KR20170133330A - 에어로졸 발생 시스템용 연장된 히터 및 가열 조립체 - Google Patents
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Abstract
에어로졸 형성 기재 가열용 가열 조립체는 전기 저항 가열체(82) 및 히터 기재(81)을 포함하는 히터(14); 및 상기 히터(14)에 결합된 히터 마운트(26)를 포함한다. 전기 저항 가열체(82)는, 전류가 가열체(82)를 통과할 때, 제1 부분(84)이 제2 부분(86)보다 더 높은 온도로 가열되도록 구성된 제1 부분(84) 및 제2 부분(86)을 포함한다. 가열체(82)의 제1 부분(84)은 히터 기재(81)의 가열 영역(91)에 위치되고, 가열체(82)의 제2 부분(86)은 히터 기재(81)의 유지 영역(93)에 위치되고, 여기서 히터 마운트(26)는 히터 기재(81)의 유지 영역(93)에 고정된다. 전기 저항 가열체(82)의 제2 부분(86)은 가열체(82)의 제1 부분(84)보다 더 길고, 이는 가열체(82)가 에어로졸 발생 물품 내에 위치된 에어로졸 형성 기재를 관통하도록 한다.
Description
본 명세서는 에어로졸 발생 장치 또는 에어로졸 발생 시스템에 사용하기에 적합한 가열 조립체에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 에어로졸 형성 기재를 내부적으로 가열하기 위해 흡연 물품의 에어로졸 형성 기재 내에 삽입하기에 적합한 연장된 히터를 갖는 가열 조립체에 관한 것이다.
사용자 흡입을 위해 에어로졸을 전달할 수 있는 핸드헬드 에어로졸 발생 장치에 대한 수요가 증가하고 있다. 구체적인 한 수요 분야는, 에어로졸 형성 기재를 연소하지 않고 휘발성 향미 화합물을 방출하도록 에어로졸 형성 기재가 가열되는 가열식 흡연 장치에 대한 것이다. 방출된 휘발성 화합물은 에어로졸 내에서 사용자에게 전달된다.
에어로졸 형성 기재를 가열함으로써 작동하는 임의의 에어로졸 발생 장치는 가열 조립체를 포함해야만 한다. 다수의 상이한 유형의 가열 조립체가 상이한 유형의 에어로졸 형성 기재용으로 제안되었다.
가열식 흡연 장치용으로 제안된 하나의 유형의 가열 조립체는 하나의 담배 플러그와 같은 고체 에어로졸 형성 기재 내부로 히터를 삽입함으로써 작동한다. 이러한 배치는 기재가 직접적이고 효율적으로 가열되도록 한다. 그러나, 소형, 견고성, 낮은 제조 비용, 충분한 작동 온도 및 발생된 열의 효과적인 국지화에 대한 요구 사항을 만족시키는 것을 포함하는 다수의 기술적 과제가 이러한 유형의 가열 조립체에 존재한다.
연소보다는 가열에 의해 에어로졸을 발생시키기 위한 담배를 포함하는 가열식 에어로졸 발생 물품이 당 업계에 공지되어 있다. 가열식 에어로졸 발생 물품 내의 에어로졸 형성 기재의 일부로서 사용되는 담배는 연소될 때보다는 가열될 때 에어로졸을 생성하도록 설계되어 있다. 따라서, 이러한 담배는 글리세린 또는 프로필렌 글리콜과 같은 높은 수준의 에어로졸 형성제를 일반적으로 함유한다. 만약 사용자가 가열식 에어로졸 발생 물품에 불을 붙여 통상의 궐련인 것처럼 흡연한다면 사용자는 의도된 사용자 경험을 하지 못할 것이다. 불꽃 점화성이 낮아진 가열식 에어로졸 발생 물품을 생산하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 가열식 에어로졸 발생 물품은 종래의 궐련 방식으로 불꽃과 같은 라이터로 물품에 불을 붙이려고 시도하는 동안에 불을 붙이기 어려운 것이 바람직할 것이다. 낮은 불꽃 점화성을 갖는 가열식 에어로졸 발생 물품을 형성하는 하나의 방법은 불꽃과의 직접적인 접촉으로부터 에어로졸 형성 기재를 보호하도록 물품의 원위 단부에 튜브를 배치하는 것일 수 있다.
에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 국부적인 열원을 제공하는 에어로졸 발생 장치용의 견고하고, 저렴한 가열 조립체를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 물품의 원위 단부에 위치한 비-소모성 요소, 예를 들어 중공 관을 갖는 에어로졸 발생 물품과 함께 사용하기에 더 적합한 가열 조립체를 공급하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 양태에서, 에어로졸 형성 기재 가열용 가열 조립체로서, 전기 저항 가열체 및 히터 기재를 포함하는 히터; 및 히터에 결합된 히터 마운트를 포함하되, 상기 전기 저항 가열체는 전류가 가열체를 통과할 때 제1 부분이 제2 부분보다 더 높은 온도로 가열되도록 구성된 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 가열체의 제1 부분은 히터 기재의 가열 영역에 위치되고, 상기 가열체의 제2 부분은 히터 기재의 유지 영역에 위치되며, 히터 마운트는 히터 기재의 유지 영역에 고정되고, 전기 저항 가열체의 제2 부분은 상기 가열체의 제1 부분보다 더 긴, 가열 조립체가 제공된다. 즉, 제2 부분은 제1 부분보다 히터의 길이를 따라 더 연장된다.
도 1은 에어로졸 발생 장치의 개략도이고;
도 2는 에어로졸 발생 장치와 사용하기 위한 가열식 에어로졸 발생 물품의 구현예의 개략적인 단면도이고;
도 3은 에어로졸 발생 장치와 사용하기 위한 가열식 에어로졸 발생 물품의 추가 구현예의 개략적인 단면도이고;
도 4는 도 1에 도시된 유형의 에어로졸 발생 장치의 전방 단부의 개략적인 단면도로, 히터가 에어로졸 발생 물품에 삽입되어 있으며;
도 5는 본 발명에 따른 히터의 개략도이며;
도 6은 히터 마운트가 조립된 도 5의 히터를 도시하고; 및
도 7은 원뿔 형 히터 마운트를 포함하는 히터 조립체의 일 구현예를 도시한다.
도 2는 에어로졸 발생 장치와 사용하기 위한 가열식 에어로졸 발생 물품의 구현예의 개략적인 단면도이고;
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도 7은 원뿔 형 히터 마운트를 포함하는 히터 조립체의 일 구현예를 도시한다.
전기 저항 가열체의 제2 부분은, 예를 들어, 12 mm 내지 20 mm의 길이를 가질 수 있다. 길이는 히터의 길이 방향 치수에 대해 결정된다. 전기 저항 가열체의 제2 부분은 약 13 mm 또는 약 14 mm의 길이를 가질 수 있다.
전기 저항 가열체의 제1 부분은, 예를 들어, 8 mm 내지 12 mm의 길이를 가질 수 있다. 전기 저항 가열체의 제1 부분은 약 10 mm 또는 약 11 mm의 길이를 가질 수 있다.
바람직한 구현예들에서, 전기 저항 가열체의 제2 부분은 히터의 길이를 따라 13.9 mm ± 0.5 mm만큼 연장될 수 있고, 전기 저항 가열체의 제1 부분은 히터의 길이를 따라 10.5 mm ± 0.5 mm만큼 연장될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘에어로졸 형성 기재’는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물들을 방출할 수 있는 기재에 관한 것이다. 이러한 휘발성 화합물들은 에어로졸 형성 기재를 가열함으로써 방출될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 편의상 에어로졸 발생 물품 또는 흡연 물품의 일부일 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘에어로졸 발생 물품’ 및 ‘흡연 물품’은 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물들을 방출할 수 있는 에어로졸 형성 기재를 포함하는 물품을 지칭한다. 예를 들면, 에어로졸 발생 물품은 사용자의 입을 통해 사용자의 폐 안으로 직접 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키는 흡연 물품일 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 일회용일 수 있다. 담배를 포함하는 에어로졸 형성 기재를 포함하는 흡연 물품은 담배 스틱으로 지칭된다.
제1 부분은 가열체를 통과하는 전류의 결과로서 제2 부분보다 더 높은 온도로 가열된다. 일 구현예에서, 가열체의 제1 부분은 사용 시, 약 300℃ 내지 약 550℃의 온도에 도달하도록 구성된다. 바람직하게는, 가열체는 약 320℃ 내지 약 350℃의 온도에 도달하도록 구성된다.
히터 마운트는 히터에 구조적 지지를 제공하며 히터가 에어로졸 발생 장치 내에 단단히 고정되게 한다. 히터 장착부는, 중합체 물질을 포함할 수 있고, 유리하게는, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같은 성형가능 중합체 물질로부터 형성된다. 성형가능 폴리머를 사용함으로써, 히터 마운트가 히터 주위에 성형되어 히터를 단단히 유지할 수 있다. 또한, 히터 마운트는 원하는 외형 및 치수로 저렴하게 제조될 수 있다. 히터 기재는 히터에 대해 히터 마운트가 고정되는 것을 향상시키는 러그(lugs) 또는 노치(notches)와 같은 기계적 특징을 가질 수 있다. 세라믹 물질과 같은 히터 마운트용 다른 물질을 사용하는 것은 물론 가능하다. 유리하게는, 히터 마운트는 성형가능 세라믹 물질로부터 형성될 수 있다.
바람직하게는, 가열 마운트는 유지부의 상당한 부분, 즉 가열체의 제2 부분이 지지되는 히터 기재의 부분을 따라 연장된다. 히터 기재는 취성 물질로 형성될 수 있고, 히터 마운트는 히터의 휘어짐과 비틀림을 방지하는 지지를 제공할 수 있다.
히터는 관(tube)과 같은 에어로졸 생성 물품의 비-소모성 요소를 관통해야 할 필요가 있을 수 있다. 히터 마운트는, 히터 마운트와 접촉하는 히터의 길이를 증가시키면서, 물품의 원위 단부에 위치된 관과 같은 비-소모성 전방 요소를 갖는 에어로졸 생성 물품과의 결합도 용이하게 하는 형상인 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 히터 마운트의 적어도 일부는 가열부쪽의 방향으로 유지부를 따라 연장될 때 내향으로 단차지거나 내향으로 테이퍼질 수 있다. 단차 또는 테이퍼는 히터 마운트의 일부가 관형 전방 요소 내로 삽입되게 할 수 있다. 따라서, 히터 마운트는 유지부의 대부분을 따라 지지를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 히터 마운트의 적어도 일부는 유지부를 따라 유지부의 길이의 50%를 초과하여, 바람직하게는 60%를 초과하여, 70%를 초과하여, 80%를 초과하여, 또는 90%를 초과하여 연장된다.
히터 마운트의 적어도 일부는 원뿔 형상인 것이 바람직할 수 있다. 원뿔 형상은 각뿔 형상을 포함한다. 히터 마운트 전체는 히터의 가열부를 향하여 꼭지점을 갖는 원뿔 형상일 수 있다. 대안적으로, 히터 마운트는 히터의 가열부를 향하여 꼭지점을 갖는 원뿔 형상의 돌기를 포함할 수 있다. 히터 마운트의 적어도 일부가 원뿔 형상인 구성은 에어로졸 생성 물품과의 결합을 여전히 허용하면서 히터의 최적화된 지지를 제공할 수 있다.
히터를 유지하기 위해 폴리머를 사용하는 것은 히터 마운트 부근의 히터 온도가 폴리머가 용융 연소되거나 달리 열화될 온도보다 낮게 제어되어야 함을 의미한다. 또한, 에어로졸 생성 물품의 원위 단부에 위치된 비-소모성 요소를 통과하는 부분에서의 히터 온도는 비-소모성 요소를 생성하는 물질이 열화되는 온도를 초과하지 않아야 한다. 또한, 에어로졸 생성 물품의 비-소모성 요소를 가열하는 것은 비효율적이다. 동시에, 에어로졸 형성 기재 내 히터 부분의 온도는 바람직한 특성을 갖는 에어로졸을 생성하는 데 충분해야 한다. 따라서 제1 부분에 대해 제2 부분의 길이를 연장시키는 것이 바람직하다. 또한, 가열체의 제2 부분이 사용 동안에 최대 허용 가능한 온도보다 낮게 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
전기 저항 히터에서, 히터에 의해 생성된 열은 가열체의 저항에 의존한다. 주어진 전류에 대해, 가열체의 저항이 높을수록 더 많은 열이 생성된다. 생성된 열의 대부분은 가열체의 제1 부분에 의해 생성되는 것이 바람직하다. 따라서, 가열체의 제1 부분이 히터 요소의 제2 부분보다 더 큰 단위 길이 당 전기 저항을 갖는 것이 바람직하다.
유리하게는, 가열체는 상이한 물질로 형성된 부분들을 포함할 수 있다. 가열체의 제1 부분은 제1 물질로 형성될 수 있고, 가열체의 제2 부분은 제2 물질로 형성될 수 있으며, 여기서 제1 물질은 제2 물질보다 더 큰 전기 비저항 계수를 갖는다. 예를 들어, 제1 물질은 니켈-크롬(Ni-Cr), 백금, 텅스텐 또는 합금 와이어일 수 있으며 제2 물질은 금 또는 은 또는 구리 일 수 있다. 가열체의 제1 및 제2 부분의 치수는 단위 길이 당 더 낮은 전기 저항을 제2 부분에 제공하도록 상이할 수도 있다.
가열체의 제1 및 제2 부분용 물질은 이들의 열 특성뿐만 아니라 전기적 특성에 맞게 선택될 수 있다. 유리하게는, 가열체의 제2 부분은 가열 영역으로부터 히터 마운트로의 열 전도성을 줄이기 위해 낮은 열 전도성을 가질 수 있다. 따라서, 가열체의 제2 부분을 위한 물질을 선택하는 것은 적어도 가열체의 제1 부분 및 히터 마운트 사이의 영역에서 높은 전기 전도성 및 낮은 열 전도성 사이의 균형을 이루는 것일 수 있다. 실제로, 금은 가열체의 제2 부분을 위한 물질의 좋은 선택인 것으로 판명되었다. 대안적으로, 은이 제2 부분 물질을 포함할 수 있다.
유리하게는, 가열체의 제2 부분은 두 개의 구간을 포함할 수 있고, 여기서 이 두 개의 구간 각각은 별도로 가열체의 제1 부분에 연결되어 상기 제2 부분의 일 구간으로부터 제1 부분으로, 이어서 제2 부분의 타 구간으로의 전기 흐름 경로를 정의한다. 히터 마운트는 제2 부분의 구간들 모두를 둘러쌀 수 있다. 물론, 제2 부분은 제1 부분에 각각 전기적으로 연결된 세 개 이상의 부분을 포함하는 것이 가능하다.
가열체는 전원에 전기적으로 연결되도록 구성된 제3 부분을 포함할 수 있고, 여기서 상기 제3 부분은 가열체의 제1 부분에 대해 히터 마운트의 반대측에 위치된다. 제3 부분은 제1 및 제2 부분과 다른 물질로 형성될 수 있고, 낮은 전기 저항 및 양호한 연결 특성을 제공하도록, 예를 들어 쉽게 납땜 가능하도록 선택될 수 있다. 실제로, 은은 제3 부분에 대한 좋은 선택인 것으로 판명되었다. 대안적으로, 금이 제3 부분에 대한 물질로서 사용될 수 있다. 제3 부분은 가열체 제2 부분의 구간에 각각 연결된 복수의 구간들을 포함할 수 있다.
히터 기재는 전기 절연 물질로 형성될 수 있고, 지르코니아 또는 알루미나와 같은 세라믹 물질일 수 있다. 히터 기재는 광범위한 온도 범위에 걸쳐 가열체에 대해 기계적으로 안정적인 지지를 제공할 수 있고, 에어로졸 형성 기재 내로 삽입하기에 적합한 강성 구조를 제공 할 수 있다. 히터 기재는 가열체가 위치되는 편평한 표면을 포함할 수 있고, 에어로졸 형성 기재 내로 삽입되도록 구성된 테이퍼진 단부를 포함할 수 있다. 히터 기재는 유리하게는, 미터 켈빈 당 2 와트 이하의 열 전도율을 가진다.
일 구현예에서, 가열체의 제1 부분은 온도와 저항 사이에 정의된 관계를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 이는, 히터가 에어로졸 형성 기재를 가열하고 사용 동안의 온도를 모니터링하는 것 모두에 사용될 수 있게 한다. 유리하게는, 제1 부분은 제2 부분보다 더 큰 저항 온도 계수를 갖는다. 이는 가열체의 저항값이 가열체 제1 부분의 온도를 주로 반영하도록 한다. 백금은 가열체의 제1 부분에 대한 좋은 선택인 것으로 판명되었다.
유리하게는, 가열체의 제1 부분은 히터 마운트로부터 이격된다. 가열체의 제1 부분과 히터 마운트 사이의 히터 부분은 유리하게는 가열체의 제1 부분에서의 더 높은 온도와 히터 마운트에서의 더 낮은 온도 사이의 열 구배를 갖는다. 가열체의 제1 부분과 히터 마운트 사이의 거리는 충분한 온도 강하가 얻어지도록 선택된다. 그러나, 히터 조립체의 크기를 감소시키고 히터 조립체가 가능한 한 견고해지도록 하기 위해서는 상기 거리가 필요 이상으로 멀지 않은 것이 또한 바람직하다. 히터의 길이가 히터 마운트를 너머 더 길어질수록, 히터는 떨어뜨리거나 고체 에어로졸 형성 기재로 반복적으로 삽입 및 인출할 경우 더 쉽게 부러지거나 휘어질 수 있다.
정상 작동 조건 하에서, 가열체의 제1 부분이 히터 마운트와 접촉하는 점에서 약 300℃ 내지 약 550℃의 온도에 있는 경우, 제2 부분은 200℃ 미만의 온도에 있는 것이 바람직하다. 본 문맥에서의 “정상 작동 조건”은 298.15 K(25 C, 77 F)의 온도 및 100 kPa(14.504 psi, 0.986 atm)의 절대 압력인 표준 주변 온도 및 압력에서인 것을 의미한다. 정상 작동 조건은 에어로졸 발생 장치의 하우징 내 또는 에어로졸 발생 장치의 하우징 외부에 위치될 때의 히터 조립체의 작동을 포함한다.
유리하게는, 히터 조립체는, 제1 부분의 최대 온도가 T1이고, 주변 온도가 T0이고, 히터 마운트와 접촉하는 발열체의 제2 부분의 온도가 T2일 때,
(T1-T0)/(T2-T0)>2이 되도록 구성된다.
가열 조립체는 가열체를 덮는 하나 이상의 물질의 층을 포함할 수 있다. 유리하게는, 예를 들어 유리로 형성된 보호층이 가열체 상에 제공되어 가열체의 산화 또는 기타 부식을 방지할 수 있다. 보호층은 히터 기재를 완전히 덮을 수 있다. 보호층, 또는 다른 층은 히터에 대해 개선된 열 분산을 제공할 수도 있고 히터가 더 쉽게 세척되도록 할 수 있다. 유리와 같은 물질로 이루어진 하부층은 히터에 대한 열 분산을 개선하기 위해 가열체와 히터 기재의 사이에 제공될 수도 있다. 물질로 이루어진 하부층은 가열체를 형성하는 공정을 개선하는데 사용될 수도 있다.
히터의 치수는 가열 조립체의 응용에 적합하도록 선택될 수 있고, 히터의 폭, 길이 및 두께는 명백하게 서로 독립적으로 선택되는 것이어야 한다. 일 구현예에서, 히터는 실질적으로 블레이드 형상이고, 에어로졸 형성 기재 내로 삽입되기 위해 테이퍼진 단부를 갖는다. 히터는 약 15 mm 내지 약 30 mm의 총 길이를 가질 수 있고, 유리하게는 약 20 mm 내지 약 25 mm의 길이를 가질 수 있다. 가열체가 위치된 히터의 표면은 약 2 mm 내지 약 10 mm의 폭을 가질 수 있고, 유리하게는 약 3 mm 내지 약 6 mm의 폭을 가질 수 있다. 히터는 약 0.2 mm 내지 약 0.5 mm의 두께를 가질 수 있고, 바람직하게는 약 0.3 mm 내지 약 0.4 mm의 두께를 가질 수 있다. 가열체의 제1 부분이 위치된 히터의 부분에 해당하는 히터의 활성 가열 영역은 5 mm 내지 20 mm의 길이를 가질 수 있고, 유리하게는 8 mm 내지 15 mm의 길이를 가질 수 있다. 히터 마운트와 가열체의 제1 부분 사이의 거리는 적어도 2 mm일 수 있고, 유리하게는 적어도 2.5 mm일 수 있다. 바람직한 일 구현예에서, 히터 마운트와 가열체의 제1 부분 사이의 거리는 3 mm이다.
본 발명의 일 양태에서, 하우징; 상기 히터 마운트가 상기 하우징에 결합되는, 전술한 바와 같은 가열 조립체; 상기 가열체에 연결된 전원 공급부; 및 상기 전원 공급부로부터 상기 가열체로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어 요소를 포함하는 에어로졸 발생 장치가 제공될 수 있다. 하우징은 가열체의 제1 부분을 둘러싸는 공동을 정의할 수 있고, 여기서 공동은 에어로졸 형성 기재를 함유하는 에어로졸 형성 물품을 수용하도록 구성된다.
본원에서 사용하는 바와 같이, ‘에어로졸 발생 장치’는 에어로졸 형성 기재와 상호작용하여 에어로졸을 발생시키는 장치에 관한 것이다. 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 물품의 부분, 예를 들면 흡연 물품의 부분일 수도 있다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재와 상호작용하여 사용자의 입을 통해 사용자의 폐 속으로 직접 흡입될 수 있는 에어로졸을 발생시키는 흡연 장치일 수도 있다. 에어로졸 발생 장치는 홀더일 수도 있다.
히터 마운트는 공동의 일 단부를 폐쇄하는 표면을 형성할 수 있다.
장치는, 바람직하게, 한 손의 손가락들 사이에서 유지하는 데 편안한 휴대용 또는 핸드헬드 장치다. 장치는, 실질적으로 원통 형상일 수 있으며, 70 mm 내지 120 mm의 길이를 갖는다. 장치의 최대 직경은 바람직하게 10 mm 내지 20 mm이다. 일 구현예에서, 장치는 다각형 단면을 갖고, 일 면 상에 형성된 돌출 버튼을 갖는다. 본 구현예에서, 장치의 직경은, 평평한 일 면으로부터 대향하는 평평한 면까지 취한 경우 12.7 mm 내지 13.65 mm, 일 에지로부터 대향 에지까지 취한 경우(즉, 장치의 일측 상의 두 면의 교차점으로부터 타측 상의 대응하는 교차점까지 취한 경우) 13.4 mm 내지 14.2 mm, 버튼의 최상부로부터 대향하는 최하부의 평평한 면까지 취한 경우 14.2 mm 내지 15 mm이다.
장치는 전기 가열식 흡연 장치일 수 있다.
상기 장치는 제1 양태에 따른 히터 조립체 외에 다른 히터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 장치는 공동의 둘레 주위에 위치되는 외부 히터를 포함할 수 있다. 외부 히터는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 외부 히터는 폴리이미드와 같은, 유전체 기재 위의 하나 이상의 유연성 가열 호일(foil)의 형태를 취할 수 있다. 유연성 가열 포일들은 공동의 주변부에 일치되는 형상을 가질 수 있다. 대안적으로, 외부 히터는 금속 그리드 또는 그리드들, 유연성 인쇄 회로 기판, 몰딩형 상호접속 장치(MID), 세라믹 히터, 유연성 탄소 섬유 히터의 형태를 취할 수 있거나, 적절한 형상의 기재 상에 플라스마 증착 같은 코팅 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 외부 히터는 온도와 저항 사이에 규정된 관계를 갖는 금속을 사용하여 형성될 수도 있다. 이러한 예시적인 장치에서, 상기 금속은 적절한 절연 물질로 이루어진 두 개의 층 사이에 트랙으로서 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 외부 히터는 가열, 및 작동 동안 상기 외부 히터의 온도 모니터링 모두를 행하는데 사용될 수 있다.
전원 공급부는 임의의 적절한 전원 공급부, 예를 들면 배터리와 같은 DC 전압원일 수도 있다. 일 구현예에서, 상기 전원 공급부는 리튬-이온 배터리이다. 대안적으로, 상기 전원 공급부는 니켈-금속 하이브리드 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 또는 리튬계 배터리(예: 리튬-코발트, 리튬-철-인산염, 리튬티탄산염 또는 리튬-폴리머 배터리)일 수 있다.
제어 요소는 단순한 스위치일 수도 있다. 대안적으로, 제어 요소는 전기 회로일 수도 있고, 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 양태에서, 본 발명의 제2 양태에 따른 에어로졸 발생 장치 및 상기 에어로졸 발생 장치의 공동에 수용되도록 구성된 하나 이상의 에어로졸 형성 물품을 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 제공된다. 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재로부터 상류에 있고, 물품의 원위 단부에 위치된 비-소모성 요소를 포함한다.
에어로졸 발생 시스템은 가열식 에어로졸 발생 물품을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 가열식 에어로졸 발생 물품은 마우스 단부 및 마우스 단부로부터 상류에 있는 원위 단부를 갖는 로드(rod)를 형성하기 위해 래퍼(wrapper) 내부에 조립된 에어로졸 형성 기재를 포함하는 복수의 구성요소를 포함한다. 5 mm 내지 15 mm의 외경 및 5 mm 내지 15 mm의 길이를 가질 수 있는 중공 관은 래퍼 내에서 에어로졸 형성 기재로부터 상류에 배치될 수 있다. 에어로졸 발생 장치의 히터는 가열식 에어로졸 발생 물품이 에어로졸 발생 장치와 결합될 때 중공 관의 내강(lumen)을 통해 연장되어 에어로졸 형성 기재를 관통하기에 충분한 길이를 갖는다.
중공 관은 실질적으로 강성일 수 있고, 실질적으로 불연성 물질로 형성될 수 있다. 본원에서 정의된 바와 같이, 불연성 물질은 800℃ 내지 1700℃ 사이 및 통상적으로 800℃ 내지 1200℃ 범위의 온도를 갖는 불꽃을 사용하여 점화하기 어렵거나 불가능한 물질이다. 일반적으로, 대략 800℃ 내지 1200℃ 사이 또는 최대 1700℃의 온도 범위에서 유독하거나 달리 유해하거나 바람직하지 않은 화합물을 실질적으로 방출하지 않는 임의의 물질은 본원에서 고려되는 실질적으로 불연성 물질 중에 있다.
관통형 필름(pierceable film)은 중공 관의 일 단부에 걸쳐 있을 수 있다. 중공 관은 근위 단부와 원위 단부를 갖는다. 관통형 필름은 중공 관의 원위 말단에 걸쳐 있을 수 있다. 관통형 필름은 중공 관의 근위 말단에 걸쳐 있을 수 있다. 관통형 필름이 걸쳐 있는 중공 관은, 사용자가 불꽃을 가하고 물품의 마우스 단부에서 흡인하는 경우, 로드의 원위 단부를 점화로부터 보호할 수 있다. 불꽃으로부터의 열은 불연성인 중공 관에 부딪친다. 중공 관의 하류에 위치된 에어로졸 형성 기재는, 가열식 에어로졸 발생 물품의 원위 단부에 위치할 경우보다 그 연소 온도에 도달하기가 더 어렵다. 또한, 관통형 필름은 공기가 로드를 통해 흡인되는 것을 방지하는 데 도움을 준다. 따라서, 에어로졸 형성 기재의 부주의하거나 의도하지 않은 점화의 위험이 감소된다.
바람직하게는, 중공 관은 중합체, 금속 또는 세라믹으로 형성된 강성 중공 관이다. 강성 중공 관은 바람직하게는 금속 호일, 세라믹, 고도로 충전된 종이, 및 폴리아릴에테르케톤(PAEK) 중합체로 이루어진 목록에서 선택되는 물질로 형성된 것이다.
에어로졸 형성 물품은 흡연 물품일 수도 있다. 작동 동안, 상기 에어로졸 형성 기재를 함유하는 흡연 물품은 상기 에어로졸 발생 장치 내에 부분적으로 함유될 수 있다.
상기 흡연 물품은 형상이 실질적으로 원통형일 수 있다. 상기 흡연 물품은 실질적으로 세장형일 수 있다. 상기 흡연 물품은 길이 및 이 길이에 실질적으로 수직인 원주를 가질 수 있다. 상기 에어로졸 형성 기재는 형상이 실질적으로 원통형일 수 있다. 상기 에어로졸 형성 기재는 실질적으로 세장형일 수 있다. 상기 에어로졸 형성 기재는 또한 길이 및 이 길이에 실질적으로 수직인 원주를 가질 수 있다.
상기 흡연 물품은 대략 30 mm 내지 대략 100 mm의 총 길이를 가질 수 있다. 상기 흡연 물품은 대략 5 mm 내지 대략 12 mm의 외경을 가질 수 있다. 상기 흡연 물품은 필터 플러그를 포함할 수 있다. 상기 필터 플러그는 상기 흡연 물품의 하류 단부에 위치될 수 있다. 상기 필터 플러그는 초산 셀룰로오스 필터 플러그일 수 있다. 상기 필터 플러그는 일 구현예에서 길이가 대략 7 mm이지만, 대략 5 mm 내지 대략 10 mm의 길이를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 흡연 물품은 대략 45 mm의 총 길이를 갖는다. 상기 흡연 물품은 대략 7.2 mm의 외경을 가질 수 있다. 또한, 상기 에어로졸 형성 기재는 대략 10 mm의 길이를 가질 수 있다. 대안적으로, 상기 에어로졸 형성 기재는 대략 12 mm의 길이를 가질 수 있다. 또한, 상기 에어로졸 형성 기재의 직경은 대략 5 mm 내지 대략 12 mm일 수 있다. 상기 흡연 물품은 외부 종이 래퍼를 포함할 수 있다. 또한, 상기 흡연 물품은 상기 에어로졸 형성 기재와 상기 필터 플러그 사이의 분리부를 포함할 수 있다. 상기 분리부는 대략 18 mm일 수 있지만, 대략 5 mm 내지 대략 25 mm 범위 내일 수 있다.
상기 에어로졸 형성 기재는 고체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 대안적으로, 상기 에어로졸 형성 기재는 고체 및 액체 구성 요소 둘 모두를 포함할 수 있다. 상기 에어로졸 형성 기재는 가열 시에 상기 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물들을 함유하는 담배 함유 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 에어로졸 형성 기재는 비-담배 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 치밀하고 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하는 에어로졸 형성제를 더 포함할 수 있다. 적절한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
에어로졸 형성 기재가 고체 에어로졸 형성 기재인 경우, 고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들면 허브 잎, 담배 잎, 담배 리브 조각, 재구성 담배, 균질화 담배, 압출 담배, 캐스트 잎 담배 및 팽화 담배 중 하나 이상을 함유하는 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 고체 에어로졸 형성 기재는 느슨한 형태일 수 있거나, 적절한 용기나 카트리지에 제공될 수 있다. 선택적으로, 고체 에어로졸 형성 기재는 기재의 가열 시에 방출될 추가 담배 또는 비-담배 휘발성 향미 화합물들을 함유할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들면 추가 담배 또는 비-담배 휘발성 향미 화합물들을 포함하는 캡슐들도 함유할 수 있고, 이러한 캡슐들은 상기 고체 에어로졸 형성 기재의 가열 중에 용융될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 균질화 담배는 미립자 담배를 응집시켜서 형성된 물질을 가리킨다. 균질화 담배는 시트의 형태일 수 있다. 균질화 담배 물질은 건조 중량 기준으로 5% 초과의 에어로졸 형성제 함량을 가질 수 있다. 균질화 담배 물질은 대안적으로 건조 중량 기준으로 약 5 wt% 내지 약 30 wt%의 에어로졸 형성제 함량을 가질 수 있다. 균질화 담배 물질의 시트는 담배 잎몸(leaf lamina) 및 담배 잎자루(leaf stem) 중 하나 또는 양쪽 모두를 분쇄하거나 달리 조합하여 얻어진 미립자 담배를 응집시켜서 형성될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 균질화 담배 물질의 시트는, 예를 들면 담배의 처리, 취급 및 배송 동안에 형성된 담배 가루, 담배 미분 및 기타 미립자 담배 부산물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 균질화 담배 물질의 시트는 담배 내인성 결합제인 하나 이상의 내재성 결합제, 담배 외인성 결합제인 하나 이상의 외재성 결합제, 또는 이들의 조합을 포함해서 미립자 담배 응집을 도와줄 수 있으며; 대안적으로, 또는 추가적으로, 균질화 담배 물질의 시트는 담배와 비담배 섬유, 에어로졸 형성제, 습윤제, 가소제, 향미제, 충전제, 수성 및 비수성 용매 및 이들의 조합을 포함하되 이에 한정되지 않는 기타 첨가제를 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 고체 에어로졸 형성 기재는 열적으로 안정된 캐리어 상에 제공되거나 그 안에 매립될 수 있다. 상기 캐리어는 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 상기 캐리어는 그 내면 상에, 또는 그 외면 상에, 또는 그 내면 및 외면 모두 상에 증착된 고체 기재의 박층을 갖는 관형 캐리어일 수 있다. 이러한 관형 캐리어는, 예를 들어, 종이, 종이류 재료, 부직 탄소 섬유 매트, 저 질량 오픈 메쉬 금속 스크린, 또는 천공된 금속 호일 또는 임의의 다른 열적으로 안정한 중합체 매트릭스로 형성될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 재료의 주름진 권축된 시트를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘권축된 시트’는 복수의 실질적으로 평행한 리지(ridges) 또는 물결주름을 갖는 시트를 가리킨다. 바람직하게는, 에어로졸 발생 물품이 조립되었을 때, 실질적으로 평행한 리지 또는 물결주름이 에어로졸 발생 물품의 길이방향 축을 따라서나 그에 평행하게 연장된다. 이것은 바람직하게는 권축된 균질화 담배 물질 시트의 주름형성을 용이하게 함으로써 에어로졸 형성 기재를 형성한다. 그러나, 에어로졸 발생 물품이 조립되었을 때 대안적으로 또는 추가적으로 에어로졸 발생 물품에 포함시키기 위한 균질화 담배 물질의 권축된 시트는 에어로졸 발생 물품의 길이 방향 축에 예각 또는 둔각으로 배치된 복수의 실질적으로 평행한 리지 또는 물결주름을 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 특정 구현예들에서, 상기 에어로졸 형성 기재는 실질적으로 그 전체 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 질감이 형성된 주름진 균질화 담배 물질의 시트를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 에어로졸 형성 기재는 시트의 폭에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 이격된 복수의 실질적으로 평행한 리지 또는 물결주름을 포함하는 균질화 담배 물질의 주름진 권축된 시트를 포함할 수 있다.
상기 고체 에어로졸 형성 기재는 예를 들면, 시트, 발포체, 겔 또는 슬러리 형태로 캐리어의 표면에 증착될 수 있다. 상기 고체 에어로졸 형성 기재는 캐리어의 전체 표면에 증착될 수 있거나, 대안적으로 사용 중 불균일한 향미를 전달하도록 패턴으로 증착될 수 있다.
상기 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 장치 및 이 장치에 사용하기 위한 하나 이상의 에어로졸 발생 물품의 조합이다. 그러나, 에어로졸-발생 시스템은 전기 작동식 또는 전기 에어로졸 발생 장치에 내장형 전원 공급부를 재충전하기 위한, 예를 들어 충전 장치와 같은 추가 구성 요소를 포함할 수 있다.
본 발명은 상이한 양태들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 하나의 양태와 관련하여 설명된 특징들이 본 발명의 다른 양태들에 적용될 수 있음은 명백하다. 특히, 본 발명의 일 양태에 따른 히터, 조립체, 장치 시스템 또는 방법은 본 발명의 임의의 다른 양태에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 흡연 장치를 참조하였지만, 의료용 흡입기형 장치가 본원에서 설명된 특징부, 장비, 및 기능성을 사용할 수 있음은 명백하다.
본 발명의 구현예들은 첨부된 도면을 참조하여, 단지 예시하기 위한 목적으로 상세하게 설명될 것이며, 여기서:
도 1에서, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템(100)의 구현예의 구성요소들이 단순화된 방식으로 도시된다. 특히, 도 1에서는 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템(100)의 요소들이 실제 축적대로 도시되지 않는다. 본 구현예의 이해와 무관한 구성요소들은 도 1을 단순화하기 위해 생략되었다.
전기 가열식 에어로졸 발생 시스템(100)은 하우징(10)을 갖는 에어로졸 발생 장치 및, 예를 들어 담배 스틱과 같은 에어로졸 형성 물품(12)을 포함한다. 에어로졸 형성 물품(12)은 하우징(10) 내측으로 밀려서 히터(14)와 열적으로 근접하게 되는 에어로졸 형성 기재를 포함한다. 에어로졸 형성 기재는 상이한 온도에서 다양한 휘발성 화합물을 방출할 것이다. 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템(100)의 최대 작동 온도를 제어함으로써, 바람직하지 않은 화합물의 방출이 제어될 수 있다.
하우징(10) 내에는 전기 에너지 공급부(16), 예를 들면 재충전 가능한 리튬 이온 배터리가 있다. 제어기(18)는 히터(14), 전기 에너지 공급부(16) 및, 예를 들어 버튼 또는 디스플레이와 같은 사용자 인터페이스(20)에 연결된다. 제어기(18)는 히터의 온도를 조절하기 위해서 히터(14)로 공급되는 전력을 제어한다. 일반적으로 에어로졸 형성 기재는 250℃ 내지 450℃의 온도로 가열된다.
도 2는 바람직한 구현예에 따른 가열식 에어로졸 발생 물품(101)을 도시한다. 에어로졸 발생 물품(101)은 동축 정렬로 배열된 네 개의 요소, 즉 강성 중공 관(30), 에어로졸 형성 기재(21), 에어로졸 냉각체(40), 및 마우스피스(50)를 포함한다. 이들 네 개의 요소는 순차적으로 배열되고 외부 래퍼(60)에 의해 둘러싸여서 가열식 에어로졸 발생 물품(101)을 형성한다. 에어로졸 발생 물품(101)은 사용자가 사용 동안에 그/그녀의 입 안에 넣는 근위 또는 마우스 단부(70), 및 상기 마우스 단부(70)에 대해 에어로졸 발생 물품(101)의 대향 단부에 위치한 원위 단부(80)를 갖는다.
에어로졸 발생 물품의 원위 단부(80)는 에어로졸 발생 물품(101)의 상류 단부로서 설명될 수도 있고, 에어로졸 발생 물품(101)의 마우스 단부(70)는 에어로졸 발생 물품(101)의 하류 단부로서 설명될 수도 있다. 마우스 단부(70)와 원위 단부(80) 사이에 위치한 에어로졸 발생 물품(101)의 요소들은 마우스 단부(70)의 상류, 또는 대안적으로 원위 단부(80)의 하류에 있는 것으로서 설명될 수 있다.
강성 중공 관(30)은 에어로졸 발생 물품(101)의 극단적인 원위 또는 상류 단부에 위치된다. 도 2에 도시된 물품에서, 강성 중공 관(30)은 중공 세라믹 관이다. 이 강성 중공 관(30)은 에어로졸 형성 기재를 물품(101)의 원위 단부에 가해지는 화염으로부터 보호함으로써 부주의한 점화 가능성을 감소시키는 수단을 제공할 수 있다.
도 2에 도시된 물품에서, 에어로졸 형성 기재(21)는 래퍼에 의해 둘러싸인 권축된 균질화 담배 물질의 주름진 시트를 포함한다. 균질화 담배 물질의 권축된 시트는 에어로졸 형성제로서 글리세린을 포함한다.
에어로졸 냉각체(40)는 지지체(30)의 바로 하류에 위치하고 지지체(30)와 접경한다. 사용시, 에어로졸 형성 기재(21)로부터 방출된 휘발성 물질들은 에어로졸 발생 물품(101)의 마우스 단부(70)를 향해서 에어로졸 냉각체(40)를 따라 통과한다. 휘발성 물질들은 에어로졸 냉각체(40) 내부에서 냉각되어 사용자가 흡입하는 에어로졸을 형성할 수 있다. 도 2에 도시된 물품에서, 에어로졸 냉각체는 래퍼(90)에 의해 둘러싸인 폴리유산(polylactic acid)으로 이루어진 권축되고 주름진 시트를 포함한다. 폴리유산으로 이루어진 권축되고 주름진 시트는 에어로졸 냉각체(40)의 길이를 따라 연장되는 복수의 길이 방향 채널을 정의한다.
마우스피스(50)는 에어로졸 냉각체(40)의 바로 하류에 위치하고 에어로졸 냉각체(40)와 접경한다. 도 2에 도시된 물품에서, 마우스피스(50)는 여과 효율이 낮은 종래의 초산 셀룰로오스 토우 필터를 포함한다.
에어로졸 발생 물품(101)을 조립하기 위해서, 상술한 네 개의 요소는 외부 래퍼(60)의 내부에 정렬되고 기밀하게 싸여진다. 일부 구현예들에서, 에어로졸 발생 물품(101)의 외부 래퍼(60)의 원위 단부는 팁 종이 밴드에 의해 둘러싸일 수 있다.
도 2에 도시된 에어로졸 발생 물품(101)은 사용자가 흡연하거나 소모할 수 있도록, 가열체를 포함하는 에어로졸 발생 장치와 결합되도록 설계된다. 사용 시, 에어로졸 발생 장치의 가열체는 에어로졸 발생 물품(101)의 에어로졸 형성 기재(21)를 충분한 온도로 가열하여 에어로졸을 형성하며, 이는 에어로졸 발생 물품(101)을 통해 하류로 흡인되고 사용자에 의해 흡입된다.
도 3은 적합한 에어로졸 발생 물품(201)의 다른 구현예를 도시한다. 물품(201)은 다섯 개 요소, 즉 강성 중공 관(202), 에어로졸 형성 기재(207), 중공 초산 셀룰로오스 관(206), 이송 구간(204), 및 마우스피스 필터(203)를 포함한다. 이들 다섯 개 요소는, 순차적으로 동축 정렬로 배치되고, 궐련 종이(205)에 의해 조립되어 로드를 형성한다. 조립되었을 때, 상기 물품(201)은 52 mm의 길이이며, 7.2 mm의 직경을 갖는다.
강성 중공 관(202)는 7 mm의 길이를 갖는 세라믹 관이다.
에어로졸 형성 기재(207)는 강성 중공 관(202)의 하류에 위치하고, 필터 종이에 싸여진 권축된 캐스트 잎 담배의 다발을 포함한다. 캐스트 잎 담배는 에어로졸 형성 첨가제로서 글리세린을 포함하는 첨가제를 포함한다.
중공 초산 셀룰로오스 관(206)은 에어로졸 형성 기재(207)의 바로 하류에 위치하고, 초산 셀룰로오스로 형성된다. 튜브(206)는 3.3 mm의 직경을 갖는 애퍼처를 정의한다. 관(206)의 하나의 기능은 물품(201)의 원위 단부(230)를 향해 에어로졸 형성 기재(207)를 위치시켜 가열체와 접촉될 수 있도록 하는 것이다. 관(206)은 가열체가 삽입될 때, 에어로졸 형성 기재(207)가 마우스 단부(220)를 향해 물품(201)을 따라 강제되는 것을 방지하도록 작용한다.
이송 구간(204)은 길이가 18 mm인 벽이 얇은 관을 포함한다. 이송 구간(204)은 에어로졸 형성 기재(207)로부터 방출되는 휘발성 물질이 마우스 단부(20)를 향해 물품(201)을 따라 통과하도록 한다. 휘발성 물질은 이송 구간(204) 내에서 냉각되어서 에어로졸을 형성할 수 있다. 폴리유산으로 이루어진 권축되고 주름진 시트와 같은 에어로졸 냉각체가 이송 구간 대신에 사용될 수 있다.
마우스피스 필터(203)는 초산 셀룰로오스로 형성된 종래의 마우스피스 필터로, 7 mm의 길이를 갖는다.
위에서 확인된 다섯 개의 요소는 궐련지(205) 내에 단단히 싸여져 조립된다.
도 4는 에어로졸 발생 장치(110) 및 상술되고 도 2에 도시된 구현예에 따른 에어로졸 발생 물품(101)을 포함하는 에어로졸 발생 시스템(1000)의 일 부분을 도시한다. 상기 시스템은 대안적으로 상기 도 3과 관련하여 설명된 에어로졸 발생 물품을 포함하거나, 임의의 다른 적합한 에어로졸 발생 물품을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 장치(110)는 가열체(120)를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 가열체(120)는 에어로졸 발생 장치(110)의 에어로졸 발생 물품 수용실 내에 장착된다. 사용 시, 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자는 가열체(120)가 강성 중공 관(30)의 내강(lumen)을 통해 에어로졸 발생 물품(101)의 에어로졸 형성 기재(21)를 관통하여 직접 삽입되도록 에어로졸 발생 물품(101)을 에어로졸 발생 장치(110)의 에어로졸 발생 물품 수용실 내로 삽입한다. 도 4에 도시된 구현예에서, 에어로졸 발생 장치(110)의 가열체(120)는 히터 블레이드이다. 가열체(120)는 가열부(1201) 및 유지부(1202)를 갖는다. 유지부(1202)는 가열체(120)의 길이를 따라 가열부(1201)보다 더 연장된다. 사용 시, 가열부(1201)는 에어로졸 발생 물품(101)의 에어로졸 형성 기재(21) 내로 삽입된다. PEEK 히터 마운트(1300)는 가열체(120)의 유지부(1202) 위로 성형된다. 원뿔 형의 돌기(1310)는 히터 마운트의 표면으로부터 가열체(120)의 유지부를 따라 연장되어 히터 마운트에 의해 지지되는 가열체(120)의 비율을 증가시킨다.
에어로졸 발생 장치(110)는 가열체(120)가 작동될 수 있게 하는 전원 공급부 및 전자기기들을 포함한다. 이러한 작동은 수동으로 이루어질 수도 있거나 에어로졸 발생 장치(110)의 에어로졸 발생 물품 수용실 내에 삽입된 에어로졸 발생 물품(101)을 사용자가 흡인하는 것에 반응하여 자동적으로 일어날 수 있다. 복수의 개구부는 공기가 에어로졸 발생 물품(101)으로 흐를 수 있도록 에어로졸 발생 장치에 제공되고; 기류의 방향은 도 4에 화살표로 도시된다.
일단 내부 가열체(120)가 에어로졸 발생 물품(101)의 에어로졸 형성 기재(21) 내에 삽입되어 작동되면, 에어로졸 형성 기재(21)는 에어로졸 발생 장치(110)의 가열체(120)에 의해 대략 375℃의 온도로 가열된다. 이 온도에서, 휘발성 화합물은 에어로졸 발생 물품(101)의 에어로졸 형성 기재(21)로부터 방출된다. 사용자가 에어로졸 발생 물품(10)의 마우스 말단(70)에서 흡인할 때, 에어로졸 형성 기재(21)에서 방출된 휘발성 화합물은 에어로졸 발생 물품(101)을 통해 하류로 흡인되고 응축되어 에어로졸 발생 물품(101)의 마우스피스(50)를 통해 사용자의 입 속으로 흡인되는 에어로졸을 형성한다.
에어로졸이 에어로졸 냉각체(40)를 통해 하류로 통과함에 따라, 에어로졸로부터 에어로졸 냉각체(40)로의 열 에너지 전달로 인해 에어로졸의 온도는 감소된다. 에어로졸이 에어로졸 냉각체(40)로 들어갈 때, 그 온도는 대략 60℃이다. 에어로졸 냉각체(40) 내에서의 냉각으로 인해, 에어로졸의 온도는 에어로졸 냉각체를 빠져 나올 때 대략 40℃이다.
도 5는 도 4에 도시된 유형의 히터 요소(14)를 세부적으로 도시한다. 히터(14)는 가열체(14)의 형상을 정의하는 전기 절연 히터 기재(81)를 포함한다. 히터 기재(81)는 예를 들어, 알루미나(Al2O3) 또는 안정화 지르코니아(ZrO2)일 수 있는 전기 절연 물질로 형성된다. 전기 절연 물질이 임의의 적합한 전기 절연 물질일 수 있으며, 많은 세라믹 물질이 전기 절연 기재로서 사용되는데 적합하다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 히터 기재(81)는 실질적으로 블레이드 형상이다. 즉, 히터 기재는 사용 시 히터와 결합되는 에어로졸 형성 물품의 길이 방향 축을 따라 연장되는 길이, 폭 및 두께를 가진다. 폭은 두께보다 치수가 크다. 히터 기재(81)는 에어로졸 형성 기재(30)를 관통하기 위한 점 또는 스파이크(90)로 끝난다.
전기 전도성 물질로 형성되는 가열체(82)는 증발 또는 임의의 다른 적합한 기법을 사용하여 히터 기재(80)의 평탄한 표면 상에 증착된다. 가열체는 세 개의 개별 부분으로 형성된다. 제1 부분(84)은 백금으로 형성된다. 제1 부분은 활성 가열 영역 또는 가열부(91) 내에 위치한다. 이는 최대 온도에 도달하는 히터의 영역이고, 사용 시 에어로졸 형성 기재에 열을 제공한다. 제1 부분은 U자 형상이거나 헤어핀의 형상이다. 제2 부분(86)은 금으로 형성된다. 제2 부분은 제1 부분(84)의 일 단부에 각각 연결되는 두 개의 평행한 트랙을 포함한다. 제2 부분은 히터의 유지 영역(93)에 걸쳐지는 유지부에 위치한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 유지 영역은 히터 마운트(26)와 접촉하는 히터의 영역이다. 제3 부분(88)은 은으로 형성된다. 제3 부분은 연결 영역(95)에 위치되고, 솔더 페이스트(solder paste) 또는 다른 접합 기법을 사용하여 외부 와이어가 고정될 수 있는 접합 패드를 제공한다. 제3 부분은 두 개의 평행한 패드를 포함하며, 각각의 패드는 제1 부분(84)에 대향하는, 제2 부분(86)의 평행한 트랙 중 하나의 단부에 연결된다. 제3 부분(88)은 제1 부분에 대해 유지 영역(93)의 대향 측부에 위치한다.
제1, 제2 및 제3 부분의 형상, 두께 및 폭은 사용 시 원하는 저항 및 온도 분산을 제공하도록 선택될 수 있다. 그러나, 제1 부분은 제2 및 제3 부분보다 실질적으로 더 큰 단위 길이 당 전기 저항을 가지며, 그 결과, 제1 부분은 전류가 가열체(82)를 통과할 때 가장 많은 열을 발생시켜 최고 온도에 도달한다. 제2 및 제3 부분은 매우 낮은 전기 저항을 가지도록 구성되어 매우 적은 주울 가열(Joule heating)을 제공한다. 가열체의 전체 전기 저항은 0℃에서 약 0.80 옴이고, 활성 가열 영역(91)이 400℃에 도달 할 때 약 2 옴으로 상승한다. 리튬 이온 배터리의 배터리 전압이 약 3.7 V이므로 전원 공급부(0℃에서)에 의해 공급되는 통상적인 피크 전류는 약 4.6 A이다.
제1 부분(84)은 10.5 mm의 길이를 갖는다. 제2 부분(86)은 13.9 mm의 길이를 갖는다.
백금은 양의 저항 온도 계수를 가지므로, 제1 부분(84)의 전기 저항은 온도가 증가함에 따라 증가한다. 금과 은은 낮은 저항 온도 계수를 가지며, 제2 및 제3 부분은 제1 부분만큼 큰 온도 상승을 겪지 않을 것이다. 이는 제2 및 제3 부분의 저항 변화가 제1 부분의 저항 변화에 비해 작을 것임을 의미한다. 결과적으로, 가열체(82)의 저항은 에어로졸 형성 기재와 접촉하는 히터 부분의 온도인 가열체 제1 부분(84)의 온도의 척도를 제공하는데 사용될 수 있다. 히터 및 온도 센서 모두로서의 저항 소자를 사용하기 위한 장치가 EP2110033 B1에 기술된다.
도 6은 히터 마운트(26)에 조립되어 가열 조립체를 형성하는 히터(14)를 도시한다. 히터 마운트(26)는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)으로 형성되고, 유지 영역(93)을 둘러싸도록 히터 주위에 사출 성형된다. 히터 기재(81)는 히터 마운트와 히터 사이가 강하게 고정되도록 유지 영역 내에 노치 또는 돌기를 구비하여 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 히터 마운트(26)는 에어로졸 발생 장치의 원형 하우징과 결합되는 원형 단면을 갖는다. 그러나, 히터 마운트는 에어로졸 발생 장치의 다른 구성 요소와 결합하기 위한 임의의 바람직한 형상 및 임의의 바람직한 결합 특징부를 갖도록 성형될 수 있다.
도 7은 히터 마운트(2000)에 대한 선택적인 형상을 도시한다. 히터 마운트(2000)는 히터(2200)의 유지부에 성형된다. 히터 마운트는 단면이 원형이고, 에어로졸 발생 장치의 하우징과의 결합을 위한 평행한 측부를 갖는 부분을 포함한다. 또한, 히터 마운트는 히터의 팁을 향하여 꼭지점을 갖는 원뿔을 형성하는 테이퍼진 부분을 포함한다. 히터 마운트의 이 부분의 원뿔 형상은 히터가 더 지지되도록 한다. 바람직한 구현예들에서, 히터 지지부는 히터 길이 중 적어도 9 mm 또는 10 mm만큼 접촉한다.
전술한 예시적인 구현예들은 설명을 위한 것이나 한정적인 것은 아니다. 위에서 논의된 예시적인 구현예들을 고려하면, 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예들은 이제 당업자에게 명백해질 것이다.
10: 하우징
12: 에어로졸 형성 물품
14: 히터
16: 전기 에너지 공급부
18: 제어기
20: 인터페이스
21: 에어로졸 형성 기재
26: 히터 마운트
30: 강성 중공 관
40: 에어로졸 냉각체
50: 마우스피스
60: 외부 래퍼
70: 마우스 단부
80: 원위 단부
81: 히터 기재
82: 가열체
84: 제1 부분
86: 제2 부분
88: 제3 부분
90: 스파이크
91: 가열부
93: 유지 영역
95: 연결 영역
100: 에어로졸 발생 시스템
101: 에어로졸 발생 물품
110: 에어로졸 발생 장치
120: 가열체
201: 에어로졸 발생 물품
202: 강성 중공 관
203: 마우스피스 필터
204: 이송 구간
205: 궐련 종이
206: 중공 초산 셀룰로오스 관
207: 에어로졸 형성 기재
220: 마우스 단부
1201: 가열부
1202: 유지부
1300: PEEK 히터 마운트
1310: 원뿔 형의 돌기
2000: 히터 마운트
2200: 히터
12: 에어로졸 형성 물품
14: 히터
16: 전기 에너지 공급부
18: 제어기
20: 인터페이스
21: 에어로졸 형성 기재
26: 히터 마운트
30: 강성 중공 관
40: 에어로졸 냉각체
50: 마우스피스
60: 외부 래퍼
70: 마우스 단부
80: 원위 단부
81: 히터 기재
82: 가열체
84: 제1 부분
86: 제2 부분
88: 제3 부분
90: 스파이크
91: 가열부
93: 유지 영역
95: 연결 영역
100: 에어로졸 발생 시스템
101: 에어로졸 발생 물품
110: 에어로졸 발생 장치
120: 가열체
201: 에어로졸 발생 물품
202: 강성 중공 관
203: 마우스피스 필터
204: 이송 구간
205: 궐련 종이
206: 중공 초산 셀룰로오스 관
207: 에어로졸 형성 기재
220: 마우스 단부
1201: 가열부
1202: 유지부
1300: PEEK 히터 마운트
1310: 원뿔 형의 돌기
2000: 히터 마운트
2200: 히터
Claims (14)
- 에어로졸 형성 기재 가열용 가열 조립체로서,
전기 저항 가열체 및 히터 기재를 포함하는 히터; 및
상기 히터에 결합된 히터 마운트를 포함하되,
상기 전기 저항 가열체는 전류가 상기 가열체를 통과할 때 제1 부분이 제2 부분보다 더 높은 온도로 가열되도록 구성된 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 포함하고, 상기 가열체의 상기 제1 부분은 상기 히터 기재의 가열 영역에 위치되고, 상기 가열체의 상기 제2 부분은 상기 히터 기재의 유지 영역에 위치되며, 상기 히터 마운트는 상기 히터 기재의 상기 유지 영역에 고정되고, 상기 전기 저항 가열체의 상기 제2 부분은 상기 전기 저항 가열체의 상기 제1 부분보다 더 긴, 가열 조립체. - 제1항에 있어서, 상기 전기 저항 가열체의 상기 제2 부분은 12 mm 내지 20 mm, 예를 들어 약 13 mm 내지 약 14 mm의 길이를 갖는, 가열 조립체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 저항 가열체의 상기 제1 부분은 8 mm 내지 12 mm, 예를 들어 약 10 mm 내지 약 11 mm의 길이를 갖는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 저항 가열체의 상기 제2 부분은 상기 히터의 길이를 따라 13.9 mm ± 0.5 mm만큼 연장되고, 상기 전기 저항 가열체의 상기 제1 부분은 상기 히터의 길이를 따라 10.5 mm ± 0.5 mm만큼 연장되는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터 마운트는 성형 가능 중합체 물질, 예를 들어 폴리에테르에테르케톤(PEEK)을 포함하는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열체의 상기 제1 부분은 제1 물질로 형성되고, 상기 가열체의 상기 제2 부분은 제2 물질로 형성되되, 상기 제1 물질은 상기 제2 물질보다 더 큰 전기 비저항 계수를 갖는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열체는 전원에 전기적으로 연결되도록 구성된 제3 부분을 포함하되, 상기 제3 부분은 상기 가열체의 상기 제1 부분에 대해 상기 히터 마운트의 반대쪽에 위치되는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터 마운트의 적어도 일부는, 상기 가열부를 향하는 방향으로 유지부를 따라 연장될 때 내측으로 테이퍼 진, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터 마운트의 적어도 일부는, 상기 가열부를 따라 상기 가열부의 길이의 50%를 초과하여 연장되는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터 마운트의 적어도 일부는 원뿔 형상인, 가열 조립체.
- 하우징; 상기 히터 마운트가 상기 하우징에 결합되는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 가열 조립체; 상기 가열체에 연결된 전원 공급부; 및 상기 전원 공급부로부터 상기 가열체로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어 요소를 포함하는 에어로졸 발생 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 하우징은 상기 가열체의 상기 제1 부분을 둘러싸는 공동을 정의하되, 상기 공동은 에어로졸 형성 기재를 함유하는 에어로졸 형성 물품을 수용하도록 구성된, 에어로졸 발생 장치.
- 제11항 또는 제12항의 에어로졸 발생 장치 및 가열식 에어로졸 발생 물품을 포함하되, 상기 가열식 에어로졸 발생 물품은 마우스 단부 및 상기 마우스 단부로부터 상류에 있는 원위 단부를 갖는 로드를 형성하기 위해 래퍼 내부에 조립된 에어로졸 형성 기재를 포함하는 복수의 구성요소를 포함하고, 5 mm 내지 15 mm의 외경 및 5 mm 내지 15 mm의 길이를 갖는 중공 관이 상기 래퍼 내에서 상기 에어로졸 형성 기재로부터 상류에 배치되고, 상기 에어로졸 발생 장치의 상기 히터는 상기 가열식 에어로졸 발생 물품이 상기 에어로졸 발생 장치와 결합될 때 상기 중공 관을 통해 연장되어 상기 에어로졸 형성 기재를 관통하기에 충분한 길이를 갖는, 에어로졸 발생 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 물품은 상기 에어로졸 형성 기재의 하류에 위치된 에어로졸 냉각체 및 마우스피스 필터를 더 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
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