KR20100135865A - 액체 저장 부분을 갖는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템 - Google Patents

액체 저장 부분을 갖는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템 Download PDF

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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

쉘과 교체가능한 마우스피스를 갖추어 이루어진 전기적으로 가열되는 흡연 시스템이 제공된다. 쉘은 전원 공급기와 전기 회로를 갖추어 이루어진다. 마우스피스는 액체 저장 부분 및 제 1 종단과 제 2 종단을 갖는 모세관 윅을 갖추어 이루어진다. 윅의 제 1 종단은 내부에 액체와의 접촉을 위한 액체 저장 부분으로 뻗어있다. 마우스피스는 또한 모세관 위의 제 2 종단을 가열하기 위한 가열 구성요소, 공기 출고, 및 모세관 윅의 제 2 종단과 공기 출구 사이의 에어로졸 평성 챔버를 갖추어 이루어진다. 쉘과 마우스피스가 맞물리는 때, 가열 구성요소는 뢰로를 매개로 전원 공급기와 전기적으로 연결되어 있고 회로는 사용자가 퍼프를 시작하는 때 적어도 하나의 가열 구성요소로 전류 펄스를 제공하기 위해 배열된다. 더욱이, 옥이를 위한 흐름 루트는 에어로졸 형성 챔버를 매개로 적어도 하나의 공기 입구로부터 공기 출구까지로 정의되고, 흐름 루트는 가열 구성요소와 모세관 윅의 제 2 종단 주위의 공기 흐름을 채널링한다. 사용 중에, 액체는 윅 내의 모세관 활동에 의해 액체 저장 부분으로부터 가열 구성요소를 향해 운송된다. 모세관 윅의 제 2 종단에서의 액체는 가열 구성요소에 의해 증발된다. 생성된 과포화 증기는 적어도 하나의 공기 입구로부터 에어로졸 형성 챔버로의 공기 흐름 내에서 혼합되고 운반된다. 에어로졸 형성 챔버 내에서, 증기는 에어로졸을 형성하기 위해 응축하고, 에어로졸은 사용자의 입으로 공기 출구를 향해 운반된다.

Description

액체 저장 부분을 갖는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템{AN ELECTRICALLY HEATED SMOKING SYSTEM HAVING A LIQUID STORAGE PORTION}
본 발명은 에어로졸-형성(aerosol-forming) 기판을 수용하기 위한 전기적으로 가열되는 흡연 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어로졸-형성 기판이 액체인 에어로졸-형성 기판을 수용하기 위한 전기적으로 가열되는 흡연 시스템에 관한 것이다.
수많은 종래 기술, 예컨대 US-A-5 060 671, US-A-5 388 594, US-A-5 505 214, US-A-5 591 368, WO-A-2004/043175, EP-A-0 358 002 및 WO-A-2007/131449는 여러 이점을 갖는 전기적으로 동작되는 흡연 시스템들을 개시하고 있다. 하나의 이점은 흡연자가 선택적으로 흡연을 멈추고 다시 시작하도록 허락하는 동안, 그것들이 담배 끝에서 나는 연기(sidestream smoke)를 현저하게 감소시킨다는 것이다.
P-A-0 295 122, EP-A-1 618 803 및 EP-A-1 736 065와 같은 종래 기술 문서는 에어로졸-형성 기판과 같은 액체를 사용하는 전기적인 흡연 시스템을 개시하고 있다. 액체는 하우징 내에 수용가능한 카트리지 내에 포함될 수 있다. 배터리와 같은 전원 공급원은 흡연자에게 제공되는 에어로졸을 형성하기 위해, 퍼프(puff)하는 동안 액체 기판을 가열시키기 위한 히터와 연결되어 제공된다.
본 발명의 첫 번째 양상에 따르면, 쉘(shell) 및 교체가능한 마우스피스(mouthpiece)를 갖추어 이루어지고, 쉘은 전원 공급기 및 전기회로를 포함하며; 마우스피스는 액체 저장 부분, 제 1 종단과 제 2 종단을 갖는 모세관 윅(capillary wick), 모세관 윅의 제 2 종단을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 구성요소, 공기 출구(outlet), 및 모세관 윅의 제 2 종단과 공기 출구 사이의 에어로졸 형성 챔버(chamber)를 포함하고, 제 1 종단은 그 안에 액체와 접촉하기 위한 액체 저장 부분으로 뻗어있으며, 여기서, 쉘과 마우스피스가 맞물려 있을 때, 적어도 하나의 가열 구성요소는 회로를 매개로 전원 공급기와 전기적으로 연결되어 있고, 회로는 사용자가 퍼프를 시작하는 때 적어도 하나의 가열 구성요소로 전류 펄스(pulse)를 제공하기 위해 배열되며, 공기를 위한 흐름 루트(flow route)는 에어로졸 형성 챔버를 매개로 적어도 하나의 공기 입구(inlet)로부터 공기 출구까지로 정의되고, 흐름 루트는 가열 구성요소와 모세관 윅의 제 2 종단 주위의 공기 흐름을 채널링(channelling)하는, 전기적으로 가열되는 흡연 시스템이 제공된다.
적어도 하나의 공기 입구는 쉘 내에 또는 마우스피스 내에 제공될 수 있다. 사용 중에, 액체는 모세관 윅 내의 모세관 활동에 의해 액체 저장 부분으로부터 가열 구성요소 쪽으로 이동된다. 가열 구성요소가 활성화되는 때, 모세관 윅의 제 2 종단에서의 액체는 과포화된 증기를 형성하기 위해 가열 구성요소에 의해 증발된다. 과포화된 증기는 적어도 하나의 공기 입구로부터 에어로졸 형성 챔버로의 공기 흐름 내에서 혼합되고 운반된다. 에어로졸 형성 챔버 내에서, 증기는 에어로졸을 형성하기 위해 응축하고, 에어로졸은 공기 출구를 향해 사람의 입으로 운반된다.
본 발명에 따른 전기적으로 가열되는 흡연 시스템은 여러 이점을 제공한다. 첫 번째로, 교체가능한 마우스피스가 적어도 하나의 가열 구성요소, 액체 저장 부분 및 윅을 포함하기 때문에, 잠재적으로 액체와 접촉하는 모든 구성요소들은 마우스피스가 교체되는 때 변화된다. 예컨대, 다른 액체를 사용하는 것과 같이 서로 다른 마우스피스들 사이의 쉘 내에서는 어떠한 상호오염도 일어나지 않는다. 더욱이, 액체 저장 부분 내의 액체는 산소로부터 보호되고(산소는 일반적으로 모세관 윅을 매개로 액체 저장 부분으로 출입할 수 없기 때문에), 소정 실시예에 있어서는 액체 손실의 위험이 현저하게 감소되도록 빛으로부터 보호된다. 따라서, 높은 수준의 위생이 유지될 수 있다. 두 번째로, 마우스피스 구조는 액체 저장 부분으로부터 누수의 위험이 낮음을 의미하고, 이러한 액체 저장 부분은 종래 기술의 전기적으로 가열되는 흡연 시스템의 다수에 해당하는 경우는 아니라는 것을 의미한다. 이는 액체의 소모를 방지하고, 또한 인증되지 않은 사용자가 마우스피스를 제거함으로써 액체에 접근하는 것을 어렵게 한다. 또한, 마우스피스가 적절한 간격으로 교체된다면, 가열 구성요소가 액체로 인해 악화될 가능성을 낮게 만든다. 세 번째로, 사용자가 퍼프를 시작할 때 회로가 전류 펄스를 제공하고 공기가 가열 구성요소와 모세관 윅의 제 2 종단 주위로 채널링되기 때문에, 에어로졸화가 최적화된다. 마지막으로, 액체와 가열 구성요소 사이에서 뻗어있는 모세관 윅을 사용하는 것은 마우스피스의 구조가 상대적으로 단순하도록 허용한다. 바람직하게는, 시스템 내에 단 하나의 모세관 메카니즘이 존재한다.
적어도 하나의 가열 구성요소는 단 하나의 가열 구성요소를 갖추어 이루어질 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 가열 구성요소는 예컨대, 두 개의, 세 개의, 네 개의, 다섯 개의, 여섯 개의 또는 그 이상의 가열 구성요소들과 같은 하나 이상의 가열 구성요소들을 갖추어 이루어질 수 있다. 가열 구성요소 또는 가열 구성요소들은 모세관 윅의 제 2 종단에서 액체를 가장 효율적으로 증발시키기 위해 적절히 배열될 수 있다.
적어도 하나의 가열 구성요소는 바람직하게는 전기적으로 저항 재료를 갖추어 이루어진다. 적합한 전기적으로 저항 재료들은 도핑된 세라믹들, (예컨대 이규화 몰디브덴(molybdenum disilicide)과 같은) 전기적으로 "도전성" 세라믹들, 탄소, 흑연(graphite), 금속, 금속 합금 및 세라믹 재료와 금속 재료로 이루어진 합성 재료와 같은 반도체들을 포함하나 이에 국한되지는 않는다. 이러한 합성 재료들은 도핑되거나 도핑되지 않은 세라믹들을 포함할 수 있다. 적합한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 포함한다. 적합한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄(zirconium), 탄탈륨(tantalum) 및 백금 그룹으로부터의 금속을 포함한다. 적합한 금속 합금의 예는 스테인리스 스틸, 니켈-, 코발트-, 크로뮴-(chromium-), 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-(hafnium-), 니오븀-(niobium)-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 틴-(tin-), 갈륨-, 망간-(manganese-) 및 철-포함 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 스틸, Timetal 및 철-망간-알루미늄 기초 합금에 기초한 초합금을 포함한다. 합성 재료에 있어서, 전기적으로 저항 재료는 선택적으로 에너지 변화의 동역학 및 요구되는 외부 물리화학적 특성에 의존하여 절연 재료 내에 매입, 캡슐화 또는 코팅될 수 있고 또는 그와 반대로 될 수 있다. 적합한 합성 가열 구성요소의 예들은 US-A-5 498 855, WO-A-03/095688 및 US-A-5 514 630에 개시되어 있다.
적어도 하나의 가열 구성요소는 어떤 적합한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 적어도 하나의 가열 구성요소는 US-A-5 388 594, US-A-5 591 368 및 US-A-5 505 214에 개시된 것과 같은 가열 블레이드(blade)의 형태를 취할 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 가열 구성요소는 EP-A-1 128 741에 설명된 바와 같이, 서로 다른 전기-도전 부분을 갖는 기판 또는 상자(casing)의 형태를 취할 수 있고, 또는 WO-A-2007/066374에 설명된 바와 같이, 전기적으로 저항 금속 튜브의 형태를 취할 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 가열 구성요소는 디스크 (엔드(end)) 히터 또는 가열 바늘 또는 가늠자(rods)를 갖는 디스크 히터의 조합일 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 가열 구성요소는 비활성 재료의 두 개의 층 사이에서 절연된 금속 에칭된 호일(foil)의 형태를 취할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 비활성 재료는 캡톤(Kapton), 올-폴리이미드(all-polyimide) 또는 마이카(mica) 호일일 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 가열 구성요소는 모세관 윅의 제 2 종단 주위를 회전할 수 있는 재료의 시트(sheet)의 형태를 취할 수 있다. 시트는 철-알루미늄 기초 합금, 철-망간-알루미늄 기초 합금 또는 Timetal과 같은 어떤 적합한 재료로 이루어질 수 있다. 시트는 형태로는 직사각형일 수 있고, 또는 모세관 윅의 제 2 종단 주위를 회전할 때, 코일-같은 구조를 형성할 수 있는 패터닝된 모양을 가질 수 있다. 다른 대체수단들은 예컨대, 니켈-크롬, 백금, 텅스텐 또는 EP-A-1 736 065에 설명된 것과 같은 합금 와이어(wire), 또는 가열 판(plate)과 같은 가열 와이어 또는 필라멘트를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 가열 구성요소는 모세관 윅의 제 2 종단을 에워싸는 와이어의 코일을 포함한다. 이러한 실시예에 있어서, 바람직하게는 와이어는 금속 와이어이다. 좀 더 바람직하게는, 와이어는 금속 합금 와이어이다. 가열 구성요소는 전부 또는 부분적으로 모세관 윅의 제 2 종단을 에워쌀 수 있다.
적어도 하나의 가열 구성요소는 전도에 의해 모세관 윅의 제 2 종단에서 액체를 가열할 수 있다. 가열 구성요소는 윅의 제 2 종단과 적어도 부분적으로 접촉하고 있을 수 있다. 선택적으로, 가열 구성요소로부터의 열은 열 전도 구성요소에 의해 액체로 전도될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 가열 구성요소는 사용중에 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 통해 끌어 당겨지는 흡입 순환 공기로 열을 전달할 수 있고, 차례로 대류에 의해 액체를 가열한다. 순환 공기는 시스템을 통과하기 전에 가열될 수 있다. 선택적으로, 순환 공기는 WO-A-2007/078273에 설명된 바와 같이, 먼저 윅의 제 2 종단을 통해 끌어 당겨질 수 있고 그리고나서 가열될 수 있다.
바람직하게는, 전기 회로는 퍼프를 취하는 사용자를 나타내는 공기 흐름을 감지하기 위해 센서를 갖추어 이루어진다. 센서는 전기-기계적 장치일 수 있다. 선택적으로, 센서는 기계적 장치, 광학 장치, 광학-기계적 장치 및 MEMS(micro electro mechanical systems) 기초 센서 중 어느 것일 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 바람직하게는, 전기 회로는 센서가 퍼프를 취하는 사용자를 감지할 때 적어도 하나의 가열 구성요소로 전류 펄스를 제공하기 위해 배열된다. 바람직하게는, 전류 펄스의 시간-주기는 증발되기를 원하는 액체의 양에 의존하여 미리 설정된다. 전기 회로는 바람직하게는 이러한 목적을 위해 프로그래밍될(programmable) 수 있다.
선택적으로, 전기 회로는 사용자가 퍼프를 시작하도록 수동으로 동작가능한 스위치를 갖추어 이루어질 수 있다. 전류 펄스의 시간-주기는 증발되기를 원하는 액체의 양에 의존하여 미리 설정된다. 전기 회로는 바람직하게는 이러한 목적을 위해 프로그래밍될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 공기 입구는 쉘 내에 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 공기 입구는 마우스피스 내에 있을 수 있다. 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 공기 입구는 두 개의 공기 입구들을 갖추어 이루어진다. 선택적으로, 세 개의, 네 개의, 다섯 개의 또는 그 이상의 공기 입구들이 있을 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 공기 입구가 있을 경우, 공기 입구들은 쉘 주위 또는 마우스피스 주위에 공간지워져 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 전기 회로는 사용자가 퍼프를 취하는 것을 나타내는 공기 흐름을 감지하기 위해 센서를 갖추어 이루어지고, 적어도 하나의 입구는 쉘 내에, 센서의 위쪽에 있다. 공기 입구들은 적절하게 위치됨에 따라 공기에 대한 흐름 루트는 에어로졸화를 최적화하기 위해, 모세관 윅의 제 2 종단과 가열 구성요소 주위의 공기 흐름을 채널링한다.
바람직하게는, 전원 공급기는 쉘 내에 포함된 셀(cell)을 갖추어 이루어진다. 전원 공급기는 예컨대 리튬-이온 중합체 배터리와 같이, 리튬-이온 배터리 또는 그것의 변형 중 하나일 수 있다. 선택적으로, 전원 공급기는 니켈-금속 하이드라이드(hydride) 배터리 또는 니켈 카드뮴 배터리 또는 연료 셀일 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 바람직하게는, 전기적으로 가열되는 흡연 시스템은 전원 셀 내의 에너지가 소진될 때까지 흡연자에 의해 사용가능하다.
선택적으로, 전원 공급기는 외부 충전 부분에 의해 충전가능한 회로를 갖추어 이루어질 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 바람직하게는 충전될 때, 회로는 소정 수의 퍼프를 위한 전원을 공급하고, 퍼프 이후에 회로는 외부 충전 부분으로 다시 연결되어야 한다. 적합한 회로의 예는 하나 이상의 커패시터 또는 충전가능한 배터리들이다.
바람직하게는, 쉘은 가열 구성요소가 활성화되는 때를 지시하기 위한 퍼프 지시기를 더 포함한다. 전기 회로가 퍼프를 취하는 사용자를 나타내는 공기 흐름을 감지하기 위해 센서를 포함하는 실시예에 있어서, 지시기는 센서가 퍼프를 취하는 사용자를 나타내는 공기 흐름을 감지할 때 활성화될 수 있다. 전기회로가 수동으로 동작가능한 스위치를 포함하는 실시예에 있어서, 지시기는 스위치에 의해 활성화될 수 있다.
바람직하게는, 쉘과 마우스피스는 사용되는 때 배출할 수 있게 서로 얽혀지도록 배열된다.
바람직하게는, 액체 저장 부분은 리필이 가능하지(refillable) 않다. 따라서, 액체 저장 부분 내의 액체가 전부 소진되었을 때, 전체 마우스피스가 교체된다. 선택적으로, 액체 저장 부분은 리필이 가능하다. 이러한 경우에 있어서, 마우스피스는 소정 수의 액체 저장 부분의 리필 이후에 교체될 수 있다. 바람직하게는, 액체 저장 부분은 소정 수의 퍼프를 위한 액체를 붙들고 있도록 배열된다.
액체는 액체가 모세관 활동에 의해 모세관 위쪽을 통해 운송되어지도록 허용하는, 점성을 포함하는, 물리적 특성을 갖는다. 액체는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템 내에서 사용하는데 적합한 끓는 점을 갖는다. 끓는 점이 너무 높으면, 가열 구성요소는 모세관 윅의 제 2 종단에서 액체를 증발시킬 수 없고, 끓는 점이 너무 낮은면, 액체는 활성화되는 가열 구성요소 없이 증발시킬 수 있다. 액체는 바람직하게는 가열 중에 액체로부터 배출되는 휘발성 담배향 화합물을 포함하는 담배-포함 재료를 갖추어 이루어진다. 선택적으로, 또는 추가적으로, 액체는 비-담배 재료를 갖추어 이루어질 수 있다. 액체는 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물 및 자연 또는 인공 향신료를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 액체는 에어로졸 형성기를 더 포함한다. 적합한 에어로졸 형성기의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다. 잠재적으로 적합한 에어로졸 형성기의 추가적인 예는 EP-A-0 277 519 및 US-A-5 396 911에 설명되어 있다.
액체 저장 부분은 바람직하게는 컨테이너이다. 예컨대, 컨테이너는 EP-A-0 893 071에 설명된 것과 같은 컨테이너일 수 있다. 바람직하게는, 액체 저장 부분은 전기적으로 가열되는 흡연 시스템 내에서 단지 단일 모세관 메카니즘(모세관 윅)이 존재하도록 어떤 투과성의 재료를 포함하지 않는다. 이것이 마우스피스의 구조를 단순하게 유지시켜주고 전체 시스템을 낮은 유지비로 유지시킨다. 바람직하게는, 컨테이너는 불투명하고, 따라서 빛에 의해 액체의 손실이 제한된다.
전기적으로 가열되는 흡연 시스템은 적어도 하나의 가열 구성요소를 포함하는 분무기를 더 포함할 수 있다. 가열 구성요소에 덧붙여, 분무기는 압전(piezoelctric) 구성요소와 같은 하나 이상의 전기기계적 구성요소를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 분무기는 또한 정전기적, 전자기적 또는 공기식의 효과를 사용하는 구성요소를 포함할 수 있다.
모세관 윅은 섬유질 또는 스펀지(spongy) 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 모세관 윅은 복수의 섬유 또는 흡연 시스템의 길이 방향 내에서 일반적으로 정렬되는 스레드(threads), 또는 흡연 시스템의 길이 방향을 따라 가늠자 모양으로 형성되는 스펀지-같은(spongy-like) 재료를 포함할 수 있다. 윅의 구조는 모세관 활동에 의해 복수의 작은 보어(bores) 또는 액체가 액체 저장 부분으로부터 가열 구성요소로 운송될 수 있는 튜브를 형성한다. 모세관 윅은 어느 적합한 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료들의 예는 소결된(sintered) 파우더 또는 섬유 형태의 세라믹- 또는 흑연-기초 재료이다. 모세관 윅은 밀도, 점성, 표면 장력 및 증기 압력과 같은 서로 다른 액체 물리적 특성들을 갖고 사용되도록 어떤 적합한 모세관력(capillarity) 및 공극률(porosity)을 가질 수 있다.
쉘은 어떤 적합한 재료 또는 재료들의 조합을 갖추어 이루어질 수 있다. 적합한 재료들의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 하나 이상의 이러한 재료들을 포함하는 혼합 재료를 포함한다. 바람직하게는, 재료는 빛과 단단한 것(non-brittle)이다.
마우스피스는 어떤 적합한 재료 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료들의 예는 예컨대 폴리프로필렌, PEEK(플리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)) 및 폴리에틸렌과 같은 약물 어플리케이션(application) 또는 음식에 적합한 열가소성 수지를 포함한다.
바람직하게는, 전기적으로 가열되는 흡연 시스템은 휴대할 수 있다(portable). 전기적으로 가열되는 흡연 시스템은 전통적인 엽궐련(cigar) 또는 궐련(cigarette)과 필적하는 사이즈를 가질 수 있다.
본 발명의 두 번째 양상에 따르면, 쉘은 전원 공급기 및 전기 회로를 갖고, 마우스피스는 액체 저장 부분; 그 안에 액체와 접촉하기 위해 액체 저장 부분으로 뻗어 있는 제 1 종단과 제 2 종단을 갖는 모세관 윅; 모세관 윅의 제 2 종단을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 구성요소; 공기 출구; 및 모세관 윅의 제 2 종단과 공기 출구 사이의 에어로졸 형성 챔버;를 갖추어 이루어지며, 여기서 쉘과 마우스피스가 맞물려 있을 때, 적어도 하나의 가열 구성요소는 회로를 매개로 전원 공급기에 전기적으로 연결되어 있고, 회로는 사용자가 퍼프를 시작할 때 적어도 하나의 가열 구성요소로 전류 펄스를 공급하도록 배열되며, 공기를 위한 흐름 루트는 에어로졸 형성 챔버를 매개로 적어도 하나의 공기 입구로부터 공기 출구까지로 정의되고, 흐름 루트는 가열 구성요소와 모세관 윅의 제 2 종단 주위의 공기 흐름을 채널링하는, 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 형성하기 위해 쉘과 맞물리기 위한 마우스피스가 제공된다.
바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 가열 구성요소는 모세관 윅의 제 2 종단을 에워싸는 와이어의 코일(coil)를 포함한다. 이러한 실시예에 있어서, 바람직하게는 와이어는 금속 합금 와이어이다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 두 번째 양상의 마우스피스와 맞물리기 위해 배열되는 쉘이 또한 제공된다.
본 발명의 세 번째 양상에 따르면, 마우스피스는 액체 저장 부분, 그 안에 액체와 접촉하기 위해 액체 저장 부분으로 뻗어 있는 제 1 종단과 제 2 종단을 갖는 모세관 윅, 모세관 윅의 제 2 종단을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 구성요소, 공기 출구, 및 모세관 윅의 제 2 종단과 공기 출구 사이의 에어로졸 형성 챔버;를 갖고, 쉘은 전원 공급기; 및 전기 회로를 갖추어 이루어지며, 여기서 쉘과 마우스피스가 맞물려있을 때, 적어도 하나의 가열 구성요소는 회로를 매개로 전원 공급기에 전기적으로 연결되어 있고, 회로는 사용자가 퍼프를 시작할 때 적어도 하나의 가열 구성요소로 전류 펄스를 공급하도록 배열되며, 공기를 위한 흐름 루트는 에어로졸 형성 챔버를 매개로 적어도 하나의 공기 입구로부터 공기 출구까지로 정의되고, 흐름 루트는 가열 구성요소와 모세관 윅의 제 2 종단 주위의 공기 흐름을 채널링하는, 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 형성하기 위해 마우스피스와 맞물리기 위한 쉘이 제공된다.
바람직하게는, 전기 회로는 퍼프를 취하는 사용자를 나타내는 공기 흐름을 가지하기 위해 센서를 포함한다.
바람직하게는, 쉘은 적어도 하나의 공기 입구를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 세 번째 양상의 쉘과 맞물리기 위해 배열되는 마우스피스가 또한 제공된다.
본 발명의 하나의 양상과 관련되어 설명되는 특성들은 또한 본 발명의 다른 양상에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기적으로 가열되는 흡연 시스템의 쉘(shell)을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기적으로 가열되는 흡연 시스템의 마우스피스(mouthpiece)를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 쉘과 도 2 의 마우스피스를 갖추어 이루어진, 구성된 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 도시한 도면이다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 각 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적으로 가열되는 흡연 시스템의 쉘을 도시한다. 쉘(101)은 배터리 형태의 전원 공급기(103), 회로 형태의 전기 회로(105)와 퍼프 감지 시스템(107), 퍼프 지시기(109), 전기적 연결(111), 전기적 컨택트(113: contacts), 공기 입구(115) 및 고정(lock) 메카니즘(117)을 갖추어 이루어진다. 쉘(101)은 도 2의 마우스피스(201)와 맞물리도록 디자인된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적으로 가열되는 흡연 시스템의 마우스피스를 도시한다. 마우스피스(201)는 액체(205), 모세관 윅(207), 가열 코일 형태의 가열 구성요소(209), 공기 출구(211) 및 에어로졸 형성 챔버(213)를 포함하는 카트리지 형태의 액체 저장 부분(203)을 갖추어 이루어진다. 모세관 윅(207)의 제 1 종단(207a)은 카트리지(203)로 뻗어있고 모세관 윅(207)의 제 2 종단(207b)은 가열 코일(209)에 의해 에워싸여져 있다. 마우스피스는 또한 모세관 윅(207)의 제 2 종단(207b)과 절연 링(217)을 보호하기 위해 캡(215: cap)을 포함한다. 마우스피스(201)는 도 1의 쉘(101)과 맞물리도록 디자인된다.
도 3은 요구가 있는 경우 사용자에게 에어로졸을 공급하도록 배열되는, 전기적으로 가열되는 흡연 시스템(301)을 형성하기 위해 도 2의 마우스피스(201)와 맞물리는 도 1의 쉘(101)을 도시한다. 쉘(101)과 마우스피스(201)는 고정 메카니즘(117)에 의해 서로 배출 가능하게 고정된다. 가열 코일(209)의 종단들은 쉘 상의 전기적 컨택트(113)와 접촉하고 있다. 시스템(301)의 동작은 다음과 같다.
액체(205)는 모세관 활동에 의해 윅(207)의 제 1 종단(207a)으로부터 윅의 제 2 종단(207b)으로 카트리지(203)로부터 운송된다. 사용자가 공기 출구(211)의 장치 상에서 끌어당길 때, 순환 공기가 공기 입구(115)를 통해 끌어 당겨진다. 이러한 실시예에 있어서, 퍼프 감지 시스템(107)은 퍼프를 감지하고 가열 코일(209)을 활성화시키며 퍼프 지시기(109)의 스위치를 켠다. 배터리(103)는 윅(207)의 제 2 종단(207b)을 가열시키기 위해 가열 코일(209)로 에너지의 펄스를 공급한다. 윅(207)의 제 2 종단(207b) 내의 액체는 과포화된 증기를 생성하기 위해 가열 코일(209)에 의해 증발된다. 같은 시간에, 증발되어진 액체는 모세관 활동에 의해 윅의 제 2 종단(207b)을 향하는 더 많은 액체 움직임에 의해 교체된다(이는 때때로 "펌핑(pumping) 활동"이라 불린다.). 생성된 과포화 증기는 에어로졸 형성 챔버(213)를 향해 공기 입구(115)로부터 공기 흐름과 혼합되고 공기 흐름 내에서 운반된다. 공기 입구(115)와 마우스피스(211)의 상대적인 위치 때문에, 공기 흐름은 에어로졸 형성 챔버(213) 내의 에어로졸의 형성을 최적화하기 위해 윅의 제 2 종단(207b) 주위로 배향된다. 에어로졸 형성 챔버(213)에서, 증기는 사용자의 입 안으로 및 출구(211)를 향해 운반되는 흡입성 에어로졸을 형성하기 위해 응축한다.
이러한 실시예에 있어서, 회로(105)와 퍼프 감지 시스템(107)은 프로그램밍할 수 있다. 회로(105)와 퍼프 감지 시스템(107)은 장치 동작을 관리하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 퍼프 감지 시스템(107)이 사용자가 퍼프를 취하는 것을 감지하는 때, 배터리는 가열 코일(109)로 소정 시간의 전류 펄스를 공급한다. 전류 펄스를 위한 소정 시간은 단일 퍼프를 위해 요구되는 액체의 양에 의존할 것이고, 증발되어지는 액체의 양을 위해 소요되는 시간에 의존할 것이다. 이러한 것은 차례로 액체, 가열 코일 및 모세관 윅의 특성에 의존할 것이다. 소정 시간은 0.5초와 3초 사이일 수 있다.
이러한 실시예에 있어서, 마우스피스 내의 카트리지(203)는 소정 수의 퍼프들을 위한 충분한 액체를 포함하기 위한 크기로 만들어진다. 소정 수의 퍼프 이후에, 카트리지는 리필될 수 있고, 다만 바람직하게는 전체 마우스피스가 교체된다. 소정 수의 퍼프는 이상적으로는 200퍼프와 2000퍼프 사이이고 이는 카트리지, 마우스피스 및 전체 장치의 원하는 사이즈, 및 사용되어지는 액체의 특성에 의존할 것이다. 카트리지(203)는 어떠한 적합한 재료로부터 만들어질 수 있다. 예들은 PET 또는 약물 또는 음식 산업에서 사용되는 다른 것들과 같은 유리 및 플라스틱 중합체를 포함한다. 재료는 가능한 누수, 파손 및 남용을 피하기 위해 선택되어야 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 쉘과 마우스피스가 맞물려져 있을 때, 카트리지(203)는 가열 코일(209)과 윅의 제 2 종단(207b)의 위쪽에 위치된다. 따라서, 순환 공기는 윅의 제 2 종단(207b)과 가열 코일(209)에 도달하기 전에 공기 입구(115)를 통해 끌어 당겨지고 카트리지(203) 주위를 통과한다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 마우스피스가 구성될 수 있음에 따라, 쉘과 마우스피스가 맞물려져 있을 때, 카트리지는 윅의 가열 코일과 제 2 종단의 아래쪽에 위치된다. 이러한 실시예에 있어서, 순환 공기는 공기 입구를 통해 끌어 당겨질 것이고, 그 후에 증기 또는 에어로졸은 공기 출구로의 통로 상의 카트리지 주위를 통과할 것이다.
모세관 윅은 다양한 투과성 또는 모세관 재료로 만들어질 수 있고 바람직하게는 알려진, 소정 모세관력을 갖는다. 예는 섬유 또는 소결된 파우더 모양의 세라믹- 또는 흑연-기초 재료를 포함한다. 다른 다공성의 윅은 밀도, 점성, 표면 장력 및 증기 압력과 같은 다른 액체 물리적 특성들을 수용하도록 사용될 수 있다. 윅은 액체의 요구된 양이 가열 코일로 전달될 수 있는데 적합해야만 한다.
마우스피스와 쉘은 서로 맞물리고, 흡연자에 의해 사용될 수 있는 적합한 크기로 만들어진 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 생산하기 위해 적합한 크기로 만들어지고 모양을 갖추어야 한다. 전원 공급기, 회로, 액체 저장 부분, 윅, 가열 구성요소 및 에어로졸 형성 챔버를 포함하는 마우스피스와 쉘의 구성요소들은 시스템 디자인에 적합하게 모양을 갖추고 적합한 크기로 만들어진다. 시스템은 바람직하게는 휴대할 수 있고 전형적인 엽궐련 또는 궐련의 모양과 유사한 사이즈를 가질 수 있다.
본 발명의 시스템은 에어로졸 내의 입자 농도(mg/l 또는 mg/퍼프 부피), 에어로졸 내의 평균 입자 크기 및 에어로졸 내의 입자 크기의 분포(범위)의 제어를 허용한다. 이는 하나 이상의 액체 내의 에어로졸 형성기 계통 조직화, 가열 구성요소에서의 에너지 운송(표면 영역 단위 대비 열 출력), 에어로졸 형성 챔버의 디자인 및 동작 온도를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 에너지 운송은 가열 구성요소와 윅에 사용되는 재료, 윅의 지름, 만약 가열 구성요소가 코일이라면, 코일의 길이, 지름 및 피치(pitch: 스파이럴(spirals) 사이의 거리)와 같은 가열 구성요소의 디자인, 및 가열 구성요소에 인가된 전원을 포함하는 수많은 요소들에 의존할 것이다.
동작 온도는 가능한 에어로졸 형성기 또는 형성기들의 바람직하지 못한 감손 및 향기 재료가 발생하지 않는 것을 확실히 하기 위해 제어되어야할 것이다. 이는 예컨대, 히터가 적합한 금속 또는 합금으로 이루어졌다면 히터의 온도를 제어함으로써, 전도성 내의 변화를 사용함으로써, 또는 히터로 전달되는 에너지의 양을 제어함으로써 달성될 수 있다. 가열 구성요소에서의 바람직한 동작 온도는 100℃ 내지 300℃의 범위이다. 도면에 도시된 배열은 이러한 온도 범위 내에서 동작할 수 있고, 또한 10ms 내지 50ms 사이의 빠른 반응 시간(시스템에서 퍼프하는 사용자와 공기 출구로부터 사용자의 입으로 흡입되는 에어로졸 사이의 시간-이는 "퍼프까지의 시간(time to puff)"라고 불릴 수 있다)을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 쉘(shell)과 교체가능한 마우스피스(mouthpiece)를 갖추어 이루어지고,
    쉘이 전원 공급기 및 전기 회로를 포함하며;
    마우스피스가 액체 저장 부분, 내부에 액체와의 접촉을 위해 액체 저장 부분으로 뻗어있는 제 1 종단과 제 2 종단을 갖는 모세관 윅(wick), 모세관 윅의 제 2 종단을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 구성요소, 공기 출구, 모세관 윅의 제 2 종단과 공기 출구 사이의 에어로졸 형성 챔버를 포함하고;
    쉘과 마우스피스가 맞물려져 있을 때,
    적어도 하나의 가열 구성요소가 회로를 매개로 전원 공급기와 전기적으로 연결되어 있고, 회로가 사용자가 퍼프(puff)를 시작하는 때 적어도 하나의 가열 구성요소로 전류 펄스(pulse)를 제공하도록 배열되며, 공기를 위한 흐름 루트(route)가 에어로졸 형성 챔버(chamber)를 매개로 적어도 하나의 공기 입구로부터 공기 출구까지로 정의되고, 흐름 루트가 모세관 윅의 제 2 종단과 가열 구성요소 주위의 공기 흐름을 채널링(channelling)하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 가열 구성요소가 모세관 윅의 제 2 종단을 에워싸는 와이어(wire)의 코일을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전기 회로가 퍼프를 취하는 사용자를 나타내는 공기 흐름을 감지하기 위해 센서를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 공기 입구가 쉘 내에 있는 것을 특징으로 하는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템.
  5. 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 형성하기 위해 쉘과 맞물리기 위한 마우스피스에 있어서, 쉘이 전원 공급기와 전기 회로를 갖추어 이루어지고, 마우스피스가
    액체 저장 부분;
    내부에 액체와의 접촉을 위해 액체 저장 부분으로 뻗어있는 제 1 종단과 제 2 종단을 갖는 모세관 윅;
    모세관 윅의 제 2 종단을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 구성요소;
    공기 출구; 및
    모세관 윅의 제 2 종단과 공기 출구 사이의 에어로졸 형성 챔버를 갖추어 이루어지며,
    쉘과 마우스피스가 맞물려져 있을 때, 적어도 하나의 가열 구성요소가 회로를 매개로 전원 공급기와 전기적으로 연결되어 있고, 회로가 사용자가 퍼프를 시작하는 때 적어도 하나의 가열 구성요소로 전류 펄스를 제공하도록 배열되며, 공기를 위한 흐름 루트가 에어로졸 형성 챔버를 매개로 적어도 하나의 공기 입구로부터 공기 출구까지로 정의되고, 흐름 루트가 모세관 윅의 제 2 종단과 가열 구성요소 주위의 공기 흐름을 채널링하는 것을 특징으로 하는 마우스피스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    적어도 하나의 가열 구성요소가 모세관 윅의 제 2 종단을 에워싸는 와이어의 코일을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 마우스피스.
  7. 청구항 제 5 항 또는 청구항 제 6 항에 기재된 마우스피스와 맞물리도록 배열되는 것을 특징으로 하는 쉘.
  8. 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 형성하기 위해 마우스피스와 맞물리기 위한 쉘에 있어서, 마우스피스가 액체 저장 부분, 내부에 액체와의 접촉을 위해 액체 저장 부분으로 뻗어있는 제 1 종단과 제 2 종단을 갖는 모세관 윅, 모세관 윅의 제 2 종단을 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 구성요소, 공기 출구 및 모세관 윅의 제 2 종단과 공기 출구 사이의 에어로졸 형성 챔버를 갖추어 이루어지고, 쉘이
    전원 공급기; 및
    전기 회로를 갖추어 이루어지며,
    쉘과 마우스피스가 맞물려져 있을 때, 적어도 하나의 가열 구성요소가 회로를 매개로 전원 공급기와 전기적으로 연결되어 있고, 회로가 사용자가 퍼프를 시작하는 때 적어도 하나의 가열 구성요소로 전류 펄스를 제공하도록 배열되며, 공기를 위한 흐름 루트가 에어로졸 형성 챔버를 매개로 적어도 하나의 공기 입구로부터 공기 출구까지로 정의되고, 흐름 루트가 모세관 윅의 제 2 종단과 가열 구성요소 주위의 공기 흐름을 채널링하는 것을 특징으로 하는 쉘.
  9. 제 8 항에 있어서,
    전기 회로가 퍼프를 취하는 사용자를 나타내는 공기 흐름을 감지하기 위해 센서를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 쉘.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    적어도 하나의 공기 입구를 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 쉘.
  11. 청구항 제 8 항 내지 청구항 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 쉘과 맞물리도록 배열되는 것을 특징으로 하는 마우스피스.






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