KR20180121777A - 흡연 장치 및 에어로졸 발생 방법 - Google Patents

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제롬 크리스티안 쿠르바트
올레그 미로노프
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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

액체 에어로졸 형성 기재의 에어로졸 발생을 위한 흡연 장치는 액체 에어로졸 형성 기재를 위한 액체 저장부(16)를 포함하고 있는 장치 하우징(10)을 포함하고 있다. 또한 본 장치는 분무 영역(40), 표면 탄성파를 발생시켜 SAW-분무기(15)의 표면을 따라 전파시키기 위한 적어도 하나의 변환기(20), 적어도 제2 변환기(20)를 포함하고 있는 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기, 15), 및 액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부(16)로부터 SAW-분무기(15) 상의 분무 영역(40)으로 공급하도록 배치되어 있는 공급 요소(30)를 포함하고 있다. 본 장치는 분무 영역(40)에 액체 에어로졸 형성 기재를 분무해서 에어로졸을 발생하기 위해 SAW-분무기(15)를 작동시키도록 구성되어 있는 제어 시스템(14)을 추가로 포함하고 있다. 이러한 흡연 장치용 카트리지, 및 흡연 시스템에서 에어로졸을 발생시키기 위한 방법 또한 제공되어 있다.

Description

흡연 장치 및 에어로졸 발생 방법
본 발명은 흡연 장치, 액체 에어로졸 형성 기재의 에어로졸 발생을 위한 방법 및 흡연 시스템, 그리고 이러한 흡연 장치를 위한 카트리지에 관한 것이다. 흡연 장치와 에어로졸 발생 장치는 전기 작동식 장치 및 시스템이다.
전기 작동식 흡연 시스템에서, 예를 들어 액체 에어로졸 형성 기재는 분무되어 에어로졸을 형성한다. 전형적으로, 분무기에서, 열 와이어의 코일은 액체 에어로졸 형성 기재에 잠긴 세장형 윅에 감겨 있다. 다른 유형의 분무기가 열보다는 초음파 진동을 이용하여 액체 기재를 분무시킨다. 여기서, 메쉬를 통하여 액체를 밀거나 흡인하고 액체를 분무시키기 위하여 진동이 사용된다. 초음파 진동을 이용하는 대부분의 분무기의 문제점은 분무기가 전형적으로 전기 작동식 흡연 시스템에서 사용되는 것과 같은 고점성 액체를 분무할 수 없다는 것이다. 또한, 많은 분무기는 원하는 분무 속도를 달성하기 위해 높은 전력을 필요로 한다.
이러한 문제들을 개선시키는 액체 에어로졸 형성 기재의 에어로졸 발생을 위한 흡연 장치가 필요하다. 효과적인 분무화를 달성하기 위해 적은 전력을 필요로 하는 액체 에어로졸 기재의 에어로졸 발생을 위한 흡연 장치가 필요하다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 액체 에어로졸 형성 기재의 에어로졸 발생을 위한 흡연 장치가 제공되어 있다. 흡연 장치는 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하기 위한 하우징을 포함하고 있는 액체 저장부를 포함하고 있는 장치 하우징을 포함하고 있다. 예를 들어, 장치 하우징은 내부에 카트리지를 수용하기 위한 공동을 포함할 수 있으며, 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있다. 흡연 장치는 분무 영역, 표면 탄성파를 발생시켜 분무 영역을 포함하고 있는 SAW-분무기의 표면을 따라 전파시키기 위한 적어도 하나의 변환기 및 적어도 제2 변환기를 포함하고 있는 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기)를 더 포함하고 있다. 공급 요소는 액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부로부터 SAW-분무기 상의 분무 영역으로 공급하도록 배치되어 있다. 공급 요소는 액체 저장부, 예를 들어 카트리지와 SAW-분무기, 특히 SAW-분무기 상의 분무 영역을 유체적으로 연결시킬 수 있다. 제어 시스템은 분무 영역에 액체 에어로졸 형성 기재를 분무해서 에어로졸을 발생하기 위해 SAW-분무기를 작동시키도록 구성되어 있다. 제어 시스템은, 예를 들어 SAW-분무기에 연결된 전원 및 제어 전자 장치를 포함할 수 있다. 제어 시스템은, 예를 들어 적어도 하나의 변환기에 RF-신호를 제공하도록 맞춰져 있다. 발생된 에어로졸은 그후 장치 하우징 내에서 흡연 장치의 하류 말단으로 그리고 흡연 장치의 사용자에게로 운반될 수 있다.
사용시, 사용자는 스위치를 조작하거나 장치의 마우스피스를 흡인하여 장치를 작동시킬 수 있다. 표면 탄성파(레일리(Rayleigh) 파)를 생성하기 위해 적어도 하나의 변환기를 활성화시키는 전력이 SAW-분무기에 제공되어 SAW-분무기의 표면을 따라 전파시킬 수 있다. 이 표면 탄성파의 에너지는 분무 영역으로 공급된 액체 에어로졸 형성 기재로 전달된다. 액체 내로 공급된 에너지는 액체 에어로졸 형성 기재의 에어로졸 액적의 형성을 야기하며, 따라서 액체 에어로졸 형성 기재를 분무 영역으로부터 분무한다. 액적 표면이 부서져 에어로졸 액적의 미스트를 형성하도록 액체 내로 전달된 표면 탄성파는 기본적으로 SAW-분무기 표면 상의 액체 액적을 불안정하게 만든다.
에어로졸을 발생시키는 이러한 방법은 편리한 흡연 경험을 위하여 액체 에어로졸 형성 기질로부터 믿을 수 있고 일관된 양의 에어로졸을 제공하는 것으로 입증되었다. 또한, 에어로졸 발생은 공지된 진동 요소, 예를 들어 열을 이용하는 진동 요소로 발생될 때보다 적은 전력을 필요로 한다.
SAW-분무기로서, 일반적으로 공지된 SAW-센서 칩이 사용될 수 있다. 이 칩은 전형적으로 압전 기판 상에 배치된, 예를 들어 기판 상으로 인쇄된 (금속) 전극을 포함하고 있는 적어도 인터디지털 (또는 인터디지테이트(interdigitated)) 변환기를 포함하고 있다. 핑거(finger)들 사이에 생성된 압전 기판 내의 인장 및 압축 변형의 교번 영역으로 인하여 변환기 전극의 개별 '핑거'에 인가된 AC 전압은 압전 기판을 기계적으로 변형시킨다. 변환기의 같은 측에 있는 핑거들이 동일한 수준의 압축 또는 인장 상태에 있기 때문에, 그들 사이의 (피치로서 알려진) 간격은 기계적 파동의 파장에 대응한다.
이렇게 발생된 파동은 전형적으로 나노미터 크기의 진폭을 가지며 MHz 주파수에서 압전 기판의 표면을 따라 전파된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 흡연 장치에 사용된 SAW-분무기의 적어도 하나의 변환기는 압전 기판 상에 배치된 전극을 포함하고 있는 인터디지털 변환기이다.
변환기는 발생된 표면 탄성파의 방향성을 한 방향으로 지지하기 위한 반사기(reflector)를 포함할 수 있다. 이로써 시스템의 전력 효율이 증가될 수 있다.
변환기는, 예를 들어 평행하게 배치된 직선형 전극 어레이에 의하여 평행 파동을 발생시키도록 구성될 수 있다.
변환기는 생성된 파동의 집속 효과를 갖도록 구성되어 있을 수 있다. 예를 들어, 변환기는 발생된 파동을 영역에 집속시키기 위하여 평행하지만 곡선형 형상을 갖는 전극들을 구비할 수 있다.
바람직하게는, 변환기는 반사기를 포함하고 있으며, 집속 효과 (focussing effect)를 갖는다.
흡연 장치의 제어 시스템은 SAW-분무기를 작동시켜 소정의 주파수에서 표면 탄성파를 발생시키도록 구성되어 있다. 미리 결정된 주파수는 약 20 MHz 이상일 수 있으며, 예를 들어 약 20 MHz 내지 약 100 MHz, 또는 약 20 MHz 내지 약 80 MHz일 수 있다. 이는 원하는 에어로졸 출력 속도 및 양호한 사용자 경험을 위한 원하는 액적 크기를 제공할 수 있다.
제어 시스템은 SAW-분무기 및 전원에 연결된 전기 회로를 포함할 수 있다.
전기 회로는, 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 전기 회로는 추가적인 전자 부품을 포함할 수 있다. 전기 회로는 SAW-분무기에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성되어 있을 수 있다. 전력은 장치가 활성화된 후 연속적으로 공급되거나 간헐적으로, 예컨대 퍼핑할 때마다(puff-by-puff basis) SAW-분무기에 공급될 수 있다.
SAW-분무기는 임의의 적절한 형상일 수 있다. SAW-분무기는 실질적으로 원형 또는 타원형일 수 있다. SAW-분무기는 실질적으로 삼각형 또는 정사각형이거나 임의의 규칙적이거나 불규칙적인 형상일 수 있다. 바람직하게, SAW-분무기는 실질적으로 편평한 것이다. SAW-분무기는 만곡형일 수 있다. SAW-분무기는 돔 형상일 수 있다. SAW-분무기는 실질적으로 정사각형 평판일 수 있다. SAW-분무기는 실질적으로 원형 또는 타원형 디스크일 수 있다.
SAW-분무기는 재사용 가능할 수 있다. SAW-분무기는 일회용일 수 있다. SAW-분무기는 개별 요소일 수도 있고 이하에서 설명하게 될 카트리지의 부분일 수 있다.
SAW-분무기는 일반적으로 작고 경량이다. 또한, 특히 전기 작동식 흡연 장치에 사용하기 적합한 크기를 갖는, SAW-분무기는, 에어로졸 생산을 위해 열을 사용하는 것과 같은 공지된 진동 요소보다 적은 전력을 사용한다. 또한, SAW-분무기는 일반적으로 작은 액적 크기의 에어로졸을 발생시키는 능력을 갖는다. SAW-분무기의 이러한 장점은 본 발명의 흡연 장치를 개선시키고 효율적이고 경제적인 흡연 장치의 제공을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 흡연 장치는 액체 에어로졸 형성 기재, 바람직하게는 분무 영역 내의 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배치된 히터를 더 포함할 수 있다. 히터는 SAW-분무기의 적어도 일부분을 가열하고, 이에 의해 SAW-분무기 상의 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배치될 수 있다. 바람직하게는, 히터는 적어도 SAW-분무기의 분무 영역을 가열하고, 이에 의해 분무 영역 내의 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배치되어 있다.
히터는 액체 에어로졸 형성 기재를 가열할 수 있고, 액체의 점도와 표면 장력을 감소시킬 수 있다. 바람직하게는 분무하기 전에 또한 분무하는 동안 액체를 가열하여, 히터는 분무 속도를 증가시킬 수 있다. 에어로졸 형성 기재를 가열하고 액체 에어로졸 형성 기재의 점도를 감소시키는 것은 장치 또는 흡연 시스템 각각의 신뢰성을 증가시킬 수도 있다.
히터는 분무하기 위해 균일한 소정의 온도로 액체 에어로졸 형성 기재를 가열할 수 있다. 이로 인해 에어로졸 형성 기재를 균일한 점도로 분무할 수 있고, 장치에 의한 에어로졸의 발생이 균일한 분무 속도로 이루어질 수도 있다. 이는 사용자 경험을 개선할 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재의 점도는 분무 속도 및 장치 또는 시스템에 의해 발생된 에어로졸의 액적 크기에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 분무 전에 액체 에어로졸 형성 기재를 균일한 소정의 온도로 가열하면 균일한 액적 크기의 분포를 갖는 에어로졸의 발생이 용이해질 수 있다.
또한, 분무 전에 액체 에어로졸 형성 기재를 주변 온도보다 높은 온도로 가열하면 주변 온도의 변화에 대한 시스템의 민감도를 감소시킬 수 있고, 매번 사용할 때마다 균일한 에어로졸을 사용자에게 제공할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 '액적 크기'는 문제의 액적과 동일한 속도로 강하하는 구형 단위 밀도 액적의 크기인 공기 역학적 액적 크기를 의미하도록 사용된다. 에어로졸 액적 크기를 기술하기 위해 당업계에서는 여러 가지 방법이 사용된다. 상기 방법은 질량 중위 직경(MMD)(mass median diameter)과 질량 중위 공기 역학적 직경(MMAD)(mass median aerodynamic diameter)을 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 '질량 중위 직경(MMD)'은 에어로졸 질량의 절반이 작은 직경의 액적들 내에 함유되고 다른 절반이 큰 직경의 액적들 내에 함유되도록 액적의 직경을 의미하는데 사용된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 '액체 중위 공기 역학적 직경(MMAD)'은 에어로졸의 중위 질량으로 이루어진 액적과 동일한 공기 역학적 특성을 갖는 단위 밀도로 이루어진 구체의 직경을 의미하는데 사용된다.
본 발명의 흡연 장치 및 시스템에 의해 발생된 액적의 질량 중위 공기 역학적 직경(MMAD)은 약 1 μm 내지 약 10 μm일 수 있거나, 또는 MMAD는 약 1 μm 내지 약 5 μm일 수 있다. 액적의 MMAD는 3 μm 이하일 수 있다. 본 발명의 흡연 장치에 의해 발생된 액적의 바람직한 액적 크기는 전술한 임의의 MMAD일 수 있다. 원하는 액적 크기(MMAD)는 3 μm 이하일 수 있다.
흡연 장치의 제어 시스템은 바람직하게는, SAW-분무기의 적어도 일부분을 소정의 온도로 가열하여, 히터를 작동시켜 액체 에어로졸 형성 기재를 소정의 온도로 가열하도록 구성되어 있을 수 있다. 소정의 온도는 주변 온도 이상일 수 있다. 소정의 온도는 실온 이상일 수 있다. 이는 에어로졸 형성 기재의 표면 장력 뿐만 아니라 점도를 가열되지 않은 에어로졸 형성 기재의 점도에 비해 감소시킬 수 있다. 이는 분무 속도를 증가시킬 수 있고, 바람직한 액적 크기를 갖는 에어로졸의 발생을 용이하게 할 수 있다. 이는 주변 온도에 대한 시스템의 민감도를 감소시킬 수 있다. 소정의 온도는 액체 에어로졸 형성 기재의 기화 온도 아래이거나 비등점 보다 낮을 수 있다. 소정의 온도는 18℃ 내지 80℃, 또는 30℃ 내지 60℃ 또는 35℃ 내지 45℃일 수 있다. 소정의 온도는 20℃ 내지 30℃, 30℃? 내지 40℃, 40℃? 내지 50℃, 50℃? 내지 60℃, 60℃? 내지 70℃ 또는 70℃ 내지 80℃일 수 있다. 바람직하게는, SAW-분무기의 가열된 부분의 소정의 온도는 분무 영역 내의 액체 에어로졸 형성 기재의 소정의 온도에 대응한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '주변 온도'는 에어로졸 발생 장치 또는 시스템이 사용되고 있는 주변 환경의 기온을 의미한다. 주변 온도는 일반적으로 약 10℃ 내지 35℃의 온도에 해당한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '실온'은 표준 주변 온도 및 압력, 전형적으로 약 25℃의 온도 및 약 100 kPa (1 기압)의 절대 압력을 지칭한다.
히터를 작동시키도록 구성된 제어 시스템은 흡연 장치의 제어 시스템과 일체형이거나 별도일 수 있다.
제어 시스템은 히터 및 전원에 연결된 전기 회로를 포함할 수 있다. 전기 회로는 히터의 전기 저항을 모니터링하고, 히터의 전기 저항에 따라 히터로의 전력 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 전기 회로는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 전기 회로는 추가적인 전자 부품을 포함할 수 있다. 전기 회로는 히터에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성되어 있을 수도 있다. 전력은 장치가 활성화된 후 연속적으로 공급되거나 간헐적으로, 예컨대 퍼핑할 때마다(puff-by-puff basis) 히터에 공급될 수 있다. 전력은 전류의 펄스 형태로 히터에 공급될 수 있다.
히터는 SAW-분무기의 표면 상에, 바람직하게는 분무 영역 옆에, 또는 분무 영역의 반대편에 배치될 수 있다. 예를 들어, 히터는 분무 영역과 SAW-분무기의 동일한 표면 상에 배치될 수 있다. 이러한 배열은 히터와 가열될 액체 에어로졸 형성 기재의 직접적인 물리적 또는 밀접한 접촉이 특히 분무 영역에 근접하게 될 수 있게 한다. 히터는 예를 들어 분무 영역 내의 에어로졸 형성 기재를 둘러싸거나 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
히터가 분무 영역에 대향하는 SAW-분무기의 표면 상에 배치되어 있는, 배열에서, 분무 영역으로의 에어로졸 형성 기재의 공급은 히터의 존재에 의해 변경되지 않는다. 또한, 히터는 분무 영역의 한 위치에 배치될 수 있지만, SAW-분무기의 기판의 반대측에 배치될 수 있다. 히터의 크기는 SAW-분무기의 크기에 대응할 수 있다. 히터의 크기는 분무 영역의 크기로 제한될 수 있다. 히터의 크기는 적어도 분무 영역의 크기에 대응할 수 있다. 히터의 위치는 공급 요소의 방향으로 변위될 수 있다. 이는 액체가 분무 영역에 들어가기 전에 액체의 가열을 가능하게 한다. 바람직하게는, 히터의 열은 열 전도에 의해 SAW-분무기의 기판을 통해 전달된다.
서술된 바와 같이 히터의 위치는 히터와 SAW-분무기 상의 액체 에어로졸 형성 기재 사이의 열 전달을 향상시킬 수 있다.
히터는 SAW-분무기에 부착되거나 SAW-분무기의 옆이나 근처에 배열된 별도의 히터일 수 있다.
히터는 SAW-분무기와 일체형일 수 있다. 이는 장치의 구성요소 부품의 수를 감소시킬 수 있고, 간단한 제조를 용이하게 할 수 있다.
바람직하게는, 히터는 SAW-분무기와 열 전도 관계에 있다.
히터는 또한 액체 저장부의 하우징 상에 또는 액체 저장부의 하우징 내에 배치될 수 있다. 이어서 액상 에어로졸 형성 기재는 액체 저장부로부터 SAW-분무기로 공급될 때 상승된 온도에 있다.
히터는 액체 에어로졸 형성 기재를 가열할 수 있는 임의의 적합한 히터일 수 있다. 히터는 전기 작동식 히터일 수 있다. 히터는 저항성 히터일 수 있다. 히터는 유도 가열 수단을 포함할 수 있다. 히터는 간단히 제조될 수 있도록 실질적으로 편평할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 '실질적으로 편평한'은 단일 평면에 형성되고, 만곡된 형상 또는 다른 비평면인 형상 주위에 래핑되거나 달리 이에 맞는 것으로 확인되지 않은 것을 의미한다. 편평한 히터는 제조되는 동안 쉽게 취급될 수 있고, 견고한 구조를 제공할 수 있다.
히터는 하나 이상의 전기 전도성 트랙을 전기 절연성 기판 상에 포함할 수 있다. 전기 절연성 기판은 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있고, (150℃를 초과하는) 고온과 급속한 온도 변화를 견딜 수 있는 물질일 수 있다. 적합한 물질의 일 예는 Kapton®과 같은 폴리이미드 필름이다.
히터 또는 SAW-분무기 또는 양쪽 모두를 작동시키도록 구성되어 있는 제어 시스템은 주변 온도를 검출하기 위해, 주변 온도 센서를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 분무 영역 내의 액체 에어로졸 형성 기재의 온도를 검출하기 위해, SAW-분무기 상에 온도 센서를 포함할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 에어로졸 발생 장치의 제어 전자 장치와 연통하여, 제어 전자 장치가 액체 에어로졸 형성 기재의 온도를 소정의 온도로 유지시키도록 할 수 있다. 하나 이상의 온도 센서는 열전대(thermocouple) 또는 저항성 온도 센서일 수 있다. 히터는 온도와 관련된 정보를 제공하도록 사용될 수 있다. 히터의 온도 의존 저항성은 공지되어 있을 수 있고, 당업자에게 공지된 방식으로 적어도 하나의 히터의 온도를 결정하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 흡연 장치에서, 공급 요소의 일부분은 SAW-분무기의 분무 영역에 인접하게 배치될 수 있는 반면, 공급 요소의 다른 부분은 액체 저장부에 유체적으로 연결 가능할 수 있다. 분무 영역에 인접하게 배치된 공급 요소의 부분은 분무 영역으로 연장되어 있을 수 있다. 흡연 장치의 사용 준비 상태에서, 공급 요소는 예를 들어 카트리지 내에서 분무 영역으로, 액체 저장부로부터 액체 에어로졸 형성 기재의 운반을 허용할 수 있다. 이에 의해, 공급 요소의 다른 부분은 액체 저장부에 직접 연결될 수 있는데, 예를 들어 액체 저장부의 내용물에 삽입되거나 액체 저장부의 내용물에 인접하게 배치될 수 있다. 그러나, 에어로졸 형성 기재는 또한 액체 저장부로부터, 예를 들어 액체 통로에서 운반될 수 있고, 저장부로부터 SAW-분무기로의 액체 운반의 더욱 하류에 있는 공급 요소의 다른 부분과 유체 연결될 수 있다. 액체 운반의 분리는 액체 저장부에서 SAW-분무기로의 액체 운반 수단에서의 가변성 및 최적화를 향상시킬 수 있다. 특히, SAW-분무기로 액체 에어로졸 형성 기재를 공급하기 위한 공급 요소는 분무 영역으로의 액체 공급 및 분무 영역에 걸친 분배를 위해 최적화될 수 있다. 한편, 액체 저장부로부터의 액체 운반은 최적화될 수 있다.
공급 요소는 모세관 요소, 예를 들어 윅 또는 종이 스트립, 액체 에어로졸 형성 기재를 함유하는 카트리지를 관통시키기 위한 모세관 또는 관통 요소일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 공급 요소는 액체 에어로졸 형성 기재에 대한 모세관 작용을 갖는 모세관 요소이다. 바람직하게는, 모세관 요소 형태의 공급 요소는 액체 에어로졸 형성 기재가 SAW-분무기의 분무 영역에 공급되도록 한다. 모세관 요소는 액체 에어로졸 형성 기재가 모세관 효과에 의해 전달되도록 하는 재료로 구성되거나 또는 그 재료를 포함하고 있다. 모세관 재료는 액체를 일 단부에서 다른 단부로 능동적으로 전달하는 재료이다. 모세관 재료는 액체 에어로졸 형성 기재를 SAW-분무기의 표면 상의 분무 영역으로 운반하기 위해 장치 내에서 유리하게 배향되어 있다. 모세관 재료는 섬유상 구조를 가질 수도 있으며 또는 스폰지 구조를 가질 수 있다. 모세관 재료는 모세관 다발, 복수의 섬유, 복수의 실을 포함할 수 있고, 또는 미세-보어 튜브를 포함할 수 있다. 모세관 재료는 섬유, 실 및 미세-보어 튜브의 조합을 포함할 수 있다. 섬유, 실 및 미세-보어 튜브는 일반적으로 액체를 SAW-분무기로 운반하도록 정렬될 수 있다. 모세관 재료는 스폰지류 재료를 포함할 수 있고, 또는 발포체류 재료를 포함할 수도 있다. 모세관 재료의 구조는 액체가 모세관 작용에 의해 운반될 수 있는 복수의 작은 보어 또는 튜브를 형성할 수 있다.
모세관 재료는 임의의 적절한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 재료의 예는 스폰지 또는 발포체 재료, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계, 종이계 또는 그라파이트계 재료, 발포된 금속 또는 플라스틱 재료, 예를 들어 방사되거나 압출된 섬유로 이루어진 섬유상 재료, 예컨대 초산 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹이다. 모세관 재료는 종이계일 수 있다. 모세관 재료는 상이한 액체 물성과 함께 사용되기 위해 임의의 적절한 모세관 현상 및 다공성을 가질 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재는 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도성 및 비등점을 포함하되 이에 한정되지 않는 물성을 가지고 있는데, 이는 모세관 작용에 의해 액체가 모세관 재료를 통해 운반될 수 있게 한다. 모세관 재료는 액체 에어로졸 형성 기재를 SAW 분무기의 분무 영역에 운반하도록 구성될 수 있다. 모세관 요소는 시트 형태이다. 예를 들어 종이계 윅 재료와 같은, 일부 모세관 재료는, 액체로부터, 오염물을 여과하는 능력을 추가로 가질 수 있어, 이에 따라 순수한 액체 에어로졸 형성 기재의 분무를 지지할 수 있다.
공급 요소는 개별 요소이거나 SAW-분무기의 부분일 수 있다. 바람직하게는, 공급 요소는 SAW-분무기의 부분, 예를 들어 SAW-분무기와 일체형이다.
공급 요소는 액체를 운반시키기 위하여 모세관 효과를 이용하는, 당 업계에 공지된 윅 요소일 수 있다. 공급 요소는 또한, 예를 들어 벤튜리 효과를 이용하여 액체를 분무 영역으로 운반시킬 수 있다. 공급 요소는, 예를 들어, SAW-분무기의 기판 내에 통합된 마이크로 채널, 또는 위에서 언급된 공급 요소들의 임의의 조합일 수 있다.
SAW-분무기는 적어도 하나의 압전 변환기를 포함할 수 있다. SAW-분무기는 적어도 하나의 인터디지털 변환기를 포함할 수 있다. 압전 변환기는 바람직하게는 단결정 물질을 포함할 수 있지만 다결정 물질을 또한 포함할 수 있다. 압전 변환기는 석영, 세라믹, 타이타늄산 바륨(BaTiO3), 니오브산 리튬(LiNbO3)을 포함할 수 있다. 세라믹은 티탄산 지르콘산 연(PZT)을 포함할 수 있다. 세라믹은 Ni, Bi, La, Nd 또는 Nb 이온과 같은 도핑 물질을 포함할 수 있다. 압전 변환기는 극성을 가질 수 있다. 압전 변환기는 극성을 가지지 않을 수 있다. 압전 변환기는 극성을 갖는 압전 물질과 극성을 갖지 않는 압전 물질 모두를 포함할 수 있다.
SAW-분무기는 표면 탄성파(surface acoustic wave)를 발생시키기 위하여 하나의 변환기를 포함할 수 있다. SAW-분무기는 표면 탄성파를 발생시키기 위하여 하나 이상의 변환기를 포함할 수 있다. 표면 탄성파를 발생시키는 변환기는 입력 변환기로 불린다. 입력 변환기는 전기 신호를 수신하며 입력 신호에 따라 표면 탄성파를 발생시킨다. 하나 이상의 입력 변환기는 서로 간섭하도록 표면 탄성파들을 발생시킬 수 있으며, 바람직하게는 긍정적인 간섭은 분무 영역으로의 에너지 입력을 향상시킨다. 부가적인 입력 변환기가 분무 영역 내에서 액체가 중심에 오도록 또는 일반적으로 작은 영역에서 액체가 중심에 오도록 사용될 수 있다.
SAW-분무기가 하나 이상의 변환기를 포함한다면, 하나 이상의 변환기 중 적어도 하나는 전기 신호를 발생시키기 위하여 사용될 수 있다.
전기 신호를 발생시키는 변환기는 출력 변환기로 불린다. 출력 변환기는 표면 탄성파를 출력 신호로 전환시킨다. 출력 변환기에 의해 수신된 표면 탄성파는 적어도 하나의 입력 변환기에 의하여 발생되며, SAW-분무기의 분무 영역을 따라 출력 변환기로 전파된다. 출력 신호는 분무 영역에서의 물리적 공정에 관한, 예를 들어 분무 영역에 존재하는 액체의 양에 관한 정보를 포함할 수 있다. 따라서, SAW-분무기는 분무 공정에 관한 정보를 얻는 SAW-센서로서 사용될 수 있다. 이 정보는 분무 공정을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 센서 정보는, 예를 들어 SAW-분무기의 작동을 제어하는, 또는 예를 들어 히터를 제어하는 제어 시스템에서 사용될 수 있다. 분무 공정의 제어는, 예를 들어 SAW-분무기에 공급되는 전력의 조정을 통해 달성될 수 있다.
SAW-분무기는 적어도 제2 변환기를 포함하고 있다. 적어도 제2 변환기는 분무 영역의 물리적 정보를 나타내는 전기 신호를 발생시키기 위하여 사용될 수 있다. 대안적으로, 적어도 제2 변환기는 다른 표면 탄성파를 발생시키기 위하여 사용될 수 있다.
2개의 변환기가 있는 경우, 바람직하게는 2개의 변환기는 2개의 변환기 사이에 배치된 분무 영역으로 서로 대향되게 배치되어 있다. 2개의 변환기 중 제1 변환기는 입력 변환기이다. 2개의 변환기 중 제2 변환기는 입력 또는 출력 변환기일 수 있다.
본 발명에 따른 흡연 장치에서, 액체 저장부, SAW-분무기 및 공급 요소는 카트리지의 부분을 형성할 수 있다. SAW-분무기 및 공급 요소를 포함하거나 이를 배제하는 카트리지는 사전 제조될 수 있다. 카트리지는 제거 가능하고, 교체 가능하고, 재사용 가능하거나, 일회용일 수 있다. 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재로 재충전 가능할 수 있다. 재충전 가능한 액체 저장부 또는 특히 교체 가능한 카트리지로, 흡연 장치는 재사용 가능하게 된다. 바람직하게는, 카트리지는 매번 사용 후 재충전 가능하지 않으며 교체된다.
장치 하우징은 카트리지를 수용하기 위한 공동을 포함할 수 있다.
카트리지는 에어로졸 발생 장치에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 카트리지는 에어로졸 형성 기재가 소모되었을 때 에어로졸 발생 장치로부터 제거될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 '제거 가능하게 결합된'은 카트리지와 장치가 상기 장치나 카트리지를 상당히 손상시키지 않고 서로 결합되고 결합 해제될 수 있는 것을 의미하도록 사용된다.
카트리지는 신뢰성 있고 반복 가능한 방식으로 낮은 원가로 제조될 수 있다. 카트리지는 단순한 디자인을 가질 수 있다. 카트리지는 에어로졸 형성 기재가 보유되는 하우징을 가질 수 있다.
카트리지는 에어로졸 형성 액체를 보유하는 액체 보유 물질을 포함할 수 있다. 카트리지는 액체로 채워진 탱크 시스템일 수 있다.
카트리지 하우징은 강성 하우징일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '강성 하우징'은 자립 지지형 하우징을 의미한다. 하우징은 액체에 대해 불투과성인 물질을 포함할 수 있다.
카트리지는 뚜껑을 포함할 수 있다. 뚜껑은 카트리지를 에어로졸 발생 장치에 결합하기 전에 박리 가능할 수 있다. 뚜껑은 예를 들어 공급 요소에 의해 관통 가능할 수 있다.
공급 요소와 SAW-분무기를 포함하고 있는 카트리지는 카트리지가 교체될 때마다 전체 '새로운' 분무 공정을 허용한다. 공급 요소 내 또는 SAW-분무기 상의 침전물 또는 잔여물은 카트리지 교체시 제거될 수 있다. 공급 요소를 포함하고 있는 SAW-분무기는 또한 재사용 가능하며 바람직하게는 흡연 장치의 고정적으로 장착된 요소일 수 있다. 이에 의하여 폐기물 및 물질 비용이 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 흡연 시스템 내에서 에어로졸을 발생시키기 위한 방법이 제공되어 있다. 본 방법은 분무 영역, 적어도 하나의 변환기 및 적어도 제2 변환기를 포함하고 있는 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기)를 제공하는 단계를 포함하고 있다. 본 방법은 액체 에어로졸 형성 기재를 SAW-분무기의 분무 영역에 제공하는 단계 및 SAW-분무기를 작동시키고, 그에 의하여 적어도 하나의 변환기로 표면 탄성파를 발생시키되, 표면 탄성파는 SAW-분무기의 표면을 따라서 분무 영역으로 그리고 분무 영역 내의 액체 에어로졸 형성 기재 내로 전파되며, 그에 의하여 액체 에어로졸 형성 기재를 분무하고 에어로졸을 발생시키는 단계를 더 포함하고 있다. 본 방법은 본 발명의 다른 측면에 따른 흡연 장치, 흡연 시스템 및 카트리지를 사용하여 수행될 수 있다.
본 방법은 본 발명의 다른 측면과 관련하여 설명된 모든 장점을 가질 수 있다. 예를 들어 공급 요소의 작동 모드와 같은, 예를 들어, 히터의 배치 및 구성과 같은, 예를 들어, 미리 결정된 온도와 같은 SAW-분무기의 특징은 본 발명의 다른 측면과 관련하여 설명된 것과 동일할 수 있다.
본 방법은 액체 저장부, 예를 들어 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 카트리지를 SAW-분무기의 분무 영역과 유체적으로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
본 방법은 무선 주파수 신호를 적어도 하나의 변환기에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 방법은 한 퍼프에 대응하는 양의 액체 에어로졸 형성 기재를 SAW-분무기에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 방법은, 바람직하게는 분무 전에 분무 영역 내의 액체 에어로졸 형성 기재를 실온보다 높은 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 분무될 액체가 50℃ 위의 온도, 예를 들어 50℃ 내지 80℃의 온도를 갖도록 가열이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 SAW-분무기에 적어도 제2 변환기를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 방법은 그후 적어도 하나의 제2 변환기로 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 출력 신호는 분무 영역에서의 물리적 공정을 나타낸다. 출력 신호는 SAW-분무기의 작동을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 출력 신호는 SAW-분무기 또는 히터를 제어하기 위하여 제어 시스템으로의 입력 신호로서 사용될 수 있다.
대안적으로, 본 방법은 적어도 하나의 제2 변환기로 추가의 표면 탄성파를 발생시키는 단계를 포함하여, 추가의 표면 탄성파를 SAW-분무기의 표면을 따라서 분무 영역 내로 그리고 분무 영역 내의 액체 에어로졸 형성 기재 내로 전파시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 흡연 장치를 포함하고 있는 에어로졸 발생 흡연 시스템이 제공되어 있다. 시스템은 또한 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있다. 공급 요소는 흡연 장치의 액체 저장부의 하우징에 포함된 액체 에어로졸 형성 기재와 그리고 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기) 상의 분무 영역과 유체 연결되어 있다.
액체 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제 및 액체 첨가제를 포함하고 있다. 에어로졸 형성제는, 예를 들어, 프로필렌글리콜 또는 글리세롤일 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재는 물을 포함할 수 있다.
액체 첨가제는 액체 향미료 또는 액체 자극 물질 중 임의의 하나 또는 그 조합일 수 있다. 액체 향미제는, 예를 들어 담배 향미료, 담배 추출물, 과일 향미료 또는 커피 향미료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체 첨가제는, 예를 들어 바닐라, 캐러멜 및 코코아와 같은 달콤한 액체, 약초 액체, 매운 액체, 또는 예를 들어 카페인, 타우린, 니코틴 또는 식품 업계에서 사용하기 위하여 알려진 다른 자극제를 함유하는 자극성 액체일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 에어로졸 발생을 위한 흡연 장치용 카트리지가 제공되어 있다. 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하기 위한 하우징을 포함하고 있는 액체 저장부를 포함하고 있다. 카트리지는 분무 영역, 표면 탄성파를 발생시켜 분무 영역을 포함하고 있는 SAW-분무기의 표면을 따라서 전파시키기 위한 적어도 하나의 변환기 및 적어도 제2 변환기를 포함하고 있는 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기)를 더 포함하고 있다. 공급 요소는 액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부의 하우징으로부터 SAW-분무기 상의 분무 영역으로 공급하도록 제공되고 배치되어 있다.
액체 저장부, SAW-분무기, 공급 요소 또는 히터는 임의의 특징을 포함할 수 있거나 본 명세서에서 설명된 바와 같은 에어로졸 발생 장치의 액체 저장부, SAW-분무기, 공급 요소 및 히터에 관하여 위에서 설명된 바와 같은 임의의 구성으로 배치될 수 있다. 카트리지의 장점 및 특징은 흡연 장치와 관련하여 설명되었으며, 반복되지 않을 것이다.
다른 측면에 따르면, 액체 에어로졸 형성 기재의 에어로졸 발생을 위한 흡연 장치가 제공되어 있다. 흡연 장치는 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하기 위한 하우징을 포함하고 있는 액체 저장부를 포함하고 있는 장치 하우징을 포함하고 있다. 예를 들어, 장치 하우징은 내부에 카트리지를 수용하기 위한 공동을 포함할 수 있으며, 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있다. 흡연 장치는 분무 영역을 포함하고 있는 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기) 및 표면 탄성파를 발생시켜 분무 영역을 포함하고 있는 SAW-분무기의 표면을 따라 전파시키기 위한 적어도 하나의 변환기를 더 포함하고 있다. 공급 요소는 액체 에어로졸 형성 기재를 액체 저장부로부터 SAW-분무기 상의 분무 영역으로 공급하도록 배치되어 있다. 공급 요소는 액체 저장부, 예를 들어 카트리지와 SAW-분무기, 특히 SAW-분무기 상의 분무 영역을 유체적으로 연결시킬 수 있다. 제어 시스템은 분무 영역에 액체 에어로졸 형성 기재를 분무해서 에어로졸을 발생하기 위하여 SAW-분무기를 작동시키도록 구성되어 있다. 제어 시스템은, 예를 들어 SAW-분무기에 연결된 전원 및 제어 전자 장치를 포함할 수 있다. 제어 시스템은, 예를 들어 적어도 하나의 변환기에 RF-신호를 제공하도록 맞춰져 있다. 발생된 에어로졸은 그후 장치 하우징 내에서 흡연 장치의 하류 말단으로 그리고 흡연 장치의 사용자에게로 운반될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 본 발명을 더 설명할 것이다:
도 1은 집속 변환기를 포함하고 있는 SAW-분무기와 관통 가능한 카트리지를 갖는 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 도시하고 있으며;
도 2는 2개의 집속 변환기를 포함하고 있는 SAW-분무기를 갖는 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 도시하고 있으며;
도 3은 집속 변환기를 포함하고 있는 뾰족한 SAW-분무기와 관통 가능한 카트리지를 갖는 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 도시하고 있으며;
도 4는 직선형 변환기를 갖는 SAW-분무기를 보여주고 있으며;
도 5는 반사기를 갖는 도 4의 SAW-분무기를 보여주고 있으며;
도 6은 상이한 반사기와 부가적인 가열 요소를 갖는 직선형 변환기를 포함하고 있는 SAW-분무기를 보여주고 있으며;
도 7은 집속 변환기를 갖는 SAW-분무기를 보여주고 있으며;
도 8 및 도 9는 집속 변환기, 가열 요소 그리고 모세관 요소를 갖는 SAW-분무기의 평면도 및 (중간선 A-A를 따른) 횡단면도를 보여주고 있으며;
도 10 및 도 11은 가열 요소를 갖는 SAW-분무기의 다른 구현예의 중간선을 따른 횡단면도를 보여주고 있으며;
도 12 및 도 13은 2개의 집속 변환기를 갖는 SAW-분무기의 평면도 및 이를 통과하는 (중간선 B-B를 따른) 횡단면도를 보여주고 있으며;
도 14 및 도 15는 마이크로 채널을 포함하고 있는 공급 요소를 갖는 SAW-분무기의 평면도 및 이를 통과하는 (중간선 C-C를 따른) 횡단면도를 보여주고 있으며;
도 16 및 도 17은 접시머리형 공급 요소를 갖는 SAW-분무기의 평면도 및 이를 통과하는 (중간선 D-D를 따른) 횡단면도를 보여주고 있으며;
도 18 은 SAW-분무기의 표면 처리를 보여주고 있다.
도 1은 하우징(10)과 마우스피스(11)를 포함하고 있는 전자 에어로졸 발생 장치를 보여주고 있다. 하우징은 에어로졸 형성 액체를 함유하고 있는 카트리지(16), 표면 탄성파-분무기(SAW-분무기) 칩(15), SAW-분무기를 작동 및 제어하기 위한 전자 장치(14) 및 전자 장치(14)와 SAW-분무기(15)에 전력을 공급하는 배터리(13)를 포함하고 있다. SAW-분무기 칩(15)은 반사기를 포함하고 있는 집속 인터디지털 변환기(20)를 포함하고 있는 직사각형 칩이며, 이 변환기는 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
원통 형상의 카트리지(16)는 SAW-분무기 칩을 향하는 그의 원위 말단에서 밀봉 요소, 예를 들어 관통 가능한 또는 천공 가능한 포일(160)로 폐쇄된다. 밀봉 요소는 뾰족한 모세관 요소(30) 형태의 공급 요소, 예를 들어 바늘 또는 종이 스트립에 의해 관통된다. 모세관 요소(30)의 다른 원위 말단은 칩 상의 변환기(20)의 집속 구역에 도달하며, 이 집속 영역은 칩(15) 상의 분무 영역(40) 또는 기화 영역에 대응한다.
도 2는 전자 에어로졸 발생 장치의 다른 구현예를 보여주고 있으며, 여기서 동일한 참조 번호는 동일 또는 유사한 요소에 대해 사용된다. 도 2에서, SAW-분무기(15)는 서로 마주보고 배치된 2개의 집속 인터디지털 변환기(20)를 포함하고 있다. 분무 영역(40)은 2개의 변환기(20) 사이에 놓여있다.
양 변환기 모두 작동되어 표면 탄성파를 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 분무 영역(40)에서의 분무화가 향상될 수 있거나, 동일한 기화 속도를 달성하기 위해 보다 적은 전력이 요구될 수 있다. 대안적으로, 2개의 변환기 중 하나가 작동되어 분무 영역에서의 효과 또는 상태, 예를 들어 기화 속도 또는 액체의 존재 또는 부재를 나타내는 신호를 제공할 수 있다. 상기 신호는 분무 공정을 제어하고 가능하게 조정하기 위해 전자 장치(14) 내에서 사용될 수 있다.
도 2의 구현예에서, 카트리지(16)의 원위 말단은 다공성 물질층(161)에 의해 폐쇄된다. 다공성 물질은 윅(31), 예를 들어 섬유의 스트립 또는 스트랜드 또는 종이 스트립과 접촉하며, 윅(31)은 다공성 물질(161)로부터 칩(15) 상의 분무 영역(40)까지 연장되어 있다. 장치의 길이 방향 축에 실질적으로 수직인 파동 전파 방향을 갖는 2개의 변환기(20)의 배치로 인하여 윅(31)은 2개의 변환기 사이에 놓여있다.
도 3은 도 1에 도시된 것과 유사한, 전자 에어로졸 생성 장치의 또 다른 구현예를 보여주며, 동일한 참조 번호는 동일한 또는 유사한 요소를 위하여 사용된다. 도 3에서, SAW-분무기 칩(15)은 카트리지의 관통 가능한 멤브레인(160)의 관통부를 지지하는 뾰족한 팁 부분(150)을 포함하고 있다. 모세관(32)은 카트리지(16)의 내부와 칩(15)의 분무 영역(40) 사이에서 연장되도록 배치되어 있다. 모세관(32)은, 예를 들어 마이크로 채널일 수 있다.
선택적인 히터는 모세관의 각 측면, 모세관의 최상부 또는 칩의 후면 상에 배치될 수 있다.
도 4 내지 도 17은 SAW-분무기 칩(15)의 다른 구현예 및 변환기, 모세관 요소 및 가열 요소의 배치 및 구현예의 예를 보여주고 있다.
도 4에서, 압전 기판의 측방향 표면부 상에는 하나의 인터디지털(interdigital) 변환기(21)가 배치되어 있다. 변환기(21)는 평행하게 배치된 일련의 직선형 엮임(interlacing) 전극(210)을 포함하고 있다 (직선형 변환기). 분무 영역(40)은 점선으로 표시되어 있으며, 변환기에 가깝지만, 압전 기판의 대향 측 표면부 상에 배치되어 있다. 도 5에서, 동일한 변환기(21)는 반사기 전극(215)을 구비하고 있다. 직선형 반사기 전극(215)은 변환기(21)의 전극(210)에 평행하게 그리고 분무 영역(40)을 향하는 측부에 대향하는 변환기의 측부에 인접하게 배치되어 있다. 반사기 전극은 의도된 전파 방향(도면의 우측)으로 표면 탄성파를 반사시킬 수 있다. 변환기(21)는 예를 들어 LiNbO3 기판 상에 배치된 20개의 전극 쌍 및 32개의 반사기 전극(215)을 가질 수 있다. 전극 물질은 금일 수 있다.
도 6의 직선형 변환기는 변환기 전극(210)들 사이에 배치된 반사기 전극(216)을 포함하고 있다. 가열 요소, 예를 들어, 인쇄 회로 경로 형태의 저항성 가열기(50)가 분무 영역(40)에 대향하는 기판 상에 배치되어 있다.
도 7은 발생된 파동을 기판의 표면 상의 작은 집속 구역(200) 상에 집속시키는 곡선형이며 가늘어지는 전극(211)을 갖는 집속 인터디지털 변환기(20)의 예이다. 변환기 전극(211)들 사이에는 곡선형 반사기 전극(214)이 변환기 전극에 평행하게 배치되어 있다.
도 8은 칩의 표면 상의 통합된 히터(50) 및 실질적으로 변환기(21)에 의하여 발생된 파동의 전파 방향을 따라서 히터(50)에 걸쳐 배치된, 스트립 형태의 모세관 요소(31), 예를 들어 윅 또는 모세관을 갖는 도 7의 SAW-칩(15)을 보여주고 있다.
도 9는 도 8의 칩의 횡단면이다. 변환기(20)와 히터(50)는 압전 기판(151), 예를 들어 니오브산 리튬 기판의 동일 표면, 최상부 표면 상에 배치되어 있다. 윅(31)은 카트리지(미도시)로부터 변환기(20)와 히터(50) 사이에 배치된 분무 영역으로 윅(31) 내에서 운반되는 액체의 가열을 지원하도록 히터 위에 히터와 말착된 상태로 부분적으로 배치되어 있다.
도 10 및 도 11은 SAW 칩(15)의 다른 구현예의 횡단면을 보여주고 있다. 도 10에서, 히터(50)는 기판(151)의 대향측, 후면측 상에 배치되어 있다. 히터는 분무 영역으로 '연장'되고 윅(31)과 '중첩'되도록 위치되지만, 기판(151)은 그들 사이에 위치되어 있다. 윅(31) 내의 또는 분무 영역 내의 액체에 도달하기 위해 열이 기판을 통과해야 하는 진로를 줄이기 위하여 압전 기판의 두께는 감소될 수 있다. 도 11에서, 변환기(20) 및 윅(31)은 압전층(152), 예를 들어 LiNbO3, ZnO, AlN 또는 SAW-분무기 적용을 위한 층에 적합한 다른 압전 물질의 표면 상에 배치되어 있다. 히터(50)는 도 10에서 설명되고 도시된 바와 같이 동일 위치에서 층(152)의 후면 상에 배치되어 있다.
층(152)은 지지체(153), 예를 들어 글라스, 세라믹, 실리콘 또는 금속으로 제조된 기판 상에 배치되어 있다. 제조 상의 이유로, 히터는 기판(153)에 적용될 수 있으며, 그러면 이 기판은 압전층(152)을 구비한다.
히터가 칩 상에 배치되는 것으로 보여지고 있지만, 히터는 또한 예를 들어 에어로졸 형성 액체를 포함하고 있는 카트리지와 칩 사이의 모세관 물질 또는 채널을 따라 배치될 수 있다.
도 12 및 도 13에서, 반사기 전극을 구비한 2개의 집속 변환기(20)는 압전 기판(151) 상에 서로 마주보고 배치되어 있다. 2개의 변환기(20)는 변환기들 사이의 공통의 집속 구역(200)을 갖고 있다. 집속 구역(200)에서, 기판(151)은 관통 구멍(155)을 구비하며, 에어로졸 형성 액체는 이 관통 구멍을 통하여 기판(151)의 최상부 표면으로 공급될 수 있다. 관통 구멍(155)의 최하부로의 액체 공급을 위하여 모세관 요소(33)가 기판(151) 아래에 배치되어 있다. 선택적으로, 관통 구멍(155)은 모세관 물질로 채워질 수 있다. 이 구현예에서, 분무 영역(41)은 기판(151)의 표면에서 관통 구멍(155)의 에지 상에 집중된다. 날카로운 에지는 매우 얇은 에어로졸 형성 액체층의 형성을 지원하며, 이는 이의 기화를 용이하게 한다.
도 14 및 도 15에서, 에어로졸 형성 액체는 윅 물질(34)의 시트 형태의 모세관 요소를 통하여 칩으로 공급된다. 시트(34)는 기판(151)의 표면 상으로 연장되며 기판 표면에 제공된 일련의 평행한 마이크로 채널(35) 위에 부분적으로 놓인다. 마이크로 채널은 기판 표면 상에 또한 배치된 직선형 변환기(21)의 분무 영역으로 연장되어 있다. 그러나, 분무 영역(41)은 마이크로 채널의 에지 상으로 집중된다.
분무 영역(41)이 기판 에지(156) 상에 집중된 유사한 결과가 또한 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같은 접시머리형 모세관 요소(36)에 의하여 달성될 수 있다. 기판 표면의 일부분은, 예를 들어 에칭에 의해 제거된다. 이 낮은 높이의 표면부 상으로, 예를 들어 종이의 스트립과 같은 모세관 요소가 하부 부분의 에지(156)와 동일 평면 상태로 배치되어 액체가 에지(156)로 운반되는 것을 가능하게 한다.
또한, 기판(151)의 표면 처리는 얇은 에어로졸 형성 액체층의 형성을 지원할 수 있다. 표면 처리는 또한 이러한 층의 국부화를 지원할 수 있다. 예를 들어, 그리고 도 18에 도시된 바와 같이, 친수성 부분을 형성하기 위하여 분무 영역(40)(점선으로 표시)은 처리될 수 있는 반면에, 오목한 분무 영역 바깥 부분은 소수성 영역(158)일 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치 내의 1개 또는 2개의 변환기를 포함하고 있는 SAW-칩을 작동시키기 위한 예시적인 전력 범위는 5 와트 내지 15 와트, 바람직하게는 20 와트 미만이다. 전형적인 변환기 전극 거리는 약 100μm(직선형 변환기)의 범위 내 반면에, 반사기 거리는 약 50μm의 범위 내일 수 있다.
2개의 변환기를 포함하고 있는 직사각형 SAW-칩의 크기는 약 50㎜Х20㎜ 내지 55㎜Х25㎜이다.
예시적인 에어로졸 형성 액체 조성물은 40% 내지 80% 프로필렌글리콜, 20% 물 및 0%내지 40% 글리세롤이었다. 에어로졸 생성 액체는 약 65℃로 가열되었다. 이러한 액체의 약 5μL의 양이 20 초 이내에 분무되거나 기화되어 약 0.2 내지 0.3μL/초 또는 그보다 높은 기화 속도를 달성하였다.

Claims (15)

  1. 액체 에어로졸 형성 기재의 에어로졸 발생을 위한 흡연 장치로, 상기 흡연 장치는
    액체 에어로졸 형성 기재를 보유하기 위한 하우징을 포함하는 액체 저장부를 포함하는 장치 하우징;
    분무 영역, 표면 탄성파를 발생시켜 상기 분무 영역을 포함하는 SAW-분무기의 표면을 따라 전파시키기 위한 적어도 하나의 변환기, 및 적어도 제2 변환기를 포함하는, 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기);
    액체 에어로졸 형성 기재를 상기 액체 저장부로부터 상기 SAW-분무기 상의 분무 영역으로 공급하도록 배치되어 있는 공급 요소; 및
    상기 분무 영역에 액체 에어로졸 형성 기재를 분무해서 에어로졸을 발생하기 위해 상기 SAW-분무기를 작동시키도록 구성되어 있는 제어 시스템을 포함하는 흡연 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 압전 기판 상에 배치된 전극을 포함하는 인터디지털 변환기인 것인 흡연 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배치된 히터를 더 포함하는 흡연 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 히터를 작동시켜 액체 에어로졸 형성 기재를 소정의 온도로 가열하도록 구성되어 있는 것인 흡연 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 히터는 상기 분무 영역 옆에 있는 상기 SAW-분무기의 표면 상 또는 상기 분무 영역의 반대편에 있는 상기 SAW-분무기의 표면 상에 배치되어 있는 것인 흡연 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 요소의 일부분은 상기 SAW-분무기의 분무 영역에 인접하게 배치되어 있고, 상기 공급 요소의 다른 부분은 상기 액체 저장부에 유체적으로 연결할 수 있는 것인 흡연 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 요소는 상기 SAW-분무기의 분무 영역에 공급될 액체 에어로졸 형성 기재에 대한 모세관 작용을 갖는 모세관 요소인 것인 흡연 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 제2 변환기는 상기 분무 영역의 물리적 정보를 나타내는 전기 신호를 발생시키기 위한 것 또는 추가 표면 탄성파를 발생시키기 위한 것인 흡연 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 저장부, 상기 SAW-분무기 및 상기 공급 요소는 카트리지의 부분을 형성하고 있으며, 여기서 상기 장치 하우징은 상기 카트리지를 수용하기 위한 공동을 포함하는 것인 흡연 장치.
  10. 흡연 시스템 내에서 에어로졸을 발생시키기 위한 방법으로, 상기 방법은
    분무 영역 및 적어도 하나의 변환기를 포함하는 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기)를 제공하는 단계;
    액체 에어로졸 형성 기재를 상기 SAW-분무기의 분무 영역에 제공하는 단계;
    상기 SAW-분무기를 작동시키고, 그에 의하여 상기 적어도 하나의 변환기로 표면 탄성파를 발생시키되, 상기 표면 탄성파는 상기 SAW-분무기의 표면을 따라서 상기 분무 영역으로 그리고 상기 분무 영역 내의 액체 에어로졸 형성 기재 내로 전파되며, 그에 의하여 상기 액체 에어로졸 형성 기재를 분무하고 상기 에어로졸을 발생시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 분무 영역 내의 액체 에어로졸 형성 기재를 실온 위의 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 SAW-분무기에 적어도 제2 변환기를 제공하는 단계; 그리고
    상기 적어도 하나의 제2 변환기로 신호를 출력하고, 여기서 상기 출력 신호는 상기 분무 영역에서의 물리적 공정을 나타내는 것인, 단계; 그리고
    상기 출력 신호를 상기 SAW-분무기의 작동을 제어하기 위하여 사용하는 단계, 또는
    상기 적어도 하나의 제2 변환기로 추가의 표면 탄성파를 발생시키되, 상기 추가의 표면 탄성파는 상기 SAW-분무기의 표면을 따라서 상기 분무 영역 내로 그리고 상기 분무 영역 내의 액체 에어로졸 형성 기재 내로 전파되는, 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 흡연 장치, 및 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하는 에어로졸 발생 흡연 시스템으로, 여기서 공급 요소가 상기 흡연 장치의 액체 저장부의 하우징에 포함된 액체 에어로졸 형성 기재와 그리고 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기) 상의 분무 영역과 유체 연결되어 있는 것인 에어로졸 발생 흡연 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 액체 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제 및 액체 첨가제를 포함하는 것인 에어로졸 발생 시스템.
  15. 에어로졸 발생을 위한 흡연 장치용 카트리지로, 상기 카트리지는
    액체 에어로졸 형성 기재를 보유하기 위한 하우징을 포함하는 액체 저장부;
    분무 영역, 표면 탄성파를 발생시켜 상기 분무 영역을 포함하는 SAW-분무기의 표면을 따라 전파시키기 위한 적어도 하나의 변환기, 및 적어도 제2 변환기를 포함하는, 표면 탄성파 분무기(SAW-분무기);
    액체 에어로졸 형성 기재를 상기 액체 저장부의 하우징으로부터 상기 SAW-분무기 상의 분무 영역으로 공급하도록 배치되어 있는 공급 요소를 포함하는 카트리지.
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