리지는, 일단 카트리지의 액체 저장부가 비어있거나 최소 용적 임계값 아래에 있으면 새로운 카트리지로 대체될 일회용 물품일 수 있다. 바람직하게, 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재로 사전 로딩된다. 카트리지는 재충진 가능할 수 있다.
카트리지 및 리드 나사, 피스톤 및 이동성 벽을 포함하는 그 구성 요소는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같은 열가소성 중합체로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 에어로졸 발생 방법이 제공되어 있고, 이 방법은:
(ⅰ) 이동성 벽 및 배출구를 포함하는 액체 저장부에 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하는 단계,
(ⅱ) 액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부의 배출구로부터 증발기의 가열 요소에 의해 정의된 내부 통로로 전달하는 단계로서, 상기 전달 단계는 미리 결정된 양에 대해 마이크로 스테퍼 모터의 구동 샤프트를 회전하도록 하나의 단계를 수행하기 위해 마이크로 스테퍼 모터를 작동하는 단계를 포함하며, 리드 나사는 구동 샤프트에 연결되고, 리드 나사는 피스톤에 연결되고, 피스톤은 구동 샤프트의 회전을 피스톤의 축 방향 이동 및 이동성 벽의 대응하는 축 방향 이동으로 전환하도록 이동성 벽에 연결되는, 작동 단계, 및
(ⅲ) 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 부분을 증발시키하는 데 충분한 온도로 내부 통로에서 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 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 에어로졸 발생 시스템에 대한 일 실시예의 평면도이다;
도 1b는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 평면도이다;
도 1c는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 평면도이다;
도 1d는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 평면도이다;
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템을 위한 가열 코일 및 배관 세그먼트의 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 시스템의 개략도인 사시도이며;
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 개략도인 사시도 및 단면도이다.
도 1a는 구동 샤프트(14)를 갖는 마이크로 스테퍼 모터(12)를 구동하는 전기 회로(10)를 포함하는 에어로졸 발생 시스템을 도시한다. 구동 샤프트(14)는 전기 회로(10)의 전기 펄스에 응답하여 구동 샤프트(14)의 회전 운동을 축 방향 운동으로 전환하는 리드 나사(16)와 커플링된다. 리드 나사(16)는 캡슐(20)에서 이동성 벽(26)(도 1a에 미도시)을 이동하는 피스톤(18)에 연결된다. 마이크로 스테퍼 모터(12)를 구동하기 위해 전기 회로(10)의 펄스 상에서, 캡슐(20)에서의 이용 가능한 용적은 미리 결정된 양만큼 감소된다. 캡슐(20)은 액체 에어로졸 형성 기재로 충진된다. 펄스로부터 초래된 용적의 감소로 인해, 대응하는 양의 액체 에어로졸 형성 기재는, 액체 에어로졸 형성 기재가 제트(24A)를 통해 노즐을 떠나는 개방 단부형 노즐(22)로 흐른다. 제트(24A)는 액체 에어로졸 형성 기재의 에어로졸화를 야기한다.
도 1b, 도 1c, 및 도 1d는 일단 액체 에어로졸 형성 기재가 노즐(22)을 빠져나가면 액체 에어로졸 형성 기재의 상이한 취급을 갖는 에어로졸 발생 시스템을 도시한다.
도 1b의 구현예에서, 가열 코일(24B)은 노즐(22)을 빠져나가는 액체 에어로졸 형성 기재를 직접 가열하기 위해 노즐(22)의 하류에 배열된다.
도 1c의 구현예에서, 액체 침투성 구조를 갖는 플랫 히터(24C)는 노즐(22)을 빠져나가는 액체 에어로졸 형성 기재를 직접 가열하기 위해 노즐(22)의 하류에 배열된다.
도 1d의 구현예에서, 원뿔형 히터(24D)는 노즐(22)을 빠져나가는 액체 에어로졸 형성 기재를 직접 가열하기 위해 노즐(22)의 하류에 배열된다.
도 2는 노즐(22)의 개방 단부형 측면의 세부사항을 도시한다. 가열 코일(24B)은 노즐(22)의 개방 단부형 측면 상에 장착되어, 가열 코일(24B)은 길이 방향으로 노즐(22)로부터 연장된다. 액체 에어로졸 형성 기재는 노즐(22)의 개방 단부에서 빠져나간다. 가열 코일(24B)은 에어로졸 형성 기재가 노즐(22)에 의해 전달되는 개방 단부형 내부 통로를 정의한다. 가열 코일(24B)은 액체의 흐름에 및 그 주위에 있어서, 액체 에어로졸 형성 기재는 직접 가열된다. 가열 코일(24B)은 길이(L), 직경(D) 및 노즐(22)과의 중첩(O)을 갖는다.
도 3a는 노즐(22)의 개방 단부형 측면의 세부사항을 도시한다. 원뿔형 히터(24D)는 노즐(22)의 개방 단부형 측면 하류에 장착되어, 원뿔형 히터(24D)는 길이 방향으로 노즐(22)로부터 연장된다. 액체 에어로졸 형성 기재는 노즐(22)의 개방 단부에서 빠져나간다. 원뿔형 히터(24D)는 내부 통로를 정의하고, 액체의 흐름에 및 그 주위에 있어서, 액체 에어로졸 형성 기재는 직접 가열된다. 원뿔형 히터(24D)의 원뿔형 단부 측면과 노즐(22) 사이의 거리(G)가 있다.
도 3b는 플랫 기재로부터 원뿔형 히터(24D)를 제조하는 개략도이다. 원뿔형 히터(24D)는 제1 반경(r)으로부터 제2 반경(R)으로 증가하는 반경을 갖는 경사 높이(g)를 갖는다.
도 4는 배관 세그먼트(22) 하류의 가열 요소(24)를 갖는 사시도인 도 1b, 도 1c, 및 도1d의 에어로졸 발생 시스템을 도시한다.
도 5는 에어로졸 발생 시스템의 개략도이다. 에어로졸 발생 시스템은 메인 유닛(30) 및 별도 카트리지(40)를 포함한다. 메인 유닛(30)은 구동 샤프트(14)를 갖는 마이크로 스테퍼 모터(12)를 포함한다. 카트리지(40)는 액체 저장부를 나타내는 캡슐을 포함할 수 있다. 메인 유닛(30)은 액체 저장부로부터 증발기쪽으로 연장되는 배관 세그먼트(22)를 통해 액체 에어로졸 형성 기재를 수용하는 증발기(24) 및 배관 세그먼트(22)를 더 포함한다. 증발기(24)는 액체 에어로졸 형성 기재가 배관 세그먼트(22)를 빠져나간 후에 액체 에어로졸 형성 기재를 직접 가열하도록 구성된다.
더욱이, 카트리지(40)는 구동 샤프트(14)에 커플링된 리드 나사(16), 및 리드 나사(16)에 의해 축 방향으로 이동되는 피스톤(18)을 포함한다. 액체 저장부는 카트리지의 캡슐 내부에 나머지 구성 요소로부터 액체 저장부를 분리하는 이동성 벽(26)을 포함한다.
카트리지(40)는 메인 유닛(30) 내의 공동에 수용되도록 구성된다. 카트리지(40)는 카트리지(40)에 제공된 에어로졸 형성 기재가 고갈되는 경우 사용자에 의해 교체 가능해야 한다. 새로운 카트리지(40)를 삽입할 때, 메인 유닛(30)에서의 슬라이더는 공동을 노출하도록 이동될 수 있다. 새로운 카트리지(40)는 노출된 공동에 삽입될 수 있다. 카트리지(40)의 리드 나사(16)는 마이크로 스테퍼 모터(12)의 구동 샤프트(14)를 수용하기 위한 개구를 포함한다. 카트리지(40)의 캡슐은 배관 세그먼트(22)의 단부를 수용하기 위한 배출구를 포함한다.
메인 유닛(30)은 휴대용이며, 종래의 엽궐련 또는 궐련에 비교할만한 크기를 갖는다. 메인 유닛(30)은 본체 및 마우스피스부를 포함한다. 본체(30)는 전력 공급부, 예를 들어 리튬 철 인산염 배터리와 같은 배터리, 전자 회로(10), 및 공동을 포함한다. 전기 커넥터는 전기 회로(10)와 배터리 사이의 전기 연결을 제공하기 위해 본체의 측면에 제공된다. 마우스피스부는 복수의 공기 유입구 및 배출구를 포함한다. 사용 시, 사용자는 배출구로 빨아들이거나 퍼핑하여 공기를 공기 유입구로부터 마우스피스부를 통해 배출구로 흡인한 다음 사용자의 입이나 폐로 흡인한다. 내부 배플은 마우스피스부를 통해 흐르는 공기가 카트리지를 지나도록 강제한다.
전술한 예시적인 구현예는 예시적이지만 제한적인 것은 아니다. 위에서 논의된 예시적인 구현예를 고려하면, 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예는 이제 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (18)

  1. 에어로졸 발생 시스템으로서:
    액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 액체 저장부로서, 상기 액체 저장부는 이동성 벽 및 배출구를 포함하는, 액체 저장부;
    개방 단부형 내부 통로를 정의하는 구조를 갖는 가열 요소를 포함하는 증발기;
    상기 액체 저장부의 상기 배출구로부터 상기 가열 요소의 상기 내부 통로로 액체 에어로졸 형성 기재를 전달하기 위해 구성된 펌프로서, 상기 펌프는:
    마이크로 스테퍼 모터의 하나의 단계를 수행할 시 미리 결정된 양에 대해 회전하도록 구성되는 구동 샤프트를 갖는 마이크로 스테퍼 모터;
    상기 이동성 벽에 연결된 피스톤; 및
    상기 구동 샤프트의 회전을 상기 피스톤의 축 방향 이동 및 상기 이동성 벽의 대응하는 축 방향 이동으로 전환하도록 구성되고 상기 구동 샤프트를 상기 피스톤에 연결하는 리드 나사를 포함하는, 펌프를 포함하고,
    상기 증발기는 상기 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 부분을 증발시키하는 데 충분한 온도로 상기 내부 통로에서의 상기 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위해 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액체 저장부는, 상기 액체 저장부쪽의 상기 이동성 벽의 축 방향 이동이 상기 마이크로 스테퍼 모터의 하나의 단계를 수행할 시 결정된 양의 액체 에어로졸 형성 기재를 상기 액체 저장부의 상기 배출구로부터 상기 가열 요소의 상기 내부 통로로 전달하도록 상기 액체 저장부의 용적의 감소를 야기하는, 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로 스테퍼 모터는 역방향으로 단계를 수행하도록 추가로 구성되어, 이에 의해 상기 액체 저장부의 용적을 증가시키는, 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이동성 벽은 상기 액체 저장부에서 상기 액체 에어로졸 형성 기재를 함유하도록 구성되어, 상기 마이크로 스테퍼 모터 및 상기 피스톤은 상기 액체 에어로졸 형성 기재와 접촉하지 않는, 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시스템은 상기 액체 에어로졸 형성 기재가 전달되는 챔버를 더 포함하고, 상기 가열 요소는 상기 액체 저장부의 상기 배출구 하류의 상기 챔버 내부에 배열되는, 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 액체 에어로졸 형성 기재가 상기 액체 저장부로부터 상기 증발기로 전달되는 배관 세그먼트를 더 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 증발기는 상기 배관 세그먼트의 개방 단부의 하류에 배열되는, 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 배관 세그먼트는 모세관 튜브를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제6항 또는 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 증발기는 상기 배관 세그먼트 주위로 연장되는 가열 코일을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제6항 또는 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 증발기는 길이 방향으로 상기 배관 세그먼트로부터 연장되는 가열 코일을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제6항 또는 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 증발기는 길이 방향으로 상기 배관 세그먼트로부터 연장되는 원뿔형 히터를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 액체 저장부는 상기 액체 저장부의 상기 배출구에 연결된 단방향 밸브를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 액체 저장부의 상기 배출구를 통해 전달된 상기 액체 에어로졸 형성 기재의 유량은 초당 0.5 내지 2 μl 내인, 에어로졸 발생 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 메인 유닛과 카트리지를 포함하고, 상기 카트리지는 상기 메인 유닛에 제거 가능하도록 커플링되고, 상기 메인 유닛은 전력 공급부를 포함하고, 상기 액체 저장부는 상기 카트리지 내에 제공되고, 상기 마이크로 스테퍼 모터는 상기 메인 유닛 내에 제공되는, 에어로졸 발생 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 카트리지는 상기 액체 저장부, 상기 피스톤 및 상기 리드 나사를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 카트리지를 상기 메인 유닛에 삽입하기 전에 상기 액체 저장부의 상기 이동성 벽, 상기 피스톤 및 상기 리드 나사 중 적어도 하나를 덮는 제1 커버를 더 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 카트리지를 상기 메인 유닛에 삽입하기 전에 상기 액체 저장부의 상기 배출구를 덮는 제2 커버를 더 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  18. 에어로졸을 발생시키는 방법으로서:
    이동성 벽 및 배출구를 포함하는 액체 저장부에 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하는 단계;
    상기 액체 저장부의 상기 배출구로부터 증발기의 가열 요소에 의해 정의된 내부 통로로 액체 에어로졸 형성 기재를 전달하는 단계로서, 상기 전달하는 단계는 미리 결정된 양에 대해 마이크로 스테퍼 모터의 구동 샤프트를 회전하도록 하나의 단계를 수행하기 위해 마이크로 스테퍼 모터를 작동하는 단계를 포함하고, 리드 나사는 상기 구동 샤프트에 연결되고, 상기 리드 나사는 피스톤에 연결되고, 상기 피스톤은 상기 이동성 벽에 연결되어, 상기 구동 샤프트의 회전을 상기 피스톤의 축 방향 이동 및 상기 이동성 벽의 대응하는 축 방향 이동으로 전환하는, 단계; 및
    상기 전달된 액체 에어로졸 형성 기재의 적어도 부분을 증발시키는 데 충분한 온도로 상기 내부 통로에서의 상기 전달된 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하는 단계로서, 상기 내부 통로에서의 증착 영역은 상기 가열 요소의 표면을 포함하는, 단계;를 포함하는, 에어로졸을 발생시키는 방법.
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