KR20180005212A - 불연성 흡연 장치와 그 요소들 - Google Patents

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Abstract

예비 증기 제형 물질을 함유하는 예비 증기 제형 저장 요소, 상기 예비 증기 제형 저장 요소와 결합되고 상기 예비 증기 제형 물질의 적어도 일부를 증기로 가열하여 채널로 상기 증기를 공급하는 예비 증기 가열 요소, 담배의 적어도 일 부분을 가열하여 담배 향을 발생시키도록 구성된 담배 가열 요소 및 상기 담배를 수용하고 상기 채널로 상기 향을 공급하는 담배 하우징을 포함하는 불연성 흡연 요소의 적어도 예시적 실시예를 개시한다.

Description

불연성 흡연 장치와 그 요소들
적어도 일부의 예시적 실시예들은 일반적으로 불연성 흡연 장치에 관한 것이다.
전자 흡연 장치들은 예비 증기 제형을 증기로 기화시키는데 사용된다. 이러한 전자 흡연 장치들은 전자 담배(e-vaping) 장치들로 불릴 수 있다. 전자 담배 장치들은 예비 증기 제형을 증발시켜 증기를 생성하는 히터를 포함한다. 전자 담배 장치들은 전원, 히터를 포함하는 카트리지 또는 전자 담배 탱크 및 예비 증기 제형을 보유할 수있는 저장소를 포함하는 다수의 전자 담배 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 본 발명은 담배 성분에 열을 가하나 담배 성분을 태우지 않는 불연성 흡연 장치 및 요소를 제공하고자 한다.
불연성 흡연 장치는 예비 증기 제형을 가열하고 증기를 수용하는 담배 요소에 열을 제공할 수 있는 히터를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 예시적 실시예들에 따른 불연성 흡연 장치는 증기를 담배 요소에 노출시키고 및/또는 예비 증기 제형을 담배 요소에 노출시킨다.
적어도 예시적 실시예는 예비 증기 제형 물질을 함유하도록 구성된 예비 증기 제형 저장 요소, 상기 예비 증기 제형 저장 요소와 결합되고 상기 예비 증기 제형 물질의 적어도 일부를 증기로 가열하여 채널로 상기 증기를 공급하는 예비 증기 가열 요소, 담배의 적어도 일 부분을 가열하여 담배 향을 발생시키도록 구성된 담배 가열 요소 및 상기 담배를 수용하고 상기 채널로 상기 향을 공급하도록 구성된 담배 하우징을 포함하는 불연성 흡연 요소를 개시한다.
예시적 실시예에서, 상기 담배 가열 요소는 상기 담배 하우징 내에 다수의 히터들을 포함한다.
예시적 실시예에서, 상기 다수의 히터들은 상기 예비 증기 가열 요소의 상류에 배치된다.
예시적 실시예에서, 상기 다수의 히터들은 상기 채널의 외측에 배치되고, 상기 예비 증기 가열 요소는 상기 채널 내에 배치된다.
예시적 실시예에서, 상기 담배 하우징은 길이 방향으로 연장된 외부 하우징 및 상기 외부 하우징 내에 상기 길이 방향으로 연장된 내부 튜브를 포함하되, 상기 외부 하우징과 상기 내부 튜브 사이의 공간은 상기 담배를 함유하는 공간으로 정의된다.
예시적 실시예에서, 상기 담배 가열 요소는 코일이고, 상기 내부 튜브 주위를 따라 연장된다.
예시적 실시예에서, 상기 담배 가열 요소는 1 내지 2 mm의 간격으로 상기 내부 튜브 주위를 따라 연장된다.
시적 실시예에서, 상기 담배 하우징은 상기 담배 하우징의 제1 단의 연결 부분을 포함하되, 상기 연결 부분은 상기 외부 하우징과 상기 내부 튜브 사이의 상기 공간으로 공기를 공급하는 적어도 하나의 제 1 공기 유입구를 포함한다.
예시적 실시예에서, 상기 연결 부분은 상기 내부 튜브 내로 공기를 공급하는 제 2 공기 유입구를 포함한다.
적어도 예시적 실시예는 예비 증기 제형 물질을 함유하도록 구성되고 상기 예비 증기 제형 저장 요소를 관통하는 채널을 정의하는 예비 증기 제형 저장 요소, 상기 예비 증기 제형 저장 요소와 결합되고 상기 예비 증기 제형 물질의 적어도 일 부분을 증기로 가열하여 상기 채널의 제 1 부분으로 상기 증기를 공급하도록 구성된 가열 요소 및 상기 채널의 제 2 부분에서 상기 증기를 수용하도록 배치되는 담배 성분을 포함하는 불연성 흡연 요소를 개시한다.
예시적 실시예에서, 상기 가열 요소는 상기 채널 내에 배치된다.
예시적 실시예에서, 상기 담배 성분은 상기 가열 요소로부터 하류에 배치된다.
예시적 실시예에서, 상기 가열 요소는 상기 담배를 최대 200℃로 가열하도록 구성된다.
예시적 실시예에서, 상기 가열 요소는 상기 담배 성분으로부터 적어도 30mm 이격된다.
예시적 실시예에서, 상기 예비 증기 제형 저장 요소는 상기 예비 증기 제형 물질을 수용하도록 구성된 외부 하우징, 및 상기 채널을 정의하는 상기 외부 하우징의 내부 튜브를 포함하되, 상기 담배 성분은 상기 가열 요소와 상기 내부 튜브의 일 단부 사이에 배치된다.
적어도 예시적 실시예는 예비 증기 제형 물질을 함유하도록 구성된 예비 증기 제형 저장 요소, 상기 예비 증기 제형 저장 요소와 결합되고 상기 예비 증기 제형 물질의 적어도 일 부분을 증기로 가열하여 제 1 채널로 상기 증기를 공급하도록 구성된 가열 요소 및 상기 제 1 채널의 적어도 일 부분을 정의하는 담배 함유 요소를 포함하되, 상기 담배 함유 요소는 상기 가열 요소의 적어도 일 부분과 중첩되고, 상기 담배 함유 요소는 상기 증기를 수용하도록 배열되는 불연성 흡연 요소를 개시한다.
예시적 실시예에서, 상기 담배 함유 요소는 고리 모양의 슬리브이다.
예시적 실시예에서, 상기 담배 함유 요소는 외벽 및 내벽을 포함하고, 상기 내벽은 투과성이고 상기 외벽은 비투과성이다.
예시적 실시예에서, 상기 불연성 흡연 요소는 상기 담배 함유 요소 상의 외벽 요소를 더 포함하되, 상기 외벽 요소는 외벽 부분 및 내벽 부분을 포함하되, 상기 외벽 부분과 상기 담배 함유 요소는 제 2 공기 채널의 부분들을 정의한다.
예시적 실시예에서, 상기 외벽 요소는 상기 내벽 부분의 제 1 단의 커버를 더 포함하고, 상기 커버는 상기 제 1 채널을 덮는다.
본 발명의 개념에 따르면, 본 발명은 담배 성분에 열을 가하나 담배 성분을 태우지 않는 불연성 흡연 장치 및 요소를 제공할 수 있다.
예시적인 실시예들의 전술한 구성들 및 다른 구성들은 첨부된 도면들을 참조하여 예시적인 실시예들을 상세하게 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 첨부된 도면들은 예시적인 실시예들을 도시하기 위한 것이며 청구항의 의도된 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 첨부 도면들은 명시적으로 언급되지 않는 한, 스케일에 맞게 그려진 것으로 간주되지 않는다.
도 1a 내지 도 1b는 예시적 실시예에 따른 담배 성분을 포함하는 불연성 흡연 장치를 도시한다.
도 2a는 예시적 실시예에 따른, 도 1a의 불연성 흡연 장치에 사용되는 구강형 삽입물의 사시도이다.
도 2b는 예시적 실시예에 따른, 도 2a의 구강형 삽입물의 라인 B-B에 따른 단면도이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른, 공기 흐름 전환기를 포함하는 불연성 흡연 장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른, 도 3의 불연성 흡연 장치의 공기 흐름 전환기의 확대도이다.
도 5는 예시적 실시예에 따른, 공기 흐름 전환기를 포함하는 불연성 흡연 장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 6은 예시적 실시예에 따른, 도 6의 불연성 흡연 장치의 라인 A-A에 따른 단면도이다.
도 7은 예시적 실시예에 따른, 공기 흐름 전환기를 포함하는 불연성 흡연 장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 8은 예시적 실시예에 따른, 슬리브 조립체를 더 포함하는 불연성 흡연 장치의 단면도이다.
도 9는 예시적 실시예에 따른, 불연성 흡연 장치에 사용되는 구강형 삽입물의 제 2 실시예의 단면도이다.
도 10은 예시적 실시예에 따른, 도 9의 구강형 삽입물의 분해도이다.
도 11a 내지 도 11b는 담배 성분을 포함하는 불연성 흡연 장치의 예시적 실시예들을 도시한다.
도 12는 불연성 흡연 장치의 예시적 실시예를 도시한다.
도 13a 내지 도 13b는 담배 성분을 포함하는 불연성 흡연 장치의 예시적 실시예들을 도시한다.
도 14a 내지 도 14b는 예비 증기 제형 공급 저장소의 예시적 실시예를 도시한다.
도 15A 내지 도 15B는 복수의 히터들을 갖는 불연성 흡연 장치의 예시적 실시예를 도시한다.
도 16은 도 15a에 도시된 코일형 히터의 상면도이다.
도 17은 도 15a에 도시된 음극 부분의 상면도이다.
도 18은 예시적 실시예에 따른 불연성 흡연 장치용 담배 하우징을 도시한다.
도 19는 복수의 히터들을 갖는 불연성 흡연 장치의 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 20은 예시적 실시예에 따른 불연성 흡연 장치용 플립 탑 컨테이너를 도시한다.
도 21은 다른 예시적 실시 예에 따른 불연성 흡연 장치용 플립 탑 컨테이너를 도시한다.
도 22는 도 1a의 불연성 흡연 장치의 단면도이다.
도 23a는 고리형 슬리브들을 갖는 담배 함유 섹션을 포함하는 불연성 흡연 장치의 예시적 실시예를 도시한다.
도 23b는 고리형 슬리브들을 갖는 담배 함유 섹션을 포함하는 불연성 흡연 장치의 예시적 실시예를 도시한다.
도 23c는 고리형 슬리브들을 갖는 담배 함유 섹션을 포함하는 불연성 흡연 장치의 예시적 실시예를 도시한다.
도 24는 도 23a에 도시된 불연성 흡연 장치의 기류 패턴을 도시한다.
도 25는 도 22의 불연성 흡연 장치의 히터의 확대도이다.
도 26은 도 22의 담배 함유 섹션의 단부의 예시적 실시예를 도시한다.
도 27은 도 22의 담배 함유 섹션의 단부의 예시적 실시예를 도시한다.
도 28은 도 22의 담배 함유 섹션의 단부의 예시적 실시예를 도시한다.
본 정규 특허 출원은, 미국 특허법 119(e)조에 따라 미국 특허 상표청에 2015년 5월 6일 출원된 미국 임시출원 번호 62/157,496, 2015년 11월 30일 출원된 미국 임시출원 번호 62/260,793, 2015년 11월 30일 출원된 미국 임시출원 번호 62/260,761에 대하여 우선권 주장하고, 전체 내용은 본 명세서의 참조 문헌으로 포함된다.
적어도 하나의 예시적 실시예는 불연성 흡연 장치에 관한 것이다.
몇몇 상세한 예시적인 실시예들이 본 명세서에 개시된다. 그러나, 여기에 개시된 특정한 구조적 및 기능적 세부 사항들은 단지 예시적인 실시예들을 설명 할 목적으로 기술될 뿐이다. 그러나, 예시적인 실시예들은 많은 다른 형태들로 구현될 수 있으며, 여기에 설명된 실시예들에만 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
따라서, 예시적인 실시예들은 다양한 수정 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 그 실시예들은 도면들의 예로서 도시되며 여기에 상세히 설명될 것이다. 그러나, 예시적인 실시예들을 개시된 특정 형태로 한정하려는 의도는 없으며, 반대로, 예시적인 실시예들은 그 범위 내에 있는 모든 변경들, 등가물들, 및 대안들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 동일한 도면 부호들은 도면의 설명 전반에 걸쳐 동일한 요소들을 나타낸다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층을 "위에", "연결되어", "결합된" 또는 "덮은" 것으로 언급될 때, 그것을 직접적으로, 연결되거나, 또는 다른 요소 또는 층을 덮거나 또는 개재하는 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 이와는 달리, 요소가 다른 요소 또는 층에 "직접적으로", "직접 연결되어" 또는 "직접 결합되어" 있는 것으로 언급될 때, 개재하는 요소 또는 층이 존재하지 않는다. 동일한 번호들은 명세서 전반에 걸쳐 동일한 요소를 나타낸다. 본 명세서에 사용 된 바와 같이, "및/ 또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련하여 열거된 항목의 임의 및 모든 조합들을 포함한다.
제 1, 제 2, 제 3 등의 용어들이 다양한 요소들, 요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이들 요소들, 요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들은 이러한 조건들에 의해 제한되지 않는다. 이러한 용어들은 하나의 요소, 요소, 영역, 계층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션과 구별하는 데에만 사용된다. 따라서, 이하에서 논의되는 제 1 요소, 요소, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시예들을 벗어나지 않고 제 2 요소, 요소, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭 될 수 있다.
하나의 요소 또는 다른 요소와의 특징적 관계 또는 도면들에 도시된 특징(들)을 기술하기 위한 설명을 용이하게 하기 위해 공간적으로 상대적인 용어들(예를 들면, "바로 아래", "아래", "아래 쪽의", "위", "위 쪽의" 등)이 사용될 수 있다. 공간적으로 관련된 용어들은 도면에 도시된 방위뿐만 아니라 사용 또는 작동시 장치의 상이한 방위를 포함하도록 의도된 것임을 이해해야 한다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 특징의 "아래" 또는 "바로 아래"로 기술된 요소들은 다른 요소 또는 특징의 "위" 로 향할 것이다. 따라서, "아래"라는 용어는 위와 아래의 방향 모두를 포함할 수 있다. 장치는 다른 방식으로 향할 수 있고(90도 또는 다른 방향들로 회전될 수 있음), 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술 용어들은 그에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 다양한 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 예시적인 실시예들을 제한하려는 것은 아니다. 여기에서 사용된 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 다르게 지시하지 않는한 복수 형태를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 경우, "includes", "including", "comprises" 및/또는 "comprising"이라는 용어는 명시된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 구성 요소들 및/또는 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 요소들 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
예시적인 실시예들은 예시적인 실시예들의 이상적인 실시예들(및 중간 구조들)의 개략도인 도면들을 참조하여 여기에 설명된다. 이와 같이, 예를 들어 제조 기술들 및/또는 허용 오차와 같은, 도면들의 형상들로부터의 변형이 예상되어야 한다. 따라서, 예시적인 실시예들은 본 명세서에 예시된 영역들의 형상들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어 제조로부터 야기된 형상들의 편차들을 포함해야 한다. 따라서, 도면들에 도시된 영역들은 본질적으로 개략적이며, 그 형상들은 디바이스의 영역의 실제 형상을 예시하기 위한 것이 아니고, 예시적인 실시예들의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어들(기술 및 과학 용어 포함)은 예시적인 실시예가 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사전에 정의되어 사용되는 것을 포함하여 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 명시적으로 언급하지 않는 이상 이상적이거나 지나치게 형식적으로 해석되지 않아야 함을 이해할 것이다.
도 1a는 예시적 실시예에 따른 불연성 흡연 장치(60)를 도시한다. 불연성 흡연 장치(60)는 교체 가능한 카트리지(또는 제 1 섹션)(70), 재사용 가능한 고정구(fixture)(또는 제 2 섹션)(72) 및 담배 함유 섹션(또는 제 3 섹션)(74)을 포함한다.
도 1b는 예시적 실시예에 따른 불연성 흡연 장치(60)의 단면도를 도시한다. 불연성 흡연 장치(60)는 연결부(205a/b)에서 서로 결합되는 교체 가능한 카트리지(또는 제 1 섹션)(70) 및 재사용 가능한 고정구(또는 제 2 섹션)(72)를 포함한다. 예를 들어, 연결부(205a)는 카트리지(70) 상의 수나사 연결부이고, 연결부(205b)는 재사용 가능한 고정구(72) 상의 암나사 연결부이다. 또는 이와 달리, 교체 가능한 카트리지(또는 제 1 섹션)(70) 및 재사용 가능한 고정구(또는 제 2 섹션)(72)는 끼워 맞춤(snug-fit), 멈춤쇠(detent), 클램프(clamp) 및/또는 걸쇠(clasp)와 같은 다른 방법들에 의해 결합될 수 있다. 제 1 섹션(70)은 길이 방향으로 연장된 외부 튜브(6)(또는 하우징) 및 외부 튜브 또는 하우징(6) 내에 동축으로 위치된(coaxially positioned) 내부 튜브(62)를 포함한다. 내부 튜브(62) 는 외부 공기 통로(또는 채널)(9)를 정의한다. 외부 공기 통로(9) 내의 히터(14)의 하류에는 담배 성분(23)이 있다. 담배 성분(23)은 다공성 알루미늄 튜브 내에 있거나 다공성 형태로 가공/성형될 수 있다.
“담배 성분"이란 용어는 예를 들어, 담배 잎, 담배 플러그(tobacco plug), 재구성된 담배(reconstituted tobacco), 압축된 담배 로드(compressed tobacco rod), 성형된, 또는 분말을 포함하는 모든 담배 식물 재료를 의미할 수 있다.
담배 성분(23)은 또한 담배 시트(tobacco sheet), 재구성된 담배 잎(reconstituted tobacco leaf) 또는 시가 포장지(cigar wrapper)와 같이, 담배로 감싸질 수 있다.
제 2 섹션(72)은 또한 길이 방향으로 연장된 외부 튜브(6')(또는 하우징)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 외부 튜브(6,6')는 제 1 섹션(70)과 제 2 섹션(72)을 함께 하우징하는 단일 튜브일 수 있고, 전체 불연성 흡연 장치(60)는 일회용일 수 있다.
불연성 흡연 장치(60)는 또한 내부 튜브(62) 및 상류 씰(15)에 의해 부분적으로 정의되는 중앙 공기 통로(20)를 포함할 수 있다. 또한, 불연성 흡연 장치(60)는 예비 증기 제형 공급 저장소(22)를 포함한다. 예비 증기 제형 공급 저장소(22)는 예비 증기 제형 물질 및 선택적으로 예비 증기 제형 물질을 저장하도록 작동할 수 있는 예비 증기 제형 저장 매체(21)를 포함한다.
일 실시예에서, 예비 증기 제형 공급 저장소(22)는 외부 튜브(6)와 내부 튜브(62) 사이의 외부 고리 내에 수용된다. 고리는 씰(15)에 의해 상류 단부에서 밀봉되고 하류 단부에서 예비 증기 제형 개스킷(10)에 의해 밀봉되어, 예비 증기 제형 공급 저장소(22)로부터 예비 증기 제형 물질이 누설되는 것을 방지한다.
일 실시예에서, 히터(14)는 또한 씰(15)에 의해 정의된 중앙 공기 통로(20)의 일 부분의 하류에 이격되어 내부 튜브(62)에 포함된다. 히터(14)는 와이어 코일, 평면 바디, 세라믹 바디, 단일 와이어, 저항성 와이어의 케이지 또는 임의의 다른 적합한 형태일 수 있다.
심지(28)는 예비 증기 제형 공급 저장소(22) 내의 예비 증기 제형 물질 및 히터(14)와 연통되어, 심지(28)는 예비 증기 제형 물질을 히터(14)에 근접하게 배치한다. 심지(28)는 섬유질 및 가요성 물질로 구성될 수 있다. 심지(28)는 예비 증기 제형을 인출할 수 있는 용량을 갖는 적어도 하나의 필라멘트를 포함할 수 있다. 일 예로, 심지(28)는 유리(또는 세라믹) 필라멘트들을 포함할 수 있는 필라멘트 다발을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 유리 필라멘트들의 권선 그룹(예를 들어 3개의 권선들)을 포함하는 필라멘트 다발은 필라멘트들 사이의 틈새 간격의 모세관 작용을 이용하여 예비 증기 제형을 끌어들일 수 있다.
제 2 섹션(72) 내의 전원(1)은 후술할 바와 같이, 히터(14)에 작동 가능하도록 연결되어 히터(14)에 전압을 인가할 수 있다. 불연성 흡연 장치(60) 는 또한 중앙 공기 통로(20) 및/또는 내부 튜브(62)의 다른 부분들에 공기를 전달하도록 작동 가능한 적어도 하나의 공기 유입구(44)를 포함한다.
도 1 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 불연성 흡연 장치(60)는 적어도 2 개의 축외(off-axis)로 발산하는 배출구들(24)을 갖는 구강형 삽입물(mouth-end insert)(8)을 더 포함한다. 구강형 삽입물(8)은 내부 튜브(62)의 내부 및 개스킷(10)을 통해 연장되는 중앙 통로(63)를 통해 중앙 공기 통로(20)와 유체 연통한다.
또한, 히터(14)는 길이 방향을 가로 지르는 방향으로 연장되고 예비 증기 제형 물질을 기화시켜 증기를 형성하기에 충분한 온도로 예비 증기 제형 물질을 가열한다. 다른 실시예들에서, 히터(14)는 길이 방향을 따라서와 같이, 다른 방식으로 배열될 수 있다.
구강형 삽입물(8)에 인가된 음압(negative pressure)에 의해, 증기가 담배 성분(23) 내로 흐를 수 있다. 히터(14)는 담배 성분(23)으로부터 일정 거리 이격되거나 담배 성분(23)과 접촉하여 음압이 인가될 때 히터(14)가 담배 성분(23)을 가열할 수 있다. 예를 들어, 히터(14)는 담배 성분(23)으로부터 10 ㎜ 이하로 이격될 수 있다. 히터(14)는 구강형 삽입물(8)에서 50℃의 온도를 생성하도록 배열될 수 있다. 또한, 히터(14)는 담배 성분(23)을 50 내지 200 ℃의 온도로 가열하고 예비 증기 제형을 400℃ 로 가열할 수 있다.
히터(14)는 담배 성분(23)에 열을 가하지만, 담배를 태우지는 않는다. 따라서, 담배 성분(23)에 열을 가하는 것(warming)은 불연성(non-combustible)으로 지칭될 수 있다. 섹션(70)이 담배 성분(23)과 히터(14)를 포함하여, 섹션(70)은 불연성 흡연 요소로 지칭될 수 있다.
도 1을 참조하면, 심지(28), 예비 증기 제형 공급 저장소(22) 및 구강형 삽입물(8)은 카트리지(70)에 수용되고 전원(1)은 제 2 섹션(72)에 수용된다. 일 실시예에서, 제 1 섹션(카트리지)(70)은 폐기될 수 있고 제 2 섹션(고정구)(72)은 재사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 섹션들(70,72)은 나사 연결부(205)에 의해 부착될 수 있고, 이에 의해 예비 증기 제형 공급 저장소(22)가 소모되었을 때 하류 섹션(70)은 대체될 수 있다. 별도의 제 1 섹션(70) 및 제 2 섹션(72)을 갖는 것은 다수의 이점들을 제공한다. 먼저, 제 1 섹션(70)이 적어도 하나의 히터(14), 예비 증기 제형 공급 저장소(22) 및 심지(28)를 포함하는 경우, 제 1 섹션(70)이 대체될 때 예비 증기 제형과 잠재적으로 접촉하는 모든 요소들이 배치될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 다른 예비 증기 제형 물질을 사용할 때, 서로 다른 구강형 삽입물들(8) 사이의 교차 오염을 방지할 수 있다. 또한, 제 1 섹션(70)이 적절한 간격으로 교체되는 경우, 예비 증기 제형으로 히터가 막힐 가능성이 거의 없다. 선택적으로, 제 1 섹션(70) 및 제 2 섹션(72)은 결합될 때 함께 닫히도록 배열된다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 공기 유입구(44)는 하나 또는 두개의 공기 유입구들(44, 44')을 포함한다. 이와 달리, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 공기 유입구들이 있을 수 있다. 하나 이상의 공기 유입구(44, 44')가 있는 경우, 공기 유입구들(44, 44')은 불연성 흡연 장치(60)를 따라 서로 다른 위치에 배치된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 공기 유입구(44a)는 불연성 흡연 장치(60)의 상류 단부에 센서(16)와 인접하게 위치하여, 센서(16)가 음압의 인가를 센싱하여 히터(16)에 전력을 공급할 수 있다. 공기 유입구(44a)는 구강형 삽입물(8)과 연통되어야 하며, 이에 따라 구강형 삽입물로 빨아들이는 것(draw)은 센서(16)를 활성화시킨다. 공기 유입구(44a)로부터 공급된 공기는 이후 전원(1)을 따라 씰(15) 내의 중앙 공기 통로(20) 및/또는 내부 튜브(62) 및/또는 외부 튜브(6)의 다른 부분들로 흐를 수 있다. 적어도 하나의 추가적인 공기 유입구(44, 44')가 씰(15)의 상류에 인접하게 또는 임의의 다른 바람직한 위치에 위치될 수 있다. 공기 유입구들(44, 44')의 크기 및 개수를 변경하는 것은 또한 불연성 흡연 장치(60)의 인출 저항(resistance to draw)을 설정하는 것을 도울 수 있다.
일 실시예에서, 히터(14)는 심지(28)와 연통하고 심지(28) 내에 함유된 예비 증기 제형 물질을 가열하여, 예비 증기 제형 물질을 증발시켜 증기를 형성하기에 충분한 온도로 가열하도록 배열된다.
히터(14)는 심지(28)를 둘러싸는 와이어 코일일 수 있다. 적절한 전기적 저항성 물질들의 예들은 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 및 백금 그룹으로부터의 금속을 포함한다. 적절한 금속 합금들의 예들은 스테인리스 강, 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간- 및 철- 함유 합금들, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인레스 스틸을 주성분으로 하는 수퍼 합금들을 포함한다. 예를 들어, 히터는 니켈 알루미나이드들, 표면 상에 알루미나 층을 갖는 재료, 철 알루미나이드 및 다른 복합 물질들로 형성될 수 있으며, 전기 저항성 물질은, 필요한 에너지 전이 및 요구되는 외부 물리 화학적 특성들에 따라, 선택적으로 임베디드되거나(embedded in), 절연 재료로 봉입되거나 또는 코팅되거나, 그 반대일 수 있다. 일 실시예에서, 히터(14)는 스테인레스 스틸, 구리, 구리 합금들, 니켈-크롬 합금들, 초합금들 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 히터(14)는 니켈-크롬 합금 또는 철-크롬 합금으로 형성된다. 일 실시예에서, 히터(14)는 그 외부 표면 상에 전기 저항 층을 갖는 세라믹 히터일 수 있다.
다른 실시예에서, 히터(14)는 1994년 12월 29일에 출원된 Sikka 등의 미국 특허 제 5,595,706 호에 기재된 것과 같은, 철-알루미나이드(예를 들어, FeAl 또는 Fe3Al) 또는 니켈 알루미나이드(예를 들어, Ni3Al)로 구성될 수 있다. 철-알루미나이드들의 사용은 큰 저항성을 갖는다는 점에서 특히 유리하다. FeAl은 약 180 micro-ohm의 저항을 갖는 반면, 스테인리스 강은 약 50 내지 91 micro-ohm의 저항을 갖는다. 저항이 높을수록 전원(배터리)(1)에 인출 또는 로드되는 전류가 낮아진다.
일 실시예에서, 히터(14)는 심지(28)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 와이어 코일을 포함한다. 이 실시예에서, 와이어는 심지(28)의 길이를 따라 부분적으로 연장되는 금속 와이어 및/또는 히터 코일일 수 있다. 히터 코일은 심지(28)의 원주 둘레로 완전히 또는 부분적으로 연장될 수 있다. 다른 실시 예에서, 히터 코일은 심지(28)와 접촉하지 않는다.
히터(14)는 열 전도에 의해 심지(28) 내의 예비 증기 제형을 가열한다. 이와 달리, 히터(14)로부터의 열은 열 전도 요소에 의해 예비 증기 제형으로 전도될 수 있거나 또는 히터(14)는 사용 중에 불연성 흡연 장치(60)를 통해 유입되는 외기(ambient air)에 열을 전달하고, 이어서 대류에 의해 예비 증기 제형을 가열할 수 있다.
일 실시예에서, 심지는 세라믹 물질 또는 세라믹 섬유들을 포함한다. 상술한 바와 같이, 심지(28)는 히터(14)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 또한, 일 실시예에서, 심지(28)는 내부 튜브(62) 내의 대향되는 개구들을 통해 연장되어 심지(28)의 단부들(29, 31)이 예비 증기 제형 공급 저장소(22)와 접촉한다.
심지(28)는 복수의 필라멘트들 또는 필라멘트 다발을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 필라멘트들은 일반적으로 불연성 흡연 장치(60)의 종 방향을 가로 지르는 방향으로 정렬될 수 있지만, 예시적 실시예들은 이러한 방향에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 심지(28)의 구조는 필라멘트들과 히터(14) 사이의 간극(interstitial) 간격으로 모세관 작용을 통해 예비 증기 제형을 인출할 수 있는 세라믹 필라멘트들로 형성된다. 심지(28)는 일반적으로 십자형, 클로버형, Y형 또는 임의의 다른 적합한 형상의 단면을 갖는 필라멘트들을 포함할 수 있다.
심지(28)는 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 조합을 포함한다. 적합한 물질들의 예들은 유리 필라멘트들 및 세라믹 또는 흑연 기반 물질들이다. 또한, 심지(28)는 밀도, 점도, 표면 장력 및 증기압과 같은 상이한 물리적 특성들을 갖는 예비 증기 제형을 수용하기 위해 임의의 적합한 모세관 특성을 가질 수 있다. 예비 증기 제형의 특성들과 결합된 심지(28)의 모세관 특성들은 히터(14)의 과열을 방지하기 위해, 심지(28)가 항상 히터(14)의 영역에서 젖어있도록 한다.
심지(wick)를 사용하는 대신에, 히터는 충분한 모세관(capillarity) 특성을 갖는 다공성 물질일 수 있고, 신속하게 열을 발생시킬 수 있는 큰 전기 저항을 갖는 물질로 형성된 저항 히터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 심지(28) 및 예비 증기 제형 공급 저장소(22)의 예비 증기 제형 저장 매체(21)는 알루미나 세라믹으로 구성된다. 다른 실시예에서, 심지(28)는 유리 섬유들을 포함하고, 예비 증기 제형 저장 매체(21)는 셀룰로오스 물질 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한다.
일 실시예에서, 전원(1)은 불연성 흡연 장치(60) 내에 양극이 음극의 하류에 있도록 배치된 배터리를 포함할 수 있다. 양극 커넥터(4)는 배터리의 하류 단부와 접촉한다. 히터(14)는 2개의 이격된 전기 리드들에 의해 배터리에 연결된다.
히터(14)의 감기지 않은(uncoiled) 단부들(27, 27') 사이의 연결부들(도 4 참조)과 전기 리드들은 높은 전도성 및 온도 저항성을 갖는 반면 히터(14)는 저항이 높아, 발열은 접촉부들이 아닌 히터(14)를 따라 주로 발생한다.
배터리는 리튬 이온 배터리 또는 그 변형 제품들, 일 예로 리튬 이온 폴리머 배터리일 수 있다. 이와는 달리, 배터리는 니켈-금속 하이브리드 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 리튬-망간 배터리, 리튬-코발트 배터리 또는 연료 전지일 수 있다. 이러한 경우, 불연성 흡연 장치(60)는 전원의 에너지가 고갈될 때까지 사용할 수 있다. 이와는 달리, 전원(1)은 재충전될 수 있고, 배터리가 외부 충전 장치에 의해 충전되도록 하는 회로를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 회로가 외부 충전 장치에 재연결되어야 하는 이후에, 회로가 충전되면 원하는(또는 기설정된) 횟수의 음압(negative pressure) 적용을 위한 전력을 제공한다.
불연성 흡연 장치(60)는 또한 센서(16)를 포함하는 제어 회로를 포함한다. 센서(16)는 공기 압력 강하를 감지하여 전원(1)로부터 히터(14)에 전압의 인가를 개시하도록 작동할 수 있다. 제어 회로는 또한 히터(14)가 활성화될 때 발광하도록 작동할 수 있는 히터 활성화 라이트(48)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 히터 활성화 라이트(48)는 히터 활성화 라이트(예를 들어, 발광 다이오드(LED))(48)을 포함하고, 불연성 흡연 장치(60)의 상류 단부에 위치하여 음압이 인가될 때 히터 활성화 라이트(48)는 숯불 형상(appearance of a burning coal)을 나타낼 수 있다. 또한, 히터 활성화 라이트(48)는 성인 흡연자에게 보이도록 배열될 수 있다. 이에 더하여, 히터 활성화 라이트(48)는 전자 담배(e-vaping) 시스템 진단을 위해 이용될 수 있다. 라이트(48)는 성인 흡연자가 사생활 보호를 위해 라이트(48)를 활성화 및/또는 비활성화할 수 있도록 구성될 수 있어, 필요한 경우 라이트(48)는 작동시 활성화되지 않을 수 있다.
적어도 하나의 공기 유입구(44a)는 센서(16)에 인접하도록 위치하여, 센서(16)는 음압을 나타내는 공기 흐름을 감지하고 전원(1) 및 히터 작동 광(48)을 활성화시켜 히터(14)가 작동 중임을 나타낸다.
제어 회로는 센서(16)와 통합되고, 예를 들어, 최대 시간 주기 리미터를 갖고 센서(16)에 응답하여 히터(14)에 전력을 공급한다.
선택적으로, 제어 회로는 음압 인가를 위해 수동으로 작동 가능한 스위치를 포함할 수 있다. 히터(14)로의 전류 공급 주기는 기화되어야 하는 예비 증기 제형의 양에 따라 미리 설정될 수 있다. 제어 회로는 이러한 목적을 위해 프로그램될 수 있다. 선택적으로, 회로는 센서(16)가 압력 강하를 감지하면 히터에 전력을 공급할 수 있다.
활성화될 때, 히터(14)는 히터에 의해 둘러싸인 심지(28)의 일 부분을 약 10초 미만, 보다 바람직하게는 약 7초 미만 동안 가열한다. 따라서, 전력 사이클은 약 2초 내지 약 10초(예를 들어, 약 3초 내지 약 9초, 약 4초 내지 약 8 초 또는 약 5초 내지 약 7초) 범위일 수 있다.
일 실시예에서, 예비 증기 제형 공급 저장소(22)는 예비 증기 제형 물질을 함유하는 예비 증기 제형 저장 매체(21)를 포함한다. 도 1에서, 예비 증기 제형 공급 저장소(22)는 내부 튜브(62)와 외부 튜브(6) 사이 및 스토퍼(10)와 씰(15) 사이의 외부 고리에 포함된다. 따라서, 예비 증기 제형 공급 저장소(22)는 중앙 공기 통로(20)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 히터(14)와 심지(28)는 예비 증기 제형 공급 저장소(22)의 부분들 사이로 연장된다.
예비 증기 제형 저장 매체(21)는 면, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 레이온 및/또는 이들의 조합을 포함하는 섬유 물질일 수 있다. 섬유들은 약 6 microns 내지 약 15 microns(예를 들어, 약 8 microns 내지 약 12 microns 또는 약 9 microns 내지 약 11 microns)의 크기 범위의 직경을 가질 수 있다. 예비 증기 제형 저장 매체(21)는 소결된, 다공성 또는 발포된(foamed) 물질일 수 있다. 또한, 섬유들은 흡입할 수 없는 크기를 가질 수 있고, y형, 십자형, 클로버형 또는 임의의 다른 적합한 형상을 갖는 단면을 가질 수 있다.
또 다른 예시적 실시예에서, 예비 증기 제형 저장 매체(21)는 담배 충전제 또는 담배 슬러리일 수 있다.
또한, 예비 증기 제형 물질은 불연성 흡연 장치(60)에서의 사용에 적합한 끓는점을 갖는다. 끓는점이 너무 높으면, 히터(14)는 심지(28)에서 예비 증기 제형을 기화시킬 수 없다. 반면에, 끓는점이 너무 낮으면, 히터(14)가 활성화되지 않아도 예비 증기 제형이 기화될 수 있다.
예비 증기 제형은 증기로 전이될 수 있는 물질 또는 그 물질들의 조합이다. 예를 들어, 예비 증기 제형은 물, 비드들, 용매, 활성 성분들, 에탄올, 식물 추출물들, 천연 또는 인공 향료들 및/또는 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 증기 형성제들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 액체, 고체 및/또는 겔 제형일 수 있다.
예비 증기 제형은 가열될 때 방출되는 휘발성 담배 풍미 화합물들을 포함하는 담배 성분을 포함할 수 있다. 담배 성분이 예비 증기 제형 내에 있을 때 담배 성분의 물리적 무결성(integrity)이 보존된다. 예를 들어, 담배 성분은 예비 증기 제형 내에서 무게 비율로 2 내지 30 %일 수 있다.
예를 들어, 담배 성분은 시트 형태 또는 파쇄물(shreds) 형태일 수 있으며, 예비 증기 제형이 예비 증기 제형 저장 매체(21)에 첨가된 이후에 첨가될 수 있다.
작동시, 조립된 형태의 불연성 흡연 장치(60)로, 음압이 구강형 삽입물(8) 에 가해질 수 있다. 이러한 음압의 인가는 불연성 흡연 장치(60) 내의 내부 압력 강하를 유발하고 공기 유입구들(44/44')을 통해 장치(60)로 들어간 주입 공기의 흐름을 유발할 수 있다. 내부 압력 강하는 또한 공기 유입구(44a)를 통해 공기가 유입(섹션(72)을 통해 유동하는 공기 유동 경로를 통해)될 때, 섹션(72) 내에서 내부 압력 강하를 유발할 수 있다. 섹션(72) 내에서 일어난 내부 압력 강하는 센서(16)에 의해 감지될 수 있다. 센서(16)는 그 후, 전원(1)을 포함하는 전기 회로를 닫도록 작동할 수 있다. 이어서, 전기 리드들은 히터(14)를 활성화시키기 위해 히터(14)에 전류를 전달한다. 전력이 공급된 히터(14)는 심지(28)를 통해 히터(14)를 향해 인출된 예비 증기 제형 물질을 가열 및 기화시킨다.
예비 증기 제형 물질은 심지(28)에서의 모세관 작용에 의해 히터(14)에 근접한 예비 증기 제형 공급 저장소(22) 및/또는 예비 증기 제형 저장 매체(21)로부터 전달된다. 일 실시예에서, 심지(28)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 단부(29) 및 대향되는 제 2 단부(31)를 가진다. 제 1 단부(29) 및 제 2 단부(31)는 예비 증기 제형 저장 매체(21)의 대향되는 측면들 내로 연장되어 내부에 함유된 예비 증기 제형 물질과 접촉한다. 히터(14)는 심지(28)의 중앙 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 히터(14)가 활성화될 때 심지(28)의 중심부에서의 예비 증기 제형이 히터(14)에 의해 기화되어 예비 증기 제형 물질을 기화시켜 증기를 형성한다. 음압이 가해지기 때문에, 증기는 히터(14)로부터 담배 성분(23)을 통과하여 구강형 삽입물(8) 밖으로 유출된다.
증기는 흐름(flow stream) 내로 담배 성분들을 용출시킬 수 있다. 증기와 담배 성분 사이에 몇가지 열 반응들이 존재할 수 있다.
일 실시예의 장점 중 하나는 예비 증기 제형 공급 저장소(22) 내의 예비 증기 제형 물질이 산소로부터 보호(산소는 일반적으로 심지를 통해 예비 증기 제형 저장부에 진입할 수 없기 때문에)되어, 예비 증기 배합 물질의 열화의 위험이 현저히 감소된다. 또한, 외부 튜브(6)가 투명하지 않은 일부 실시예들에서, 예비 증기 제형 공급 저장소(22)는 빛으로부터 보호되어 예비 증기 제형 물질의 열화 위험이 현저하게 감소된다. 따라서, 높은 수준의 저장 수명(shelf-life)과 청결이 유지될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 구강형 삽입물(8)은 적어도 2개의 발산 배출구들(24)(예를 들어, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상)을 포함한다. 구강형 삽입물(8)의 배출구들(24)은 축외 통로들(80)의 단부들에 위치되고 불연성 흡연 장치(60)의 길이 방향에 대해 외향으로(즉, 발산하는 방향으로) 각을 이룬다. 여기에 사용된 바와 같이, "축외(off-axis)"라는 용어는 불연성 흡연 장치(60)의 길이 방향에 대해 소정 각도를 이루는 것을 의미한다. 또한, 구강형 삽입물(또는 유동 가이드)(8)는 사용 중에 증기를 실질적으로 균일하게 분배하도록 구강형 삽입물(8) 주위에 균일하게 분포된 배출구들을 포함할 수 있다. 따라서, 증기는 단일 위치로 증기를 향하게 하는 축상의 단일 구멍을 갖는 전자 담배 장치들과 비교하여 상이한 방향들로 증기가 이동한다.
또한, 배출구들(24) 및 축외 통로들(80)은 증기에서 운반된 기화되지 않은 예비 증기 제형의 방울들이 구강형 삽입물의 내부 표면(81)들 및/또는 축외 통로들의 내부 표면들에 충격을 가하도록 배열되어, 방울들이 제거되거나 분해된다. 일 실시예에서, 구강형 삽입물의 배출구들은 축외 통로들의 단부들에 위치되고, 외부 튜브(6)의 중심축에 대해 5 내지 60° 각도로 기울어져, 사용할 때 증기를 더 완전하게 분배하고 방울들을 제거한다.
바람직하게, 각각의 배출구는 약 0.015 인치 내지 약 0.090 인치(예를 들어, 약 0.020 인치 내지 약 0.040 인치 또는 약 0.028 인치 내지 약 0.038 인치)의 직경을 갖는다. 배출구들(24) 및 축외 통로들(80)의 크기는 배출구들의 수와 함께, 필요한 경우 불연성 흡연 장치(60)의 인출 저항(resistance to draw: RTD)을 조절하도록 선택될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 구강형 삽입물(8)의 내부 표면(81)은 일반적으로 돔형 표면을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 도 2b에 도시된 바와 같이, 구강형 삽입물(8)의 내부 표면(81')은 일반적으로 평탄한 단부면을 갖는 원통형 또는 원추형일 수 있다. 내부 표면은 그 표면에 걸쳐 실질적으로 균일하거나 구강형 삽입물(8)의 길이 방향 축에 대해 대칭된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 내부 표면은 불규칙하고 및/또는 다른 형상들을 가질 수 있다.
구강형 삽입물(8)은 섹션(70)의 튜브(6) 내에 일체로 부착된다. 또한, 구강 형 삽입물(8)은 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리 에테르 에테르 케톤(PEEK) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머로 형성될 수 있다. 구강형 삽입물(8)은 또한 필요한 경우 착색될 수 있다.
일 실시예에서, 불연성 흡연 장치(60)는 또한 공기 흐름 전환기 또는 공기 흐름 전환 수단의 다양한 실시예들을 포함한다. 공기 유동 전환기는 히터를 냉각시키는 흡입된 공기의 흐름을 완화시키도록 히터에서 또는 그 근방에서 공기 유동을 관리하도록 작동 가능하며, 그렇지 않으면 수증기 배출이 감소될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 불연성 흡연 장치(60) 는 씰(15) 내의 중앙 공기 통로(20)의 하류 단부(82)에 비투과성 플러그(30)를 포함하는 공기 유동 전환기를 포함할 수 있다. 중앙 공기 통로(20)는 씰(15) 및 내부 튜브(62) 내의 축 방향으로 연장된다. 씰(15)은 외부 튜브(6)와 내부 튜브(62) 사이의 고리의 상류 단부를 밀봉한다. 공기 흐름 전환기는 적어도 하나의 방사형 공기 채널(32)을 포함할 수 있다. 공기 채널(32)은 중앙 공기 통로(20)로부터 내부 튜브(62)를 향해 외측으로 그리고 씰(15)의 하류 단부 외측 주변과 내부 튜브(62)의 내벽 사이에 정의된 외부 공기 통로(9) 내로 공기를 흐르게 할 수 있다.
중앙 공기 통로(20)의 구멍의 직경은 실질적으로 적어도 하나의 방사형 공기 채널(32)의 직경과 동일하다. 또한, 중앙 공기 통로(20)의 구멍의 직경과 적어도 하나의 방사형 공기 채널(32)의 직경은 약 1.5 mm 내지 약 3.5 mm 범위(예를 들어, 약 2.0 mm 내지 약 3.0 mm)일 수 있다. 선택적으로, 중앙 공기 통로(20)의 구멍의 직경과 적어도 하나의 방사형 공기 채널(32)의 직경은 불연성 흡연 장치(60)의 인발 저항을 제어하도록 조절될 수 있다. 사용시, 공기는 중앙 공기 통로(20)의 구멍 내로, 적어도 하나의 방사형 공기 채널(32)을 통해 외부 공기 통로(9)로 흐르고, 기류의 더 적은 부분이 히터(14)의 중앙 부분으로 흐른다. 이에 따라, 가열 사이클들 동안 앞서 언급한 히터(14)에의 기류의 냉각 효과가 감소되거나 또는 최소화될 수 있다. 따라서, 유입되는 공기는 히터(14)의 중앙으로부터 멀어지고, 히터를 지나가는 공기의 속도는 히터(14)의 중앙부와 직선으로 위치된 씰(15)의 중앙 개구를 통해 공기가 흐를 때와 비교하여 감소된다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 공기 흐름 전환기는 씰(15)의 하류 단부와 히터(14) 사이에 위치된 디스크(34)의 형태일 수 있다. 디스크(34)는 외부 관벽(90)의 하류 단부에서 횡단벽에 적어도 하나의 오리피스(36)를 포함한다. 적어도 하나의 오리피스(36)는 축외로 배치되어 유입 공기를 튜브(62)의 내부 벽을 향하여 바깥쪽으로 향하게 할 수 있다. 음압을 가하는 동안, 강하거나 또는 지속되는 음압의 결과로서 히터를 냉각시키는 기류의 경향성을 상쇄시키기 위하여, 디스크(34)는 히터(14)의 중앙 부분으로부터 멀어지도록 기류의 방향을 바꾸도록 작동한다. 따라서, 음압의 인가 중에 생성되는 증기 양의 감소를 줄이거나 방지하기 위하여, 가열 사이클들 동안 히터(14)가 냉각되는 것이 실질적으로 감소되거나 또는 방지된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시 예에서, 공기 유동 전환기는 단축 된 중앙 공기 통로(20)의 하류 단부(82)로부터 연장되는 절두-원추형(frustoconical) 섹션(40)을 포함한다. 다른 실시예들에 비해 중앙 공기 통로(20)를 단축함으로써, 히터(14)는 중앙 공기 통로(20)로부터 멀리 위치하여, 히터(14)와 접촉하기 전에 공기 흐름을 감속시켜 히터(14)를 냉각시키는 경향이 줄어든다. 이와는 달리, 히터(14)는 구강형 삽입물(8)에 더 가깝고 중앙 공기 통로(20)로부터 더 멀리 위치하도록 움직일 수 있어, 동일한 냉각-저감 효과를 얻도록 감속하기에 충분한 공기 유동 시간 및/또는 공간을 허용할 수 있다.
음압 사이클들 동안 히터(14)에 대한 공기의 냉각 효과를 감소시키기 위하여, 절두 원추형 섹션(40)의 추가는 기류를 감속시킬 수 있는 더 큰 직경의 구멍 크기를 제공하여 히터(14)에서 또는 그 주위의 공기 속도를 감소시킨다. 절두 원추형 섹션(40)의 큰 단부(출구)의 직경은 약 2.0 mm 내지 약 4.0 mm, 바람직하게는 약 2.5 mm 내지 약 3.5 mm이다.
중앙 공기 통로(20)의 구멍 직경과 절두 원추형 섹션(40)의 더 작은 단부 및/또는 더 큰 단부의 직경은 불연성 흡연 장치(60)의 인발 저항을 제어하도록 조절될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 공기 흐름 전환기는 공기 흐름 속도(공기 흐름의 속도 및/또는 방향)를 제어함으로써 공기 흐름을 안내한다. 예를 들어, 공기 유동 전환기는 기류를 특정 방향으로 유도하고 및/또는 기류의 속도를 제어할 수 있다. 기류의 속도는 공기 유동 경로의 단면적을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 제한된 섹션을 통과하는 기류의 속는가 증가하고 넓은 섹션을 통과하는 기류의 속도는 감소된다.
외부 튜브(6) 및/또는 내부 튜브(62)는 임의의 적절한 물질 또는 물질들의 조합으로 형성될 수 있다. 적합한 물질들의 예들은 금속들, 합금들, 플라스틱들 또는 이러한 물질들 중 하나 이상을 포함하는 복합 물질들, 또는 식품 또는 제약 응용 분야들에 적합한 열가소성 플라스틱들, 예를 들어, 폴리 프로필렌, 폴리 에테르 에테르 케톤(PEEK), 세라믹 및 폴리에틸렌을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 물질은 가볍고 단단할(non-brittle) 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 불연성 흡연 장치(60)는 또한 불연성 흡연 장치(60)의 제 1 섹션(70)에 인접한 외부 튜브(6) 주위에 제거 가능하고 및/또는 회전 가능하게 위치된 슬리브 조립체(87)를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 슬리브 조립체(87)는 제 1 섹션(70)의 적어도 일 부분을 절연시켜, 성인 흡연자에 전달되기 전에 증기의 온도를 유지한다. 일 실시예에서, 슬리브 조립체(87)는 불연성 흡연 장치(60)에 대해 회전 가능하고 슬리브 조립체를 가로지르도록 배열되는 이격된 슬롯들(88)을 포함한다. 슬롯들(88)이 제 1 섹션(70) 내의 공기 유입구들(44)과 정렬되어 불연성 흡연 장치(60)에 음압이 인가될 때 불연성 흡연 장치(60) 내로 공기가 흐를 수 있다. 흡연하기 전 또는 흡연 중에, 성인 흡연자는 슬리브 조립체(87)를 회전시켜, 슬리브 조립체(87)로 공기 유입구들(44)을 적어도 부분적으로 차단시키고 불연성 흡연 장치(60)의 인발 저항 및/또는 환기를 조절할 수 있다.
슬리브 조립체(87)는 실리콘 또는 다른 유연한 물질로 이루어져, 성인 흡연자들에 부드러운 촉감(soft mouthfeel)을 제공한다. 그러나, 슬리브 조립체(87)는 하나 이상의 조각들로 형성 될 수 있고 플라스틱들, 금속들 및 이들의 조합들을 포함하는 다양한 물질들로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 슬리브 조립체(87)는 실리콘으로 형성된 단일 부품이다. 슬리브 조립체(87)는 제거되어 다른 불연성 흡연 장치들과 재사용될 수 있거나 또는 제 1 섹션(70)과 함께 폐기될 수 있다. 슬리브 조립체(87)는 임의의 적합한 색일 수 있고 및/또는 그래픽들 또는 다른 표시를 포함할 수 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 불연성 흡연 장치는 고정 부재(27) 및 회전 부재(25)를 갖는 구강형 삽입물(8)을 포함할 수 있다. 아웃렛들(24, 24')은 고정 부재(27)와 회전 부재(25) 각각에 위치한다. 하나 이상의 아웃렛들(24, 24')은 도시된 바와 같이 정렬되어 증기가 성인 흡연자의 입으로 들어갈 수 있다. 그러나, 회전 부재(25)는 구강형 삽입물(8) 내에서 회전되어 고정 부재(27) 내의 하나 이상의 아웃렛들(24)을 적어도 부분적으로 차단할 수 있다. 따라서, 음압이 인가될 때마다 증기의 배출량은 달라질 수 있다. 아웃렛들(24, 24')은 구강형 삽입물(8) 내에 아웃렛들(24, 24')이 발산하도록 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 공기 흐름 전환기는 히터(14)에 인접하지만 그 바로 상류는 아닌 추가적인 제 2 심지 요소를 부가하는 것을 포함한다. 제 2 심지 요소는 공기 유동의 일부를 히터(14) 주위로 전환시킨다.
도 1, 도 3, 도 5 및 도 7 내지 도 8은 외부 공기 통로 내의 담배 성분을 도시하나, 예시적인 실시예들은 이에 한정되지 않는다.
도 11a는 담배 성분(1150)을 포함하는 불연성 흡연 장치(1100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 불연성 흡연 장치(1100)는 불연성 흡연 장치(60)와 유사하다. 따라서, 간결성을 위해, 이하 차이점들만을 기술한다.
불연성 흡연 장치(1100)는 예비 증기 제형 공급 저장소(22a)를 포함한다. 예비 증기 제형 공급 저장소(22a)는 예비 증기 제형 공급 저장소(22a)가 길이 방향으로 더 짧은 것을 제외하고는 예비 증기 제형 공급 저장소(22)와 동일하다.
제 1 섹션(70a)은 길이 방향으로 연장된 외부 튜브(6)(또는 하우징) 및 외부 튜브 또는 하우징(6) 내에 동축으로 위치된 내부 튜브(62a)를 포함한다. 내부 튜브(62a)는 제 1 외부 공기 통로(9a)를 정의한다. 제 1 외부 통로(9a)는 제 2 외부 통로(9b)에 개구되어 있다.
내부 튜브(62a)의 단부와 구강형 삽입물(8)은 제 2 외부 공기 통로(9b)를 정의한다. 즉, 외부 튜브(6)는 제 2 외부 공기 통로(9b)의 위도 방향으로의 직경을 정의할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 2 외부 통로(9b)의 위도 방향의 직경은 제 1 외부 통로(9a)의 위도 방향의 직경보다 크다.
제 2 외부 공기 통로(9b) 내에는 담배 성분(1150)이 있다. 담배 성분(1150)은 일 예로, 구강형 삽입물(8)을 제거하고 담배 성분(1150)을 제 2 외부 공기 통로(9b) 내로 삽입함으로써 제 2 외부 공기 통로(9b) 내로 삽입될 수 있다.
담배 성분(1150)은 담배 가닥들(strands), 압연된 담배(rolled tobacco) 또는 충전제(filler)를 포함하는 압축된 형태의 담배를 지칭하는 담배 플러그일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 담배 플러그는 예를 들어 천연 담배, 재구성된 시트 담배 또는 알루미늄으로 감싸질 수 있다. 단지 하나의 담배 플러그를 도시하였으나, 복수의 담배 플러그들이 사용될 수 있다. 섬유질 세그먼트들(예를 들어, 셀룰로오스 아세테이트, 다른 합성 섬유들 또는 천연 섬유들)이 다수의 담배 플러그들 사이에 위치될 수 있다.
예를 들어, 원통형 하우징(1185)은 담배를 수용한다. 원통형 하우징(1185)은 예를 들어 알루미늄으로 제조될 수 있다. 원통형 하우징(1185)은 외부 공기 통로(9b)의 직경에 맞는 외경을 갖는다. 하우징(6)의 길이 방향 축을 따라, 메쉬 스크린들(1175, 1180)이 원통형 하우징(1185)의 단부들에 끼워져 원통형 하우징(1185) 내의 담배를 둘러싼다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 메시 스크린들(1175, 1180)은 공기를 원통형 하우징의 일 단부로부터 담배를 통해 구강형 삽입물(8)에 가장 가까운 원통형 하우징(1185)의 단부 밖으로 통과시키는 오프닝들(1182)을 포함한다.
담배 성분(1150)은 히터(14)에 의해 발생된 증기가 담배를 통과할 수 있도록 배열된다. 예를 들어, 담배 성분(1150)은 구강형 삽입물(8)로부터 제 1 거리 및 예비 증기 제형 공급 저장소(22)로부터 제 2 거리만큼 이격될 수 있다. 제 1 거리 및 제 2 거리는 동일하거나 상이할 수 있다.
음압이 가해져, 증기는 히터(14)로부터 담배 성분(1150)을 통과하여 구강형 삽입물(8) 밖으로 흐른다. 히터(14)는 담배 성분(1150)으로부터 소정 거리 이격되거나 담배 성분(1150)과 접촉하여, 음압이 인가될 때 히터(14)가 담배를 일정 온도(전술한 바와 같이)로 가열할 수 있다. 일 예로, 히터(14)는 담배 성분(1150)으로부터 1 내지 5 mm 이격될 수 있다.
내부 튜브(62a)가 히터(14)를 지나 구강형 삽입물(8)을 향해 길이 방향으로 연장되는 것으로 도시되어 있으나, 히터(14)는 제 2 외부 공기 통로(9b) 내로 연장되도록 배열될 수 있다. 결과적으로, 도 11b에 도시된 바와 같이, 담배 성분(1150)은 히터(14)로부터 이격되거나 히터(14)와 접촉할 수 있다. 도 11b에서, 히터(14)는 섹션(70b)의 제 2 외부 통로(9b) 내에 있다. 따라서, 예비 증기 제형 공급 저장소(11a), 히터(14) 및 담배 성분(1150)이 순차적으로 배열된다.
개스킷(10)이 도시되지 않았지만, 불연성 흡연 장치(11)는 개스킷(10)을 포함할 수 있다.
도 12는 불연성 흡연 장치(1200)의 예시적 실시예를 도시한다. 도 12는 담배 성분(1250)을 포함하는 불연성 흡연 장치(1200)의 예시적인 실시예를 도시한다. 불연성 흡연 장치(1200)는 섹션(70c)이 구강형 삽입물(8), 담배 성분(23), 및 개스킷(10)을 포함하지 않는 것을 제외하고는 불연성 흡연 장치(60)와 유사하며, 불연성 흡연 장치(1200)는 인서트(1210)를 더 포함한다. 따라서, 간결성을 위해, 이하 차이점만을 설명한다.
구강형 삽입물(8) 및 개스킷(10)을 제거하여, 불연성 흡연 장치(1200)는 담배 인서트(1210)를 수용하도록 설치된 수용 영역(1205)을 포함한다. 수용 영역(1205)은 외부 튜브(6)와 예비 증기 제형 공급 저장소(22)의 일 단부에 의해 정의된다.
담배 인서트(1210)는 궐련 또는 시가일 수 있다. 예를 들어, 담배 삽입물은 여과된 담배, 여과되지 않은 담배, 시가 릴로, 필터가 덮힌 시가 필터(fiter tipped cigar filter), 덮힌 시가(tipped cigar) 또는 덮히지 않은 시가/시가 릴로(untipped cigar/cigarillo)일 수 있다. 그러나, 이들은 예시적인 실시예일 뿐, 이에 제한되지 않는다.
담배 인서트(1210)는 탈착 가능한 삽입체이다. 도 12에 도시된 예에서, 담배 인서트(1210)는 궐련 또는 궐련의 일 부분일 수 있다. 담배 인서트(1210)는 필터(1220) 및 담배 성분(1250)을 포함한다. 담배 인서트가 덮히지 않은 시가/시가 릴로인 예시적인 실시예들에서, 담배 인서트는 필터를 포함하지 않는다.
티핑 페이퍼(1255)는 필터(1220)와 담배 성분(1250)을 덮을 수 있다. 티핑 페이퍼(1255)는 외부 튜브(6)를 따라 연장되는 담배 인서트(1210)의 표면 영역들을 덮을 수 있다. 따라서, 티핑 페이퍼(1255)는 담배 인서트(1210)에 강성을 제공하고, 수용 영역(1250)에 삽입되는 것을 용이하게 할 수 있다. 추가적인 티핑 페이퍼를 갖거나 갖지 않고, 알루미늄 호일이 담배 성분(1250)을 수용하는데 사용될 수 있다.
히터(14)의 위치는 도 12a에 도시된 위치로 제한되지 않는다. 예를 들어, 히터(14)는 외부 공기 통로(9)의 단부에 위치되어 히터(14)가 담배 성분(1250)에 더 가깝게 및/또는 담배 성분(1250)과 접촉할 수 있다. 다른 예시적인 실시 예에서, 도 11b에 도시된 바와 같이 히터(14)가 외부 공기 통로(9)로부터 돌출될 수 있다.
히터(14)는 담배 성분(1250)으로부터 일정 거리 이격되거나 담배 성분(1250)과 접촉하여, 음압이 인가될 때 히터(14)가 담배 성분(1250)을 일정 온도(상술한 바와 같이)로 가열할 수 있다.
작동시, 조립된 형태의 불연성 흡연 장치(1200)로, 담배 인서트(1210)에 음압이 가해질 수 있다. 음압은 불연성 흡연 장치(1200) 내부의 내부 압력 강하를 유발하여 공기 유입구들(44/44')을 통해 장치(1200) 내로의 공기 흐름을 유발할 수 있다. 내부 압력 강하는 또한 공기가 공기 유입구(44a)를 통해 들어올 때(섹션(72)을 통해 이동하는 공기 유동 경로를 통해) 섹션(72) 내에서의 내부 압력 강하를 유발할 수 있다. 섹션(72) 내에서 형성된 내부 압력 강하는 센서(16)에 의해 감지될 수 있다. 그 후, 센서(16)는 전원(1)을 포함하는 전기 회로를 닫도록 작동할 수 있다. 차례로, 전기 리드들은 히터(14)로 전류를 전달하여 히터(14)를 작동시킬 수 있다. 가열된 히터(14)는 차례로 심지(28)를 통해 히터(14)쪽으로 공급된 예비 증기 제형의 일부를 가열 및 증발시킨다.
예비 증기 제형 물질은 히터(14) 근방에서 심지(28)에서의 모세관 작용에 의해 예비 증기 제형 공급 저장소(22) 및/또는 예비 증기 제형 저장 매체(21)로부터 전달된다. 히터(14)가 활성화될 때, 심지(28)의 중심부에서의 예비 증기 제형은 히터(14)에 의해 기화되어 예비 증기 제형 물질을 증발시키고 증기를 형성한다. 음압이 가해져, 증기는 히터(14)로부터 담배 성분(1250)을 통과하여 필터(1220) 밖으로 흐른다.
도 12에 도시된 바와 같이, 필터(1220)는 셀룰로스 아세테이트(CA) 필터 일 수 있다. 트리아세틴(triacetin)과 같은 CA 필터 요소들은 증기로 용출될 수 있다. 증기 내의 증기 상태의 니코틴 및 다른 휘발성 성분들은 담배의 존재로 인해 감소될 수 있다.
도 13a는 불연성 흡연 장치(1300)의 예시적인 실시예를 도시한다.
불연성 흡연 장치(1300)는 섹션(70d)이 담배 성분(23)을 포함하지 않는 점을 제외하면 불연성 흡연 장치(60)와 유사하며, 불연성 흡연 장치(1300)는 탈착 가능한 마우스피스(1310)를 더 포함한다. 따라서, 간결함을 위해서, 이하 차이점만을 설명한다.
탈착 가능한 마우스피스(1310)는 담배 성분(1320)을 포함한다. 담배 성분(1320)은 플러그 또는 가방에 수용될 수 있으며, 마우스피스(1310)의 내부에 부착될 수 있다. 탈착 가능한 마우스피스(1310)는 외부 튜브(6)의 일 부분 상에 끼워져, 탈착 가능한 마우스피스와 섹션(70d) 사이에 밀봉부를 형성한다. 탈착 가능한 마우스피스(1310)는 외부 튜브(6)로 미끄러지거나 외부 튜브(6)에 연결되는 연결 기구(예를 들어, 수나사/암나사)를 갖는 밀봉부를 형성할 수 있다.
작동시, 조립된 형태의 불연성 흡연 장치(1300)로, 탈착 가능한 마우스 피스(1310)에 음압이 가해질 수 있다. 음압이 가해져, 증기는 히터(14)로부터 구강형 삽입물(8)을 통해 담배 성분(1320) 내로 그리고 공기 통로(1330)를 통해 탈착 가능한 마우스 피스(1310) 밖으로 흐른다.
히터(14)는 담배 성분(1320)으로부터 소정 거리 이격되거나 담배 성분(1320)과 접촉하여, 음압이 인가될 때 히터(14)가 담배를 일정 온도(전술한 바와 같이)로 가열할 수 있다.
다른 실시예에서, 도 13b에 도시된 바와 같이 구강형 삽입물(8)과 개스킷(10)은 생략될 수 있다. 도 13b에 도시된 실시예에서, 튜브(6a)는 도 13a의 튜브(6)보다 짧다.
다른 실시예들에서, 담배 성분은 예비 증기 제형 공급 저장소에 있을 수 있고 및/또는 예비 증기 제형 저장 매체로서 기능할 수 있다.
예를 들어, 도 14a 내지 도 14b는 예비 증기 제형 공급 저장소의 예시적 실시 예를 도시한다. 예비 증기 제형 공급 저장소(22a)는 예비 증기 제형 공급 저장소(22)로 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 예비 증기 제형 공급 저장소(22a)는 예비 증기 제형(1402), 중간 튜브(1404), 담배 성분(1410) 및 내부 튜브(62')를 포함한다. 내부 튜브(62')는 공기 통로(9)를 정의하고, 예를 들어, 금속 그리드, 스크린 또는 메쉬를 포함할 수 있다.
다른 예시적 실시예에서, 내부 튜브(62')는 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 조합으로 형성된 내부 튜브(62)일 수 있다. 적절한 물질들의 예들은 금속들, 합금들, 플라스틱들 또는 하나 이상의 이러한 물질들을 포함하는 복합 재료들, 또는 식품 또는 제약 응용 분야에 적합한 열가소성 재료(예를 들면, 폴리 프로필렌, 폴리 에테르 에테르 케톤(PEEK), 세라믹, 및 폴리에틸렌)를 포함한다.
중간 튜브(1404)는 유리 섬유를 포함할 수 있다. 예비 증기 제형(1402)은 중간 튜브(1404)와 외부 튜브(6) 사이에 존재하며 예비 증기 제형 저장 매체(21) 내에 있을 수 있다.
담배 성분(1410)은 내부 튜브(62')와 중간 튜브(1404) 사이에있다. 담배 성분(1410)은 예를 들어, 담배 시트, 파쇄물(shreds), 분말, 비드들 또는 스폰지일 수 있다. 내부 튜브(62')는 열 전달을 돕기 위해 담배 내로 돌출된 연장부들을 포함할 수 있다.
작동시에, 전술한 바와 같이, 히터(14)를 작동시키는 음압이 불연성 흡연 장치에 인가될 수 있다. 히터는 예비 증기 제형(1402)을 가열하여 증기를 형성하고, 증기는 히터(14)로부터 담배 성분(1410)을 통해 공기 통로(9) 내로 흐른다.
그 결과, 담배 성분(1410)은 증기와 히터(14)로부터의 열에 노출된다. 따라서, 증기에 담배 향(tobacco aroma)이 부여된다.
예시적 실시예에서, 불연성 흡연 장치 내의 담배 성분(예를 들어, 필러)의 양은 궐련과 같이 음압의 인가 횟수들을 대략적으로 동일하게 생성할 수 있다. 이와는 달리, 담배 성분의 양은 일정한 횟수의 음압의 인가를 생성할 수 있다.
예시적 실시예에서, 담배 성분은 니코틴이 제거되어 있을 수 있다.
도 1 내지 도 14b에 도시된 예시적 실시예들은 하나 이상의 위치에서 담배 성분을 활용하기 위해 결합될 수 있다. 예를 들어, 제 1 담배 성분은 예비 제형 공급 저장소 내의 예비 증기 제형과 결합될 수 있고 제 2 담배 성분은 통로(9) 내에 있을 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 제 1 담배 성분은 예비 증기 제형 공급 저장소 내의 예비 증기 제형과 결합될 수 있고 제 2 담배 성분은 제 2 외부 공기 통로(9b)의 담배 플러그일 수 있다. 또 다른 예시적 실시예에서, 제 1 담배 성분은 예비 제형 공급 저장소 내의 예비 증기 제형과 결합될 수 있고, 제 2 담배 성분은 인서트 또는 탈착 가능한 마우스피스 내에 있을 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 제 1 담배 성분은 통로(9) 내에 있을 수 있고 제 2 담배 성분은 인서트 또는 탈착 가능한 마우스피스 내에 있을 수 있다.
예시적인 실시예들은 예비 증기 제형을 가열하고 담배 성분에 열을 제공할 수 있는 히터를 갖는 불연성 흡연 장치를 제공한다. 보다 구체적으로, 예시적인 실시예들에 따른 불연성 흡연 장치는 증기를 담배 성분에 노출시키고 및/또는 예비 증기 제형을 담배 성분에 노출시킨다. 담배 성분이 예비 증기 제형에 있을 때, 담배 성분의 물리적 무결성(physical integrity)이 보존된다.
다른 예시적 실시예들에서, 불연성 흡연 장치는 증기를 담배 성분에 노출하고 및/또는 예비 증기 제형을 담배 성분에 노출하는 팟(pod) 장치 또는 탱크 장치 일 수 있다.
도 1 내지 도 14b를 참조하여 단일 히터를 설명하였으나, 예시적인 실시 예들은 다중 히터 불연성 흡연 장치를 포함할 수 있다. 제 1 히터는 예비 증기 제형을 기화시키는 히터(14)일 수 있고 제 2 히터는 담배 성분을 가열할 수 있다. 제 2 히터는 담배 성분을 관통할 수 있다.
예를 들어, 도 15a 내지 도 15b는 복수의 히터들을 갖는 불연성 흡연 장치의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 15a에서, 제 1 섹션(1500)은 도 1에 도시된 담배 성분(23)이 없는 제 1 섹션(70)과 유사할 수 있다. 도 15b는 제 1 섹션(1500)을 도시한다. 제 1 섹션(1500)은 담배 성분(23)이 없는 제 1 섹션(70)과 동일하기 때문에, 간결성을 위해 제 1 섹션(1500)은 더 이상 상세히 설명하지 않는다.
도 15a에 도시된 바와 같이, 불연성 흡연 장치의 제 2 섹션(72')은 담배 하우징(1505)과 파워 하우징(1510)을 포함한다. 담배 하우징(1505)과 파워 하우징(1510)은 연결부(1511)에 의해 함께 연결되는 별개의 카트리지들일 수 있다. 연결부(1511)는 나사 연결부(205)와 동일할 수 있다.
담배 하우징(1505)은 담배(1507)를 수용하고 담배(1507)로부터의 향이 제 1 섹션(1500)으로 흐르도록 구성된다.
담배 하우징은 양극 부분(1515) 및 음극 부분(1520)을 갖는 커넥터(205b)를 포함한다. 양극 부분(1515)은 담배 하우징(1505) 내에서 길이 방향으로 연장되는 고리 부분(1517)을 포함한다. 양극 부분(1515)은, 구강형 인서트(8)에 음압이 인가될 때 담배(1507)와 채널(1519)로 공기가 흐르도록 하는, 두 개의 홀들(1521a, 1521b)을 포함한다. 양극 부분(1515)과 음극 부분(1520) 모두 도금된 황동 또는 스테인레스 스틸과 같은 전기 전도성 물질을 포함한다. 채널(1519)은 길이 방향을 따라 양극 부분(1515)에 의해 부분적으로 정의된다. 채널(1519)의 일 단부에 필터(1522)가 위치되고 채널(1519)의 다른 단부는 제 1 섹션(1500)에 개방된다. 필터(1522)는 셀룰로오스 아세테이트, 유리 섬유, 세라믹, 면, 또는 임의의 화학적으로 비활성인 다공성 물질을 포함할 수 있다. 결과적으로, 채널(1519)은 공기가 담배(1507) 내로 흐를 경로를 제공한다.
섬유 슬리브(1525)는 양극 부분(1515)의 고리 부분(1517)의 적어도 일 부분을 덮는다. 섬유 슬리브(1525)는 셀룰로오스 물질 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트일 수 있고, 홀들(1521a, 1521b)의 단부들로부터 필터(1522)로 연장될 수 있다. 섬유 슬리브(1525)는 코일형 히터(1530)로부터 방출된 열을 흡수하여, 온도를 조절하는 것을 보조한다. 섬유 슬리브(1525)는 섬유 유리 또는 화학적으로 불활성이고 전기 전도성이 없는 임의의 물질일 수 있다. 섬유 슬리브(1525)는 히터(1530)와 양극 부분(1515)을 전기적으로 분리시킨다.
코일형 히터(1530)는 섬유 슬리브(1525)를 종 방향으로 감싸고 전원(1)으로부터 히터(1530)에 전력이 공급될 때 담배를 가열한다. 히터(1530)는 담배를 가열하나 연소시키지 않을 수 있다. 예를 들어, 히터(1530)는 약 190 ℃에서 작동할 수 있거나 또는 전원 제어에 따라 달라질 수 있다. 히터(1530)는 담배(1507)를 가열하여 담배 향을 생성한다.
전원(1)으로부터 전력을 공급받기 위해, 히터(1530)는 양극 부분(1515)과 음극 부분(1520)에 접촉된다. 보다 구체적으로, 전원(1)의 양극은 배터리 커넥터(1538)에 연결되는 연결부(1511)의 양극 부분(1511a)에 연결된다. 양극 부분(1515)은 와이어(1540)에 의해 배터리 커넥터에 연결된다. 와이어(1540)가 필터(1540)를 통과하는 것으로 도시되어 있으나, 와이어는 필터(1540)와 외부 튜브(6') 사이를 통과할 수 있다. 히터(1530)는 와이어(1535)에 의해 양극 부분(1515)에 연결된다. 와이어(1540, 1535)는 양극 부분(1515) 상에 납땜 연결부(1542)를 형성한다.
또한, 히터(1530)는 음극 부분(1520)에 연결된 와이어(1545)에 납땜된다. 와이어(1545)는 음극 부분(1520)에 연결될 수 있고, 예를 들어, 스폿 용접 또는 납땜으로 히터(252)의 2개의 전기 리드들이 연결될 수 있다. 연결 방법들은 납땜 또는 스폿 용접에 한정되지 않는다. 납땜 대신 용접이 사용될 수 있으며 반대의 경우도 가능하다.
도 16은 섬유 슬리브(1525)를 감싸는 코일형 히터(1530)를 상부에서 바라본 도면이다. 도시된 바와 같이, 코일형 히터(1530)는 섬유 슬리브(1525) 주위를 둘러싼다. 와이어(1540)는 양극 부분(1515)의 고리 부(1517)로부터 섬유 슬리브(1525)를 지나 배터리 커넥터(1538)로 연장된다. 또한, 슬리브(1525)는 양극 부분(1515)의 홀(1521b)까지 연장된다.
도 15a를 다시 참조하면, 음극 부분(1520)은 홀들(1520a)을 포함한다.
도 17은 예시적 실시예에 따른 음극 부분(1520)의 상면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 음극 부분(1520)은 4개의 홀들(1520a)을 포함한다. 4개의 홀들(1520a)이 도시되어 있으나, 4개보다 많거나 적은 홀들이 사용될 수 있다. 또한, 내부 표면(1700)은 양극 부분의 수용 영역을 한정하는 직경(d1)을 갖는다.
음극 부분(1520)은 상부 원형 영역(1705) 및 하부 원형 영역(1710)을 포함한다. 홀들(1520a)은 서로 약 90°도 이격되고 하부 원형 영역(1710)을 통해 연장되어, 담배 하우징(1505)과 제 1 섹션(1500) 사이에 공기 통로들을 제공한다.
보다 구체적으로, 구강형 삽입물(8)에 음압이 가해질 때, 공기는 담배(1507) 및 홀들(1520a) 뿐만 아니라 채널(1519)을 통해 흐른다. 채널(1519)을 통해 섹션(1500) 내로 흐르는 공기는 또한 양극 부분(1515) 내의 홀들(1521a, 1521b)에 의해 제공된 공기 흐름 경로로 인해 담배 향을 가질 수 있다.
도 18은 예시적 실시예에 따른 불연성 흡연 장치의 담배 하우징을 도시한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 담배 하우징(1800)은 담배 수용 영역(1825)과 담배 수용 영역(1825)의 표면(1835)으로부터 연장되는 돌출부(1830)를 포함한다. 담배 하우징(1800)은 원통형이며 히터들(1805, 1810, 1815, 1820)에 의해 가열될 수 있도록 담배를 지지한다. 히터들(1805, 1810, 1815, 1820)은 돌출부(1830)로부터 수용 영역(1825) 내로 연장된다. 담배 하우징(1800)은 증기 발생 영역의 상류일 수 있다. 따라서, 히터들(1805, 1810, 1815, 1820)은 담배를 가열하여 하류에서 발생된 증기에 담배 향을 제공한다. 히터들(1805, 1810, 1815, 1820)은 전원(1)과 같은 파워 소스에 연결된다.
도 19는 복수의 히터들을 갖는 불연성 흡연 장치의 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 19는 온도 제어를 돕기 위해 섬유 유리 쉴드(1910)로 덮인 메쉬 히터(1905)를 도시한다. 담배는 메쉬 히터(1905)와 섬유 유리 쉴드(1910) 사이에 있다. 메쉬 히터(1905)와 섬유 유리 쉴드(1910)는 도 15a에 도시된 담배 히터 대신 사용될 수 있다. 따라서, 섬유 유리 쉴드(1910)는 하우징(6)에 인접할 수 있다. 메쉬 히터(1905)는 애노드 및 캐소드 와이어들(1920, 1925)을 통해 전원(1)에 연결된다. 메쉬는 카트리지의 상부에서부터 하부로 감긴다.
예시적인 실시예들에 따른 불연성 흡연 장치들은 다양한 구성들 내에 보관될 수 있다.
도 20은 예시적 실시예에 따른 불연성 흡연 장치용 플립 탑 컨테이너를 도시한다.
도시된 바와 같이, 플립 탑 컨테이너(2200)는 상부 수용부(2210) 및 하부 수용부(2220)를 포함한다. 하부 수용부(2220)는 불연성 흡연 장치의 제 1 섹션(2250)과 제 2 섹션(2275)이 나란히(side-by-side) 배열되도록 배치된다. 예를 들어, 제 1 섹션(2250)은 섹션(70c)일 수 있고 제 2 섹션(2275)은 섹션(72)일 수있다. 상단 수용부(2210)는 힌지(2225)에 피봇 결합되어, 성인 흡연자가 플립 탑 컨테이너(2200)를 열고 닫을 수 있도록 한다.
도 21은 다른 예시적 실시예에 따른 불연성 흡연 장치용 플립 탑 컨테이너를 도시한다.
도시된 바와 같이, 플립 탑 컨테이너(2300)는 상부 수용부(2310) 및 하부 수용부(2320)를 포함한다. 하부 수용부(2320)는 불연성 흡연 장치의 제 1 섹션(2350)과 제 2 섹션(2375)이 나란히(side-by-side) 배열되도록 배치된다. 예를 들어, 제 1 섹션(2350)은 섹션(70c)일 수 있고 제 2 섹션(2375)은 섹션(72)일 수있다. 상단 수용부(2310)는 힌지(2325)에 피봇 결합되어, 성인 흡연자가 플립 탑 컨테이너(2300)를 열고 닫을 수 있게 한다.
다른 예시적 실시예들에서, 불연성 흡연 장치는 담배 외부에 코일이 있고 담배 표면 상에 반응 요소가 있는 유도 가열기를 포함한다.
다른 예시적 실시예들에서, 온도 제어기는 담배의 과열 및 연소를 방지하도록 요구될 수 있다.
다수의 히터들, 코일 히터 및/또는 메쉬 히터를 사용함으로써, 열에 노출 된 담배의 표면적이 증가하여 성인 흡연자에 더 많은 양의 증기를 발생시킨다.
도 22는 도 1a의 불연성 흡연 장치의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 교체 가능한 카트리지(2270) 및 재사용 가능한 고정구(72)는 접속부(205a/b)에서 함께 결합된다. 재사용 가능한 고정구(72)는 앞서 설명되었다. 그러므로, 간결성을 위해, 재사용 가능한 고정구(72)는 더 이상 기술하지 않는다.
제 1 섹션(2270)은 길이 방향으로 연장된 외부 튜브(6)(또는 하우징) 및 외부 튜브 또는 하우징(6) 내에 동축으로 위치된 내부 튜브(2262)를 포함한다. 내부 튜브(2262)는 외부 공기 통로(또는 채널)(2209)의 일 부분을 정의한다.
담배 함유 섹션(2274)의 일 부분(2275)은 외부 튜브(6)의 내부 부분에 의해 정의된 원주 내에서 끼워져, 담배 함유 섹션(2274)과 카트리지(2270) 사이의 마찰 연결을 형성한다. 예시적인 실시예들은 마찰 연결에 한정되지 않고 다른 연결들이 사용될 수 있다. 따라서, 담배 함유 섹션(2274)은 탈착 가능한 삽입물이다.
담배 함유 섹션(2274)은 내부 튜브(2276) 및 외벽(7228)을 포함한다. 담배 함유 섹션(2274)의 내부 튜브(2276)는 외부 공기 통로(2209)의 다른 부분을 정의한다. 외벽(2278)과 내부 튜브(2276)는 그 사이의 공간(고리)을 정의한다.
담배 함유 섹션(2274)의 단부(2201)는 저효율 셀룰로오스 아세테이트 필터, 중공의 아세테이트 튜브, 또는 플라스틱 또는 목재 마우스피스일 수 있다. 단부(2201)가 플라스틱 또는 목재 마우스피스일 때, 단부(2201)는 외벽(2278)의 일부가 단부(2201)의 원주 내에 끼워지도록 하는 모양을 갖는다. 도 26 내지 도 28은 단부(201)의 예시적인 실시예들을 도시한다.
외벽(2278)과 내부 튜브(2276) 사이의 공간 내에, 담배 함유 섹션(2274)은 담배 성분(2279)을 포함한다.
또한, 내부 튜브(2276) 및 외벽(2278)은 티핑 페이퍼, 압연된 천연 또는 재구성된 담배 잎 또는 시트 또는 담배 충전제로 만들어진 고리 피스 또는 슬리브 형상을 갖는 압출 담배를 포함하는 임의의 형상의 담배 식물 물질을 함유할 수 있다. 내부 튜브(2276) 및 외벽(2278)은 서로 동일하거나 상이한 물질들로 제조될 수 있다.
예시적 실시예에서, 담배 함유 섹션(2274)은 예를 들어, 여과된 담배, 여과되지 않은 담배, 시가 릴로, 필터가 덮힌 시가 필터, 덮힌 시가 또는 덮히지 않은 시가/시가 릴로일 수있다. 그러나, 이들은 예시적인 실시예일 뿐 이에 제한되지 않는다. 담배 함유 섹션(2274)이 단축 담배인 경우, 담배 함유 섹션(2274)은 단부(2201)에 필터를 포함할 수 있다. 담배 삽입부가 덮히지 않은 시가/시가 릴로인 예시적 실시예들에서, 담배 삽입부는 필터를 포함하지 않는다.
필터는 저효율 셀룰로오스 아세테이트(CA) 필터일 수 있다. 트리아 세틴과 같은 CA 필터 요소들은 증기로 용출될 수 있다. 증기 상태의 니코틴과 다른 휘발성 성분들은 담배의 존재에 의하여 줄어들 수 있다.
히터(2214)는 외부 공기 통로(2209)에서 내부 튜브(2262)로부터 내부 튜브(2276)의 길이 방향으로 연장된다.
불연성 흡연 장치(2260)는 또한 내부 튜브(2262) 및 상류 씰(2215)에 의해 부분적으로 정의된 중앙 공기 통로(2220)를 포함할 수 있다. 더욱이, 불연성 흡연 장치(2260)는 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)를 포함한다. 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)는 예비 증기 제형 물질을 포함하고, 예비 증기 제형 물질을 저장하기 위해 작동할 수 있는 예비 증기 제형 저장 매체(2221)를 선택적으로 포함한다.
일 실시예에서, 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)는 외부 튜브(6)와 내부 튜브(2262) 사이의 외부 고리에 포함된다. 고리는 씰(2215)에 의해 상류 단부에서 밀봉된다. 하류 단부에서, 고리는 개스킷(2262a)에 의해 밀봉된다. 개스킷(2262a)은 링 형상의 개스킷일 수 있다.
개스킷(2262a)은 예비 증기 제형 공급 저장소(2222) 상에 배치되어 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)에서 예비 증기 제형을 밀봉하고 담배 성분(2279)이 예비 증기 제형과 혼합되는 것을 방지한다.
일 실시예에서, 히터(2214)는 또한, 씰(2215)에 의해 정의된 중앙 공기 통로(2220)의 일 부분의 하류에 이격된 내부 튜브(2262) 내에 포함된다. 히터(2214)는 와이어 코일, 평면 바디, 세라믹 바디, 단일 와이어, 저항 와이어의 케이지 또는 임의의 다른 적합한 형태일 수 있다.
심지(2228)는 예비 증기 제형 공급 저장소(2222) 내의 예비 증기 제형 물질 및 히터(2214)와 연통되어, 심지(2228)는 예비 증기 제형 물질을 히터(2214)에 인접하도록 할 수 있다. 심지(2228)는 섬유 및 가요성 물질로 구성 될 수 있다. 심지(2228)는 예비 증기 제형을 인출할 수 있는 능력을 갖는 적어도 하나 이상의 필라멘트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 심지(2228)는 유리(또는 세라믹) 필라멘트들을 포함할 수 있는 필라멘트들의 다발을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 유리 필라멘트들의 권선군, 예를 들어 3개의 권선들을 포함하는 다발은 필라멘트들 사이의 틈새 간격의 모세관 작용을 통해 예비 증기 제형을 끌어들일 수 있다.
전원(1)은 히터(2214)에 작동 가능하게 연결되어(일 예로, 도 1b를 참조하여 설명된 바와 같이) 히터(2214)에 전압을 인가할 수 있다. 불연성 흡연 장치(2260)는 또한 중앙 공기 통로(2220) 및/또는 내부 튜브(2262)의 다른 부분들에 공기를 전달하도록 작동 가능한 적어도 하나의 공기 유입구(44)를 포함한다.
또한, 히터(2214)는 길이 방향으로 연장되고, 단부(2201)에 음압이 가해질 때 예비 증기 제형 물질을 기화시키고 증기를 형성하기에 충분한 온도로 예비 증기 제형 물질을 가열한다. 다른 실시예들에서, 히터(2214)는 길이 방향을 가로 지르는 방향과 같이, 다른 방식으로 배열될 수 있다.
이후, 담배 함유 섹션(2274)의 단부(2201)에 음압이 가해지면 증기가 내부 튜브(2276)를 통해 담배 성분(2279)으로 흐른다. 히터(2214)는 담배 성분(2279)으로부터 소정 거리 이격될 수 있고, 히터(2214)는 음압이 인가될 때 담배 성분(2279)을 가열한다. 예를 들어, 히터(2214)는 내부 튜브(2276)로부터 10 mm 이하로 이격될 수 있다.
히터(2214)는 담배 수용부(2274) 내로 5 내지 20 mm 사이로 연장될 수 있다. 히터(2214)는 단부(2201)에서 50℃의 온도를 생성하도록 배열될 수 있다. 더욱이, 히터(2214)는 담배 성분(2279)을 50 내지 200 ℃의 온도로 가열하고 예비 증기 제형을 300 내지 350 ℃의 온도로 가열할 수 있다.
히터(2214)는 담배 성분(2279)에 열을 가하지만, 담배를 태우지는 않는다. 따라서, 담배 성분(2279)에 열을 가하는 것은 불연성이라고 지칭될 수 있다. 섹션(2270)이 히터(2214)를 포함하고 담배 함유 섹션(2274)이 담배 성분(2279)을 포함하기 때문에, 섹션들(2270, 2274)은 공동으로 불연성 흡연 요소로 지칭될 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 섹션(카트리지)(2270)과 담배 함유 섹션(2274)은 일회용이다. 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)가 다 소진되었을 때, 하류 섹션(2270)이 대체될 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 공기 유입구(44)는 하나 또는 두개의 공기 유입구들을 포함한다. 이와 달리, 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 공기 유입구들이 있을 수 있다. 하나 이상의 공기 유입구(44)가 있는 경우, 공기 유입구들(44)은 불연성 흡연 장치(2260)를 따라 서로 다른 위치에 배치된다. 적어도 하나의 추가적인 공기 유입구(44)는 씰(2215)의 상류에 인접하게 위치되거나 또는 다른 적절한 위치에 위치할 수 있다. 공기 유입구들(44)의 크기 및 개수를 변경하는 것은 또한 불연성 흡연 장치(2260)의 인출 저항을 설정하는 것을 도울 수 있다.
일 실시예에서, 히터(2214)는 심지(2228)와 연통하고 심지(2228)에 함유 된 예비 증기 제형 물질을 가열하여 예비 증기 제형 물질을 기화시키고 증기를 형성하기에 충분한 온도로 가열하도록 배열된다.
히터(2214)는 심지(2228)를 둘러싸는 와이어 코일일 수 있다. 적절한 전기적 저항성 물질들의 예들은 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 백금 그룹으로부터의 금속을 포함한다. 적절한 금속 합금들의 예들은 스테인리스 강, 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간- 및 철- 함유 합금들, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인레스 스틸을 주성분으로 하는 수퍼 합금들을 포함한다. 예를 들어, 히터는 니켈 알루미나이드들, 표면 상에 알루미나 층을 갖는 물질, 철 알루미나이드 및 다른 복합 물질들로 형성될 수 있으며, 전기 저항성 물질은, 필요한 에너지 전이 및 요구되는 외부 물리 화학적 특성들에 따라, 선택적으로 임베디드되거나(embedded in), 절연 재료로 봉입되거나 또는 코팅되거나, 그 반대일 수 있다. 일 실시예에서, 히터(2214)는 스테인레스 스틸, 구리, 구리 합금들, 니켈-크롬 합금들, 초합금들 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 히터(2214)는 니켈-크롬 합금 또는 철-크롬 합금으로 형성된다. 일 실시예에서, 히터(2214)는 그 외부 표면 상에 전기 저항 층을 갖는 세라믹 히터일 수 있다.
다른 실시예에서, 히터(2214)는 1994년 12월 29일에 출원된 Sikka 등의 미국 특허 제 5,595,706 호에 기재된 것과 같은 철-알루미나이드(예를 들어, FeAl 또는 F3Al) 또는 니켈 알루미나이드(예를 들어, Ni3Al)로 구성될 수 있다. 철-알루미나이드의 사용은 높은 저항성을 갖는다는 점에서 특히 유리하다. FeAl은 약 180 micro-ohms의 저항을 갖는 반면, 스테인리스 강은 약 50 내지 91 micro-ohms의 저항을 갖는다. 저항이 높을수록 전원(배터리)(1)에 인출 또는 로드되는 전류가 낮아진다.
일 실시예에서, 히터(2214)는 심지(2228)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 와이어 코일을 포함한다. 이 실시예에서, 와이어는 심지(2228)의 길이를 따라 부분적으로 연장되는 금속 와이어 및/또는 히터 코일일 수 있다. 히터 코일은 심지(2228)의 원주 둘레로 완전히 또는 부분적으로 연장될 수 있다. 다른 실시 예에서, 히터 코일은 심지(2228)와 접촉하지 않는다.
히터(2214)는 열 전도에 의해 심지(2228) 내의 예비 증기 제형을 가열한다. 이와 달리, 히터(2214)로부터의 열은 열 전도 요소에 의해 예비 증기 제형으로 전도될 수 있거나 히터(2214)는 사용 중에 불연성 흡연 장치(60)를 통해 유입되는 외기(ambient air)에 열을 전달하고, 이어서 대류에 의해 예비 증기 제형을 가열할 수 있다.
일 실시예에서, 심지(2228)는 세라믹 물질 또는 세라믹 섬유들을 포함하고 심지(28)에 대해 기술된 임의의 물질을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 심지(2228)는 히터(2214)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 또한, 일 실시예에서, 심지(2228)는 내부 튜브(2262) 내의 대향되는 개구들을 통해 연장되어 심지(2228)의 단부들(2229, 2231)이 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)와 접촉한다.
심지(2228)는 복수의 필라멘트들 또는 필라멘트들의 다발을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 필라멘트들은 일반적으로 내부 튜브(2262)에서 불연성 흡연 장치(2260)의 길이 방향을 가로 지르는 방향으로 그리고 일반적으로 채널(2209)에서 길이 방향으로 정렬될 수 있지만, 예시적 실시예들은 이러한 방향에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 심지(2228)의 구조는 필라멘트들과 히터(2214) 사이의 간극(interstitial) 간격으로 모세관 작용을 통해 예비 증기 제형을 인출할 수 있는 세라믹 필라멘트들로 형성된다. 심지(2228)는 일반적으로 십자형, 클로버형, Y 형 또는 임의의 다른 적합한 형상의 단면을 갖는 필라멘트들을 포함할 수 있다.
심지(wick)를 사용하는 대신에, 히터(2214)는 충분한 모세관(capillarity) 특성을 갖는 다공성 물질일 수 있고, 신속하게 열을 발생시킬 수 있도록 큰 전기 저항을 갖는 물질로 형성된 저항 히터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 심지(2228) 및 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)의 예비 증기 제형 저장 매체(2221)는 알루미나 세라믹으로 구성된다. 다른 실시예에서, 심지(2228)는 유리 섬유들을 포함하고, 예비 증기 제형 저장 매체(2221)는 셀룰로오스 물질 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한다.
일 실시예에서, 전원(1)은 불연성 흡연 장치(2260) 내에 양극이 음극의 하류에 있도록 배치된 배터리를 포함할 수 있다. 양극 커넥터(4)는 배터리의 하류 단부와 접촉한다. 히터(2214)는 2개의 이격된 전기 리드들에 의해 배터리에 연결된다.
히터(2214)의 감기지 않은(uncoiled) 단부들(2427, 2427') 사이의 연결부들(도 25 참조)과 전기 리드들은 높은 전도성 및 온도 저항성을 갖는 반면, 히터(2214)는 저항성이 높아 발열이 접촉부들이 아닌 히터(2214)를 따라 주로 발생한다. 일 단부(2427)는 양극 커넥터(4)에 연결되고 다른 단부(2427')는 외부 튜브(6)를 통해 음극에 연결된다.
불연성 흡연 장치(2260)는 또한 센서(16)를 포함하는 제어 회로를 포함한다. 센서(16)는 공기 압력 강하를 감지하여 전원(1)으로부터 히터(14)에 전압의 인가를 개시하도록 작동할 수 있다.
활성화될 때, 히터(2214)는 히터에 의해 둘러싸인 심지(2228)의 일 부분을 약 10초 미만, 보다 바람직하게는 약 7초 미만 동안 가열한다. 따라서, 전력 사이클은 약 2초 내지 약 10초(예를 들어, 약 3초 내지 약 9초, 약 4초 내지 약 8 초 또는 약 5초 내지 약 7초) 범위일 수 있다.
일 실시예에서, 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)는 예비 증기 제형 물질을 함유하는 예비 증기 제형 저장 매체(2221)를 포함한다. 도 22에서, 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)는 내부 튜브(2262)와 외부 튜브(6) 사이 및 개스킷(2262)와 씰(2215) 사이의 외부 고리에 포함된다. 따라서, 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)는 중앙 공기 통로(2220)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 히터(2214)와 심지(2228)는 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)의 부분들 사이로 연장된다.
예비 증기 제형 저장 매체(2221)는 면, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 레이온 및 이들의 조합을 포함하는 섬유 물질일 수 있다. 섬유들은 약 6 microns 내지 약 15 microns(예를 들어, 약 8 microns 내지 약 12 microns 또는 약 9 microns 내지 약 11 microns)의 크기 범위의 직경을 가질 수 있다. 예비 증기 제형 저장 매체(2221)는 소결된, 다공성 또는 발포된(foamed) 물질일 수 있다. 또한, 섬유들은 흡입할 수 없는 크기를 가질 수 있고, Y형, 십자형, 클로버형 또는 임의의 다른 적합한 형상을 갖는 단면을 가질 수있다.
또 다른 예시적 실시예에서, 예비 증기 제형 저장 매체(2221)는 담배 충전제 또는 담배 슬러리일 수 있다.
또한, 예비 증기 제형 물질은 불연성 흡연 장치(2260)에서의 사용에 적합한 끓는점을 갖는다. 끓는점이 너무 높으면, 히터(2214)는 심지(2228)에서 예비 증기 제형을 기화시킬 수 없다. 반면에, 끓는점이 너무 낮으면, 히터(2214)가 활성화되지 않아도 예비 증기 제형이 기화될 수 있다.
작동시, 조립된 형태의 불연성 흡연 장치(2260)로, 음압이 단부(2201) 상에 가해질 수 있다. 이러한 음압의 인가는 불연성 흡연 장치(2260) 내의 내부 압력 강하를 유발하고 공기 유입구들(44/44')을 통해 장치(2260)로 들어간 주입 공기의 흐름을 유발할 수 있다. 내부 압력 강하는 또한 공기 유입구(44a)를 통해 공기가 유입(섹션(72)을 통해 유동하는 기류 경로를 통해)될 때, 섹션(72) 내에서의 내부 압력 강하를 유발할 수 있다. 섹션(72) 내에서 일어난 내부 압력 강하는 센서(16)에 의해 감지될 수 있다. 센서(16)는 그 후, 전원(1)을 포함하는 전기 회로를 닫도록 작동할 수 있다. 이어서, 전기 리드들은 히터(2214)를 활성화시키기 위해 히터(1224)에 전류를 전달한다. 전력이 공급된 히터(2214)는 심지(2228)를 통해 히터(2214)를 향해 인출된 예비 증기 제형 물질을 가열 및 기화시킨다.
예비 증기 제형 물질은 심지(2228)에서의 모세관 작용에 의해 히터(2214)에 근접한 예비 증기 제형 공급 저장소(2222) 및/또는 예비 증기 제형 저장 매체(2221)로부터 전달된다. 일 실시예에서, 심지(2228)는 제 1 단부(2229) 및 대향되는 제 2 단부(2231)를 가진다. 제 1 단부(2229) 및 제 2 단부(2231)는 예비 증기 제형 저장 매체(2221)의 대향되는 측면들 내로 연장되어 내부에 함유 된 예비 증기 제형 물질과 접촉한다. 히터(2214)는 심지(2228)의 중앙 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 히터(2214)가 활성화되면 히터(2214)에 의해 심지(2228)의 중앙 부분의 예비 증기 제형 물질을 기화시켜 증기를 형성한다. 음압이 가해져, 증기는 히터(2214)로부터 담배 성분(2279)을 통과하여 단부(2201) 밖으로 유출된다.
증기는 흐름(flow stream) 내로 담배 성분들을 용출시킬 수 있다. 증기와 담배 성분 사이에 몇가지 열 반응들이 존재할 수 있다.
일 실시예의 장점 중 하나는 예비 증기 제형 공급 저장소(2222) 내의 예비 증기 제형 물질이 산소로부터 보호(산소는 일반적으로 심지를 통해 예비 증기 제형 저장부에 진입할 수 없기 때문에)되어, 예비 증기 배합 물질의 열화의 위험이 현저히 감소되는 것이다. 또한, 외부 튜브(6)가 투명하지 않은 일부 실시예들에서, 예비 증기 제형 공급 저장소(2222)는 빛으로부터 보호되어 예비 증기 제형 물질의 열화 위험이 현저하게 감소된다. 따라서, 높은 수준의 저장 수명(shelf-life)과 청결이 유지될 수 있다.
섹션(2270)의 배열은 도 22에 도시된 실시예에 국한되지 않고, 미국 특허 출원번호 14/570,360에 기술된 것과 같은 다른 변형예들을 포함할 수 있으며, 이의 전체 내용들은 본 명세서의 참조 문헌으로 포함된다.
내부 튜브(2262)는 임의의 적절한 물질 또는 물질들의 조합으로 형성될 수 있다. 적합한 물질들의 예들은 금속들, 합금들, 플라스틱들 또는 그 물질들 중 하나 이상을 포함하는 복합 물질들, 또는 식품 또는 제약 응용 분야들에 적합한 열가소성 플라스틱들(예를 들어, 폴리 프로필렌, 폴리 에테르 에테르 케톤(PEEK), 세라믹 및 폴리에틸렌)을 포함한다. 일 실시예에서, 물질은 가볍고 단단할 (non-brittle)할 수 있다.
도 22는 단일 고리 슬리브를 갖는 담배 함유 섹션(2274)를 도시하는 반면, 예시적인 실시예들은 이에 국한되지 않는다.
도 23a는 고리 슬리브들을 갖는 담배 함유 섹션(2374)을 포함하는 불연성 흡연 장치의 예시적 실시예를 도시한다. 불연성 흡연 장치(2300)는 상술한 불연성 흡연 장치(2260)와 유사하다. 따라서, 간이함을 위해, 이하 차이점만을 위주로 기술한다.
도 23a에서, 담배 함유 섹션(2374)은 고리 슬리브들(2374a, 2374b)을 포함한다.
고리 슬리브(2374a)는 내부 튜브(2376)와 외벽(2378)을 포함한다. 내부 튜브(2376)는 외부 공기 통로(2209)의 다른 부분을 정의한다. 외벽(2378)과 내부 튜브(2376)는 그 사이의 공간(고리)를 정의한다. 외벽(2378)과 내부 튜브(2376)는 각각 외벽(2278)과 내부 튜브(2276)의 물질들과 동일한 물질들로 이루어질 수 있다.
외벽(2378)과 내부 튜브(2376) 사이의 공간 내에는 담배 성분(2279)이 있다.
고리 슬리브(2374b)는 내부 튜브(2305)와 외벽(2310)을 포함한다. 도 23a에 도시된 바와 같이, 고리 슬리브(2374b)는 고리 슬리브(2374a)를 둘러싼다. 내부 튜브(2305)는 투과성을 가지나, 외벽(2310)은 투과성을 갖지 않는다. 고리 슬리브(2374b)의 일 단부(2315)가 공기 흐름에 인접하다. 일 단부(2315)는 플라스틱(예를 들어, 폴리에탈렌) 또는 금속과 같이 공기 흐름을 막는 플러그로써 작동할 수 있는 임의의 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 담배 함유 섹션(2374)에 음압을 가하면, 도 24에 도시된 바와 같이, 공기는 공기 통로(2209)로부터 고리 슬리브(2374a)와 내부 튜브(2305)를 통해 공기 채널들(2320, 2325)로 흐른다.
내부 튜브(2305)는 멤브레인, 메쉬, 천공된 플라스틱 또는 종이와 같은 투과성 물질이다. 내부 튜브(305)는 고리 슬리브(2374b)의 구조적 완전성을 유지하는 재료로 제조된다. 외벽(2310)은 플라스틱과 같은 불투과성의 물질이다.
도 23b는 고리 슬리브들(2374a', 2374b')을 갖는 담배 함유 섹션(2374')을 포함하는 불연성 흡연 장치의 다른 예시적 실시예를 도시한다.
담배 함유 섹션(2374')은 담배 함유 섹션(2374)과 유사하다. 따라서, 이하 차이점만을 설명한다.
도 23b에서, 고리 슬리브(2374b')는 내부 튜브(2305)를 포함하지 않는다. 대신에, 고리 슬리브(2374a')의 외벽(2378')은 또한 고리 슬리브(2374b')의 일부이다. 내부 튜브(2376')에 있어, 외벽(2378')과 내부 튜브(2376')는 그 사이에 공간(고리)을 형성한다. 외벽(2378')과 내부 튜브(2376') 사이의 공간 내에 담배 성분(2279)이 있다.
도 23b에 도시된 바와 같이, 외벽(2378') 및 내부 튜브(2376')는 단부(2315)로 연장된다. 외벽(2378')과 내부 튜브(2376')는 각각, 외벽(2378) 및 내부 튜브(2376)와 동일한 물질들로 이루어질 수 있다.
도 23c는 담배 함유 섹션(2374")을 포함하는 불연성 흡연 장치의 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
담배 함유 섹션(2374")은 담배 함유 섹션(2374')과 유사하다. 따라서, 이하 차이점만을 설명한다.
도 23b에서, 환형 슬리브(2374a'')의 내부 튜브(2376")는 단부(2315)에 이르기 전에 폐쇄된다. 단부(2315)와 내부 튜브(2376") 사이에 공간이 정의된다. 담배 성분(2279)은 또한 단부(2315)와 내부 튜브(2376 ") 사이에 존재한다.
예시적인 실시예들에 따른 불연성 흡연 장치들은, 그들의 유동 패턴과 담배 성분의 히터(2214)(증기 형성 영역)에의 근접성에 의해 담배를 가열하고 담배 특정 향료들을 증류 및 용리시키는데 효과적이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 히터(2214)로부터 담배 성분으로의 증기의 수직 유동과 히터(2214)에 대한 담배의 밀착성은 담배의 효과적인 가열 및 휘발성 담배 향료들의 증류 및 용출을 허용한다.
예시적인 실시예들이 증기가 환형으로 불연성 흡연 장치를 빠져 나갈 수 있음을 예시하고 있지만, 증기는 동심원을 그리며 빠져 나갈 수 있다.
도 26은 플라스틱 마우스피스인 담배 함유 섹션(2274)의 단부의 예시적 실시예를 도시한다. 도 26에 도시된 바와 같이, 단부(2201a)는 적어도 2개의 축외의, 발산 출구들(2600)을 갖는다. 단부(2201a)는 개스킷(10)을 통해 연장되는 중앙 공기 통로(2209)와 유체 연통한다. 개스킷(10)은 담배 함유 섹션(2274)의 하류 단부에 위치되어, 단부(2201a) 내로의 담배 성분의 누설을 방지한다.
외벽의 일 부분(2278a)은 단부(2201a)의 원주 내에 끼워 맞춰진다.
담배 함유 섹션(2274)에 음압이 가해져, 증기는 히터(2214)로부터 담배 함유 섹션(2274)을 통과하여 단부(2201a) 밖으로 흐른다.
도 27은 담배 함유 섹션(2274)의 단부의 예시적인 실시예를 도시한다.
단부(2201b)는 외벽의 일 부분(2278b) 위에 끼워진다. 음압이 단부(2201b) 상에 가해질 수 있다. 음압으로 인해, 증기는 히터(2214)로부터 공기 통로(2700)를 통해 담배 함유 섹션(2274) 밖으로 흐른다.
도 28은 담배 함유 섹션(2274)의 단부의 예시적인 실시예를 도시한다.
단부(2201c)는 필터(2800)를 포함한다. 담배 인서트가 끼워지지 않은 시가/시가 릴로인 예시적 실시예들에서, 담배 인서트는 필터를 포함하지 않는다.
티핑 페이퍼(2805)는 필터(2800)를 감쌀 수 있다. 티핑 페이퍼(2805)는 또한 외벽(2278)으로 사용될 수 있다. 따라서, 티핑 페이퍼(2805)는 담배 함유 섹션(2274)에 강성을 제공하여, 카트리지(2270)로의 삽입을 용이하게 할 수 있다. 추가적인 티핑 페이퍼가 있거나 없이, 알루미늄 호일이 담배 성분을 수용하도록 사용될 수 있다.
도 28에 도시된 예와 같이, 필터(2800)는 셀룰로오스 아세테이트(CA) 필터일 수 있다. 트리아 세틴과 같이, CA 필터 요소들은 증기로 용출될 수 있다. 증기 상태의 니코틴 및 기타 휘발성 성분들은 담배로 인해 감소될 수 있다.
음압이 담배 함유 섹션(2274)에 인가되면, 증기는 히터(2214)로부터 담배 함유 섹션(2274)을 통과하여 필터(2800) 밖으로 흐른다.
예시적 실시예들은 예비 증기 제형을 가열하고 담배 성분에 열을 제공할 수 있는 히터를 갖는 불연성 흡연 장치를 제공한다. 보다 구체적으로, 예시적인 실시예들에 따른 불연성 흡연 장치는 증기를 담배 성분에 노출시키고 및/또는 예비 증기 제형을 담배 성분에 노출시킨다. 담배 성분이 예비 증기 제형 내에 있을 때, 담배 성분의 물리적 무결성이 보존된다.
다른 예시적인 실시예들에서, 불연성 연기 장치는 증기를 담배 성분에 노출시키고 및/또는 예비 증기 제형을 담배 성분에 노출시키는 팟(pod) 장치 또는 탱크 장치일 수있다.
도 22 내지 도 28을 참조하여 단일의 히터가 기술되었으나, 예시적인 실시예들은 다중 히터 불연성 흡연 장치를 포함할 수 있다. 제 1 히터는 예비 증기 제형을 기화시키는 히터(2214)일 수 있고, 제 2 히터는 담배 성분을 가열하는 데 사용될 수 있다. 제 2 히터는 담배 성분을 관통할 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에서, 불연성 흡연 장치는 3개 이상의 히터들을 포함한다.
예시적인 실시예들이 기술되었으나, 상술한 예시적인 실시예들은 다른 여러 방식들로 변경될 수 있음이 명백하다. 이러한 변형들은 예시적인 실시 예들의 의도된 사상 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되어서는 안되며, 그러한 모든 수정들은 당업자에게 다음의 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 불연성 흡연 요소에 있어서:
    예비 증기 제형 물질을 함유하는 예비 증기 제형 저장 요소;
    상기 예비 증기 제형 저장 요소와 결합되고, 상기 예비 증기 제형 물질의 적어도 일 부분을 증기로 가열하여 채널로 상기 증기를 공급하도록 구성된 예비 증기 가열 요소;
    담배의 적어도 일 부분을 가열하여 향(aroma)을 생성하도록 구성된 담배 가열 요소; 및
    상기 담배를 수용하고, 상기 채널로 상기 향을 공급하는 담배 하우징을 포함하는 불연성 흡연 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 담배 가열 요소는 상기 담배 하우징 내에 다수의 히터들을 포함하는 불연성 흡연 요소.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 히터들은 상기 예비 증기 가열 요소의 상류에 배치된 불연성 흡연 요소.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 히터들은 상기 채널의 외측에 배치되고, 상기 예비 증기 가열 요소는 상기 채널 내에 배치되는 불연성 흡연 요소.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 담배 하우징은:
    길이 방향으로 연장된 외부 하우징; 및
    상기 외부 하우징 내에 상기 길이 방향으로 연장된 내부 튜브를 포함하되,
    상기 외부 하우징과 상기 내부 튜브 사이의 공간은 상기 담배를 함유하는 공간으로 정의되는 불연성 흡연 요소.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 담배 가열 요소는 코일이고, 상기 내부 튜브 주위를 따라 연장되는 불연성 흡연 요소.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 담배 가열 요소는 1 내지 2 mm의 간격으로 상기 내부 튜브를 따라 연장되는 불연성 흡연 요소.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 담배 하우징은:
    상기 담배 하우징의 제1 단의 연결 부분을 포함하되,
    상기 연결 부분은 상기 외부 하우징과 상기 내부 튜브 사이의 상기 공간으로 공기를 공급하는 적어도 하나의 제 1 공기 유입구를 포함하는 불연성 흡연 요소.
  9. 제 9 항에 있어서,
    상기 연결 부분은:
    상기 내부 튜브 내로 공기를 공급하는 제 2 공기 유입구를 포함하는 불연성 흡연 요소.
  10. 불연성 흡연 요소에 있어서:
    예비 증기 제형 물질을 수용하도록 구성된 예비 증기 제형 저장 요소, 상기 예비 증기 제형 저장 요소는 상기 예비 증기 제형 저장 요소를 관통하는 채널을 정의하고;
    상기 예비 증기 제형 저장 요소와 결합되고, 상기 예비 증기 제형 물질의 적어도 일 부분을 증기로 가열하여 상기 채널의 제 1 부분으로 상기 증기를 공급하도록 구성된 가열 요소; 및
    상기 채널의 제 2 부분에서 상기 증기를 수용하도록 배치되는 담배 성분을 포함하는 불연성 흡연 요소.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 상기 채널 내에 배치되는 불연성 흡연 요소.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 담배 성분은 상기 가열 요소의 하류에 배치되는 불연성 흡연 요소.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 상기 담배를 최대 200℃로 가열하는 불연성 흡연 요소.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 상기 담배 성분으로부터 적어도 30mm 이격된 불연성 흡연 요소.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 예비 증기 제형 저장 요소는 상기 예비 증기 제형 물질을 수용하도록 구성된 외부 하우징 및 상기 채널을 정의하는 상기 외부 하우징의 내부 튜브를 포함하되,
    상기 담배 성분은 상기 가열 요소와 상기 내부 튜브의 일 단부 사이에 배치되는 불연성 흡연 요소.
  16. 불연성 흡연 요소에 있어서:
    예비 증기 제형 물질을 함유하도록 구성된 예비 증기 제형 저장 요소;
    상기 예비 증기 제형 저장 요소와 결합되고, 상기 예비 증기 제형 물질의 적어도 일 부분을 증기로 가열하여 제 1 채널로 상기 증기를 공급하도록 구성된 가열 요소; 및
    상기 제 1 채널의 적어도 일 부분을 정의하는 담배 함유 요소를 포함하되,
    상기 담배 함유 요소는 상기 가열 요소의 적어도 일 부분과 중첩되고, 상기 담배 함유 요소는 상기 증기를 수용하도록 배열되는 불연성 흡연 요소.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 담배 함유 요소는 고리 슬리브인 불연성 흡연 요소.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 담배 함유 요소는 내벽과 외벽을 포함하되, 상기 내벽은 투과성이고 상기 외벽은 비투과성인 불연성 흡연 요소.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 담배 함유 요소 상의 외벽 요소를 더 포함하고,
    상기 외벽 요소는:
    외벽 부분; 및
    내벽 부분을 포함하되,
    상기 외벽 부분과 상기 담배 함유 요소는 제 2 공기 채널의 부분들을 정의하는 불연성 흡연 요소.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 외벽 요소는 상기 내벽 부분의 제 1 단부의 커버를 더 포함하고, 상기 커버는 상기 제 1 채널을 덮는 불연성 흡연 요소.
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