KR20160012983A - 전자 흡연 제품 - Google Patents

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KR20160012983A
KR20160012983A KR1020157026102A KR20157026102A KR20160012983A KR 20160012983 A KR20160012983 A KR 20160012983A KR 1020157026102 A KR1020157026102 A KR 1020157026102A KR 20157026102 A KR20157026102 A KR 20157026102A KR 20160012983 A KR20160012983 A KR 20160012983A
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heater
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liquid
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electrically resistive
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KR1020157026102A
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크리스토퍼 에스. 터커
조프리 브랜든 조던
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알트리아 클라이언트 서비시즈 엘엘씨
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Abstract

액체를 흡수하고 액체 재료를 가열하여 에어로졸 또는 "증기"를 생산하는 히터-심지 요소를 포함하는 전자 흡연 제품이 제공된다. 상기 히터-심지 요소는 바람직하게는 적어도 2개 층의 전기 저항성 메쉬 재료를 포함한다. 또한 상기 히터-심지 요소는 일체로 형성된 심지부 및 가열부를 포함한다.

Description

전자 흡연 제품{ELECTRONIC SMOKING ARTICLE}
본 발명은 전자 흡연 제품에 관한 것이다.
본 출원은 35 U.S.C. 119(e)항에 따라 미국 임시 출원(출원 번호 61/768,123, 출원일 2013.02.22.)에 대해 우선권을 주장하며, 전체 내용이 본 명세서에 참조로 인용된다.
본 발명은 액체 재료를 포함하는 액체 공급 영역, 및 액체 재료를 흡수하고, 액체 재료를 기화시켜 에어로졸을 형성하기 위해 액체 재료를 충분한 온도까지 가열하도록 작동할 수 있는 히터-심지 요소를 포함하는 전자 흡연 제품을 제공하기 위한 것이다.
전자 흡연 제품은 액체 재료를 포함하는 액체 공급 영역, 및 액체 재료를 흡수하고, 액체 재료를 기화시켜 에어로졸을 형성하기 위해 액체 재료를 충분한 온도까지 가열하도록 작동할 수 있는 히터-심지 요소를 포함한다.
본 발명에 따른 전자 흡연 제품은 액체 재료를 포함하는 액체 공급 영역, 및 액체 재료를 흡수하고, 액체 재료를 기화시켜 에어로졸을 형성하기 위해 액체 재료를 충분한 온도까지 가열하도록 작동할 수 있는 히터-심지 요소를 포함한다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 전자 흡연 제품의 상면도이다.
도 2는 도 1에 도시된, 적어도 2개 층의 메쉬 재료를 포함하는 히터-심지 요소를 포함하는 전자 흡연 제품의 측 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 히터-심지 요소의 확대도이다.
도 4는 적어도 2개 층의 메쉬 재료를 포함하는 히터-심지 요소의 제2 실시 예에 대한 확대도이다.
도 5는 히터-심지 요소의 전기적 연결에 대한 확대도이다.
도 6은 도 3에 도시된 히터-심지 요소의 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 전자 흡연 제품(제품)(60)이 제공되고 교체 가능한 카트리지(또는 제1 부분)(70) 및 재사용 가능한 기구(또는 제2 부분)(72)을 포함하며, 바람직한 실시 예에 있어서 그들은 나사 연결부(205) 또는 스너그피트(snug-fit), 디텐트(detent), 클램프(clamp), 및/또는 걸쇠(clasp)와 같은 다른 편리한 것에 의해 함께 결합된다. 일반적으로, 제2 부분(72)은 자유단(free end) 또는 흡연 제품(60), 배터리(1), 및 제어 회로의 끝에 근접한 공기 유입구 포트(45)를 통해 제2 부분(72)에 유입되는 공기에 반응하는 퍼프 센서(puff sensor)(16)를 포함한다. 일회용 제1 부분(70)은 액체, 및 액체 공급 영역(22)으로부터 액체를 빨아들이고 중앙 공기 채널(21) 내에 에어로졸이 형성되도록 액체를 가열하는 히터-심지(heater wick) 요소(14)를 포함하는 액체 공급 영역(22)을 포함한다. 나사 연결부(205)가 완성되면, 퍼프 센서 작동시 배터리(1)는 제1 부분(70)의 히터-심지 요소(14)와 전기적으로 연결된다. 공기는 주로 하나 이상의 공기 유입구(44)를 통해 제1 부분(70)으로 유입된다.
바람직한 실시 예에 있어서, 카트리지의 액체가 소모되면, 단지 제1 부분(70)만 교체된다. 대안의 구성은 액체 공급 영역이 고갈되었을 때 전체 제품(60)이 배치되는 레이아웃을 포함한다. 이러한 경우 배터리 종류 및 다른 특성은 단순성 및 비용 효율성을 위해 설계될 수 있으나, 제2 부분이 재사용 및/또는 재충전되는 바람직한 실시 예와 같은 개념으로 일반적으로 구현될 수 있다. 바람직한 실시 예에 있어서, 전자 흡연 제품(60)은 종래의 흡연 제품과 대략 동일한 크기이다. 몇몇 실시 예에 있어서, 전자 흡연 제품(60)은 약 80 mm 내지 약 110 mm, 바람직하게는 약 80 mm 내지 약 100 mm 길이일 수 있으며, 약 7 mm 내지 약 8 mm 지름일 수 있다. 예를 들어, 바람직한 실시 예에 있어서, 전자 흡연 제품은 약 84 mm 길이이며 약 7.8 mm 지름을 가질 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 접착제-부착 라벨이 외부 튜브(6)에 적용될 수 있다. 라벨은 전자 흡연 제품(60)을 완전히 둘러싸며, 종래의 흡연 제품의 겉모습 및/또는 촉감을 제공하기 위한 색 및/또는 감촉을 낼 수 있다. 라벨은 공기 유입구(44)들의 차단을 방지하기 위해 크기 및 위치가 조절된 구멍들을 포함할 수 있다.
제1 부분(70)은 길이 방향으로 연장되는 외부 튜브(또는 케이싱)(6), 및 외부 튜브(6) 내에 동축으로 위치하는 내부 튜브(또는 연통)(62)를 포함한다. 바람직하게는, 상류 개스킷(upstream gasket)(또는 씰(seal))(15)의 노즈(nose) 부분(61)은 내부 튜브(62)의 상류 단부(65)에 장착되고, 그와 동시에, 개스킷(15)의 외주(outer perimeter)(67)는 외부 케이싱(6)의 내부면에 액밀성(liquid-tight) 씰을 제공한다. 또한 상류 개스킷(15)은 중앙 채널(21)을 정의하는 내부 튜브(62)의 내부로 개방되는, 중앙의, 길이 방향의 공기 통로(20)를 포함한다. 개스킷(15)의 뒷부분에 있는 횡방향 채널(33)(도 2에 도시됨)은 개스킷(15)의 중앙 채널(20)과 교차되며 상호작용(communicate)한다. 이 채널(33)은 중앙 채널(20) 및 개스킷(15)과 음극 연결 요소(37) 사이에 정의된 영역(35)(도 2를 참조) 간의 상호작용을 보장한다. 바람직한 실시 예에 있어서, 요소(37)는 나사 연결부(205)를 형성하기 위한 나사부를 포함한다.
외부 튜브(6) 및/또는 내부 튜브(62)는 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 조합으로 형성될 수 있다. 적합한 물질의 예시는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 중 하나 이상을 포함하는 복합 재료, 또는 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 세라믹, 및 폴리에틸렌과 같은 식품이나 약제학적 용도에 적합한 열가소성 수지를 포함한다. 바람직하게는, 재료는 가볍고 잘 부러지지 않는다.
바람직한 실시 예에 있어서, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 전자 흡연 제품(60)은 외부 튜브(6) 내에, 더 바람직하게는 나사 연결부(205)에 근접하여 형성됨으로써 흡연자의 손가락이 유입구 중 하나를 막을 가능성을 최소화하고 흡연시 RTD(resistance to draw)를 제어하는 적어도 하나의 공기 유입구(44)를 포함한다. 바람직한 실시 예에 있어서, 공기 유입구들(44, 44')은 전자 흡연 제품(60)이 약 60mm H2O 내지 약 150 mm H2O, 더 바람직하게는 약 90 mm H2O 내지 약 110 mm H2O, 가장 바람직하게는 약 100 mm H2O 내지 약 130 mm H2O의 RTD를 갖도록 크기가 조절되고 형성된다.
바람직한 실시 예에 있어서, 흡연 제품(60)의 상류단(5)에 있는 공기 유입구(45)를 포함하는 제2 부분(72)은 인접하게 위치한 퍼프 센서(16)의 적절한 작동을 보장하기에 충분한 크기로 조절된다. 입 끝 삽입부(8)의 끌어당기는 동작은 제1 부분(70)의 양극 포스트(47c) 내에 제공된 중앙 채널 및 제2 부분(72)의 양극 연결 포스트(47b)를 통해, 그리고 배터리(1)와 제2 부분(72)의 케이싱 사이의 공간을 따라 공기 유입구(45)에 전달된다. 공기 유입구 포트(45)는 그곳을 통과하는 공기흐름률이 공기 유입구들(44, 44')을 통과하는 것보다 훨씬 더 작게 되도록 크기가 조절되며, 따라서 RTD에 미치는 영향이 최소화되고 RTD의 일관성이 유지된다. 예를 들어, 각 공기 유입구는 폭이 약 2.0 mm 이하일 수 있고 길이가 약 1.5 mm 이하일 수 있다. 예를 들어, 각 공기 유입구는 폭이 약 0.7 mm 내지 약 0.8 mm일 수 있고 길이가 약 0.7 mm 내지 약 0.8 mm일 수 있다. 바람직한 실시 예에 있어서, 흡연 제품(60)에서 발생하는 공기의 95%는 공기 유입구들(44, 44')로 통하며, 반면 전체 공기 흐름의 단지 5%만이 흡연 제품(60)의 상류단(5)의 유입구(45)로 통한다.
바람직하게는, 하류 개스킷(10)의 노즈 부분(93)은 내부 튜브(62)의 하류 단부(81) 내에 장착되어 있다. 개스킷(10)의 외주(82)는 외부 케이싱(6)의 내부면(97)에 액밀성 씰을 제공한다. 하류 개스킷(10)은 내부 튜브(62)의 중앙 통로(21) 및 입 끝 삽입부(8)의 내부 사이에 배치된 중앙 채널(84)를 포함하며, 그것은 중앙 통로(21)로부터 입 끝 삽입부(8)까지 에어로졸을 전달한다.
개스킷(10) 및 (15) 사이, 그리고 외부 튜브(6)와 내부 튜브(62) 사이의 공간은 액체 공급 영역(22)의 경계를 확립한다. 액체 공급 영역(22)은 액체 재료를 포함하며, 그 내부에 액체 재료를 저장하도록 동작 가능한 액체 저장 매체를 선택적으로 포함한다. 액체 저장 매체는 내부 튜브(62)에 대한 다른 섬유 물질 또는 면 거즈 와인딩을 포함할 수 있다.
바람직한 실시 예에 있어서, 액체 공급 영역(22)은 내부 튜브(62) 및 외부 튜브(6) 그리고 개스킷(10) 및 (15) 사이에 외부 환형으로 들어있다. 따라서, 액체 공급 영역(22)은 적어도 부분적으로 중앙 공기 통로(21)를 둘러싼다. 바람직하게는, 액체 저장 매체는 면, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 레이온 및 그들의 조합을 포함하는 섬유 재료이다. 바람직하게는, 섬유는 약 6 마이크론 내지 약 15 마이크론 크기 범위의 직경을 갖는다(예를 들어, 약 8 마이크론 내지 약 12 마이크론 또는 약 9 마이크론 내지 약 11 마이크론). 액체 저장 매체는 소결(sintered), 다공성, 스폰지, 또는 발포 재료일 수 있다. 또한 바람직하게는, 섬유는 액체를 흡입할 수 없는 크기로 될 수 있으며, y 형, 십자형, 클로버 형 또는 임의의 다른 적합한 모양의 단면을 가질 수 있다. 대안으로, 액체 공급 영역(22)은 섬유 저장 매체 없이 단지 액체 재료만을 포함하는 채워진 탱크를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 액체 재료는 전자 흡연 제품(60)의 사용에 적합한 끓는점을 가진다. 만약 끓는 점이 너무 높다면, 히터-심지 요소(14)가 액체를 기화시키지 못할 것이다. 그러나, 만약 끓는 점이 너무 낮다면, 히터-심지 요소(14)가 활성화되지 않았을 때 액체가 기화할 수 있다.
바람직하게는, 액체 재료는 가열된 액체로부터 방출된 휘발성 담배 풍미를 포함하는 담배-함유 재료를 포함한다. 또한 액체는 담배 풍미료를 포함하는 재료 또는 니코틴-함유 재료일 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 액체는 비-담배 재료 및/또는 니코틴이 없는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체는 물, 용매, 에탄올, 식물 추출물, 및 천연 또는 인공의 풍미료를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 액체는 에어로졸 포머(aerosol former)를 포함한다. 적합한 에어로졸 포머의 예시는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
사용 중에, 액체 재료는 적어도 하나의 심지부(wicking portion)(140) 및 가열부(heatable portion)(141)를 포함하는 히터-심지 요소(14)를 통해 액체 공급 영역(22) 및/또는 액체 저장 매체로부터 전이된다. 바람직한 실시 예에 있어서, 히터-심지 요소(14)는 두 개의 심지부(140) 및 가열부(141) 사이에 포함되어 있다. 또한 바람직하게는, 심지부(140) 및 가열부(141)는 일체로 형성되고, 동일한 재료로 형성된다.
도 2, 3, 및 4에 도시된 바와 같이, 히터-심지 요소(14)는 적어도 두 층의 메쉬(mesh) 재료를 포함한다. 히터-심지 요소(14)는 세 층 이상, 네 층 이상, 또는 다섯 층 이상의 메쉬 재료를 포함할 수 있다. 메쉬 재료의 층들은 브레이징(brazing), 납땜(soldering), 또는 다른 적절한 연결 수단에 의해 그것의 길이 방향에 따라 연결될 수 있다. 바람직하게는, 메쉬 재료의 틈새를 막지 않기 위해, 층들은 가급적 브레이징, 납땜, 또는 접착제 없이 함께 가압된다.
히터-심지 요소(14)는 바람직하게는 일자형이지만, 코일 또는 다른 형태로도 형성될 수 있다. 더욱이, 히터-심지 요소(14)는 내부 튜브(62) 내에 대향 슬롯(opposing slot) 안에 삽입될 수 있다. 대안적으로, 내부 튜브(62)는 그것의 가장자리로부터 내부 튜브(62)에 따른 위치까지 슬릿(slit)될 수 있고, 히터-심지 요소(12)는 슬릿을 통해 내부 튜브(62)를 따라 원하는 위치로 슬라이드할 수 있으며, 그러한 가열부(141)는 중앙 채널(21) 내에 위치하며 각 심지부(141)는 내부 튜브(62)의 외부에서 연장된다.
도시된 바와 같이, 히터-심지 요소(14)는 액체 공급 영역(22)의 대향 부분들 사이에서 액체 공급 영역(22) 내로 중앙 채널(21)을 가로질러 연장된다. 따라서, 각 히터-심지 소자(14) 단의 심지부(140)는 액체 공급 영역(22) 내로 연장되어, 중앙 공기 통로(21) 내에 위치한 히터-심지 소자(14)의 가열부(141)로 액체를 빨아들인다. 도 6에 도시된 바와 같이, 심지부(140)는 액체 공급 영역(22) 내의 내부 튜브(62)의 주변을 둘러싸며 연장될 수 있고, 일 실시 예에 있어서, 내부 튜브(62)에 대해 나선형으로 연장될 수 있다. 더욱이, 히터-심지 요소(14)는 메쉬의 제1 층(14a) 및 메쉬 재료의 제2 층(14b)를 포함한다.
심지부(140) 및 가열부(141)가 모두 동일한 재료로 형성됨으로 인해, 히터-심지 요소를 형성하는 데 단일 구성요소가 사용된다. 따라서, 재료 및 부품의 개수가 감소하기 때문에, 전자 흡연 제품(60)의 제조가 유리하게 용이해진다. 예를 들어, 심지 재료에 대해, 히터 와이어와 같이 요소를 가열하기 위한 코일이 불필요하다.
바람직하게는, 히터-심지 요소(14)는 다수의 층의 메쉬 재료(예를 들어, 적어도 두 층, 적어도 세 층, 적어도 네 층 또는 그 이상)를 포함한다. 적합한 전기 저항성 재료의 예시는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 및 백금족의 금속들을 포함한다. 적합한 금속 합금의 예시는 스테인리스강(stainless steel), 니켈-(nickel-), 코발트-(cobalt-), 크롬-(chromium-), 알루미늄-(aluminium), 티타늄-(titanium), 지르코늄-(zirconium-), 하프늄-(hafnium-), 니오븀-(niobium-), 몰리브덴-(molybdenum), 탄탈룸-(tantalum-), 텅스텐(tungsten-), 주석-(tin-), 갈륨-(gallium-), 망간-(manganese-), 및 철-함유 합금, 및 니켈, 코발트, 스테인리스강 기반의 초-합금(super-alloy)을 포함한다. 예를 들어, 히터-심지 요소(14)는 요구되는 전이 운동 에너지 및 외부 물리화학적 특성에 따라, 전기 저항성 재료가 절연 물질에 또는 그 역으로 선택적으로 내장, 캡슐화 또는 코팅된, 표면에 알루미나 층을 갖는 재료, 니켈 알루미나이드(nickel aluminide), 철 알루미나이드(iron aluminide) 및 기타 복합 재료들로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 히터-심지 요소(14)는 스테인리스강, 구리, 구리 합금, 니켈-크롬 합금, 초합금 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함한다. 바람직한 실시 예에 있어서, 히터-심지 요소(14)는 니켈-크롬 합금 또는 철-크롬 함급으로 형성된다.
또 다른 실시 예에 있어서, 히터-심지 요소(14)는 철-알루미나이드(예를 들어, FeAl 또는 Fe3Al)로 구성될 수 있으며, 이는 미국 특허(특허 번호 5,595,706, 발명자 Sikka 등, 출원일 1994.12.29.)에 공개된 바 있고, 또는 니켈 알루미나이드(예를 들어, Ni3Al)로 구성될 수 있다. 철 알루미나이드의 사용은 높은 비저항을 나타내는 점에서 특히 유리하다. FeAl은 대략 180 마이크로-옴의 저항성을 나타내며, 반면에 스테인리스강은 대략 50 내지 91 마이크로-옴을 나타낸다. 높은 저항성은 전원(배터리)(1)의 부하 또는 전류 소모를 낮춘다.
바람직하게는, 도 2, 3, 4, 및 5에 도시된 바와 같이, 저-저항 재료로 형성된 전도성 연결 영역(예를 들어, 포스트(post))(99)은 가급적 각각의 단부에 또는 히터-심지 요소(14)의 일부의 두 위치에 브레이징된다. 바람직하게는, 브레이징 연결 영역(99)는 내부 튜브(62)의 바로 내부에 형성되며, 가열부(141)는 브레이징 연결 영역(99) 사이로 확장한다. 또 다른 실시 예에 있어서, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 브레이징 연결 영역(99)은 외부 고리에 완전히 포함된다. 브레이징 연결 영역(99)을 형성함으로써, 전류는 메쉬 히터-심지 소자(14) 각 층의 길이 및 폭에 걸쳐 균일하여, 핫 스팟(hot spot)을 피할 수 있다.
예를 들어, 전도성 연결 영역(99)은 메쉬 재료의 층 주위에 금-도금 와이어를 감싸고, 와이어를 메쉬에 선택된 위치에 브레이징함으로써 형성될 수 있으며, 그로 인해 브레이징 연결 영역(99)(또는 포스트)들 사이에 가열부(141)를 형성할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전기적 리드(26)는 각 브레이징 연결 영역(99)에 부착됨으로써, 전력 공급 장치에 의해 전압이 인가되는 경우, 가열부(141)는 가열부(141)내의 액체 재료를 액체가 적어도 부분적으로 휘발되어 에어로졸을 형성하기 충분한 온도까지 가열한다. 대안적으로, 전기적 리드(26)는 메쉬 히터-심지 요소(14)에 직접 부착될 수 있다.
바람직한 실시 예에 있어서, 메쉬 재료 히터-심지 요소(14)는 열적 및/또는 전기적으로 전도성 재료로 형성된다. 메쉬 재료를 형성하기 위한 적합한 재료는 스테인리스강, 구리, 구리합금, 인코넬(Inconel® ,Special Metals Corporation으로부터 이용 가능한 니켈-크롬 합금), 니크롬(Nichrome®, 이 또한 니켈-크롬 합금), 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
바람직한 실시 예에 있어서, 히터-심지 요소(14)는 약 0.5 mm 내지 약 2 mm 범위, 바람직하게는 1 mm의 폭, 및 약 20 mm 내지 약 40 mm 범위 길이를 갖는 와이어 메쉬 필라멘트로 구성된다. 히터-심지 요소(14)는 약 10 mm 내지 약 15 mm 범위, 바람직하게는 약 12 mm 이하의 길이, 및 약 0.5 mm 내지 약 2.0 mm 범위, 바람직하게는 약 1.5 mm 이하 폭을 갖는다. 약 1.5 mm 폭에서, 히터-심지 요소(14)는 가급적 전자 흡연 제품 내에 길이 방향으로 배향되며, 반면에 더 작은 폭을 갖는 히터-심지 어셈블리는 전자 흡연 제품 내에 폭 방향으로 배치될 수 있다.
바람직한 실시 예에 있어서, 메쉬 재료는 약 200 메쉬 내지 약 600 메쉬 크기 범위일 수 있다. 바람직한 실시 예에 있어서, 메쉬 재료는 약 400 메쉬이고, 메쉬 재료를 형성하는 와이어들 사이 및 히터-심지 요소(14)의 2 이상의 층들 사이 의 작은 공극/간극(131)들을 포함한다. 바람직하게는, 메쉬 재료는 0.001 인치 또는 그보다 큰 직경의 와이어로 형성되며, 이러한 와이어는 Smllparts, Inc.로부터 이용 가능하다. 또한 바람직하게는, 메쉬를 구성하는 와이어는 약 0.0014 인치 내지 약 0.0016 인치 직경의 고체 와이어이다.
바람직한 실시 예에 있어서, 히터-심지 요소(14)의 메쉬 재료는 그 내부에 크리스-크로스(criss-cross), 바둑판 형 패턴의 간극(131)(도 5에 도시)을 갖는다. 바람직하게는, 히터-심지 요소(14)의 각 층은 메쉬 재료의 단일의, 장형의(elongate), 평평한 층을 포함한다. 또한 바람직하게는, 메쉬 재료의 각 층은 약 0.3 옴 내지 약 10 옴, 더 바람직하게는 약 0.8 옴 내지 약 5.0 옴, 더 바람직하게는 4.0 옴 이하 범위의 전기적 저항을 달성한다.
부가적으로, 전자 흡연 제품의 전력 사이클 동안 액체는 메쉬 재료의 간극(131) 및 히터-심지 요소(14) 내 메쉬 재료의 층들 사이로 끌어들여질 수 있다. 따라서, 액체는 심지부(140)에서 가열부(141)까지 히터-심지 요소를 따라 이동한다.
바람직하게는, 메쉬 재료는 이러한 전자 흡연 제품들에 적용을 위한 사용가능한 범위의 저항성을 제공한다. 덧붙여, 메쉬 재료의 다수의 층을 포함하는 메쉬 가열심지 요소(14)의 사용은 전자 흡연 제품이 부가적인 구성요소의 요구 대신 히터 및 심지 모두의 역할을 하는 하나의 부분을 갖도록 형성되는 것을 허용한다. 더욱이, 메쉬 재료를 적층함으로써, 메쉬 재료의 모세관 현상(capillary action)이 증가하여 가열시 일정한 에어로졸이 공급되며, 이는 메쉬가 자체적으로 계속 충전되기 때문이다. 모세관 현상의 증가는 메쉬 및 메쉬 재료의 서로다른 층들 사이의 부가적인 간극의 결과이다.
바람직하게는, 액체 공급 영역(22) 내의 액체 재료는 산소로부터 보호된다(왜냐하면 일반적으로 산소는 히터-심지 요소(14)를 통해 액체 공급 영역(22)으로 들어올 수 없기 때문). 몇몇 실시 예에 있어서, 액체 재료 빛으로부터 또한 보호되어, 액체 재료의 열화(degradation)의 위험이 현저하게 감소된다. 따라서, 청정도 및 저장-수명의 높은 레벨이 유지될 수 있다.
바람직한 실시 예에 있어서, 액체 공급 영역(22)은 충분한 액체 물질을 보유할 수 있도록 크기가 조절되고 형성되어, 전자 흡연 제품(60)이 적어도 200초, 바람직하게는 적어도 250초, 더 바람직하게는 적어도 300초, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 350초 동안 흡연 동작 가능하도록 할 수 있다. 따라서, 액체 공급 영역(22)은 종래의 흡연 제품들의 한 팩(pack)에 대한 것과 동일하다. 게다가, 전자 흡연 제품(60)은 각 퍼프(puff)마다 최대 약 5초 지속될 수 있도록 구성될 수 있다.
도 2 및 4에 도시된 바와 같이, 제1 부분(70)은 적어도 2개의 발산 방출구(diverging outlet)(24)(예를 들어, 3, 4, 5개 또는 그 이상, 바람직하게는 2 내지 10개 또는 그 이상의 방출구, 더 바람직하게는 6개 내지 8개의 방출구, 더욱 바람직하게는 2개 내지 6개 또는 4개의 방출구)를 갖는 입 끝 삽입부(8)를 포함한다. 바람직하게는, 방출구(24)는 오프-축(off-axis) 위치하며 내부 튜브(62)의 중앙 채널(21)에 대해 외측으로 기울어있다(예를 들어, 갈라지게(divergently)). 또한 바람직하게는, 입 끝 삽입부(또는 플로우 가이드(flow guide))(8)는 입 끝 삽입부(8) 주위에 균일하게 분산된 방출구(24)들을 포함하여, 사용되는 동안 흡연자의 입에 큰 만족도를 만들어내고 흡연자의 입에 에어로졸을 실질적으로 균일하게 분산시킬 수 있도록 한다. 따라서, 에어로졸이 흡연자의 입으로 들어가면서, 에어로졸은 입으로 들어가 서로 다른 방향으로 이동함으로써 충분한 구강 감촉을 제공한다. 반면에, 하나의, 온-축(on-axis) 오리피스(orifice)를 갖는 전자 흡연 장치는, 더 큰 속도의 싱글 제트(single jet)와 같이, 그것의 에어로졸을 흡연자의 입 내에서 더 제한적인 위치로 직접 보내는 경향이 있다.
부가적으로, 에어로졸화 되지 않은 액체 재료들의 방울들이 만약 있다면, 그것들이 에어로졸에 동반되어 입 끝 삽입부(8)의 내부면(83) 및/또는 발산 방출구(24)를 정의하는 벽(305)의 부분에 충격을 주도록, 발산 방출구(24)들이 배열되고 내부면(83)을 포함한다. 결과적으로 이러한 방울들이 상당히 제거되고 분해되어, 에어로졸이 개선된다.
바람직한 실시 예에 있어서, 발산 방출구(24)는 외부 튜브(6)의 길이 방향 축에 대하여 약 5° 내지 60°의 각도로 위치함으로써, 사용 중 흡연자의 입 속으로 에어로졸을 더 완전하게 분산시키고 방울들이 제거되도록 한다. 바람직한 실시 예에 있어서, 외부 튜브(6)의 길이 방향 축에 대하여 약 40° 내지 약 50°의 각도마다 각각 4개의 발산 방출구(24)가 존재하며, 더 바람직하게는 약 40° 내지 약 45°의 각도마다, 그리고 가장 바람직하게는 약 42°마다 존재한다.
바람직하게는, 각 발산 방출구(24)는 약 0.015인치 내지 약 0.090 인치 범위(예를 들어, 약 0.020 인치 내지 약 0.040 인치 또는 약 0.028 인치 내지 약 0.038 인치)의 지름을 갖는다. 원한다면, 발산 방출구(24)의 크기 및 발산 방출구(24)의 개수는 전자 흡연 제품(60)의 RTD(resistance to draw)를 조절하기 위해 선택될 수 있다.
입 끝 삽입부(8)는 카트리지(70)의 튜브(6) 내에 일체로 부착될 수 있다. 더욱이, 입 끝 삽입부(8)는 저 밀도 폴리에틸렌(polyethylene), 고 밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리비닐클로라이드(polyvinylchloride), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)(PEEK), 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 폴리머로 형성될 수 있다. 입 끝 삽입부(8)는 원한다면 색이 입혀질 수 도 있다.
바람직한 실시 예에 있어서, 전력 공급 장치(1)는 전자 흡연 제품(60) 내에 양극(47a)이 음극(49a)의 하류에 있도록 배열된 배터리를 포함한다. 제2 부분(72)의 배터리 양극 포스트(47b)는 가급적 배터리 음극(47a)와 접촉한다.
더 구체적으로, 배터리(1)의 양극(47a) 및 제1 부분(70)의 히터-심지 소자(14) 사이의 전기적 연결은 전자 흡연 제품(60)의 제2 부분(72) 내의 배터리 양극 연결 포스트(47b), 카트리지(70)의 양극 포스트(47c), 및 히터-심지 요소(14)와 양극 포스트(47c)의 림(rim) 부분을 연결하는 전기적 리드(47d)를 통해 형성된다. 마찬가지로, 배터리(1)의 음극(49a)과 히터-심지 요소(14)의 다른 리드 사이의 전기적 연결은 제2 부분(72)의 음극 연결 기구(49b)와 제1 부분(70)의 음극 연결부(37) 사이의 나사 연결부(205), 및 그곳으로부터의 전기적 리드(49c)를 통해 형성되며, 전기적 리드(49c)는 기구(37)를 히터-심지 요소(14)의 반대편 리드에 전기적으로 연결한다.
배터리는 리튬-이온 배터리 또는 그것의 변형물 중 하나일 수 있으며, 예를 들어, 리튬-이온 폴리머 배터리일 수 있다. 대안적으로, 배터리는 니켈-금속 수소화물 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 리튬-망가니즈 배터리, 리튬-코발트 배터리 또는 연료 전지일 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 전자 흡연 제품(60)은 흡연자에 의해 전력 공급 장치의 에너지가 격감될 때까지, 또는 리튬 폴리머 배터리의 경우, 최소 전압 차단 레벨이 획득될 때까지 사용될 수 있다.
대안적으로, 전력 공급 장치(1)는 재충전 가능하며, 외부 충전 장치에 의해 배터리가 충전 가능하도록 하는 회로를 포함한다. 이 경우, 바람직한 회로의 경우 충전되었을 때, 미리-결정된 수의 퍼프를 위한 전력을 제공하며, 그 후에 회로는 다시 외부 충전 장치에 연결되어야 한다. 전자 흡연 제품(60)의 재충전을 위해, USB 충전기 또는 다른 적합한 충전기 어셈블리가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 전자 흡연 제품(60)은 퍼프 센서(16)를 포함하는 제어 회로 또한 포함한다. 퍼프 센서(16)는 공기 압력 저하를 감지하도록, 그리고 전력 공급 장치(1)로부터 히터-심지 요소(14)에 전압의 적용이 시작되도록 동작할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 회로는 가열부(141)가 활성화되었을 때 빛나도록 동작하는 히터 활성화 광(48) 또한 포함할 수 있다. 바람직하게는, 히터 활성화 광(48)은 LED를 포함할 수 있으며, 전자 흡연 제품(60)의 상류단에 위치하여, 히터 활성화 광(48)이 퍼프 동안 연료가 태워짐을 나타낼 수 있다. 더욱이, 히터 활성화 광(48)은 흡연자에게 보이도록 배치될 수 있다. 부가적으로, 히터 활성화 광(48)은 흡연 제품 시스템 진단, 또는 충전이 진행되고 있는 것을 나타내는 데에 사용될 수 있다. 광(48)은 또한 흡연자가 사생활을 위해 광(48)을 활성화 및/또는 비활성화할 수 있도록 형성될 수 있으며, 원하는 바에 따라 광(48)은 흡연 중에는 활성화되지 않을 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 공기 유입구(45)(도 1)이 퍼프 센서(16)에 근접하기 위치할 수 있으며, 그에 따라 퍼프 센서(16)는 흡연자가 퍼프를 했음을 나타내는 공기 흐름을 감지하고, 전력 공급 장치(1) 및 히터 활성화 광(48)을 활성화시켜 히터-심지 요소(14)의 가열부(141)가 동작하고 있음을 나타내도록 한다.
제어 회로는 가급적 퍼프 센서(16)와 일체로 형성되며, 퍼프 센서(16)에 반응하는 히터-심지 요소(14)에 전력을, 바람직하게는 최대, 시간-주기 제한으로 공급한다.
대안적으로, 제어 회로는 흡연자가 퍼프를 시작할 수 있는 수동 동작 스위치를 포함할 수 있다. 히터-심지 요소에 대한 전류 공급의 시간-주기는 기화되기 원하는 액체의 양에 따라 미리 설정될 수 있다. 대안적으로, 회로는 퍼프 센서(16)가 압력 저하를 감지하는 동안만큼 히터-심지 요소(14)에 전력을 공급할 수 있다.
바람직하게는, 히터-심지 요소(14)는 활성화되었을 때 히터-심지 요소(14)에 접촉된 액체를 약 10초 이하로, 더 바람직하게는 약 7초 이하로 가열하고 기화시킨다. 따라서, 전력 사이클(또는 최대 퍼프 길이)은 약 2초 내지 약 10초 주기 범위일 수 있다(예를 들어, 약 3초 내지 약 9초, 약 4초 내지 약 8초 또는 약 5초 내지 약 7초).
바람직하게는, 히터-심지 요소(14)는 열 전도에 의해 액체를 가열한다. 대안적으로, 히터-심지 요소(14)로부터의 열은, 열 전도성 요소의 수단에 의해, 또는 히터-심지 요소(14)가 전자 흡연 제품(60)이 사용 중에 그를 통해 들어오는 주변 공기에 열을 전달함으로써 액체로 전도되며, 이것은 다시 대류에 의해 액체를 가열한다.
"약"이라는 단어가 수치와 관련하여 본 명세서에서 사용될 때, 그것은 관련된 수치가 명시된 수치 값의 ±10% 정도의 오차를 포함하는 것으로 의도되었다. 더욱이, 본 명세서에서의 언급되는 백분율의 경우, 그것은 그 백분율이 중량, 예를 들어 중량 퍼센트에 기초하는 것으로 의도되었다.
더욱이, 단어 "일반적으로" 및 "실질적으로"가 기하학적 형태들과 관련되어 사용되는 경우, 그것은 기하학적 형상의 정밀도가 요구되지 않는 것이나, 그 형상에 대한 관용적인 범위가 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 의도되었다. 기하학적 용어와 함께 사용될 경우, 단어 "일반적으로" 및 "실질적으로"는 엄격한 정의를 충족하는 형태뿐만 아니라 엄격한 정의에 합리적으로 근접하는 형태까지 포함하는 것으로 의도되었다.
이제 당해 기술 분야에서 통상의 기술자에 의해 이해될 바와 같이, 신규한, 개선된, 그리고 비자명한 전자 흡연 제품이 본 명세서에 충분히 상세하게 기술된 것이 명백할 것이다. 또한, 다양한 수정, 변형, 대체물, 및 등가물이 본 발명의 실질적 사상과 범위를 벗어나지 않는 전자 흡연 제품의 특징을 위해 존재한다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 그러한 모든 수정, 변형, 대체물, 및 등가물들은 청구범위에 포함되는 것으로 명시적으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 적어도 2개 층의 전기 저항성 메쉬(mesh) 재료를 포함하는 히터-심지 요소; 및
    액체 재료를 포함하는 액체 공급 영역을 포함하며,
    상기 히터-심지 요소는 상기 액체 공급 영역과 상호작용(communication)하여, 상기 히터-심지 요소는 액체 재료를 기화시켜 에어로졸을 생산하는 전자 흡연 제품.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 저항성 메쉬 재료는,
    스테인리스강, 구리, 구리합금, 필름 저항성 재료로 코팅된 세라믹 재료, 니켈-크롬 합금, 및 그들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 전자 흡연 제품.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 저항성 메쉬 재료는 약 200 내지 약 600 메쉬인 전자 흡연 제품.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전기 저항성 메쉬 재료는 약 400 메쉬인 전자 흡연 제품.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 저항성 메쉬 재료는 0.001 인치 직경의 와이어로 형성된 전자 흡연 제품.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 히터-심지 요소는 약 10 mm 내지 약 15 mm 범위의 길이, 및 약 0.5 mm 내지 약 2.0 mm 범위의 폭을 갖는 전자 흡연 제품.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 메쉬 재료의 각 층은 장형(elongate)이며 평평한 전자 흡연 제품.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 2개 층의 전기 저항성 메쉬 재료는 그것의 길이 방향을 따라 연결된 전자 흡연 제품.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 히터-심지 요소는 가열부 및 적어도 하나의 심지부를 포함하는 전자 흡연 제품.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 가열부는,
    전력 공급 장치에 연결된 2개의 전도성 연결 영역 사이에 형성된 전자 흡연 제품.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 가열부는 중앙 공기 채널 내에 포함된 전자 흡연 제품.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 히터-심지 요소는 3개 이상 층의 전기 저항성 메쉬 재료를 포함하는 전자 흡연 제품.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 저항성 메쉬 재료는,
    약 0.3 옴 내지 약 10 옴 범위의 전기 저항성을 갖는 전자 흡연 제품.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 저항성 메쉬 재료는,
    약 0.001 인치보다 큰 직경을 갖는 와이어로 형성된 전자 담배.
  15. 적어도 2개 층의 전기 저항성 메쉬 재료를 포함하는 히터-심지 요소의 적어도 하나의 심지부에 액체 재료를 공급하는 단계; 및
    상기 히터-심지 요소에 함유된 액체 재료를 기화시키고 에어로졸을 형성하도록, 상기 히터-심지 요소의 가열부를 가열하는 단계를 포함하는 전자 흡연 제품의 에어로졸화 개선 방법.
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