KR20180118119A - 전자담배제품 및 전자담배제품용 카트리지 - Google Patents

전자담배제품 및 전자담배제품용 카트리지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구강단(32), 적어도 하나의 공기흡입개구(31) 및 상기 하우징 내에서 상기 구강단(32)과 상기 적어도 하나의 공기흡입개구(31) 사이로 연장되는 공기채널(30)을 갖는 하우징(32), 액체저장소(18), 전기에너지저장소(14) 및 상기 액체저장소(18)에 연결되어 상기 액체저장소(18)로부터 얻어진 액체(50)로부터 증기 및/또는 에어로졸을 생성하고 상기 공기채널(30) 내에서 유동하는 기류(34)에 상기 증기 및/또는 에어로졸(40)을 첨가하는 첨가장치(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품에 관한 것이다. 상기 첨가장치(20)는 적어도 부분적으로 마이크로시스템유닛이다.

Description

전자담배제품 및 전자담배제품용 카트리지
본 발명은 구강단, 적어도 하나의 공기흡입개구 및 상기 하우징 내에서 상기 구강단과 상기 적어도 하나의 공기흡입개구 사이로 연장되는 공기채널을 갖는 하우징, 액체탱크, 전기에너지저장소 및 상기 액체탱크에 연결되어 상기 액체탱크로부터 얻어진 액체로부터 증기 및/또는 에어로졸을 생성하고 상기 공기채널 내에서 유동하는 기류에 상기 증기 및/또는 에어로졸을 첨가하는 첨가장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품에 관한 것이다.
현재 시중에 나와있는 대부분의 전자담배제품은 위크-코일 원리(Wick-coil principle)를 기반으로 한다. 심지(Wick)는 예컨대 유리 섬유로 형성되며, 부분적으로 가열코일에 싸여있고 액체저장소와 접촉한다. 상기 가열코일이 가열될 때, 상기 심지 내의 액체가 상기 가열코일의 영역에서 증발된다. 모세관 작용으로 인해, 상기 증발된 액체는 상기 액체저장소의 외부로 이송된다. 이러한 종류의 전자담배는 예로써 US 2016/0021930 A1에 개시되어있다.
이 경우, 상기 액체의 이송 및 증기의 양은 상기 심지와 불가분의 관계로 연결되어 있다. 증발 용량(Evaporative capacity)은 증기의 양을 결정한다. 그러나, 흡연자는 일반적으로 오랜 흡연 체험을 얻기 위해 많은 양의 증기를 원한다. 그러나, 이를 위해 요구되는 실질적으로 시스템과 관련된 온도-액체 분포가 매우 불균일하기 때문에, 과열의 위험이 부분적으로 있으며, 이에 따라 바람직하지 않은 오염물질의 배출이 이루어질 수 있다. 상기 전자담배의 또 다른 단점은 공기압의 변동이 있는 경우 누출에 취약하다는 점이다.
본 발명의 목적은 안전하고, 고품질이며, 인증 가능한 전자담배제품 및 카트리지를 제공하는 것이며, 이 경우에 잠재적인 과열 및 그에 따른 오염물질의 배출의 위험과 같은 상술한 단점들이 방지될 수 있다.
본 발명의 이러한 목적은 독립항들의 특성에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 첨가장치의 적어도 실질적인 부분들을 마이크로시스템유닛으로 설계함으로써, 액체를 증발시키기 위하여 가열하는 것으로부터 상기 액체의 이송 또는 투여를 완전히 분리시킬 수 있다. 액체는 마이크로 투여(Micro-dosing)에 의해, 바람직하게는 잉크젯(Inkjet) 또는 버블젯(Bubblejet) 원리의 개방분사형 무화기(Open-jet atomiser)를 사용하여 상기 첨가장치 내부의 챔버 내로 이송되거나 주입된다. 온도가 정밀하게 제어되는 가열소자는 상기 무화기로부터 이격되어 기능적으로 분리된 증발기의 일부로서 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 가열소자의 온도는 상기 액체의 체적유량과는 완전히 독립적으로 조절되거나 제어될 수 있다. 고정된 온도에서, 이송되는 액체의 양, 즉, 증기/에어로졸의 양은 원하는 대로 조절될 수 있다. 상기 증발기 가열소자의 온도를 정밀하게 제어/조절함으로써, 과열 및 결과물로서 생성되는 오염물질들, 예컨대 아크릴 화합물들이 완전히 방지될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 마이크로시스템 기술에 의해, 예컨대 폴리머, 유리, 세라믹, 금속, 준금속(Metalloid), 예컨대 실리콘, 실리콘 화합물 또는 금속 산화물 화합물로 형성되는 기판 상에, 센서 시스템들 및 액추에이터들을 포함하는 상이한 전기기계적 기능 그룹들이 단일 제조공정에 의해 마이크로미터 단위로 정밀하고 정확하게 생산될 수 있다. 이러한 방식으로, 대량 생산 및 인증 가능성을 위해 요구되는 제품 품질이 본 발명에 따라 확보될 수 있다. 바람직하게는 적어도 무화기, 더 바람직하게는 첨가장치의 증발기 또한 마이크로시스템유닛으로서 설계된다. 그러나, 특히 증발기는 비용 효율이 더 높은 소재로 형성될 수도 있다.
바람직하게, 액체탱크 및 첨가장치는 교체 가능한 카트리지 내에 배치된다. 따라서, 상기 액체탱크가 비었을 때, 전체 담배제품을 폐기할 필요는 없으며, 빈 카트리지를 충전된 카트리지로 교체하기만 하면 된다. 따라서, 에너지저장소를 포함하는 상기 담배제품의 상당 부분을 재사용할 수 있다. 결과적으로, 상기 카트리지의 일부인 상기 첨가장치는, 상기 마이크로시스템유닛의 미세구조가 표면장력으로 인해 더 쉽게 밀폐되거나 심지어 자체적으로 밀폐될 수 있기 때문에, 누출 없이, 그리고 복잡한 밀폐수단 없이 상기 카트리지를 교체할 수 있도록 하는 소정의 계면이 생성된다는 현저한 장점을 가지고 있다.
바람직하게, 상기 카트리지는 상기 카트리지에 관련된 정보 및/또는 파라미터를 저장하기 위한 데이터 또는 정보 저장소를 포함할 수 있다.
바람직하게, 실질적으로 막대형인 하우징의 상기 첨가장치의 영역 내 평균 직경에 대한 상기 마이크로시스템유닛의 최대 연장부의 비율이 0.5 미만이며, 보다 바람직하게는 0.4 미만, 더욱 바람직하게는 0.3 미만, 그리고 특히 바람직하게는 0.2 미만이다. 상기 마이크로시스템유닛의 컴팩트한 디자인은 상기 담배제품 또는 상기 카트리지 내에서의 상기 마이크로시스템유닛의 가능한 배열에 관한 유연성을 증가시킨다.
상기 무화기는, 열액추에이터(Thermoactuator) 또는 압력액추에이터(Piezo actuator) 및 상기 열액추에이터 또는 압력액추에이터의 하류에 배치된 노즐을 포함하는 개방분사형 무화기(Open-jet atomiser)인 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 무화기는 상기 액체탱크로부터 상기 첨가장치로 유입되는 액체를 예열하기 위한 전기예열소자 및 예열챔버를 포함할 수 있다. 무화된 액체를 이온화하기 위해, 상기 액체와 접촉하는 상기 무화기의 금속부에 직류전압(Electric DC voltage)이 인가되는 것이 바람직할 수 있다.
바람직하게, 상기 가열소자의 열 출력이 소정의 바람직한 온도로 제어 및/또는 조절될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 증발기는 상기 전기가열소자에 결합된 압력소자(Piezo element)를 포함할 수 있다. 압력 여기(Piezo excitation)로 인해 진동하는 상기 가열소자는, 보다 효과적인 증발 및/또는 셀프-클리닝(Self-cleaning) 효과, 즉, 그을음(Scorching) 또는 접착을 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 복수의 액체탱크로부터의 상이한 액체들이 복수의 무화기를 사용하여 무화될 수 있으며, 상응하는 복수의 증발기 및 가열소자가 상기 무화기들에게 할당되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 활성성분이 예컨대 주 액체(Main liquid)에 특별히 첨가될 수 있다. 이 경우, 상기 가열소자들의 열 출력이 소정의 바람직한 온도로 개별 제어 및/또는 조절되는 것이 특히 바람직하며, 이는 각 액체 별로 적절한 가열온도를 맞추고 최적으로 선택하는 것을 가능하게 한다.
특히 바람직하게, 상기 액체탱크는 플렉시블 파우치(Flexible pouch)이다. 결과적으로, 위치와 관계없이, 그리고 누출 없이 상기 액체탱크를 완전히 비울 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 액체저장소가 리퀴드-온-칩 장치(Liquid-on-chip device)의 형태로 제공된다. 이러한 유사 마이크로시스템 기반의 기술의 경우, 수포(Blister)의 형태로 밀폐되어 의도적인 활성화에 의해 방출될 수 있는 액적과 비교할 때, 소량의 액체를 직접적으로 칩 상에 저장할 수 있다. 예를 들어, 주 액체를 무화시키기 위해 개방분사형 무화기가 제공될 수 있으며, 향료 및/또는 활성성분을 첨가하는 실제 공정은 리퀴드-온-칩 장치에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 실제적인 실시예에서, 복수의 무화기가 상기 첨가장치에 특히 매트릭스 또는 어레이의 형태로 배치될 수 있다. 상응하는 복수의 증발기가 상기 복수의 무화기에 예컨대 매트릭스의 형태로 할당될 수 있다. 보다 다량의 증기를 생성하기 위해, 복수의 첨가장치 또는 마이크로시스템유닛이 상기 담배제품 내에 배치될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자담배제품의 단면도이다.
도 2는 전자담배제품용 카트리지의 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 상이한 실시예들에 따른 전자담배제품의 적어도 부분적으로 마이크로시스템 기반으로 형성된 첨가장치들의 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자담배제품의 단면도이다.
도 13은 바람직하게 펄스 방식으로 증발기 온도를 조절하는 것을 설명하기 위한 시간 다이어그램이다.
도 14는 본 발명에 따른 담배제품의 기능도이다.
전자담배제품(10)은 단면이 원형, 계란형(Oval), 타원형(Elliptical), 정사각형, 직사각형, 다각형, 또는 다른 형상으로 형성될 수 있으며 실질적으로 막대형 또는 원통형인 하우징(11)을 포함한다. 상기 하우징(11)에서, 공기채널(30)이 상기 담배제품(10)의 적어도 하나의 공기흡입개구(31) 및 구강단(Mouth end)(32) 사이에 제공된다. 이 경우, 상기 담배제품(10)의 구강단(32)은 사용자가 흡입을 위해 들이마시는 단부를 지칭하며, 따라서 상기 담배제품(10)에 진공을 발생시키고 상기 공기채널(30) 내에 기류(34)를 생성한다. 적어도 하나의 공기흡입개구(31)는 상기 하우징(11)의 외측에 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 공기흡입개구(31A)가 상기 담배제품(10)의 원위단(Remote end)(33)에 배치될 수 있다. 상기 담배제품(10)의 원위단(33)은 상기 구강단(32)에 대향하는 상기 담배제품(10)의 단부를 지칭한다.
상기 공기흡입개구(들)(31, 31A)를 통한 공기의 공급은, 특히 가변흐름저항에 의해, 예컨대 조절 가능한 공기슬롯들 또는 조절개구를 갖는 회전 가능한 링에 의해 조절될 수 있다. 또한, 상기 공기흡입개구(들)(31, 31A) 상에는 흡입공기를 정화하기 위해 (미세)필터가 제공될 수 있다. 또한, 상기 흡입공기를 이온화하는 이온화 장치가 제공될 수 있으며, 이는 액적 흡수성 및 생물학적 적합성을 개선시킬 수 있다. 마지막으로, 상기 흡입공기를 예열하거나 상기 흡입공기의 온도를 사전에 제어하는 장치가 고려될 수 있다.
상기 담배제품(10)은, 상기 구강단(32)에서의 흡입저항(Drag resistance)이 바람직하게는 50 mm 내지 130 mm의 수주(Water column), 보다 바람직하게는 80 mm 내지 120 mm의 수주, 더욱 바람직하게는 90 mm 내지 110 mm의 수주, 최적으로는 95 내지 105 mm의 수주가 되도록 설계되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 흡입저항은 공기를 상기 담배제품(10)의 전체 길이를 따라 22 ℃ 및 101 kPa(760 Torr)에서 17.5 ml/s의 속도로 흡입하기 위해 필요하며 ISO 6565:2011를 준수하여 측정되는 압력과 관련이 있다.
상기 담배제품(10)은 바람직하게는 상기 담배제품(10)의 상기 원위단(33)에 제1 (축)부분(13)을 포함하며, 상기 제1 부분(13)에는 전기에너지저장소(14) 및 전기/전자유닛(15)을 갖는 전자에너지공급유닛(12)이 배치된다. 상기 에너지저장소(14)는 상기 담배제품(10)의 축방향으로 연장되는 것이 바람직하다. 상기 전기/전자유닛(15)은 상기 에너지저장소(14)에 측방향으로 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 상기 에너지저장소(14)는 전기화학적 일회용 배터리, 전기화학적 충전용 배터리, 예컨대 리튬-이온 배터리 또는 다른 연료 전지일 수 있다.
상기 담배제품(10)은 바람직하게는 상기 담배제품(10)의 상기 구강단(32)에 제2 (축)부분(16)을 더 포함하며, 상기 제2 부분에는 액체탱크(18), 전기유닛(19) 및 첨가장치(20)를 갖는 소모유닛(17)이 배치된다. 상기 액체탱크(18)는 상기 담배제품(10)의 축방향으로 연장되는 것이 바람직하다.
분리된 전기/전자유닛들(15, 19) 대신에 단일 전기/전자유닛이 제공될 수 있으며, 상기 단일 전기/전자유닛은 상기 에너지공급유닛(12) 또는 상기 소모유닛(17) 중 하나에 배치될 수 있다. 상기 담배제품(10)의 모든 전기/전자유닛들은 이하에서 제어조립체(29)로 통칭된다.
바람직하게, 센서, 예컨대 압력센서 또는 압력스위치가 상기 하우징(11) 내에 배치되고, 상기 제어조립체는 사용자가 흡입하기 위해 상기 담배제품(10)의 상기 구강단(32)을 들이마시는 상기 담배제품(10)의 작동 상태를 상기 센서에 의해 출력된 센서신호에 기초하여 결정할 수 있다. 상기 작동 상태에서, 상기 제어조립체(29)는 상기 액체탱크(18)로부터의 액체(50)를 미스트(Mist)/에어로졸과 같은 소형 액적의 형태 및/또는 증기와 같은 기체의 형태로 첨가제(40)로서 상기 기류(34)에 첨가하기 위해 상기 첨가장치(20)를 작동시킨다. 상기 액체탱크(18)에 저장되어 투여되는 액체는, 예컨대 1,2-프로필렌 글리콜, 글리세롤 및 물의 혼합물이며, 여기에 하나 이상의 향료 및/또는 니코틴과 같은 활성성분이 혼합될 수 있다.
상기 액체탱크(18) 또는 상기 소모유닛(17)을 포함하는 상기 부분(16)은 사용자가 교체할 수 있는 카트리지(21), 즉, 일회용 부품으로서 설계되는 것이 바람직하다. 상기 담배제품(10)의 나머지 부분, 특히 상기 에너지저장소(14)를 포함하는 상기 부분(13)은 사용자가 재사용할 수 있는 주요부(56), 즉, 재사용 가능한 부품으로서 설계되는 것이 바람직하다. 상기 카트리지(21)는 사용자가 상기 카트리지(21)를 상기 주요부(56)에 연결하고 상기 주요부(56)로부터 분리할 수 있도록 설계된다. 따라서, 상기 카트리지(21) 및 상기 재사용 가능한 주요부(56) 사이에 구획면 또는 계면(57)이 형성된다. 카트리지하우징(58)은 상기 담배제품(10)의 상기 하우징(11)의 일부를 형성할 수 있다.
다른 실시예들(도 2 참조)에서, 상기 소모유닛(17)은 상기 담배제품(10)의 상기 재사용 가능한 주요부(56) 내로 삽입되고 사용자에 의해 그로부터 제거될 수 있는 카트리지(21)로서 설계된다. 이 경우, 상기 카트리지하우징(58)은 상기 담배제품(10)의 상기 하우징(11)과는 별도의 하우징이다.
상기 카트리지(21)는 적어도 상기 액체탱크(18) 및 상기 첨가장치(20)를 포함한다. 상기 카트리지(21)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전기/전자유닛(19)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 전기/전자유닛(19)의 전체 또는 일부는 상기 주요부(56)의 고정된 부품이다. 막대형의 담배제품(10)에 사용되는 것뿐만 아니라, 상기 카트리지(21)는 다른 제품, 예컨대 전자 파이프에 삽입될 수 있다. 일반적으로, 상기 에너지저장소(14)는 상기 카트리지(21)의 일부가 아니라 상기 재사용 가능한 주요부(56)의 일부이다.
누출을 방지하기 위해, 상기 액체탱크(18)는 액체기밀성(Liquid-tight)을 갖도록 밀폐되는 것이 바람직하고, 발생하는 모든 주변 조건하에서, 즉, 넓은 온도범위 및 주변압력 범위에서 이러한 특성을 유지한다. 이에 따라, 주변 공기가 상기 액체탱크(18)로 유입되는 것이 방지되고, 상기 액체탱크(18)로부터 액체만 얻게 되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 액체탱크(18)를 위치에 관계없이 가능한 한 완전히 비울 수 있어야 한다. 바람직하게, 오용 및 조작을 신뢰성 있게 방지하기 위해, 상기 액체탱크(18)는 인증된 방식으로 충전되며 재충전 가능하지 않다.
상술한 요구조건을 구현하기 위해, 상기 액체탱크(18)는 바람직하게 점도-의존적인 모세관구조를 가질 수 있고, 그리고/또는 미세유체시스템(Microfluidic system)을 생성하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 전기적으로 구동되는 변위장치를 사용하여, 예컨대 스핀들 드라이브(Spindle drive)를 사용하여, 바람직하게는 원통형 탱크 내의 피스톤을 사용하여 비우는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 상기 액체탱크(18)는 플렉시블 파우치(Flexible pouch)이다. 결과적으로, 위치와 관계없이, 그리고 누출 없이 상기 액체탱크(18)를 완전히 비울 수 있다.
상기 액체탱크(18)는 전술한 모세관구조 및/또는 파우치가 삽입되는 용기, 고정물, 또는 구조적 요소를 포함할 수 있다. 상기 액체탱크(18)의 일반적인 탱크 체적은 0.5 ml 내지 2 ml이다. 바람직하게, 상기 담배제품(10)은 예컨대 흡입의 횟수와 연계될 수 있는 상기 액체탱크(18)용 충진레벨제어수단을 포함할 수 있다. 상기 액체탱크(18)는 불활성 물질 및/또는 식품 등급(Foodgrade)의 물질 또는 약학적으로 적합한 물질, 특히 플라스틱 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 물질은 광학적으로 투명하거나 불투명할 수 있다.
상기 액체탱크(18)는 상기 첨가장치(20)에 기계적으로 결합되거나 결합 해제될 수 있다. 기계적 결합의 경우, 상기 첨가장치(20)는 상기 액체탱크(18)를 위한 커버 또는 누출방지부로서 사용되는 것이 바람직하다. 결합 해제의 경우, 액체선로(Liquid line), 즉, 모세관연결부가 특히 상기 액체탱크(18) 및 상기 첨가장치(20) 사이에 제공된다. 상기 액체탱크(18)가 상기 첨가장치(20)로부터 분리될 수 있도록 설계되면, 상술한 분리는 누출 없이 이루어질 수 있어야 한다. 즉, 상기 액체탱크(18)는, 상기 액체탱크(18)가 상기 첨가장치(20)로부터 분리됨으로써, 예컨대 스프링-장착 볼(spring-loaded ball), 체크밸브 등에 의해, 상기 액체탱크(18)의 배출개구를 액체기밀(Liquid-tight)방식으로 자동 밀폐시키는 밀폐 메커니즘을 포함한다.
실질적으로 막대형인 상기 하우징(11)의 상기 첨가장치(20)의 영역 내 평균 직경(D)(도 12 참조)에 대한 상기 마이크로시스템유닛(45)의 최대 연장부(도 3 참조)의 비율은 0.5 미만인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 첨가장치(20)의 바람직한 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 상기 첨가장치(20)는 무화기(48)를 갖는 무화기부품(22) 및 증발기(49)를 갖는 증발기부품(23)을 포함하며, 이들은 상기 첨가장치(20) 내에 챔버(24)에 대하여 상대적으로 배치된다.
상기 무화기(48)는, 잉크젯 또는 버블젯 원리의 개방분사형 무화기로서, 액체채널(27) 내에 배치된 액추에이터(25) 및 상기 액추에이터(25)의 하류에 배치되어 상기 챔버(24) 내측으로 개방되는 노즐(26)을 포함하는 개방분사형 무화기인 것이 바람직하다. 일반적으로 kHz 범위 내의 적절한 작동 주파수에서 전기적으로 작동되는 상기 액추에이터(25)는, 압전소자 또는 가열소자일 수 있다. 사용자의 흡입에 의해 상기 공기채널(30)을 통과하는 기류(34)가 검출되면, 상기 제어조립체(29)는 상기 액추에이터(25)를 작동시키며, 이때 상기 액체채널(27) 내의 상기 액체가 급작스러운 가열(가열소자의 경우) 또는 떨림(압력소자의 경우)에 의해 소형 액적의 형태로 상기 노즐(26)로부터 상기 챔버(24) 내로 방출된다.
상기 잉크젯 또는 버블젯 원리의 개방분사형 무화기에 대한 대안으로서, 다른 유형의 무화기가 사용될 수 있으며, 예컨대 상기 기류(30) 자체로부터의 압력차에 의해 구동되거나 또는 상기 액체탱크(18) 또는 초음파 무화기 상의 또는 내의 유입압력에 의한 압력차에 의해 구동된다.
상기 실시예에서, 상기 액체(50)가 상기 액체채널(27)을 통해 상기 액체탱크(18)의 외부로 이송될 때, 그리고 상기 액체가 상기 챔버(24) 내로 투여될 때, 상기 무화기(48)는 상기 잉크젯 또는 버블젯 원리의 개방분사형 무화기로서 사용된다. 따라서, 상기 무화기(48)는 개방분사형 투여수단으로 지칭될 수도 있다. 추가적으로 및/또는 대안적으로, 상기 액체를 이송 및/또는 투여하기 위하여, 마이크로펌프 및 마이크로밸브가 하기에 추가로 서술될 (사전에) 액체온도제어를 수반하는 이송을 수행하며, 그리고/또는 상기 기류(30) 자체로부터의 압력차에 의해 구동되거나 또는 유입압력에 의한 액체탱크의 또는 액체탱크 내의 압력차에 의해 구동된다.
상기 무화기/투여수단(48)은 사용자의 흡입당 바람직하게는 1 μl 내지 10 μl, 일반적으로 4 μl의 액체가 첨가되도록 조절된다. 바람직하게, 상기 무화기/투여수단(48)은 (투여)예약이 가능하도록 설계된다. 바람직하게, 상기 무화기/투여수단(48)은 흡입당 액체량에 따라 조절될 수 있다.
상기 개방분사형 투여수단(48)에 추가적으로 또는 대안으로서, 다른 수단이 상기 액체(50)를 상기 액체탱크(18)로부터 상기 무화기(48)로 공급하는데 사용될 수 있으며, 상기 다른 수단은 예컨대 멤브레인 펌프, 연동 펌프, 예컨대 스핀들 드라이브를 포함하는 변위 펌프, 또는 기어 펌프와 같은 적어도 하나의 펌프의 형태일 수 있다. 대안적으로, 사용자에 의해 생성된 상기 기류(30) 내의 진공이 예컨대 연결파이프를 통해 상기 액체(50)를 이송하는데 사용될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어조립체(29)는 상이한 사용자 프로필을 설정하도록 설계될 수 있다. 특히, 증기가 투여되는 속도는 특정 영역 내에서 사용자에 대해 바람직하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 2 ml 카트리지(21) 당 400 회, 500 회, 및 600 회의 흡입에 대응하는 높은 양의 증기, 보통 양의 증기, 및 낮은 양의 증기로 이루어진 3 개의 증기출력레벨들이 선택될 수 있다. 이는, 예컨대 상기 무화기(48)를 작동시키는 빈도에 의해 구현될 수 있다. 이러한 종류의 실시예에서, 상기 가열소자(36)의 치수는 선택될 수 있는 가장 높은 증기 출력을 위해 설계된다.
별도의 액체탱크(18)의 대안으로서, 리퀴드-온-칩 시스템(Liquid-on-chip system) 형태의 단일 저장소/무화기유닛이 사용될 수 있다. 상기 단일 저장소/무화기유닛은, 인쇄회로기판 상에 집적되며, 내부에 저장된 상기 액체를 방출하기 위해 개별적으로 전기적 작동되거나 “발사”될 수 있는 복수의 개별 액체저장소이다. 일반적인 수포(Blister)의 크기는 150 μl 내지 5 ml이다. 또한, 리퀴드-온-칩 시스템은 베이스액체를 첨가하기 위한 액체탱크와 병행하여 활성성분을 첨가하기 위해 제공될 수 있다.
바람직하게, 무화된 액체를 이온화하기 위해, 상기 무화기(22)의 금속부들, 예컨대 상기 가열소자(25) 및/또는 상기 노즐(26)에 직류전압이 인가될 수 있다. 이를 통해, 바람직하게, 더 미세한 액적들을 얻을 수 있고, 상기 무화된 액체가 보다 양호한 공간분포를 가질 수 있으며, 그리고/또는 상기 증발기(23)의 상기 가열소자(36)를 향하여 상기 액적들의 인력이 형성될 수 있다(하기 참조). 이는 제약 응용분야에 특히 바람직할 수 있다.
상기 증발기(49)는, 에너지원으로부터의 전기에 의해 가열되기 위해, 그리고 상기 노즐(26)을 떠나는 상기 액적들을 증발시키기 위해, 즉, 상기 액적들을 기체 상태 또는 증기 상태로 변화시키기 위해, 사용자의 흡입에 의해 상기 공기채널(30)을 통과하는 기류(34)가 검출될 때 상기 제어조립체(29)에 의해 작동되는 가열소자(36)를 포함한다. 최적의 증발을 위해, 상기 가열소자(36)는 상기 노즐(26)에 대향하여 배치되는 것이 바람직하다. 상기 전기가열소자(36)는 특히 평면 또는 구조화 된 표면을 갖는 가열플레이트로서 설계될 수 있다. 상기 가열소자(36)의 크기 및 표면 마감 또는 구조는 상기 액체의 점도 및 표면장력 또는 습윤성에 적합하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 극성 코팅도 가능하다.
상기 가열소자(36)는, 바람직하게는 100 ℃ 내지 400 ℃의 실질적으로 일정한 증발온도를 갖도록, 상기 제어조립체(29)에 의해, 특히 상기 전기/전자유닛(19)에 의해 작동된다. 바람직하게, 이는 열 출력을 조절함으로써 발생할 수 있다. 바람직하게, 예비전력장치(Power reserve)가 상기 가열소자(36)에 제공된다. 증발 용량은 바람직하게는 1 W 내지 20 W, 더욱 바람직하게는 2 W 내지 10 W이다.
복수의 액체(50, 50A)를 증발시키기 위한 복수의 증발기 가열소자(36, 36A)(도 7 내지 도 9 참조)의 경우, 상기 가열소자들(36, 36A)은 각각의 성분에 대한 최적의 증발온도를 보장할 수 있도록 하기 위해 개별적으로 조절되는 것이 바람직하다. 상이한 액체들(50, 50A)을 시차를 두고 증발시키는 것도 고려될 수 있으며, 이 경우 상기 액적들은 상이한 노즐로부터 클록 방식(Clocked manner)으로 상기 가열소자들(36, 36A) 상에 교대로 분사된다. 이는 보다 균일한 증발을 유도할 수 있다. 또한, 이러한 종류의 실시예에서, 단 하나의 가열소자로도 적당한 증발온도를 달성하는 것이 가능하다.
바람직하게, 상기 무화기/증발기 조합은 주로 0.25 μm 내지 10 μm 범위의 액체 입자가 생성되도록 조절될 수 있으며, 이 경우, 상기 활성성분이 최적으로 흡수되거나 또는 호흡될 수 있게 된다.
상기 챔버(24)가 특히 상기 노즐(26)을 떠나는 상기 액적들의 증발에 사용되기 때문에, 상기 챔버(24)는 증발기챔버라고 지칭할 수도 있다. 상기 챔버(24)는, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이, 단면이 세장형으로 형성된 것이 바람직하며, 상기 노즐(26) 및 상기 가열소자(36)는 대향하는 양측 장변에 배치되는 것이 바람직하다. 배출홀(37)은 액체흐름이 상기 노즐(26)을 떠나는 방향에 대해 수직 또는 측방향으로 제공되는 것이 바람직하고, 상기 홀을 통하여 상기 증발기(49)에 의해 생성된 증기가 상기 증발기 챔버(24)를 나가며, 상기 증기는 상기 홀(37)에 바람직하게는 수직하게 연장되는 상기 기류(34)에 의해 이송되고 흡수된다.
바람직한 실시예에서, 상기 가열소자(36)는 압력소자(Piezo element)를 구비할 수 있다. 압력 여기(Piezo excitation)로 인해 진동하는 상기 가열소자(36)는, 보다 효과적인 증발 및/또는 셀프-클리닝(Self-cleaning) 효과, 즉, 그을음(Scorching) 또는 접착의 방지를 달성할 수 있다.
또는, 상기 증기는 바람직한 온도, 예컨대 체온(37 ℃)으로 온도 조절되거나 예열될 수 있다. 이는 상응하는 가열소자 또는 열교환기를 사용하여 수행되는 것이 바람직하다. 상기 증기는, 예컨대 주변 공기와 혼합 챔버에서 또는 상기 담배제품(10)의 마우스피스(Mouthpiece)의 적절한 설계에 의해, 예컨대 45°의 홀들, 나선구조들(Helix structure), 드 라발 노즐(de Laval nozzle) 등을 사용하여 선택적으로 소용돌이칠 수 있다.
상기 무화기(22)의 상기 액추에이터(25) 및 상기 증발기(23)의 상기 가열소자(36)가 상기 제어조립체(29)에 개별적·전기적으로 연결되고 서로 개별적으로 작동될 때, 한편에서는 이송/투여/무화를, 다른 한편에서는 증발을 수행하도록 하는 기능적 분리가 바람직하다.
상기 액체채널(27)은, 상기 첨가장치(20) 및 상기 액체탱크(18) 사이에 배치되고 외부에서 상기 액체채널(27)의 개구를 둘러싸는 시일(Seal)(28)에 의해 밀폐되는 것이 바람직하다.
이하, 감각 모니터링 및/또는 조절을 위한 상기 담배제품(10) 내의 상이한 센서시스템들을 설명한다.
바람직하게, 상기 가열플레이트(36)의 온도를 측정 및/또는 조절하기 위한 센서시스템이 제공된다. 이는, 예컨대 온도센서, 상기 가열소자(36)의 저항-가변 전도성 코팅을 사용하여, 또는 상기 가열플레이트(36)가 액체에 충돌하여 냉각된 후의 에너지 손실을 측정함으로써 수행될 수 있다. 또한, 유입공기, 즉, 상기 액체가 상기 첨가장치(20)에 의해 첨가되기 전의 상기 기류(34)의 온도를 측정 및/또는 조절하기 위한 센서시스템이 제공되는 것이 바람직하다. 마찬가지로 바람직하게, 상기 증기 또는 에어로졸(40)의 온도는 특히 상기 챔버(24) 내에서 및/또는 상기 액체가 상기 첨가장치(20)에 의해 첨가된 후의 상기 기류(34) 내에서 측정 및/또는 조절된다. 또한, pH 센서를 사용하는 것도 고려할 수 있다.
상기 흡입개구(31)를 통해 흡입된 공기는 선택적으로 상기 계면 또는 분리면(57)을 통해 상기 공기채널(30) 내의 상기 첨가장치(20)로 안내된다. 필터, 특히 상기 흡입된 공기로부터 먼지 입자를 여과하기 위한 미세필터가 상기 공기채널(30)에 배치될 수 있다. 또한, 사용자에 의해 생성되는 기류(34)에 의해 상기 무화기(48) 및 상기 증발기(49)를 작동시키기 위한 압력 또는 유량 스위치(44)가 상기 기류(34)가 상기 스위치를 통과하여 유동하도록 상기 공기채널(30) 내에 배치된다. 통류(Through-flow) 변형예에서, 상기 유량스위치(44)는 상기 증발기 챔버(24) 내에 배치될 수 있다; 예컨대, 도 5 및 도 6 참조. 또는, 상기 유량스위치(44)는 상기 증발기 챔버(24) 외부의 상기 공기채널(30) 내의 적절한 위치에 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 유량스위치(44)는 상기 전기/전자유닛(19) 내에 일체로 형성될 수 있다; 이 경우, 상기 공기채널(30)은 상기 기류(34)가 상기 전기/전자유닛(19)을 통과하여 유독하도록 배치되는 것이 바람직하다. 상기 유량스위치(44)는 예컨대 콘덴서 마이크로폰(Capacitor microphone)의 원리의 진공스위치일 수 있다. 상기 유량스위치(44)에 추가적으로 또는 대안으로서, 기계식 스위치, 사용자가 상기 하우징(11) 또는 상기 구강단(32)을 터치하는 것에 민감한 용량성 스위치, 또는 터치스크린을 사용하여 상기 담배제품을 온/오프 스위칭할 수 있다.
상기 증기 또는 에어로졸(40)은 상기 증발기 챔버(24)의 배출개구(42)를통해 유동하는 상기 기류에 의해 상기 기류(34)에 공급된다(도 1, 도 3, 도 4, 도 7, 도 8, 도 9, 도 11 및 도 12 참조). 다른 실시예에서, 상기 기류(34)는 상기 첨가장치(20)를 통해 유동하고, 상기 증발기 챔버(24)에서 상기 증기 또는 에어로졸(40)은 상기 기류(30)에 의해 이송되고 흡수된다(도 5, 도 6 및 도 10 참조). 도 1에 따른 실시예에서, 상기 증기 또는 에어로졸(40)은 편심되어 유동하는 상기 기류(34)에 수직으로, 그리고 상기 담배제품(10)의 축방향으로 첨가된다. 도 10에 따른 실시예에서, 상기 기류(34)는 상기 담배제품(10)의 축방향에 수직하도록 상기 첨가장치(20)를 통해 유동한다. 도 11에 따른 실시예에서, 상기 증기 또는 에어로졸(40)은 상기 담배제품(10)을 통해 유동하는 상기 기류(34)의 주된 흐름의 축방향과는 반대방향으로 축방향 중심에 첨가된다. 도 12에 따른 실시예에서, 상기 증기 또는 에어로졸(40)은 상기 담배제품(10)을 통해 유동하는 상기 기류(34)의 주된 흐름의 축방향으로 축방향 중심에 첨가된다.
상기 첨가장치(20)는, 도 1, 도 10 및 도 11에 따른 실시예에서와 같이, 상기 담배장치(10)의 상기 구강단(32)으로부터 멀리, 특히 상기 카트리지(21) 및 상기 주요부(56) 사이의 상기 계면(57) 영역에서 멀리 떨어져 배치될 수 있다. 또는, 도 12에 따른 실시예에서와 같이, 상기 첨가장치(20)는 상기 담배장치(10)의 상기 구강단(32)에 인접하여 배치될 수 있다. 상기 장치를 상기 액체탱크(18)의 측면, 특히 상기 전기/전자유닛(19)의 영역에 배치하는 것도 가능하다.
바람직하게, 액체 체적유량 또는 다양한 액체 또는 유체 성분들(하기 참조)을 측정 및/또는 조절하기 위한 센서시스템이 제공된다. 이는, 예컨대 액적들의 수를 계수함으로써, 그리고/또는 상기 액추에이터(25)의 작동 주파수를 평가함으로써, 또는 상기 가열소자(36)의 열 출력 또는 온도 변화를 평가함으로써 수행될 수 있다.
마찬가지로 바람직하게, 상기 액체가 상기 첨가장치(20)에 의해 첨가되기 전 또는 후에 상기 기류(34)의 체적유량을 측정하기 위한 센서시스템이 제공될 수 있다. 이는, 예컨대 유동형상(Flow geometry)을 고려하여 압력스위치의 작동시간을 평가함으로써 수행될 수 있다.
바람직하게, 상기 담배제품(10)은 상기 증발기 챔버(24) 내의 압력 또는 증기압 및/또는 상기 공기채널(30) 내의 압력, 예컨대 상기 첨가장치(20)를 작동 또는 스위칭하기 위한 압력 및/또는 상기 첨가장치(20) 및 상기 액체탱크(18) 사이의 누출을 테스트하기 위한 압력을 측정 및/또는 모니터링하기 위한 하나 이상의 압력센서를 포함한다.
도 3에 따른 실시예에서, 상기 무화기부품(22) 및 상기 증발기부품(23) 모두 마이크로시스템 기술을 예컨대 폴리머, 유리, 세라믹, 금속, 준금속(Metalloid), 예컨대 실리콘, 실리콘 화합물 또는 금속 산화물 화합물로 형성되는 기판에 사용하여 구현된다. 마이크로시스템유닛들은 마이크로미터 또는 서브-밀리미터(Sub-millimetre) 단위의 치수를 갖는 전기적 및/또는 기계적 구조들을 포함하며, 상기 구조들은 단일 처리작업에 의해 기판에 포함된다. 무화기부품(22)의 경우, 특히 상기 액체채널(27), 상기 전기액추에이터(25) 및 선택적으로 상기 무화기부품(22)에 제공된 센서시스템은 마이크로시스템 기술의 단일 처리작업에 의해 상기 기판(38)에 포함된다. 증발기부품(23)의 경우, 특히 상기 가열소자(36) 및 선택적으로 상기 가열소자(36)를 진동시키는 압력소자 및 상기 증발기부품(23)에 배치된 센서시스템은 마이크로시스템 기술의 단일 처리작업에 의해 상기 기판(38)에 포함된다. 따라서, 도 3에 따른 실시예에서, 전체 첨가장치(20)는 단일 마이크로시스템유닛(45)으로서 설계된다.
도 3에 따른 실시예에서, 상기 가열소자(36)는 평면이고 상기 기판(39)의 표면과 평행, 즉, 사실상 "수평"이다.
도 4에 따른 실시예는 도 3에 따른 실시예와 달리, 상기 가열소자(36)가 상기 기판(39)의 상응하는 표면으로부터 수직으로 돌출하는 복수의 가열로드(41)로, 즉, 사실상 "수직"인 3차원 가열소자 구조로 구성된다는 점에서 다르다.
도 5 및 도 6에 따른 실시예에서, 사용자에 의해 생성된 상기 기류(34)는 상기 첨가장치(20)를 통해 유동하고, 이에 따라 상기 첨가장치는 상기 증발기 챔버(24)에서 생성된 상기 증기 또는 에어로졸을 이송한다. 이를 위해, 공기흡입개구(42) 및 공기배출개구(43)가 상기 첨가장치(20)에 형성된다. 사용자가 상기 기류(34)를 생성함으로써 상기 무화기(48) 및 상기 증발기(49)를 작동시키기 위한 상기 압력스위치(44), 예컨대 용량성 스위치는 상기 마이크로시스템유닛(45)에, 예컨대 상기 증발기부품(23)에(도 5 참조), 대안적으로는 상기 무화기부품(22)에(도 6 참조) 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 예열소자(46) 및 예열챔버(47)를 포함하는 예열수단이, 예컨대 도 5 및 도 6에 따른 실시예에 도시된 바와 같이, 상기 액체채널(27) 내에 배치될 수 있다.
도 6에 따른 실시예에서, 상기 무화기부품(22)만이 마이크로시스템유닛(45)으로서 설계되는 반면, 상기 증발기부품(23)의 상기 기판(39)은 비전도성 재료, 특히 유리, 세라믹, 또는 플라스틱 재료로 제조된다. 이러한 설계는 비용 면에서 보다 효과적일 수 있으며, 따라서 바람직하다. 상기 증발기부품(23)은 상기 무화기부품(22)에 연결되거나 결합되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 플라스틱 재료, 예컨대 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS)으로 구성된 상기 액체탱크(18)는, 상기 무화기부품(22) 또는 상기 마이크로시스템유닛(45)에 견고하게 액체기밀(Liquid-tight)방식으로, 예컨대 접착(Gluing) 또는 용접되어 연결되거나 결합되는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 8에 따른 실시예는 본 발명의 바람직한 변형예에 관한 것으로, 복수의 액체탱크(18, 18A)로부터의 상이한 액체들(50, 50A), 예컨대 상기 액체(50) 및 별도의 유체 활성성분(50A)이 복수의 무화기(48, 48A), 이 경우, 액추에이터들(25, 25A)를 갖는 상기 잉크젯 또는 버블젯 원리의 개방분사형 무화기들(Open-jet atomiser)에 의해 무화되며, 복수의 상응하는 증발기(49, 49A) 또는 가열소자(36, 36A)에 의해 증발된다. 상기 무화기부품(22) 및 상기 증발기부품(23)은 도 7의 경우에 단일 마이크로시스템유닛 또는 조립체(45)로서 설계된다. 도 8의 경우, 설계는 도 6의 설계와 유사하며, 즉, 상기 무화기부품(22)만이 마이크로시스템유닛으로서 설계되는 반면, 상기 기판(39)은 비전도성 재료, 특히 유리, 세라믹, 또는 플라스틱 재료로 제조된다.
상기 활성성분을 공급하기 위한 대안적인 변형예는, 상기 활성성분을 균질혼합물로서 상기 액체(50)에 혼합하는 것으로 이루어진다.
도 9에 따른 실시예는 동일한 액체(50) 또는 상이한 액체들(50, 50A)을 공급하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 무화기들(48, 48A) 및 상기 증발기들(49, 49A)은 동일한 마이크로시스템유닛(45) 상에 배치되고, 상기 증발기 챔버(24)는 적절한 재료로 형성된 커버(51)에 의해 상기 마이크로시스템유닛(45)에 대해 밀폐된다. 이 경우, 상기 가열소자들(36, 36A)은 상기 증발기 챔버(24) 내로 수직으로 돌출하는 파티션(52)의 대향측에 배치되어, "수직" 가열소자 구조를 형성한다.
도면에 도시된 모든 실시예는 하나 이상의 증발기(49)를 포함한다. 그러나, 증발기가 없는 실시예가 예컨대 의약 용도로 고려될 수 있다. 이 경우, 에어로졸을 생성하고 상기 에어로졸을 무화기들(48)에 의해 상기 기류(30)에 공급하는 것만으로 충분할 수 있다. 상기 잉크젯 또는 버블젯 원리의 개방분사형 무화기가 사용되는 경우, 예컨대 10 μm 내지 50 μm, 바람직하게는 20 μm 내지 40 μm, 일반적으로 대략 30 μm의 평균 크기를 갖는 액적들이 생성될 수 있다. 투여 주파수는 일반적으로 kHz 단위이다.
실제적인 실시예에서, 복수의 무화기(48)가 예컨대 매트릭스의 형태로 상기 첨가장치(20)에 바람직하게 배열될 수 있다. 상응하는 복수의 증발기(49)가 상기 복수의 무화기(48)에 할당될 수 있으며, 예컨대 동일하게 매트릭스의 형태로 할당될 수 있다. 따라서, 상기 첨가장치(20)는 마이크로시스템 설계에서 MST 어레이와 같은 어레이라고 지칭할 수 있다. 바람직하게는 2 개 내지 20 개, 보다 바람직하게는 3 개 내지 10 개의 무화기들(48)이 제공된다.
다량의 증기를 생성하기 위해, 복수의 첨가장치(20) 또는 마이크로시스템유닛(45)이 상기 담배제품 내에 배치될 수 있다.
상기 소모유닛(17) 또는 상기 카트리지(21)는, 상기 소모유닛(17) 또는 상기 카트리지(21)에 관련된 정보 또는 파라미터들을 저장하기 위한 비휘발성 정보저장소(53)(도 1 참조)를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 비휘발성 정보저장소(53)는 예컨대 EEPROM, RFID, 또는 다른 적절한 형태로 구현된다. 상기 정보저장소(53)는 상기 전기/전자유닛(19)의 일부이거나, 그로부터 분리되어 형성될 수 있다. 다음 정보는 상기 정보저장소(53)에 저장되는 것이 바람직하다: 성분, 즉, 상기 액체탱크(18)에 저장된 상기 액체의 조성에 관한 정보; 프로세스 프로파일, 특히 전력/온도 제어에 관한 정보; 상태 모니터링 또는 시스템 검사, 예컨대 누출 테스트에 관한 데이터; 복사 방지 및 위조 방지에 관한 데이터, 특히 상기 소모유닛(17) 또는 상기 카트리지(21)에 관한 고유정보에 대한 ID를 포함하는 데이터; 일련번호, 제조일 및/또는 유효기한; 및/또는 흡입횟수(사용자가 들이마신 흡입 횟수) 또는 사용 시간.
바람직하게, 상기 소모유닛(17) 또는 상기 카트리지(21) 및 상기 에너지공급유닛(12) 사이에는 전기접속부(54)가 상응하는 전기인터페이스(55)을 통해 제공되며, 상기 전기인터페이스는 상기 카트리지(21)를 교체할 수 있도록 한다. 상기 전기접속부(54)는 상기 소모유닛(17) 또는 상기 카트리지(21) 및 상기 에너지공급유닛(12) 사이에서 데이터를 교환하고 상기 전기에너지저장소(14)에 의해 상기 소모유닛(17) 또는 상기 카트리지(21)에 전기를 공급하기 위해 사용된다. 상기 데이터 교환은, 예컨대 예컨대 스프링접촉요소들을 사용하는 것과 같은 직접적인 전기적 결합, 무선 접속, 또는 광학 접속을 통해 이루어질 수 있다.
에너지를 공급하기 위한, 또한 선택적으로 데이터를 전송하기 위한 상기 카트리지(21)의 모든 전기접촉부(Electrical contact)는, 단일 전기인터페이스(55)의 형태로, 예컨대 상기 주요부(56)에 대한 확실한 전기적 연결을 형성하는 접촉식 어레이의 형태로, 바람직하게는 스프링접촉요소들에 의해 외측으로 유도되는 것이 바람직하다. 또는, 전기가 직접적인 전기적 결합, 예컨대 스프링접촉요소들에 의해, 예컨대 유도식으로 공급될 수 있다. 상기 카트리지(21) 및 상기 주요부(56) 사이의 기계적 연결은, 예컨대 나사산, 플러그-인 연결(Plug-in connection), 베이오넷 마운트(Bayonet mount)를 사용하여, 자기적으로 또는 다른 방식으로 적절하게 형성될 수 있다. 설명된 방식으로, 표준 카트리지(21)가 개별적으로 설계된 주요부(56)에 유연하게 연결될 수 있다.
상기 에너지공급유닛(12) 또는 상기 주요부(56)는 외부 통신 장치, 예컨대 이동전화와 외부통신을 하기 위한 통신인터페이스(59)(도 1 참조)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 통신인터페이스(59)는 예컨대 근거리통신(NFC), 블루투스, Wi-Fi, 또는 ANT+용으로 설계된 무선모듈을 포함하는 것이 바람직하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 외부 플러그-인 연결, 예컨대 USB 연결을 위한 USB 소켓이 가능하다. 상기 통신인터페이스(59)는 상기 전기/전자유닛(15)의 일부이거나 그로부터 분리되어 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 에너지공급유닛(12) 또는 상기 주요부(56)는 상기 에너지저장소(14)를 충전하기 위한 충전인터페이스(60)를 포함할 수 있다. 상기 충전인터페이스(60)는 예컨대 유도에 의한 충전을 허용할 수 있다. 또는, 플러그-인 연결 또는 다른 직접적인 전기적 연결, 예컨대 USB 연결일 수 있다. 충전인터페이스 대신에, 상기 에너지저장소는 교환 가능한 축전지 또는 교환 가능한 배터리로서 설계될 수 있으며, 사용자가 상기 담배제품(10)으로부터 방전된 에너지저장소(14)를 제거하고 충전된 에너지저장소(14)를 재삽입하는 것이 가능하다. 일회용 에너지저장소(14), 특히 부하인터페이스(Loading interface)(60)가 없는 배터리를 포함하는 다른 실시예들 또한 고려될 수 있으며, 상기 주요부는 상기 에너지저장소(14)가 방전된 후에 폐기된다.
상기 주요부(56)의 상기 전기/전자유닛(15)은 진단 기능을 수행하기 위해, 특히 소프트웨어를 통해, 예컨대 오작동을 검출하기 위해, 예컨대 상기 노즐들(26, 37)을 점검 및/또는 증발기 용량의 타당성을 포함한 상기 증발기(49)의 점검을 위해; 및/또는 상기 에너지저장소(14)의 충전 상태를 점검하기 위해 설계되는 것이 바람직하다. 상기 전기/전자유닛(15)은, 안전 장치, 예컨대 단락 보호용 안전 퓨즈, 및/또는 오용으로부터 보호하기 위한 장치, 예컨대 지문 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 주요부(56)의 상기 전기/전자유닛(15)은 특히 소프트웨어를 통해 통계 분석을 수행하도록 설계되는 것이 바람직하다. 상기 분석은 예컨대 시간당 흡입횟수, 일반적인 및/또는 카트리지 당 액체 소비량, 니코틴 또는 성분 섭취량, 액체 조성 등과 같은 사용자의 거동과 관련될 수 있다. 통계 분석의 다른 측면은 시장의 발전 및 추세와 관련될 수 있다. 또한, 애플리케이션 프로그래밍을 위한 API가 제공 될 수 있는데, 상기 API는 예컨대 모든 센서정보를 임의의 바람직한 조합으로 표시하는 것을 가능하게 한다.
상기 주요부(56)의 상기 전기/전자유닛(15)은 특히 소프트웨어를 통해 디스플레이 장치에 데이터 또는 정보를 시각화하도록 설계되는 것이 바람직하다. 이는 내장형 디스플레이 장치, 특히 상기 주요부(56)의 상기 하우징(11)에 제공되는 모니터, 스크린, 터치스크린 또는 LED 디스플레이일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 데이터 또는 정보는 외부 디스플레이 장치, 예컨대 이동전화에 가시화될 수 있다. 상기 가시화된 정보는 통계분석의 이미지, 시간 경과에 따른 추세, 및/또는 예컨대 시스템 상태(상기 에너지저장소(14)의 충전 상태), 증기의 체적, 카트리지 내용물 등과 관련된 현재 사용자 프로필에 관한 정보를 포함 할 수 있다.
가능한 온도 및 열 출력의 제어 또는 조절을 설명하기 위한 다이어그램들이 도 13에 도시되어 있다. 각 경우에 시간에 따라, 상기 기류(34)의 흡입저항이 상부에 도시되고, 상기 액체(50)의 체적유량이 가운데에 도시되며, 상기 가열소자(36)의 온도가 하부에 도시된다. 이 경우, 온도는 예컨대 액체에 의해 젖을 때 냉각으로 인한 저항 변화에 의해 검출되고, 그에 따라 출력이 재조정된다. 이 경우, "액적 당(droplet by droplet)" 전압 펄스들이 제공되는 열에너지의 펄스식 공급은 특히 서브-밀리초(Sub-ms) 단위에서 바람직할 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 상기 담배제품(10)의 기능적 회로도를 도시하며, 이 도면은 삽입된 도면부호들 및 상술한 바에 기초하여 실질적으로 자명하다.
도면에 도시된 모든 실시예에서, 상기 소모유닛(17) 또는 상기 카트리지(21)는 전기제어유닛(19) 및 추가적인 전기부품들, 특히 액추에이터들(25) 및 가열소자들(36)을 포함한다. 그러나, 상기 전기제어유닛(19) 및/또는 추가적인 전기부품들 전체가 재사용 가능한 상기 주요부(56) 내에 배치되어 상기 소모유닛(17) 또는 상기 카트리지(21) 내의 전기부품들의 수가 감소되도록 하는 다른 실시예들이 가능하며, 상기 소모유닛(17) 또는 상기 카트리지(21)가 수동 전기부품들(RFID, 트랜스폰더(Transponder) 등과 같은 수동 데이터저장소(53))을 최대한 포함하거나, 전기부품들에서 자유로운 다른 실시예들도 가능하다. 이들 실시예들은, 바람직하게, 상기 전기인터페이스(55)를 통한 상기 카트리지(21)의 전기적 접촉이 요구되지 않는다는 이점을 갖는다.

Claims (24)

  1. 하우징(11), 액체탱크(18), 전기에너지저장소(14), 및 첨가장치(20)를 포함하고, 상기 하우징(11)은 구강단(32), 적어도 하나의 공기흡입개구(31), 및 상기 하우징 내에서 상기 구강단(32)과 상기 적어도 하나의 공기흡입개구(31) 사이로 연장되는 공기채널(30)을 갖고, 상기 첨가장치(20)는 상기 액체탱크(18)에 연결되어 상기 액체탱크(18)로부터 얻어진 액체(50)로부터 증기 및/또는 에어로졸을 생성하고 상기 공기채널(30) 내에서 유동하는 기류(34)에 상기 증기 및/또는 에어로졸(40)을 첨가하고, 상기 첨가장치(20)는 적어도 부분적으로 마이크로시스템유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자담배제품(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체탱크(18) 및 상기 첨가장치(20)는 교체유닛(21) 내에서 연결되는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카트리지(21)는 전기유닛(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 카트리지(21)는 상기 카트리지(21)에 관련된 정보 및/또는 파라미터들을 저장하기 위한 정보저장소(53)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    실질적으로 막대형인 상기 하우징(11)의 상기 첨가장치(20)의 영역 내 평균 직경에 대한 상기 마이크로시스템유닛(45)의 최대 연장부의 비율이 0.5 미만인 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가장치(20)는 상기 액체(50)를 액적으로 무화시키기 위한 무화기(Atomiser)(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무화기(48)는 마이크로시스템유닛으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 무화기(48)는, 열액추에이터(Thermoactuator) 또는 압력액추에이터(Piezo actuator)(25) 및 상기 열액추에이터 또는 압력액추에이터(25)의 하류에 배치된 노즐(26)을 포함하는 개방분사형 무화기(Open-jet atomiser)인 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무화기(22)는 상기 액체탱크(18)로부터 상기 첨가장치(20)로 유입되는 상기 액체를 예열하기 위한 전기예열소자(46) 및 예열챔버(47)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무화된 액체를 이온화하기 위해, 상기 액체와 접촉하는 상기 무화기(48)의 금속부에 직류전압(Electric DC voltage)이 인가되는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가장치(20)는 전기가열소자(36)를 갖는 증발기(49)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 증발기(49)는 마이크로시스템유닛으로서 설계된 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 가열소자(36)의 열 출력이 소정의 바람직한 온도로 제어 및/또는 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기(23)는 상기 전기가열소자(36)에 결합된 압력소자(Piezo element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  15. 제6항 및 제11항에 있어서,
    상기 무화기(48) 및 상기 증발기(49)는 상호 독립적으로 전기적 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 액체탱크(18, 18A)로부터의 상이한 액체들(50, 50A)이 복수의 무화기(48, 48A)를 사용하여 무화되는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  17. 제16항에 있어서,
    가열소자들(36, 36A)을 갖는 복수의 증발기(49, 49A)가 상기 무화기들(48, 48A)에게 대응하여 할당되는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가열소자들(36, 36A)의 열 출력이 소정의 바람직한 온도로 개별 제어 및/또는 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체탱크(18)는 적어도 하나의 플렉시블 파우치(Flexible pouch)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    액체저장소 또는 무화기유닛(Atomiser unit)이 리퀴드-온-칩 장치(Liquid-on-chip device)의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 무화기(48)가 상기 첨가장치(20) 내에서 특히 매트릭스 또는 어레이의 형태로 병렬 배치되는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 첨가장치(20)가 상기 담배제품(10) 내에서 병렬 배치되는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 담배제품(10)은 외부통신을 위한 통신인터페이스(59)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품.
  24. 액체탱크(18) 및 첨가장치(20)를 포함하고, 상기 첨가장치(20)는 상기 액체탱크(18)에 연결되어 상기 액체탱크(18)로부터 얻어진 액체(50)로부터 증기 및/또는 에어로졸을 생성하고 기류(34)에 상기 증기 및/또는 에어로졸(40)을 첨가하고, 상기 첨가장치(20)는 적어도 부분적으로 마이크로시스템유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자담배제품용 카트리지(21).
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