KR20190004294A - 에어로졸 발생 시스템용 유체 투과성 히터 조립체 - Google Patents

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Abstract

에어로졸 발생 시스템용 유체 투과성 히터 조립체는 도전성 편평한 필라멘트 배열 및 편평한 필라멘트 배열과의 전기 접촉을 위한 제1 접점(28) 및 제2 접점(48)을 포함하되, 제1 접점(28) 및 제2 접점(48) 사이에 종축이 정의된다. 중심 저항(Rc)은 종축 상에 위치하는 2개의 지점(그중 하나는 제1 접점(28)으로부터 40%만큼 떨어진 거리에 위치하고, 다른 하나는 제1 접점(28)으로부터 60%만큼 떨어진 거리에 위치함) 사이의 전기 저항이다. 제1 저항(R1)은 제1 접점(28)과 제1 접점(28)으로부터 20%만큼 떨어진 지점에 위치하는 종축 상의 지점 사이의 전기 저항이고, 제2 저항(R2)은 제2 접점(48)과 제1 접점(28)으로부터 80%만큼 떨어진 지점에 위치하는 종축 상의 지점 사이의 전기 저항이다. 중심 저항 대 제1 저항의 비(Rc/R1)는 2 내지 400이고, 중심 저항 대 제2 저항의 비(Rc/R2)는 2 내지 400이다.

Description

에어로졸 발생 시스템용 유체 투과성 히터 조립체
본 발명은, 에어로졸 발생 시스템용 유체 투과성 히터 조립체에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 편평한 필라멘트 배열을 포함하는 편평한 유체 투과성 히터 조립체에 관한 것이다.
성능이 개선된 유체 투과성 히터 조립체를 갖는 것이 바람직할 것이다. 특히, 최적화된 접촉 및 가열 성능을 가진 유체 투과성 히터 조립체를 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따르면, 에어로졸 발생 시스템용 유체 투과성 히터 조립체가 제공된다. 유체 투과성 히터 조립체는 도전성 편평한 필라멘트 배열, 및 편평한 필라멘트 배열과 전기적으로 접촉하고 편평한 필라멘트 배열을 외부 전원에 연결하기 위한 제1 접점 및 제2 접점을 포함한다. 종축은 제1 접점과 제2 접점 사이에 형성된다. 히터 조립체에서, 중심 저항(Rc)은 종축 상에 위치하는 2개의 지점(그중 하나는 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 40%만큼 떨어진 거리에 위치하고, 다른 하나는 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 60%만큼 떨어진 거리에 위치함) 사이의 전기 저항이다. 제1 저항(R1)은 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 20%만큼 떨어진 거리에서 종축 상에 위치하는 지점과 제1 접점 사이의 전기 저항이다. 제2 저항(R2)은 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 80%만큼 떨어진 거리에서 종축 상에 위치하는 지점과 제2 접점 사이의 전기 저항이다. 중심 저항 대 제1 저항의 비(Rc/R1)는 2 내지 400이고, 중심 저항 대 제2 저항의 비(Rc/R2)는 2 내지 400이다.
바람직하게는, 중심 저항 대 제1 저항의 비(Rc/R1)는 2 내지 300, 더 바람직하게는 40 내지 200이다.
바람직하게는, 중심 저항 대 제2 저항의 비(Rc/R2)는 2 내지 300, 더 바람직하게는 40 내지 200이다.
히터 조립체는 제1 접점과 제2 접점 사이의 전기 저항에 상응하는 전체 저항(Rt)을 포함한다.
바람직하게는, 중심 저항 대 전체 저항의 비(Rc/Rt)는 적어도 0.3 또는 0.4, 바람직하게는 0.5 또는 0.6 또는 0.7에 해당한다.
바람직하게는, 제1 저항 대 전체 저항의 비(R1/Rt)는 0.005 내지 0.125, 바람직하게는 0.01 초과, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.1이다.
바람직하게는, 제2 저항 대 전체 저항의 비(R2/Rt)는 0.005 내지 0.125, 바람직하게는 0.01 초과, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.1이다.
바람직하게는, 중심 저항(Rc)은 제1 접점과 제2 접점 사이의 히터 조립체의 전체 전기 저항(Rt)의 적어도 50%에 해당한다. 바람직하게는, 제1 저항 및 제2 저항은 각각 전체 전기 저항의 최대 약 13% 및 전체 전기 저항(Rt)의 최소 약 0.5%에 해당한다.
중심 저항(Rc)은 전체 저항(Rt)의 약 99%까지 해당할 수 있다. 바람직하게는, 중심 저항은 전체 저항(Rt)의 약 80% 내지 약 98%, 더 바람직하게는 약 90% 내지 약 95%에 해당한다. 필라멘트 배열의 하나의 선택된 영역에서의 이러한 높은 전기 저항은 이 가열 영역에서 표적화된 필라멘트의 저항 가열이 이루어지게 하고 증발될 에어로졸 형성 유체가 효율적으로 증발되게 한다.
대체로 "약"이라는 용어가 본원 전체에 걸쳐 특정한 값에 관하여 사용될 때마다, "약"이라는 용어 다음에 오는 값이 기술적 고려 사항들 때문에 정확하게 그 특정한 값일 필요는 없다는 의미로 이해해야 한다. 그러나, 특정한 값에 관한 용어 "약"은, 용어 "약" 다음에 오는 특정한 값을 항상 포함하는 것이며 또한 명시적으로 개시하는 것으로 이해해야 한다.
상대적으로 낮은 제1 저항 및 제2 저항(R1, R2)을 포함하는 제1 접점 및 제2 접점의 인접 영역, 및 그 사이의 영역은 히터 조립체의 전기 접촉 영역을 정의한다. 접촉 영역은 필라멘트 배열의 접촉 영역을 통해 흐르는 전류를 열로 변환시키지 않거나 실질적으로 변환시키지 않도록 설계된다. 상대적으로 높은 중심 저항을 포함하는 제1 접점 및 제2 접점 사이의 중심 영역은 히터 조립체의 가열 영역을 정의한다.
상기 정의된 범위에서, 중심 저항과 제1 및 제2 저항(특히, 제1 및 제2 접점에 가까운 위치에서의 낮은 전기 저항) 사이의 전기 저항의 비가 각각 전체 전기 저항의 최대 약 13%에 상응하고, 동시에 전체 전기 저항의 최소 약 0.5%에 상응하면 히터 조립체의 성능에 유리한 것으로 밝혀졌다.
접점에 가까운 위치에서의 낮은 전기 저항은 바람직하게는 가열 영역의 전기 저항보다 훨씬 작다. 접점에 가까운 위치에서의 전기 저항은 또한 정의된 최소값을 가질 수 있다.
접점에 가까운 위치에서의 낮은 전기 저항은, 예를 들어 필라멘트 배열의 가열 영역에 대해 바람직한 메쉬와 같이 낮은 메쉬 밀도를 갖는 메쉬를 포함하는 필라멘트 배열을 포함하는 히터 조립체와 비교하여 히터 조립체의 전기적 접촉에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 또한, 낮은 전기 저항은 가열이 요구되는, 보다 중심에 배치된 가열 영역에 가열 전류가 양호하게 전달되도록 한다. 반면에, 중심 저항 대 제1 저항 및 제2 저항의 비가 특정되는 경우, 구체적으로, 접촉 영역에서 전기 저항이 최소화되면 가열 영역으로부터 접촉 영역으로의 방열을 제한하는 이점을 갖는다. 이로써, 증발이 일어나는 히터 조립체의 중심 표면에 열이 유지될 수 있다. 히터 또는 각각의 에어로졸 발생 장치의 전반적인 전력 소모가 제한될 수 있다. 또한, 접촉 영역에 존재할 수 있는 임의의 오버몰딩(overmoulding) 재료, 통상적으로 중합체 재료는 열에 의한 영향이 적다.
예를 들어, 가열 영역 및 접촉 영역의 특정 재료, 크기 또는 구조를 선택함으로써 히터 조립체에서의 저항 분포를 이렇게 가변 시키면, 필라멘트 배열의 전체 크기를 변화시킬 수 (구체적으로는 확대시킬 수) 있지만, 가열 영역을 확대함에 있어서 심하게 변화시키지는 않는다. 이것은 에어로졸 발생 장치의 동력 시스템에 지나친 부담을 부과하지 않기 위해 요구되거나 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 히터 조립체는 약 0.5 Ω 내지 약 4 Ω, 보다 바람직하게는 약 0.8 Ω 내지 약 3 Ω, 훨씬 더 바람직하게는 약 2.5 Ω의 전체 저항(Rt)을 가질 수 있다.
바람직하게는, 중심 저항(Rc)은 약 0.5 Ω보다 높고, 보다 바람직하게는 약 1 Ω보다 크며, 훨씬 더 바람직하게는 약 2 Ω이다.
바람직하게는, 제1 저항(R1)은 약 100 mΩ보다 낮고, 더 바람직하게는 약 50 mΩ보다 낮으며, 예를 들어 저항은 약 5 mΩ 내지 약 25 mΩ이다. 바람직하게는, 제1 저항은 약 3 mΩ보다 크고, 더 바람직하게는 약 5 mΩ보다 높다.
바람직하게는, 제2 저항(R2)은 약 100 mΩ보다 낮고, 더 바람직하게는 약 50 mΩ보다 낮으며, 예를 들어 저항은 약 5 mΩ 내지 약 25 mΩ이다. 바람직하게는, 제2 저항은 약 3 mΩ보다 높고, 더 바람직하게는 약 5 mΩ보다 높다.
본 출원 전반에 걸쳐, 값이 언급될 때마다, 값이 명시적으로 개시되는 것으로 이해되어야 할 것이다. 그러나, 기술적 고려로 인해 값이 정확하게 특정 값일 필요가 없는 것으로도 이해되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 히터 조립체의 저항은, 예를 들어, 메쉬 필라멘트를 포함하는 종래 기술의 히터 조립체와 상이하며, 전체 필라멘트 배열에 걸쳐 동일한 메쉬 밀도를 갖는 균일한 메쉬가 히터 조립체에 장착되거나, 필라멘트 배열이 2개의 측면 금속판을 접촉부로 갖는 메쉬로 구성되는 경우에 사용된다. 접촉 영역에서의 저항은 금속판을 접점으로 사용할 때보다 높지만 예를 들어 중심 가열 영역에 사용되는 재료 또는 필라멘트 배열에 따라 가열 영역에서 동일하거나 더 높을 수 있다.
접점 가까이에서는 전기 저항이 낮게 정의되므로, 히터 조립체에 대한 저항은 히터 조립체를 조립하고 사용하는 것을 비롯하여 필라멘트 배열과 접촉하여 가열하는 것을 고려하여 최적화될 수 있다.
히터 조립체의 중심 저항의 값은 바람직한 증발 결과에 따라 또는, 예를 들어, 히터 조립체의 파라미터 또는 히터 조립체가 함께 사용될 에어로졸 발생 장치의 파라미터에 따라 정의되고 선택될 수 있다. 예를 들어, 중심 저항의 값은 증발될 액체(점도, 증발 온도, 증발된 물질의 양 등)에 따라 선택될 수 있다.
바람직하게는, 가열 영역의 배치 및 전기 저항은 필라멘트 배열의 중심 표면의 필라멘트에 의해 효율적으로 가열되고 증발될 액체에 맞게 제공되고 구성된다.
바람직하게는, 히터 조립체 또는 필라멘트 배열의 제1 측면 및 제2 측면의 접촉 영역의 배치 및 전기 저항은 필라멘트 배열이 외부 전원에 양호하게 접촉되도록 제공되고 구성된다. 접촉 영역은 가열 영역 또는 필라멘트 배열의 중심 표면과 각각 최적의 상호 작용을 하도록 또한 구성된다.
본 발명에 따른 히터 조립체는 종축 상에 위치한 2개의 지점(그중 하나는 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 20%만큼 떨어진 거리에 위치하고, 다른 하나는 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 40%만큼 떨어진 거리에 위치함) 사이의 전기 저항에 상응하는 제1 전이 저항(R1tp)을 더 포함한다. 히터 조립체는 종축상에 위치한 2개의 지점(그중 하나는 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 60%만큼 떨어진 거리에 위치하고, 다른 하나는 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 80%만큼 떨어진 거리에 위치함) 사이의 전기 저항에 상응하는 제2 전이 저항(R2tp)을 더 포함한다. 제1 전이 저항 대 제1 저항의 비(R1tp/R1)는 1.1 내지 400이고, 제2 전이 저항 대 제2 저항의 비(R2tp/R2) 는 1.1 내지 400이며, 중심 저항 대 제1 전이 저항의 비(Rc/R1tp)는 1.1 내지 400이고, 중심 저항 대 제2 전이 저항의 비(Rc/R2tp)는 1.1 내지 400이다.
바람직하게는, 비(R1tp/R1, R2tp/R2, Rc/R1tp 및 Rc/R2tp)는 2 내지 300, 더 바람직하게는 40 내지 200이다.
제1 전이 저항(R1tp)을 포함하는 필라멘트 배열의 제1 전이면은 제1 측면과 필라멘트 배열 사이, 또는 히터 조립체의 중심 표면 사이에 각각 배치된다. 제2 전이 저항(R2tp)을 포함하는 필라멘트 배열의 제2 전이면은 제2 측면과 중심 표면 사이에 배치된다. 각각의 전이면은, 대응하는 제1 또는 제2 측면의 제1 또는 제2 저항 내지 중심 표면의 중심 저항의 범위에 실질적으로 있는 전기 저항을 포함한다.
전이 전기 저항의 제공에 의해, 예를 들어 전기 저항의 구배를 제공함으로써, 히터 조립체에 대한 전력 분배의 매끄러운 전환 및 각각의 가열이 달성될 수 있다.
바람직하게는, 전이 저항은 중심 저항보다 제1 저항 또는 제2 저항에 더 가깝다.
제1 및 전이 저항 및 제2 전이 저항은 히터 조립체의 제1 접점 및 제2 접점 사이에서 종축의 20%에 걸쳐 연장된다.
용어 '편평한' 히터 조립체 또는 '편평한' 필라멘트 배열은, 실질적으로 2개의 치수를 갖는 위상 다양체의 형태인 필라멘트 배열 또는 편평한 히터 조립체를 지칭하기 위해 명세서 전반에 걸쳐 사용된다. 따라서, 편평한 필라멘트 배열 및 편평한 히터 조립체는 제 3의 치수에서 보다는 표면을 따라 2개의 치수에서 연장된다. 구체적으로, 편평한 필라멘트 배열의 표면 내에서 2개의 치수는, 그 표면에 법선 방향인 제 3의 치수보다 적어도 5배 더 크다. 편평한 필라멘트 배열 및 편평한 히터 조립체의 일례는 2개의 실질적으로 평행한 가상면 사이의 구조이고, 이러한 2개의 가상면 간의 거리는 표면들 내의 연장부보다 실질적으로 작다. 일부 바람직한 구현예들에서, 편평한 필라멘트 배열은 평탄면이고 편평한 히터 조립체는 실질적으로 평탄면이다. 다른 구현예들에서, 편평한 필라멘트 배열은 및 편평한 히터 조립체는, 하나 이상의 치수를 따라 휘어져, 예를 들어, 돔 형상 또는 브리지 형상을 형성한다.
편평한 필라멘트 배열은 바람직하게는 편평한 가열 요소에 사용되며, 제조 동안 쉽게 취급될 수 있으며, 견고한 구조를 제공한다.
용어 '필라멘트'는, 2개의 전기 접촉부 사이에 배치된 전기적 경로를 가리키도록 명세서 전체에 걸쳐 사용된다. 필라멘트는, 임의로 분기되어 여러 개의 경로 또는 필라멘트로 각각 분기되거나, 여러 전기적 경로로부터 하나의 경로로 수렴될 수 있다. 필라멘트는 원형, 정사각형, 편평하거나 임의의 다른 형태의 단면을 가질 수 있다. 필라멘트는 직선형 또는 곡선형으로 배치될 수 있다.
용어 '필라멘트 배열'은, 하나의 필라멘트 또는 바람직하게는 복수의 필라멘트의 배열을 가리키도록 명세서 전체에 걸쳐 사용된다. 필라멘트 배열은, 예를 들어, 서로 평행하게 배치된 필라멘트의 어레이일 수 있다. 바람직하게, 필라멘트는 메쉬를 형성할 수 있다. 메쉬는 직물 또는 부직포일 수 있다. 바람직하게는, 필라멘트 배열은 약 0.5 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 두께를 가진다. 필라멘트 배열은 예를 들어, 평행형 또는 십자형 도전성 필라멘트 어레이의 형태일 수 있다. 필라멘트는 예컨대 측면을 비롯하여 중심 표면에서 필라멘트 또는 개구를 형성하도록 에칭되는, 도전성 포일, 예를 들어 스테인리스 강 포일로 형성된 전기 접촉부와 일체로 형성될 수 있다.
필라멘트 배열의 중심 표면은 필라멘트 배열의 제1 측면 및 제2 측면 사이에 항상 배치된다. 바람직하게는, 중심 표면은 제1 및 제2 측면 사이의 기하학적인 중간에 배치된다. 예를 들어 직사각형 형상의 필라멘트 배열과 같이 횡방향보다는 길이 방향으로 더 연장된 필라멘트 배열에서, 측면을 비롯하여 중심 표면도 길이 방향 형상 또는 직사각형을 가질 수 있다.
필라멘트 배열의 제1 측면 및 제2 측면의 전기 저항은 필라멘트 배열을 통한 가열 체제에 따라 또는 필라멘트 배열을 히터 기재에 접촉시키는 방식 또는 히터 조립체와 접촉하는 방식에 따라 선택될 수 있다.
제1 저항 및 제2 저항은 2개의 측면 각각에 걸쳐 동일하게 분포될 수 있다.
제1 저항 및 제2 저항은 2개의 측면 각각에 걸쳐 불규칙하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 보다 높은 전기 저항이 에지 영역에 제공될 수 있고 더 낮은 전기 저항이 측면의 중심 영역에 제공될 수 있다.
제1 저항 및 제2 저항은 중심 저항에 대해 동일하거나 대칭일 수 있다. 그러나, 제1 저항 및 제2 저항은 상이할 수 있다. 인가된 전압(제1 접점 또는 제2 접점이 접지되거나 전압에 연결됨)을 고려하면, 필라멘트 배열의 배치에 따라 약간 상이한 국지적 가열이 있을 수 있다. 제1 측면 및 제2 측면에서 상이한 전기 저항, 예를 들어 상이한 필라멘트 재료 또는 필라멘트 밀도가 사용되어 가열에서의 차이를 안정화시키고, 히터 조립체에 대한 온도 변화를 평형시킬 수 있다. 따라서, 필라멘트 배열의 전체 가열 영역에 대한 일관된 가열이 지원될 수 있다.
본 발명에 따른 편평한 유체 투과성 히터 조립체는 또한 종축에 대하여 중심 저항의 편차, 또는 제1 저항 및 제2 저항의 편차, 또는 중심 저항 및 제1 저항 및 제2 저항의 편차를 포함할 수 있다.
히터 조립체는 제1 접점으로부터 제2 접점까지 연장되는 길이 방향 중심 영역을 포함하되, 길이 방향중심 영역의 전기 저항은 길이 방향 중심 영역 외부의 전기 저항보다 낮다.
예를 들어, 더 적거나 더 작은 필라멘트는 길이 방향 중심 영역에 배치되지 않고 필라멘트 배열을 따라 에지 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 메쉬 밀도는 필라멘트 배열을 따라 길이 방향 측 영역보다 길이 방향 중심 영역에서 더 높을 수 있다. 이로써, 중심 표면의 중심 영역에 배전이 집중될 수 있다. 이러한 특이적 배전은, 예를 들어, 길이 방향 중심 영역의 외부보다 길이 방향 중심 영역에 더 많은 필라멘트가 종축 방향으로 배치되는, 편평한 필라멘트 배열에 의해 실현될 수 있다.
전기 저항은 필라멘트 배열에 사용된 재료의 선택, 또는 필라멘트 배열에서의 필라멘트의 크기 및 배치에 의해 정의되고 변경될 수 있다. 바람직하게는, 필라멘트 재료를 미리 선택함으로써, 전기 저항은 필라멘트 배열의 개방 면적 대 전체 면적의 비에 의해 정의된다.
예를 들어, 유체 투과성 히터 조립체는 편평한 도전성 필라멘트 배열, 및 편평한 필라멘트 배열을 전기적으로 접촉시키기 위한 제1 접점 및 제2 접점을 포함한다. 종축은 제1 접점과 제2 접점 사이에 형성된다. 히터 조립체에서, 중심 표면(Sc)은 종축에 수직으로 놓이고 2개의 지점(그중 하나는 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 40%만큼 떨어진 거리에 위치하고, 다른 하나는 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 60%만큼 떨어진 거리에 위치함)에서 종축을 가로 지르는 2개의 선 사이에서 연장되는 히터 조립체의 영역이다. 제1 측면(S1)은 종축에 수직으로 놓이고, 제1 접점과, 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 20%만큼 떨어진 거리에 위치하고 종축 상에 배치된 지점에서 연장되는 히터 조립체의 영역이다. 제2 측면(S2)은 종축에 수직으로 놓이고, 제2 접점과, 제1 접점으로부터 제1 접점과 제2 접점 간 거리의 80%만큼 떨어진 거리에 위치하고 종축 상에 배치된 지점에서 연장되는 히터 조립체의 영역이다.
중심 표면(Sc)은 개방 영역(ScOA)을 형성하는 복수의 개구를 포함하고, 제1 측면(S1)은 개방 영역 (S1OA)을 형성하는 복수의 개구를 포함하고, 제2 측면(S2)은 개방 영역(S2OA)을 형성하는 복수의 개구를 포함한다. 중심 표면의 개방 영역 대 제1 측면의 개방 영역의 비(ScOA/S1OA)는 1.1 내지 30이며, 중심 표면의 개방 영역 대 제2 측면의 개방 영역의 비(ScOA/S1OA)는 1.1 내지 30이다. 바람직하게는, 중심 표면의 개방 영역 대 제1 측면 또는 제2 측면의 비(ScOA/S1OA 또는 ScOA/S2OA)는 2 내지 28, 예를 들어 2 내지 15 또는 15 내지 28이다.
중심 표면의 개방 영역(ScOA)은 중심 표면의 전체 영역의 약 40% 내지 약 90%일 수 있다. 바람직하게는, 중심 표면의 개방 영역은 약 50% 내지 약 80%, 더 바람직하게는 약 50% 내지 약 70%이다.
히터 조립체는 필라멘트 배열에 대하여 종축의 길이를 따라 일정한 폭을 가질 수 있다.
히터 조립체의 폭은 종축의 길이를 따라 변할 수 있다. 이러한 경우에, 개방 영역을 계산하기 위한 목적으로, 히터 조립체는 종축에 대해 가장 멀리있는 필라멘트 배열 지점을 통과하는 종축에 평행한 2개의 선 사이의 직사각형 영역으로 간주된다. 이로써, 히터 조립체의 더 좁은 부분에서 필라멘트 배열의 부재는 개방 영역으로 간주된다.
대부분의 가열은 2개의 접점 사이의 히터 조립체의 중심 표면에서 발생할 수 있다. 측면에서는 가열이 거의 일어나지 않을 수 있다.
중심 표면의 개방 영역은 다수의 개구에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 개구는 기화될 유체가 개구 안으로 침투하여 유체가 직접적이고 효율적으로 가열될 수 있도록 최적화된 크기 및 분포를 갖는 것이 바람직하다.
각 측면의 개방 영역은 중심 표면의 개방 영역보다 작다. 그러나, 바람직하게는 제1 측면의 개방 영역은 제1 측면의 전체 영역의 약 10%보다 크지 않고, 제2 측면의 개방 영역은 제2 측면의 전체 영역의 약 10%보다 또한 크지 않다. 측면의 개방 영역은 측면 전체 영역의 약 5 내지 약 35%, 예를 들어 약 5 내지 약 20%, 또는 약 5 내지 약 15%의 범위에 각각 있을 수 있다.
측면의 개방 영역이 작거나 거의 없는 경우, 예를 들어, 필라멘트 배열의 중심 표면에 대해 바람직한 메쉬와 같은 낮은 밀도를 갖는 메쉬와 비교하여 이들 측면에서의 전기 접촉이 강화될 수 있다.
또한, 복수의 개구가 측면에 있는 경우, 히터 조립체 밖으로의 액체의 유출이 제한될 수 있다. 통상적으로, 액체는 액체 저장조, 예를 들어 탱크 시스템 또는 카트리지로부터 히터 조립체까지 공급된다. 액체는 액체가 가열되고 기화될 수 있는 중심 표면의 복수의 개구 내로 침투한다.
액체는, 예를 들어 모세관력을 통해, 히터 기재와 히터의 방사상 외측으로의 접촉부 사이를 통과하려는 경향이 있다. 이러한 효과는 종래 기술의 필라멘트 배열에서와 같이 접촉부로서 포일을 사용할 때 실질적일 수 있다.
측면에 복수의 개구를 제공함으로써, 액체는 개구로 들어가고 따라서 측면에 유지될 것이다.
또한, 접촉부의 오버몰딩이 용이해진다. 오버몰딩은 통상적으로 접촉부를 안정시키기 위해, 예를 들어 얇은 접촉 포일 또는 느슨한 메쉬를 사용할 때 사용된다. 측면은, 예를 들어 내열성 중합체로 오버몰딩될 수 있다. 오버몰딩은 개별 필라멘트의 변위 또는 필라멘트 에지가 풀어지는 것을 방지할 수 있다. 측면 또는 전체 접촉 부분의 오버몰딩으로 측면의 안정성이 강화될 수 있다. 이는 히터 조립체를 조립할 때 필라멘트 배열의 장착을 용이하게 할 수 있다. 또한 필라멘트 배열의 형태와 형상을 유지하는 것을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 필라멘트 배열을 사용하는 히터의 재현성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.
오버몰딩 재료는 본 발명에 따른 유체 투과성 히터에서 사용하기에 적합한 임의의 재료일 수 있다. 오버몰딩 재료는 예를 들어 고온(300℃ 초과)을 견딜수 있는 재료, 예를 들어 폴리이미드 또는 예를 들어 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 열가소성 재료일 수 있다.
필라멘트 배열에서, 오버몰딩 재료는 제1 및 제2 측면의 개구 내로 침투할 수 있다. 개구는, 예를 들어, 필라멘트 배열에서 마이크로채널을 형성할 수 있다. 따라서, 필라멘트 배열의 재료와 오버몰딩 재료 간의 연결이 강화될 수 있다. 개방 영역의 낮은 값, 특히 작은 크기의 개구는 오버몰딩 재료가 측면에 유지되고 통과되지 않는 것을 추가적으로 지지할 수 있다.
필라멘트 배열에 다수의 개구가 제공되면, 오버몰딩된 측면에서 또한 누설이 방지되거나 감소될 수 있다. 오버몰딩된 측면이 편평하지 않으므로, 표면 요철이 액체를 유지시키는 역할을 할 수 있다.
필라멘트 배열의 중심 표면에서의 개방 영역의 비 또는 개방 영역의 값 또는 중심 표면의 복수의 개구의, 개구 수, 크기 및 배열은, 예를 들어, 증발될 액체에 따라 선택될 수 있다(점도, 증발 온도, 증발된 물질의 양 등).
필라멘트 배열의 제1 측면 및 제2 측면에서 개방 영역의 비 또는 개방 영역의 값은, 예를 들어, 필라멘트 배열을 통한 가열 방식에 따라 또는 필라멘트 배열을 히터 기재에 접촉시키는 방식 또는 히터 조립체와 접촉시키는 방식에 따라 선택될 수 있다. 2개의 측면에서의 개방 영역의 값은, 예를 들어, 사용된 오버몰딩 재료(유속, 오버몰딩 중 온도 등)에 따라 또한 선택될 수 있다.
측면에서의 복수의 개구는 2개의 측면의 각각에 걸쳐 균일하고 규칙적으로 배치될 수 있다.
측면에서의 복수의 개구는 2개의 측면의 각각에 불규칙적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 보다 많은 개구 또는 더 큰 개구가 에지 영역에 제공될 수 있고, 더 작은 개구 또는 더 적은 수의 개구가 측면의 중심 영역에 구비될 수 있다.
2개의 측면의 개구의 양 및 분포는 중심 표면에 대해 동일하거나 대칭일 수 있다. 그러나, 2개의 측면에서의 개구의 양 및 분포는, 예를 들어, 필라멘트 배열에 대한 특이적 전력 인가로 인한 가열의 차이를 균일하게 하기 위해, 2개의 측면에서 상이할 수 있다.
측면과 중심 표면 사이에 배치된 전이면은 측면의 개방 영역으로부터 중심 표면의 개방 영역까지의 개방 영역 구배를 포함할 수 있다.
편평한 필라멘트 배열은 예를 들어 천공된 시트일 수 있다. 천공된 시트의 중심 표면은 복수의 개구에 의해 서로 분리되거나 이격된 복수의 히터 필라멘트를 포함할 수 있다. 천공된 시트의 측면은 각각 복수의 개구를 포함할 수 있다.
개구는, 예를 들어, 화학적 에칭 또는 레이저 처리에 의해 제조될 수 있다.
편평한 필라멘트 배열은 예를 들어, 메쉬 배열일 수 있으며, 중심 표면의 메쉬 및 제1 및 제2 측면의 메쉬는 각각 메쉬 밀도를 포함한다. 중심 표면의 메쉬 밀도는 제1 측면 및 제2 측면 각각의 메쉬 밀도보다 낮다. 따라서, 전기 저항은 중심 표면보다 2개의 측면에서 더 낮다. 메쉬의 필라멘트 사이의 간극은 중심 표면의 개방 영역과 제1 및 제2 측면 각각의 개방 영역을 정의한다.
메쉬 배열은 다른 직조 모드를 적용하여 메쉬의 상이한 표면을 제조함으로써 제조될 수 있다. 이로써, 측면 및 중심 표면에 상이한 밀도의 메쉬를 갖는 메쉬의 단일 스트립 또는 연속적인 밴드가 제조될 수 있다. 연속적으로 생산된 메쉬 밴드는 적절한 크기의 메쉬 스트립으로 절단될 수 있다.
필라멘트 배열은 신뢰성 있고 반복 가능한 방식으로 낮은 비용으로 제조될 수 있다. 필라멘트 배열은 개별 필라멘트 배열 부분을 조립할 필요 없이 하나의 제조 단계에서 제조될 수 있다.
메쉬 배열에서, 전기 저항 구배에 대응하는 메쉬 밀도 구배가 제1 측면과 중심 표면 사이 및 중심 표면과 제2 측면 사이에 위치될 수 있다. 이러한 메쉬 구배는 중심 표면과 측면 사이의 전이면을 나타낼 수 있다.
중심 표면의 메쉬는 중심 표면의 메쉬의 씨실 애퍼쳐와 동일한 크기를 갖는 날실 애퍼쳐를 포함할 수 있다. 이로써, 중심 표면에 정방형의 개구를 갖는 메쉬를 제조할 수 있다.
제1 측면 및 제2 측면의 메쉬는 0보다 큰 씨실 애퍼쳐를 포함하고 날실 애퍼쳐는 포함하지 않을 수 있다. 이로써, 2개의 측면의 메쉬에 매우 작고 규칙적으로 배치된 개구가 제조될 수 있다.
바람직하게는, 동일한 수의 (날실)필라멘트가 필라멘트 배열의 전체 길이를 따라 필라멘트 배열의 직조 방향으로 서로 인접하여 배치된다. 이들 구현예에서, 연속적인 날실 필라멘트는 바람직하게는 적어도 제1 측면으로부터 제2 측면으로, 더 바람직하게는 필라멘트 배열의 전체 길이를 따라 연장된다. 이 방법에 의해, 2개의 측면의 날실 애퍼쳐가 중심 표면의 날실 애퍼쳐와 동일한 메쉬 배열이 제조될 수 있다.
바람직하게는, 필라멘트 배열은 메쉬 배열이다.
필라멘트 배열의 필라멘트의 경우, 필라멘트 배열을 제조하고 가열하기에 적합한 임의의 도전성 재료가 사용될 수 있다.
필라멘트 배열의 바람직한 재료는 금속 합금, 및 탄소 섬유를 포함하는 금속이다. 탄소 섬유는 필라멘트의 저항을 변화시키기 위해 금속 또는 다른 담체 재료에 첨가될 수 있다.
필라멘트 직경은 약 8 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 바람직하게는 약 10 ㎛ 내지 약 30 ㎛, 더 바람직하게는 12 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 예를 들어 약 16 ㎛일 수 있다.
메쉬로 만들어진 측면은 압축될 수 있다. 이에 의해, 메쉬의 개별 필라멘트 간의 전기 접촉이 향상되고, 따라서 필라멘트 배열과의 접촉이 향상될 수 있다.
중심 표면의 개구의 크기는 예를 들어 길이 및 폭 또는 직경이 약 25 ㎛ 내지 약 75 ㎛, 예를 들어 길이 및 폭 또는 직경이 약 60 내지 약 80 ㎛일 수 있다.
측면의 개구의 크기는 예를 들어, 약 0.5 ㎛ 내지 약 75 ㎛의 길이와 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 측면의 개구의 크기는, 길이가 약 0.5 ㎛까지 줄어들 때 예를 들어 약 75 ㎛의 폭을 갖는다. 바람직하게는, 측면의 개구의 크기는 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 직경 또는 상응하는 개구 영역을 갖는다.
편평한 필라멘트 배열의 중심 표면은 예를 들어, 약 5 ㎜2 및 약 35 ㎜2의 범위 내, 예를 들어 약 10 ㎜2 및 약 30 ㎜2의 범위 내, 예를 들어 약 25 ㎜2의 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 중심 표면은 직사각형, 바람직하게는 실질적으로 정사각형 형태, 예를 들어 약 5x5 ㎜2를 가진다. 방열은 길이와 폭이 거의 동일한 표면에서는 낮게 유지될 수 있다.
측면은 예를 들어, 약 3 ㎜2내지 약 15 ㎜2의 범위 내, 예를 들어 약 5 ㎜2 내지 약 10 ㎜2의 범위 내, 예를 들어 약 5 ㎜2 또는 약 10 ㎜2의 크기를 가질 수 있다.
필라멘트 상의 접촉부 또는 접점의 위치에 따라, 접점 간 거리는 필라멘트 배열의 전체 길이와 동일할 수 있다. 통상적으로, 2개의 접점 간 거리는 필라멘트 배열의 전체 길이보다 짧다. 바람직하게는, 접점을 넘어 길이 방향으로 연장되는 필라멘트 배열의 길이 방향 잔여 단부의 사양은 측면의 규격과 동일하거나 유사하다. 특히, 메쉬 필라멘트의 길이 방향 단부는 측면으로서 저항 및 개방 영역을 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 측면은 스트립의 형태, 예를 들어 약 5x(1~2) ㎜2의 직사각형 스트립을 갖는다.
접점 또는 측면의 크기는 각각 히터 조립체를 전원에 연결하는데 사용되는 커넥터와 양호한 접촉, 예를 들어 포고 핀(pogo pin) 접촉을 제공하도록 구성될 수 있다.
중심 표면에서의 복수의 개구에 있어서, 개구의 수는 예를 들어, ㎜2 당 약 5 내지 약 100개의 개구 범위, 바람직하게는 ㎜2 당 약 15 내지 약 70개의 개구, 예를 들어 ㎜2 당 약 40개의 개구이다.
측면에서의 복수의 개구에 있어서, 개구의 수는 예를 들어, ㎜2 당 약 20 내지 약 400개의 개구 범위, 바람직하게는 ㎜2 당 약 50 내지 약 350개의 개구, 예를 들어 ㎜2 당 약 300 내지 약 350개의 개구이다.
필라멘트 배열은 전처리될 수 있다. 전처리는 예를 들어 필라멘트 표면의 표면 특성을 개질하는 것과 같은 화학적 또는 물리적 전처리일 수 있다. 예를 들어, 필라멘트 표면은 바람직하게는 중심 표면 또는 가열 영역에서만 필라멘트의 습윤성을 강화시키도록 처리될 수 있다. 증가된 습윤성은 전자 기화 장치, 소위 e-액체로 통상적으로 사용되는 액체에 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. E-액체는 통상적으로 글리세롤 또는 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함한다. 액체는 또한 향미제 또는 니코틴을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가열된 필라멘트 배열에 의해 증발된 에어로졸 형성 액체는 적어도 하나의 에어로졸 형성제 및 액체 첨가제를 포함한다.
에어로졸 형성 액체는 물을 포함할 수 있다.
액체 첨가제는 액체 향미제 또는 액체 자극 물질 중 임의의 하나 또는 그 조합일 수 있다. 액체 향미제는, 예를 들어 담배 향미제, 담배 추출물, 과일 향미제 또는 커피 향미제를 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.
바람직하게는, 유체 투과성 히터 조립체는 기재를 관통하는 개구를 포함하는 기재를 포함한다. 편평한 도전성 필라멘트 배열은 기재의 개구 위로 연장된다. 히터 조립체는 편평한 필라멘트 배열을 기재에 부착하는 패스너(fastener)를 더 포함한다.
패스너는 그 자체가 도전성일 수 있고, 필라멘트 배열을 통해 가열 전류를 제공하기 위한 전기 접촉부의 역할을 할 수 있다.
패스너는 화학적 또는 기계적 패스너일 수 있다. 필라멘트 배열은 본드나 접착에 의해 기재에 부착될 수 있다.
바람직하게는, 패스너는 클램프, 스크류 또는 형태 고정(form-locking) 패스너와 같은 기계적 패스너이다. 클램프를 사용하여 필라멘트 배열을 히터 기재에 고정시키는 클램프 및 편평한 히터 조립체는 국제 특허 공개 제WO2015/117701호에 상세히 기재되어 있다. 국제 특허 공개 제WO2015/117701호에 대한 참조가 이루어지며, 동문서에서 사용 및 기술된 히터 조립체 및 클램프에 관한 내용은 본 명세서에 통합된다.
패스너는 상기 패스너 중의 하나 또는 조합일 수 있다.
바람직하게는, 히터 조립체는 편평한 히터 조립체, 바람직하게는 저항 가열 가능한 유체 투과성 편평한 히터 조립체이다.
본 발명에 따르면, 전동식 에어로졸 발생 시스템이 또한 제공된다. 시스템은, 에어로졸 발생 장치 및 에어로졸 형성 기재를 포함하는 카트리지를 포함한다. 시스템은, 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위해 본원에서 기술되는 바와 같이 본 발명에 따른 유체 투과성 히터 조립체를 더 포함한다. 카트리지는 개구를 갖는 하우징을 포함하고, 히터 조립체는 카트리지의 하우징의 개구를 가로 질러 연장된다. 에어로졸 발생 장치는 필라멘트 배열을 가열하기 위해, 카트리지를 수용하기 위한 공동 전원 및 전원을 히터 조립체에, 즉, 히터 조립체의 제1 접점 및 제2 접점에, 연결하기 위한 전기 접촉부를 정의하는 본체를 포함한다.
바람직하게는, 카트리지는 적어도 에어로졸 형성제 및 액체 첨가물을 포함하는 액체를 포함한다.
에어로졸 발생 시스템의 특징 및 이점은 본 발명에 따른 히터 조립체와 관련하여 기술되었다.
본 발명은 다음의 도면들에 의해 도시된 구현예들과 관련하여 더 설명되며, 도면들 중:
도 1은 히터 조립체의 저항 분포의 개략도이며;
도 2는 메쉬 배열의 개략도이며;
도 2a는 도 2의 메쉬 배열의 저항 분포의 개략도이며;
도 3은 메쉬 배열을 갖는 히터 조립체의 분해도이며;
도 4는 조립된 도 3의 히터 조립체를 도시하며;
도 5는 메쉬 배열을 갖는 히터 기재를 도시하며;
도 6은 도 5의 확대도이며;
도 7은 메쉬 배열의 전이 및 접촉 영역의 확대도를 도시하며;
도 8은 메쉬 히터의 주석-도금된 영역을 도시하며;
도 9는 메쉬 배열의 다른 구현예의 개략도이다.
도 1에서 위치 0%에서의 제1 접점 및 위치 100%에서의 제2 접점 사이의 히터 조립체의 종축(100)을 따른 저항 분포의 실시예에 대한 개략도가 도시된다. 수직축은 히터 조립체의 전체 저항(Rt)까지의 히터 조립체의 저항(R)을 나타낸다. 수평축(L[%])은 제1 접점부터 제2 접점까지 종축 상의 위치를 나타낸다.
도 1의 실시예에서, 히터 조립체는 제1 접점의 0%에서 시작하여 종축을 따라 제2 접점 방향으로 20% 이상 존재하는 제1 저항(R1)을 포함한다. 제1 전이 저항(R1tp)은 종축을 따라 20% 내지 40%로 존재한다. 중심 저항(Rc)은 종축을 따라 40% 내지 60%로 존재한다. 제2 전이 저항(R2tp)은 제1 접점 이후 종축을 따라 60% 내지 80% 사이의 지점으로부터 존재한다. 제2 저항은 80% 내지 100%, 즉 제1 및 제2 접점 사이의 종축을 따른 히터 조립체의 최종 20%에 걸쳐 존재한다.
히터 조립체는 제1 및 제2 접점에 접촉되고 전류는 히터 조립체의 필라멘트 배열을 통해 흐를 수 있다.
제1 저항(R1)은 전체 저항(Rt)의 최대 13%까지 그리고 총 저항(Rt)의 0.5%만큼 낮을 수 있다.
제1 및 제2 전이 저항(R1tp, R2tp)는 히터 조립체의 전이면에서의 광범위한 가열을 방지하기 위해 각각 중심 저항 보다 높지 않다. 통상적으로, 제1 및 제2 전이 저항(R1tp, R2tp)은 각각 제1 저항(R1)과 중심 저항(Rc) 또는 중심 저항(Rc)과 제2 저항(R2) 사이의 값을 갖는다. 중심 저항(Rc)은 히터 조립체의 전체 저항(Rt)의 약 50%이다. 바람직하게는, 중심 저항(Rc)은 전체 저항(Rt)의 50% 이상이다. 제2 번째 저항은 전체 저항(Rt)의 최대 13%까지, 전체 저항(Rt)의 0.5%까지 낮을 수 있다.
제1 및 제2 저항(R1, R2), 제1및 제2 전이 저항(R1tp, R2tp) 및 중심 저항 (Rc)은 히터 조립체의 전체 저항(Rt)에 더해진다.
도 2에서 저항성으로 가열될 수 있는 편평한 유체 투과성 히터용 메쉬 배열(1)이 도시된다. 메쉬 배열은 길이(101)(Lf)를 갖는 직사각형의 형상을 가진다. 메쉬 필라멘트는, 예를 들어 포고 핀(pogo pin)에 의해 접점(28, 48)에 의해 표시된 바와 같이 하나의 지점에서 접촉될 수 있다. 접점(28, 48) 위에 전압이 인가된다.
히터 조립체 내에 배치되고 접점(28, 48)에서 접촉될 때, 필라멘트 배열의 영역은 각각 제1 접점(28)과 제2 접점(48) 간 거리의 20% 이상으로 연장되는 히터 표면을 정의한다.
필라멘트 배열(1)의 중심 종축에 상응하는 종축(100)은 제1과 접점과 제2 접점(28, 48) 사이에 정의된다. 종축(100)을 따라 히터 표면의 저항이 측정된다(도 1 참조).
제1 측면(11)은 종축을 따라 제1 접점과 제2 접점(28, 48) 간 거리의 20% 이상 제1 접점(28)으로부터 제2 접점(48)의 방향으로 연장된다.
제1 전이면(12)은 종축을 따라 제1 접점과 제2 접점(28, 48) 간 거리의 20% 내지 40%로 연장된다.
중심 표면(13)은 종축을 따라 제1 접점과 제2 접점(28, 48) 간 거리의 40% 내지 60%로 연장된다.
제2 전이면(14)은 종축을 따라 제1 접점과 제2 접점(28, 48) 간 거리의 60% 내지 80%로 연장된다.
제2 측면(15)은 제1 접점(28)으로부터 제2 접점(48)의 방향으로 카운트된 종축을 따라 제1 접점과 제2 접점(28, 48) 간 거리의 80% 내지 100%로 연장된다.
중심 표면(13)은 전체 표면에 걸쳐 낮은 메쉬 밀도를 포함한다.
제1 및 제2 측면(11, 15)은 전체 표면에 걸쳐 높은 메쉬 밀도를 포함한다.
제1 및 제2 전이면(12, 14)은 높은 메쉬 밀도 부분과 낮은 메쉬 밀도 부분을 포함한다.
중심 표면(13)은 메쉬 배열의 주요 가열 영역이 되도록 설계된다.
도 2에서, 모든 히터 표면은 직사각형 형상을 갖고, 2개의 측면(11, 15)은 동일한 크기를 가진다.
제1 측면과 제2 측면(11, 15)의 메쉬는 중심 표면(13)의 메쉬보다 밀도가 높다. 바람직하게는, 측면의 메쉬의 밀도는 동일하다. 측면의 메쉬 밀도는, 예를 들어 이들 영역에서 상이한 크기의 메쉬 필라멘트를 보상하기 위해 또는 예를 들어 메쉬 배열을 통해 흐르는 전류의 유동 방향으로 인한 가열 차이를 균일하게 하기 위해 또한 상이할 수 있다.
측면(11, 15)의 메쉬는 바람직하게는 제1 측면과 제2 측면의 각각의 전체 면적의 20% 미만인 메쉬의 필라멘트 사이의 간극의 합에 의해 정의된 개방 영역을 가진다. 따라서, 제1 측면과 제2 측면(11, 15)에서, 개방 영역은 각각 바람직하게는 최대 약 1 ㎜2이고, 제1 측면과 제2 측면의 각각의 전체 크기는 약 4~5 ㎜2이다.
접점(28, 48) 간에 흐르는 전류는 보다 높은 저항을 따라 중심 표면(13) 및 전이면 (12, 14)에서 메쉬 필라멘트의 저항 가열을 일으킨다.
도 2a에서 도 2의 메쉬 배열의 개략적인 저항 분포가 도시된다.
도 2a에서 저항 분포가 제1 접점과 제2 접점(28, 48) 간 종축(100)을 따라 나타난다.
통상적으로, 접점(28, 48)은 필라멘트 배열의 근단부에 배치되지 않는다. 따라서, 필라멘트 배열의 전체 길이(101)가 필라멘트 배열을 포함하는 히터 조립체의 저항에 기여하는 것은 아니다.
도 2의 메쉬 배열은 예를 들어, 메쉬 밀도 구배를 갖는 임의의 전이부를 갖지 않는다. 따라서, 제1 전이 저항(R1tp)은 처음에는 측면(11)에서 제1 저항(R1)과 동일하고, 그 다음에는 중심 표면(13)의 중심 저항(Rc)과 동일하다. 따라서, 종축(100)을 따라 제1 접점(28)에서 제2 접점(48)으로의 방향으로 볼 때 제2 전이 저항(R2tp)은 처음에는 먼저 중심 표면(13)의 중심 저항 (Rc)과 같고 제2 측면(15)의 제2 저항(R2)과 동일하다. 따라서, 낮은 메쉬 밀도를 포함하는 도 2의 메쉬 배열의 가열 영역과 고 저항은 필라멘트 배열의 약 50%에 걸쳐 연장된다. 낮은 메쉬 밀도 및 낮은 제1 저항과 제2 저항(R1, R2)을 포함하는 2개의 측면(12, 15)은 2개의 접점(28, 48) 간 거리의 20%에 걸쳐 각각 연장된다.
도 3 및 도 4는 메쉬 배열을 갖는 편평한 유체 투과성 히터 조립체의 셋업의 예를 개략적으로 도시한다. 도 3의 히터의 분해도에서, 메쉬 배열(1) 및 2개의 금속 시트(6) 형태의 전기 절연 기재(50), 히터 요소 및 필라멘트 배열이 도시된다. 금속 시트는, 커넥터의 전기 접촉, 예를 들어 접촉 핀을 메쉬 배열(1)의 길이 방향 단부(20)와 바꾸기 위해 주석 시트일 수 있다.
기재(50)는 원형 디스크의 형태를 갖고, 중심에 배치된 개구(51)를 포함한다. 기재는 기재 내에서 서로 대각선으로 대향하여 배치된 2개의 보어홀(52)을 포함한다. 보어홀(52)은 예를 들어 에어로졸 발생 장치에 히터 조립체를 위치시키고 장착시키는 역할을 할 수 있다.
메쉬 배열(1)은 중심 표면(13) 메쉬 배열(1)은 중심 표면(13) 및, 도 3 및 도 4에 도시된 구현예에서 2개의 PEEK 오버몰딩된 길이 방향 단부(20)를 포함한다. 메쉬 배열은 직사각형으로 형성된 중심에 배치된 개구(51) 위에 배치되고 기재(50) 위에 배치된다. 낮은 메쉬 밀도를 포함하는 전이면의 일부를 포함하는 메쉬 배열의 전체 중심 표면(13) 개구(51) 위에 놓이게 된다. 2개의 길이 방향 단부(20), 특히 PEEK 및 주석 도금(금속 시트(6)로 덮임)으로 오버몰딩된 부분은 기재(50) 상에 놓이게 된다.
중심 표면(13)의 메쉬의 폭은, 중심 표면(13)의 양 측방향 면 상에서 개구(51)의 개구부(511)가 형성되도록 개구(51)의 폭보다 작다. 개구부(511)는 메쉬로 덮여 있지 않다. 주석 도금된 밀도가 높은 길이 방향 단부의 메쉬는 메쉬 자체보다 더 많은 편평한 접촉 영역(24)을 형성한다. 접촉 영역(24)은 히터 조립체의 기재(50)의 상부 표면에 평행하게 배치된다. 접촉 영역(24)은 예를 들어 배터리로부터 전기 커넥터에 의해 히터 조립체와 접촉하기 위한 것이다.
도 4는 조립된 상태의 도 3의 히터 조립체를 도시한다. 메쉬 배열(1)은 기계적 수단 또는 예를 들어 접착제에 의해 기재(50)에 부착될 수 있다.
도 5는 메쉬 배열(1)이 부착된 히터 기재(50)를 도시한다. 메쉬 배열은 히터 조립체의 접촉 영역(24)에서 높은 밀도 메쉬를 갖는 직사각형의 메쉬 스트립 및 히터 조립체의 가열 면적을 정의하는 사이에 낮은 밀도 메쉬이다.
이는 도 5의 상세한 확대도인 도 6에서 더 잘 보일 수 있다. 메쉬 배열의 중심 표면(13)의 낮은 밀도 메쉬는 ㎛ 범위, 예를 들어 70 ㎛의 직사각형 간극(30)을 가진다. 필라멘트의 와이어 직경이 16 ㎛인 경우, 중심 표면의 개방 면적은 중심 표면의 전체 면적의 약 75%를 덮는다.
메쉬 배열의 측면(11)의 높은 밀도 메쉬는 약 0.1 ㎛ x 5 ㎛ 더 작은 간극(21)을 가진다. 필라멘트 직경이 16 ㎛일 때, 측면의 개방 면적은 각각의 측면의 전체 면적의 약 3%를 덮는다.
메쉬 배열은 상이한 직조 모드로 하나의 조각으로 생산되었다.
직조 방향의 필라멘트의 양은 전체 필라멘트 배열에 대해 동일하다. 직조 방향은 필라멘트 배열의 날실 방향에 대응하고, 날실 방향은 메쉬 배열의 주된 전류 흐름 방향에 대응한다. 그러나, 씨실 방향(날실 방향에 수직)의 필라멘트의 직조 밀도가 측면(11)에서 향상된다. 씨실 방향의 필라멘트 간의 거리는 측면(11, 15)에서 0으로 감소될 수 있다.
생산 모드에 따라, 메쉬 밀도의 전이가 중심 표면(13)과 측면(11) 사이에 제공될 수 있으며, 예를 들어 메쉬 밀도의 밀도 구배가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 밀도 구배는 중심 표면의 메쉬의 낮은 밀도에서 측면의 메쉬의 높은 밀도로 부드럽게 바뀌며 그 반대도 마찬가지이다.
도 7에서 측면(22)의 높은 밀도 메쉬는 압축되어 메쉬의 개별 필라멘트 사이의 전기 접촉을 개선한다. 날실 필라멘트(35) 간의 필라멘트 거리에 대한 필라멘트는 약 25 ㎛ 내지 75 ㎛이며, 도 7에서는 약 70㎛이다. 씨실 필라멘트(36)의 필라멘트 대 필라멘트 거리는 0이다. 측면의 개방 영역은 직조를 통한 필라멘트 배열의 제조에 의해 발생된다.
메쉬 배열의 길이 방향 단부의 전기적 접촉을 개선하기 위해, 측면에서 표면 (22)을 적어도 부분적으로 포함하는 압축된 단부의 최 외측 부분은 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이 주석 도금(61)된다.
도 9는 제1 측면(13), 중간 중심 표면(13) 및 대향하는 제2 측면(15)을 갖는 메쉬 배열(1)를 도시한다. 2개의 측면(11, 15)의 메쉬 밀도는 중심 표면(13)의 메쉬 밀도보다 높다. 메쉬 배열(1)은 메쉬 배열의 길이 방향 중심 축(100)을 따라 배치된 길이 방향 중심부(38)를 포함한다. 이 길이 방향 중심부(38)의 메쉬 밀도는 메쉬 배열의 측부 영역(37)에서 외부보다 높다. 길이 방향 중심부(38)는 메쉬 배열(1)의 전체 폭의 약 50% 내지 60%의 폭을 갖는다.
중심 표면의 중심 영역(33)에서 더 높은 메쉬 밀도는 이 영역에서 높은 전력 밀도를 유도하고 중심 표면(13)의 중심 영역(33)에 주 가열대(main heating zone)를 집중시킨다. 메쉬 배열의 다른 영역들에서 상이한 메쉬 밀도로 인해, 가장 높은 출력 밀도는 중심 표면(13)의 한 가운데 또는 중심 영역(33)에 있다. 중심 표면(13)에서 측 방향 영역(37)의 낮은 밀도 영역은 비교적 높은 저항을 갖는다. 중심 표면(13)의 폭에 걸친 전력 밀도 곡선이 선(85)으로 도시된다.
2개의 측면(11, 15)은 비교적 낮은 저항을 갖는 높은 밀도 메 접촉 패드의 일부를 형성한다. 바람직하게는, 전기 접촉부는 전기 저항이 측면에서 가장 낮은, 측면(11, 15)의 종축 상에 배치된다.
도면에 도시된 예는 통상적으로 동일한 크기 및 동일한 메쉬 밀도 또는 밀도 분포를 갖는 대칭 측면을 가진다. 이러한 구현예는 히터 조립체의 제조 및 대칭 배치를 단순화시킨다. 그러나, 비대칭 메쉬 배열 및 메쉬 구배가 메쉬 필라멘트에서 원하는 전력 분배 체제를 달성하기 위해 쉽게 제공될 수 있다.
저항 분포로부터 명백해짐에 따라, 필라멘트 배열의 측면은 히터 조립체의 표면에서 동일하거나 특정한 저항 체제를 얻기 위해 모두, 예를 들어 더 작거나 더 클 수 있으며, 많고 작거나, 적고 큰 개구를 가질 수 있고 더 작아지고 높은 메쉬 밀도를 갖거나 더 커지고 낮은 메쉬 밀도를 가질 수 있다. 이러한 변형은 히터 조립체의 적용에서 많은 유연성을 허용한다. 예를 들어, 히터 조립체를 에어로졸화될 다양한 액체, 예를 들어 다소 점성이 있는 액체에 적용할 수 있게 한다.
필라멘트 배열은 상이한 크기의 히터 또는 히터 조립체를 가열하기 위해 다소간의 전력을 사용할 수 있는 에어로졸 발생 장치에 용이하게 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 에어로졸 발생 시스템용 유체 투과성 히터 조립체로서, 도전성 편평한 필라멘트 배열, 및 상기 편평한 필라멘트 배열과의 전기 접촉을 위한 제1 접점 및 제2 접점을 포함하되, 종축은 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이에 정의되고, 중심 저항(Rc)은 상기 종축 상에 위치하는 2개의 지점(그중 하나는 상기 제1 접점으로부터 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 간 거리의 40%만큼 떨어진 거리에 위치하고, 다른 하나는 상기 제1 접점으로부터 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 간 거리의 60%만큼 떨어진 거리에 위치함) 사이의 전기 저항이고; 제1 저항(R1)은 상기 제1 접점으로부터 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 간 거리의 20%만큼 떨어진 거리에서 상기 종축 상에 위치하는 일 지점과 상기 제1 접점 사이의 전기 저항이며; 제2 저항(R2)은 상기 제1 접점으로부터 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 간 거리의 80%만큼 떨어진 거리에서 상기 종축 상에 위치하는 일 지점과 상기 제2 접점 사이의 전기 저항이며; 상기 중심 저항 대 상기 제1 저항의 비(Rc/R1)가 2 내지 400이고, 상기 중심 저항 대 상기 제2 저항의 비(Rc/R2)가 2 내지 400인, 히터 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이의 전기 저항에 상응하는 전체 저항(Rt)을 포함하되, 상기 중심 저항 대 상기 전체 저항의 비(Rc/Rt)가 적어도 0.5에 상응하고, 상기 제1 저항 대 상기 전체 저항의 비(R1/Rt)가 0.005 내지 0.125이고, 상기 제2 저항 대 상기 전체 저항의 비(R2/Rt)가 0.005 내지 0.125인, 히터 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 종축 상에 위치하는 2개의 지점(그중 하나는 상기 제1 접점으로부터 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 간 거리의 20%만큼 떨어진 거리에 위치하고, 다른 하나는 상기 제1 접점으로부터 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 간 거리의 40%만큼 떨어진 거리에 위치함) 사이의 전기 저항에 상응하는 제1 전이 저항(R1tp); 및 상기 종축 상에 위치하는 2개의 지점(그중 하나는 상기 제1 접점으로부터 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 간 거리의 60%만큼 떨어진 거리에 위치하고, 다른 하나는 상기 제1 접점으로부터 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 간 거리의 80%만큼 떨어진 거리에 위치함) 사이의 전기 저항에 상응하는 제2 전이 저항(R2tp)을 더 포함하되, 상기 제1 전이 저항 대 상기 제1 저항의 비(R1tp/R1)가 1.1 내지 400이고, 상기 제2 전이 저항 대 상기 제2 저항의 비(R2tp/R2)가 1.1 내지 400이고, 상기 중심 저항 대 상기 제1 전이 저항의 비(Rc/R1tp)가 1.1 내지 400이고, 상기 중심 저항 대 상기 제2 전이 저항의 비(Rc/R2tp)가 1.1 내지 400인, 히터 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 접점과 상기 제2 접점 사이의 전기 저항에 상응하는 전체 저항(Rt)이 0.5 Ω 내지 4 Ω이고, 상기 중심 저항(Rc)은 0.5 Ω보다 높고, 상기 제1 저항(R1)과 상기 제2 저항(R2)은 각각 100 mΩ 미만인, 히터 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 접점으로부터 상기 제2 접점까지 연장되는 길이 방향 중심 영역을 포함하되, 상기 길이 방향 중심 영역의 전기 저항은 상기 길이 방향 중심 영역 외부의 전기 저항보다 낮은, 히터 조립체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편평한 도전성 필라멘트 배열은 천공된 시트이며, 상기 천공된 시트의 중심 표면은 복수의 히터 필라멘트를 포함하고, 상기 천공된 시트의 제2 측면은 복수의 개구를 포함하되, 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면은 상기 중심 표면의 대향 측면 상에 배치되고, 상기 제1 측면은 상기 제1 접점을 포함하고, 상기 제2 측면은 상기 제2 접점을 포함하는, 히터 조립체.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편평한 도전성 필라멘트 배열은 중심 표면, 제1 측면 및 제2 측면을 포함하는 메쉬 배열이고, 중심 표면의 메쉬 및 제1 측면 및 제2 측면의 메쉬는 메쉬 밀도를 각각 포함하고, 상기 중심 표면에서의 메쉬 밀도는 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면 각각에서의 메쉬 밀도보다 낮고, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면은 상기 중심 표면의 대향 측면 상에 배치되되, 상기 제1 측면은 상기 제1 접점을 포함하고 상기 제2 측면은 상기 제2 접점을 포함하는, 히터 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 메쉬 밀도 구배는 상기 제1 측면과 상기 중심 표면 사이 및 상기 중심 표면과 상기 제2 측면 사이에 위치하는, 히터 조립체.
  9. 제7항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면의 상기 메쉬는 0보다 큰 씨실 애퍼쳐를 포함하고 날실 애퍼쳐는 포함하지 않는, 히터 조립체.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심 표면, 상기 제1 측면, 및 제2 측면에서는 동일한 수의 필라멘트가 상기 필라멘트 배열의 직조 방향으로 서로 인접하게 배치되는, 히터 조립체.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 길이 방향 중심 영역 외측보다 상기 길이 방향 중심 영역에 더 많은 필라멘트가 상기 필라멘트 배열의 직조 방향으로 배치되는, 히터 조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 개구를 포함하는 기재로서, 상기 개구는 상기 기재를 관통하고, 상기 편평한 도전성 필라멘트 배열은 상기 기재의 상기 개구 위로 연장되는, 기재; 및 상기 편평한 필라멘트 배열을 상기 기재에 부착시키는 패스너(fastener)를 더 포함하는, 히터 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 패스너는 도전성이며 상기 필라멘트 배열을 통해 가열 전류를 제공하기 위한 전기 접촉부의 역할을 하는, 히터 조립체.
  14. 제12항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패스너는 클램프, 나사 또는 형태 고정(form-locking) 패스너와 같은 기계적 패스너인, 히터 조립체.
  15. 전동식 에어로졸 발생 시스템으로서, 에어로졸 발생 장치, 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하는 카트리지; 및 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 유체 투과성 히터 조립체를 포함하되, 상기 카트리지는 개구를 갖는 하우징을 포함하며, 상기 히터 조립체는 상기 카트리지의 상기 하우징의 개구를 가로 질러 연장되고, 상기 에어로졸 발생 장치는 상기 카트리지를 수용하기 위한 공동을 정의하는 본체, 전원, 및 상기 전원을 상기 히터 조립체에 연결하기 위한 전기 접촉부를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
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