KR20180091831A - 액체 펌프를 갖는 전동식 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

액체 펌프를 갖는 전동식 에어로졸 발생 시스템 Download PDF

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Abstract

전동식 에어로졸 발생 시스템으로서, 강성 하우징을 포함하는 액체 저장조(120); 하우징의 외부와 내부의 압력 차이가 임계 압력 차이를 초과할 때 액체 저장조에 공기를 유입시키도록 구성된 강성 하우징의 공기 유입 밸브(122); 액체를 기화시키도록 구성된 기화기(134); 강성 하우징을 통해 유출구에 연결되고 액체 저장조로부터 기화기로 액체를 펌핑하도록 구성된 펌프(132)를 포함하는 전동식 에어로졸 발생 시스템. 본 발명은 액체 저장조 사이에 펌프를 제공한다. 이는 심지에 대한 액체 전달의 신뢰성과 효율성을 개선한다. 또한, 본 발명은 액체 저장조 내에 공기 유입 밸브를 제공한다. 이는 저장조의 내압과 대기가 평형을 이루도록 한다. 이는 결국 액체 저장조에 필요한 견고성을 제공하면서, 강성 저장조 하우징이 사용될 수 있게 한다.

Description

액체 펌프를 갖는 전동식 에어로졸 발생 시스템
본 발명은 전동식 흡연 시스템과 같은 전동식 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 저장조로부터 기화기에 능동적으로 액체를 펌핑하는 시스템에 관한 것이다.
액체 기반의 전동식 흡연 시스템은 점차 일반화되고 있다. 일반적으로, 이들 시스템은 액체 저장부, 전기 히터 및 저장조로부터 히터에 액체를 전달하는 모세관 심지와 함께 전원 및 전기 회로를 포함한다. 히터는 일반적으로 모세관 심지 둘레에 권선된 와이어 코일이며 저항성 가열에 의해 작동한다. 모세관 심지의 액체는 히터에 의해 기화되어 증기를 형성한다. 사용자가 시스템을 퍼핑하면 공기는 히터를 지나 유동한다. 히터를 지나는 기류는 증기를 비말동반하고, 이어서 증기는 에어로졸로 들어가고 나오는 기류 내에서 냉각된다.
액체 저장부는 시스템의 나머지 부분에 고정되거나 삽입되는 재충전식 또는 교체식 카트리지로서 제공될 수 있다. 카트리지는 심지와 히터를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 심지와 히터는 카트리지와 별개로 분무기 조립체 내에 제공될 수 있다.
액체 저장조는 일반적으로 밀봉된 인클로저(enclosure)이며 강성 하우징을 갖는다. 이는 사용 전 또는 사용 도중에 액체가 저장조로부터 누출되는 것이 매우 바람직하기 않기 때문이다. 사용하는데 불쾌하고 불편함을 주는 누출 외에도, 전동식 흡연 시스템에 사용되는 액체는 피부를 자극할 수 있다. 장치 내에 유출된 액체는 회로를 손상시킬 수도 있고 세척이 어려울 수 있다. 따라서, 액체 저장조는 일반적으로 완전히 밀봉된 견고한 용기이다.
그러나, 액체 저장조의 용적이 고정되어 있다는 것은 액체가 액체 저장조로부터 제거됨에 따라 저장조의 내압이 떨어진다는 것을 의미한다. 이러한 압력 강하는 액체가 덜 효율적으로 심지에 전달된다는 것을 의미한다. 대부분의 시스템에서, 압력이 대기압 아래로 많이 떨어지기 전에, 저장조의 내압과 외압의 균형을 맞추기 위해 공기가 심지를 통해 액체 저장조로 들어갈 수 있다. 그러나 심지를 통한 이러한 공기 흐름은 심지의 성능을 저하시키므로 에어로졸의 밀도와 향미에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 액체 저장부와 심지의 배치가 히터로의 액체 전달을 만족시키면서, 액체를 전동식 에어로졸 발생 시스템의 기화기에 전달하기 위한 보다 효율적이고 신뢰할 수 있는 메커니즘을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
일 양태에서, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템으로서, 강성 하우징을 포함하는 액체 저장조; 하우징의 외부와 하우징의 내부의 압력 차이가 임계 압력 차이를 초과할 때 액체 저장조에 공기를 유입시키도록 구성된 강성 하우징의 공기 유입 밸브; 액체를 기화시키도록 구성된 기화기; 및 강성 하우징을 통해 유출구에 연결되고 액체 저장조로부터 기화기로 액체를 펌핑하도록 구성된 펌프를 포함하는 전동식 에어로졸 발생 시스템이 제공된다.
액체 저장조와 기화기 사이에 펌프를 사용하면 기화기로의 액체 전달의 신뢰성과 효율성이 개선된다. 또한, 본 발명은 액체 저장조 내에 공기 유입 밸브를 제공한다. 이는 저장조의 내압과 대기가 평형을 이루도록 한다. 이는 결과적으로 액체 저장조, 특히 저장조의 감압 문제가 없는 재충진식 저장조에 대해 필요한 견고성을 제공하는 강성 액체 저장조 하우징이 사용될 수 있게 한다.
에어로졸 발생 시스템의 액체 저장조는 강성 하우징을 갖는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '강성 하우징'은 자가 지지형 하우징을 의미하도록 사용된다. 하우징은 실질적으로 원통형일 수 있다. 공기 유입 밸브용 개구가 원통의 일 단부에 구비될 수 있다. 액체 저장부의 하우징은 실질적으로 원형의 단면을 가질 수 있다.
액체 저장조는 액체를 유지하기 위한 담체 재료를 하우징 내에 더 포함할 수 있다. 액체는 담체 또는 지지부 상에 흡착되거나 달리 로딩될 수 있다. 담체 재료는 임의의 적절한 흡수성 플러그 또는 흡수체, 예를 들어 발포성 금속이나 플라스틱 재료, 폴리프로필렌, 테릴렌, 나일론 섬유들 또는 세라믹으로 만들어질 수 있다.
펌프는 압전 마이크로펌프와 같은 마이크로펌프일 수 있다.
밸브는 볼 체크 밸브나 덕빌(duckbill) 체크 밸브와 같은 체크 밸브일 수 있다. 밸브는 액체 저장조의 하우징에 압입 끼워맞춤될 수 있다.
상기 시스템은 펌프와 기화기 사이에 위치한 모세관 재료를 포함할 수 있다. 모세관 재료는 섬유상 또는 스폰지 구조를 가질 수 있다. 모세관 재료는 바람직하게는 모세관 다발을 포함한다. 예를 들어, 모세관 재료는 복수의 섬유 또는 스레드(threads) 또는 기타 미세 보어(bore) 관을 포함할 수 있다. 섬유 또는 스레드는 액체를 히터에 전달하도록 전체적으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 모세관 재료는 스폰지류 또는 발포체류의 재료를 포함할 수 있다. 모세관 재료의 구조는 액체가 모세관 작용에 의해 이송될 수 있는 복수의 작은 보어 또는 관을 형성한다. 모세관 재료는 임의의 적절한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 재료의 예는 스폰지 또는 발포체 재료, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 그라파이트계 재료, 발포된 금속 또는 플라스틱 재료, 예를 들어 권취되거나 압출된 섬유로 이루어진 섬유상 재료, 예컨대 초산 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹이다. 모세관 재료는 상이한 액체 물성과 함께 사용되기 위해 임의의 적절한 모세관 현상 및 다공성을 가질 수 있다. 액체는 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도성, 비등점 및 증기압을 포함하되 이에 제한되지 않는 물성을 가지며, 이러한 물성은 액체가 모세관 작용에 의해 모세관 재료를 통해 이송될 수 있게 한다. 모세관 재료는 에어로졸 형성 기재를 기화기에 전달하도록 구성될 수 있다. 모세관 재료는 기화기의 간극 내로 연장될 수 있다.
기화기는 전기히터를 포함할 수 있다. 전기 히터는 모세관 심지를 둘러싸는 와이어 코일일 수 있다. 대안적으로, 전기 히터는 메쉬 히터일 수 있다. 메쉬 히터는 모세관 재료와 접촉될 수 있다. 전기 히터는 유도 가열식이거나 전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 대안적으로, 기화기는 진동 메쉬 또는 진동 막(diaphragm)일 수 있다.
상기 시스템은 펌프와 기화기를 작동시키기 위해 전력을 공급하도록 구성된 전원을 포함할 수 있다. 전원은 배터리일 수 있다. 배터리는 리튬계 배터리, 예를 들어, 리튬-코발트, 리튬-철-인산염, 리튬 티탄산염 또는 리튬-폴리머 배터리일 수 있다. 배터리는 니켈-수소 합금 배터리 또는 니켈 카드뮴 배터리일 수 있다. 전원은 커패시터와 같은 다른 형태의 전하 저장 장치일 수 있다. 전원은 재충전이 필요할 수 있고, 다수의 충방전 사이클에 맞게 구성될 수 있다. 전원은 한 번 이상의 흡연을 경험하기에 충분한 에너지를 저장할 수 있는 용량을 가질 수 있으며; 예를 들어, 전원은 종래의 궐련을 흡연하는데 걸리는 통상적인 시간에 대응하는 약 6분, 또는 6분의 여러 배의 시간 동안 연속적으로 에어로졸을 생성하기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 전원은 소정의 퍼핑 회수 또는 가열 수단 및 작동 수단의 이산된 작동을 가능하게 하는 충분한 용량을 가질 수 있다.
상기 시스템은 전기 회로를 포함할 수 있다. 제어 회로는 마이크로프로세서 또는 제어를 제공할 수 있는 다른 전기 회로를 포함할 수 있으며, 마이크로프로세서는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 또는 주문형 반도체(ASIC)일 수 있다. 전기 회로는 추가적인 전자 부품을 포함할 수 있다.
전기 회로는 기화기로의 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 시스템의 활성화 이후에 전력은 연속적으로 또는 간헐적으로, 예컨대 퍼핑할 때를 기준으로 전기 히터에 공급될 수 있다. 전기 회로는 펌프에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 전기 회로와 연통하는 퍼핑 검출기를 포함할 수 있다. 퍼핑 검출기는 사용자가 시스템 상에서 흡인할 때를 검출하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 퍼핑 검출기나 펌프로부터의 입력 또는 펌프와 기화기 모두로부터의 입력에 따라 기화기로의 전력을 제어하도록 구성될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 스위치나 버튼과 같은 사용자 입력부를 포함할 수 있다. 이는 사용자가 시스템을 켤 수 있도록 한다. 기화기는 스위치 또는 버튼에 의해 작동될 수 있다.
전기 회로는 기화기의 작동에 기초해 펌프를 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기화기가 작동될 때 펌프가 작동될 수 있다. 대안적으로, 전기 회로는 기화기의 작동 이후에 펌프를 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기화기는 감지된 사용자의 퍼핑에 기초하여 또는 다른 사용자 입력에 기초하여 작동될 수 있다. 기화기가 작동되면 기화기 근처의 액체가 소모되게 된다. 펌프는 소정의 기화기 작동 시간 후에 더 많은 액체를 기화기에 공급하기 위해 제어될 수 있다. 전기 회로는 시스템이 켜질 때 펌프를 작동시키도록 구성될 수도 있다. 시스템을 마지막으로 사용한 후 상당한 기간이 지났다면 기화기가 건조해져 있을 수 있으므로, 기화기의 작동 이전에 펌프를 작동시키는 것이 유리할 수 있다.
상기 시스템은 전동식 흡연 시스템일 수 있다. 상기 시스템은 핸드헬드 에어로졸 발생 시스템일 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 필적하는 크기를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 30mm 내지 대략 150mm의 총 길이를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 5mm 내지 대략 30mm의 외경을 가질 수 있다.
액체 저장조 내의 액체는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 액체는 담배를 포함할 수 있다. 액체는 니코틴을 포함할 수 있다. 액체는 가열 시에 액체로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 액체는 비담배 함유 재료를 대안적으로 포함할 수 있다. 액체는 균질화 식물계 재료를 포함할 수 있다. 액체는 균질화 담배 재료를 포함할 수 있다. 액체는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는, 사용시 조밀하고 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하고 시스템의 작동 온도에서 열적 변질에 대하여 실질적으로 저항하는 임의의 적절한 공지된 화합물 또는 화합물들의 혼합물이다. 적절한 에어로졸 형성제는 당업계에 잘 공지되어 있으며, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함하되 이에 한정되지 않는다. 바람직한 에어로졸 형성제는 다가 알코올 또는 그의 혼합물, 예컨대 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올이며, 가장 바람직하게는 글리세린이다. 액체는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
제2 양태에서, 전동식 에어로졸 발생 시스템용 카트리지로서, 강성 하우징을 포함하는 액체 저장조; 강성 하우징 내의 공기 유입 밸브로서, 하우징의 외부와 하우징의 내부 사이의 압력 차이가 임계 압력 차이를 초과할 때 액체 저장조에 공기를 유입시키도록 구성된 공기 입력 밸브; 및 강성 하우징을 통해 전동식 에어로졸 형성 시스템의 펌프와 맞물리도록 구성된 유출구를 포함하는 카트리지가 제공된다.
카트리지는, 액체가 이를 통해 상기 액체 저장조로 지나갈 수 있는 충진 포트를 강성 하우징 내에 포함할 수 있다. 충진 포트는 천공 가능한 격벽(septum)에 의하거나 제거 가능한 플러그에 의해 밀봉될 수 있다.
유출구는 펌프와 맞물리기 전에 밀봉될 수 있다. 예를 들어, 카트리지는 유출구를 밀봉하는 박리 가능하거나 천공 가능한 격벽, 포일(foil) 또는 필름을 포함할 수 있다.
카트리지는 펌프를 포함할 수 있다. 펌프는 압전 마이크로펌프일 수 있다.
카트리지는 기화기를 포함할 수 있다. 펌프는 액체 저장조와 기화기 사이에서 연결될 수 있고, 액체 저장조로부터 기화기에 액체를 펌핑하도록 구성될 수 있다.
기화기는 전기 히터를 포함할 수 있다. 기화기는 펌프로부터 전기 히터에 액체를 전달하도록 구성된 모세관 재료를 포함할 수 있다.
밸브는 볼 체크 밸브나 덕빌 체크 밸브와 같은 체크 밸브일 수 있다.
펌프와 기화기는 카트리지와 별개로, 그러나 카트리지와 연결 가능하도록 분무기 조립체 내에 제공될 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 전원과 제어 회로를 포함하는 본체를 추가로 포함할 수 있다. 본체는 카트리지 또는 분무기 조립체와 연결 가능할 수 있다.
본 발명의 제1 양태를 참조하여 기술된 특징들은 본 발명의 제2 양태에 적용될 수 있다
본 발명은 첨부된 도면들을 단지 예시용으로 참조하여 더 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템의 제1 구현예의 개략도이고;
도 2는 본 발명에 따른 카트리지의 구성 요소의 개략도이고;
도 3은 도 2의 밸브의 단면도이며;
도 4는 본 발명에 따른 카트리지의 다른 구현예의 개략도이다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템을 도시한다. 도 1은 본질적으로 개략적이다. 구체적으로, 도시된 구성 요소들은 개별적으로 또는 서로에 대해 상대적으로 그 치수가 반드시 비례하지는 않는다. 시스템은 핸드헬드 전동식 흡연 장치(100)이며 하우징(110)을 포함한다. 하우징(110) 내에는 배터리(112) 형태의 전원과 제어 회로(114)가 있다. 하우징 내에는, 사용자가 흡입하는 에어로졸을 형성하기 위해 기화되는 액체 에어로졸 형성 기재가 담겨있는 액체 저장조(120)도 있다. 분무기 조립체(130)는 액체 저장조(120)에 결합되어 하우징 내에 제공된다. 분무기 조립체는 (본 실시예에서는 전기 히터인) 기화기(134) 및 액체 저장조(120)에서 기화기(134)로 액체를 펌핑하도록 위치된 펌프(132)를 포함한다. 펌프(132)와 전기 히터(134) 모두는 후술되는 바와 같이 제어 회로(114)의 제어 하에 배터리(112)로부터 전력을 공급 받는다.
하우징(110)은 공기 유입구(118)와 공기 유출구(116)를 포함한다. 공기 유입구(116)는 하우징의 마우스피스 단부에 제공된다. 사용 시, 사용자는 하우징의 마우스피스 단부에서 빨아 들인다. 그러면 공기는 공기 유입구(118)를 통해 하우징 내로 흡인되고, 기화기(134)를 지나서 공기 유출구(116)를 통해 사용자의 입속으로 흡인된다. 흡인되어 기화기를 지나간 공기는 기화된 에어로졸 형성 기재를 비말동반한다. 기화된 에어로졸 형성 기재는 장치를 통해 사용자의 입 속으로 이동하면서 냉각되어 에어로졸을 형성한다.
히터의 작동은 사용자가 하우징(110)의 버튼을 누름으로써 직접적으로 제어될 수 있다. 대안적으로, 시스템은 시스템을 통과하는 기류를 검출하는 마이크로폰(115)와 같은 기류 센서를 포함할 수 있고, 히터는 기류 센서로부터의 신호에 기초하여 작동될 수 있다. 사용자가 시스템을 통해 공기를 흡인하면(본원에서는 퍼핑으로 지칭됨), 공기는 기류 센서(115)를 지나 유동한다. 기류 센서에 의해 검출된 기류가 임계값을 초과하는 경우, 제어 회로가 히터에 전력을 공급하여 히터를 작동시킬 수 있다. 제어 회로는 소정의 시간 동안 히터에 전력을 공급할 수 있거나, 검출된 기류가 임계값을 초과하는 동안 히터에 전력을 공급할 수 있다. 제어 회로는 전용 온도 센서와 같은 온도 감지 수단, 또는 히터의 전기 저항 모니터링에 의한 온도 감지 수단을 포함할 수 있다. 이어서, 제어 회로는 히터에 전력을 공급하여 원하는 온도 범위 이내로 히터의 온도를 올릴 수 있다. 온도는 에어로졸 형성 기재를 기화시킬 만큼 충분하되, 연소의 위험이 상당할 만큼 너무 높지 않아야 한다.
펌프는 히터와 동일한 방식으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 히터에 전력이 공급되는 것과 동일한 시간 동안 펌프에 전력을 공급할 수 있다. 대안적으로, 제어 회로는 히터가 작동된 직후의 기간 동안 펌프에 전력을 공급할 수 있다.
본 실시예의 액체는 물, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 니코틴 및 향미제의 혼합물을 포함한다. 상기 액체는 액체 저장조(120) 내에 담긴다. 액체 저장조는, 액체가 소모되면 교체될 수 있는 카트리지로서 제공될 수 있다. 액체의 누출을 방지하기 위해, 사용 전과 사용 중 모두의 기간 동안, 액체 저장조는 강성 플라스틱으로 형성된 하우징을 가지며 수밀(liquid tight)하다. 본원에서 사용되는 바와 같이 "강성"은 하우징이 자가 지지형임을 의미한다. 본 실시예에서, 저장조는 아크릴계 광중합체를 사용하여 3D 프린팅에 의해 형성된다. 카트리지는 견고해야 하며 운송과 보관 중의 상당한 하중을 견딜 수 있어야 한다. 그러나, 액체 저장조 하우징이 밀봉되어 있고 강성이기 때문에, 액체 저장조는 고정된 내부 용적을 갖는다. 액체가 펌프에 의해 제거되어 액체 저장조의 내압이 감소하면, 저장조에서 액체를 펌핑하는 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 압력의 상당한 강하를 방지하기 위해 액체 저장조는 평형 공기 유입 밸브(122)를 갖는다. 저장조 내부와 저장조 외부 사이의 압력 차이가 임계 압력 차이를 초과할 때, 평형 밸브(122)는 공기가 액체 저장조에 유입되게 한다.
도 2는 액체 저장조(120), 펌프(132) 및 히터 조립체의 분해도이며, 여기서 히터 조립체는 튜브(139), 모세관 노즐(138) 및 히터(136)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 액체 저장조는 평형 밸브(122) 및 액체 유출구(124)를 포함한다. 액체 유출구(124)는 펌프(132)의 유입구(140)와 맞물리도록 구성된다. 유출구(124)는 사용 전에, 제거 가능한 덮개로 밀봉되거나 천공 가능한 시일(seal)로 밀봉되어 있을 수 있다.
펌프는 Konrad-Adenauer-Allee 11, 44263 Dortmund, Germany 소재의 Bartels Mikrotechnik GmbH(www.bartels-mikrotechnik.de)의 MP6과 같은 압전 마이크로펌프일 수 있다. 펌프는 히터 조립체의 튜브(139)에 맞물리는 유출구(142)를 갖는다.
튜브(139)는 펌프(132)를 모세관 노즐(138)에 연결시킨다. 모세관 노즐(138)은 2ml 유리 모세관이다. 니켈-크롬 히터 와이어가 노즐 내의 액체를 가열하기 위해 모세관 노즐 둘레에 권선되어 있다.
도 3은 도 2의 체크 밸브(122)의 상세한 구조를 도시한다. 밸브(122)는 2 Pettipaug Rd, PO Box 424, Westbrook, CT 06498-0424, USA 소재 The Lee Company의 직경 5mm인 세라믹 볼 체크 밸브이다. 밸브(122)는 저장조 하우징에 압입 끼워맞춤되도록 설계되어 있다. 밸브는 스테인리스강 바디(150) 및 스테인리스강 프레임(156)을 포함한다. 프레임(156) 상에 안착된 스테인리스강 스프링(154)은 세라믹 볼(152)을 바디에 대해 가압하여 바디의 애퍼쳐를 밀봉한다. 볼을 가로지르는 압력 차이가 스프링의 바이어스에 대항해 볼을 움직일 만큼 충분히 커지면 애퍼쳐가 밀봉 해제되어 공기를 액체 저장부(120)로 유입시킨다.
액체 저장조(120)는 본 실시예에서 카트리지로서 제공된다. 카트리지는 시스템의 하우징(110)에 수용된다. 카트리지는 유출구(124)가 펌프의 유입구(140)와 정확히 맞물리게 하기 위해 고정될 수 있다. 펌프(132)와 히터 조립체(134)는 교체식 분무기 조립체(130)로서 제공된다. 분무기 조립체는 하우징(110)에 수용되지만, 대안적으로 하우징(110)의 일부를 형성할 수 있다.
배터리(112)는 교체식인 리튬 인산 철 배터리이다. 하우징(112) 상에 충전 접촉부가 구비된다. 전기 회로(114)는, 히터(134)와 펌프(132)로의 전력 공급을 제어하도록 구성된 프로그램 가능한 마이크로프로세서를 포함한다.
하우징(110)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 형성되고, 사용자가 한 손으로 유지하기에 편안한 크기와 형상을 갖는다. 제거 가능한 마우스피스가 공기 유출구(116) 둘레에 제공될 수 있다. 마우스피스는 카트리지가 유지되는 하우징 내의 공동에 접근할 수 있도록 제거될 수 있다.
사용자는 작동에 앞서 본체 하우징, 기화기 조립체 및 액체 저장조 카트리지를 함께 조립한다. 시스템을 작동시키기 위해, 사용자는 하우징(110) 상의 버튼을 누른다. 본 구현예에서, 사용자가 장치를 작동시킨 후에, 전기 회로가 액체가 히터 조립체(134)에 펌핑되도록 펌프(132)에 전력을 공급한다. 이어서, 사용자는 장치의 마우스피스 상에서 퍼핑하여 장치를 통해 공기를 흡인한다. 장치는, 장치를 통해 기류를 검출하는 마이크로폰인 퍼핑 센서(115)를 포함한다. 퍼핑 센서를 위한 기류는 공기 유입구(118)보다 매우 작은 보조 공기 유입구(117)를 통해 시스템으로 들어간다. 마이크로폰(115)으로부터의 신호에 반응하여 전기 회로는, 히터가 모세관 노즐(138) 중의 액체를 가열하여 기화시키도록 히터(136)에 전력을 공급한다. 기화된 액체 기재는 이어서 기류 중에서 냉각되고 응축되어 에어로졸을 형성하며, 이는 시스템으로부터 사용자의 입 속으로 흡인된다. 본 실시예에서, 전기 회로는 퍼핑이 검출된 후에 고정된 시간 동안 히터에 전력을 공급한다. 그러나, 히터에 전력을 공급하기 위한 다른 제어 장치가 사용될 수 있다. 노즐(138) 중의 액체가 기화되므로 이를 보충하기 위해, 히터에 전력이 공급되는 것과 동일한 기간 동안 펌프에 전력이 공급된다. 시스템의 사용을 마치면 사용자는 버튼을 눌러 시스템을 끌 수 있다. 또한, 전기 회로는 소정의 기간 동안 사용자의 퍼핑이 검출되지 않는 경우 시스템을 끄도록 구성될 수 있다.
액체가 펌프에 의해 액체 저장부로부터 흡인되면, 밸브(122)가 개방되어 저장조의 내압과 저장조 외부의 압력을 균등하게 맞춘다. 밸브에는 덮개 배플이 구비되어 사용자가 퍼핑하는 동안 에어로졸이 저장조로 역류하는 것을 감소시킬 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하여 기술된 본 구현예는 본 발명에 따른 시스템의 하나의 실시예에 불과하다. 도 4는 대안적인 액체 저장조 및 밸브 배치를 도시한다. 도 4의 액체 저장조는 재충진식 저장조이다. 도 4에 도시된 액체 저장조는 일반적으로 원통형인 강성 하우징(160)을 가지고, 펌프와 맞물리도록 구성된 액체 유출구(164) 및 평형 밸브(162)를 갖는다. 도 4의 구현예의 평형 밸브는, 저장조 내부와 저장조 외부 사이의 압력 차이가 임계 압력 차이를 초과할 때 액체 저장조에 공기가 유입되게 하는 덕빌 밸브(duckbill valve)이다. 액체 저장조는 또한 액체 저장조가 액체 에어로졸 형성 기재로 재충진될 수 있는 충진 포트를 포함한다. 충진 포트는 탄성 중합체 격벽(166)에 의해 밀봉된다. 액체 저장조를 충진하기 위해, 격벽(166)이 바늘에 의해 천공되고 액체는 바늘을 통해 액체 저장조에 주입된다.
도 2를 참조하여 기술된 히터에 대안적인 기화기를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 기화기는 메쉬의 간극에 액체를 전달하도록 구성된 펌프를 갖는 가열 메쉬 또는 진동 메쉬일 수 있다. 기화기는 가열 플레이트이거나 한 쌍의 가열 플레이트일 수 있고, 펌프는 플레이트(들)에 액체를 전달할 수 있다. 기화기는 유도 가열체일 수 있다.
도 1에 도시된 구성 요소의 대안적 배치 및 시스템을 통하는 상이한 기류 경로를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 분무기는 액체 저장조보다 시스템의 마우스피스에 더 가깝게 있을 수 있다. 시스템은 공기 유입구와 퍼핑 센서를 상이한 위치에 포함할 수도 있다.

Claims (15)

  1. 전동식 에어로졸 발생 시스템용 카트리지로서,
    강성 하우징을 포함하는 액체 저장조;
    상기 강성 하우징의 공기 유입 밸브로서, 상기 하우징의 외부와 내부의 압력 차이가 임계 압력 차이를 초과하면 상기 액체 저장조에 공기를 유입시키도록 구성된 공기 유입 밸브; 및
    상기 강성 하우징을 통해 상기 전동식 에어로졸 발생 시스템의 펌프와 맞물리도록 구성된 유출구를 포함하는 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 액체가 이를 통해 상기 액체 저장조로 지나갈 수 있는 강성 하우징의 충진 포트를 포함하는 카트리지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유출구는 상기 펌프와 맞물리기 전에 밀봉되는 카트리지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카트리지는 상기 펌프를 포함하는 카트리지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 카트리지는 기화기를 포함하고, 상기 펌프는 상기 액체 저장조와 상기 기화기 사이에서 연결되고, 상기 액체 저장조로부터 상기 기화기로 액체를 펌핑하도록 구성된 카트리지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기화기는 전기 히터를 포함하는 카트리지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기화기는 액체를 상기 전기 히터에 전달하는 모세관 재료를 포함하는 카트리지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프는 압전 마이크로펌프인 카트리지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브는 볼 체크 밸브 또는 덕빌(duckbill) 체크 밸브와 같은 체크 밸브인 카트리지.
  10. 전동식 에어로졸 발생 시스템으로서,
    강성 하우징을 포함하는 액체 저장조;
    상기 강성 하우징의 공기 유입 밸브로서, 상기 하우징의 외부와 내부의 압력 차이가 임계 압력 차이를 초과하면 상기 액체 저장조에 공기를 유입시키도록 구성된 공기 유입 밸브;
    액체를 기화시키도록 구성된 기화기; 및
    상기 강성 하우징을 통해 유출구에 연결되고 상기 액체 저장조로부터 상기 기화기로 액체를 펌핑하도록 구성된 펌프를 포함하는 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 펌프는 압전 마이크로펌프인 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 기화기는 전기 히터를 포함하는 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 펌프 및 기화기를 작동시키기 위해 전력을 공급하도록 구성된 전원을 포함하는 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기화기가 작동되면 상기 펌프를 작동시키도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 전동식 에어로졸 발생 시스템.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 핸드헬드 전동식 흡연 시스템인 전동식 에어로졸 발생 시스템.
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