KR20190077572A - 에어로졸 전달 장치용 전원 - Google Patents

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라제쉬 수르
에릭 티 헌트
스티븐 비 시어스
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레이 스트라티직 홀딩스, 인크.
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Abstract

에어로졸 전달 장치가 제공된다. 이 에어로졸 전달장치는 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성된 저장조를 규정하는 적어도 하나의 하우징과, 이 적어도 하나의 하우징 내에, 가열 요소와 전원을 포함한다. 가열 요소는 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화시키고 증발시키도록 제어가능하다. 전원은 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 증발시키기 위해 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성된다. 이 전원은 주름진 그래핀 기반 구조(corrugated graphene-based structure)를 갖는 재충전가능 수퍼커패시터를 포함한다.

Description

에어로졸 전달 장치용 전원
본 개시는 흡연 용품과 같은 에어로졸 전달 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에어로졸의 생성을 위해 전기적으로 생성된 열을 이용할 수 있는 에어로졸 전달 장치(예컨대, 흔히 전자 담배라고도 하는 흡연 용품)에 관한 것이다. 흡연 용품은, 담배로 제조되거나 담배로부터 얻을 수 있는 재료를 포함하거나 아니면 담배를 포함할 수 있는 에어로졸 전구체를 가열하도록 구성될 수 있으며, 이 전구체는 사람이 소비할 수 있도록 흡입 가능한 물질을 형성할 수 있다.
사용을 위해 담배 연소를 요구하는 흡연 제품의 개량으로서, 또는 그에 대한 대안으로서 다년간에 걸쳐 많은 흡연 장치들이 제안되어 왔다. 이들 장치의 대다수는, 알려진 대로, 담배의 연소에 기인하는 상당한 양의 불완전 연소 및 열분해 생성물을 전달하지 않으면서 궐련(cigarette), 여송연(cigar) 또는 파이프 흡연과 연관된 느낌을 제공하도록 설계되었다. 이를 위해, 휘발성 물질을 기화 또는 가열시키기 위해 전기 에너지를 이용하거나, 담배를 상당한 정도로 연소하지 않으면서 궐련, 여송연, 또는 파이프 흡연의 느낌을 제공하려는 수많은 흡연 제품, 향미 발생기 및 의약용 흡입기가 제안되어 왔다. 예를 들어, 본 명세서에 참조로 포함되는 Robinson 등의 미국 특허 제7,726,320호 및 Collett 등의 미국 특허 제8,881,737호의 배경기술에 제시되어 있는 다양한 대체 흡연 용품, 에어로졸 전달 장치, 및 발열 소스를 참조하라. 또한, 예를 들어, 본 명세서에 참조로 포함되는 Bless 등의 미국 특허 공개 제2015/0216232호에서 상표명 및 상용 소스로 참조되는 다양한 유형의 흡연 용품, 에어로졸 전달 장치 및 전기-급전식 발열 소스도 참조하라. 부가적으로, 다양한 유형의 전기 급전식 에어로졸 및 증기 전달 장치는 또한, Sears 등의 미국 특허 공개 제2014/0096781호 및 Minskoff 등의 미국 특허 공개 제2014/0283859호 뿐만 아니라, 2014년 5월 20일자로 출원된 Sears 등의 미국 특허 출원 제14/282,768호; 2014는 5월 23일자로 출원된 Brinkley 등의 미국 특허 출원 제14/286,552호; 2014년 7월 10일자로 출원된 Ampolini 등의 미국 특허 출원 제14/327,776호; 및 2014년 8월 21일자로 출원된 Worm 등의 미국 특허 출원 제14/465,167호에 제안되어 있으며, 이들은 모두 본 명세서에 참조로 포함된다.
전원으로서 마이크로스코픽 수퍼커패시터를 이용하는 에어로졸 전달 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시는 에어로졸 전달 장치, 이러한 장치를 형성하는 방법, 및 이러한 장치의 구성요소와 관련된다. 본 개시는 하기의 예시적인 구현예들을 제한 없이 포함한다.
예시적인 구현예 1: 에어로졸 전달 장치로서, 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성된 저장조를 규정하는 적어도 하나의 하우징과, 이 적어도 하나의 하우징 내에, 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화시키고 증발시키도록 제어 가능한 가열 요소, 및 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 증발시키기 위해 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성된 전원을 포함하되, 이 전원은 주름진 그래핀 기반 구조(corrugated graphene-based structure)를 갖는 재충전가능 수퍼커패시터를 포함한다
예시적인 구현예 2: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 전원은 병렬로 연결된 재충전가능 수퍼커패시터를 포함하는 복수의 재충전가능 수퍼커패시터를 포함한다.
예시적인 구현예 3: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 전원은 수퍼커패시터와 연결 가능하고 또한 이 수퍼커패시터로부터 충전가능한 재충전가능 박막 고체 상태 배터리를 더 포함하고, 가열 요소에 전력을 제공하도록 구성된 전원은 박막 고체 상태 배터리로부터의 전력을 가열 요소에 제공하도록 구성된다.
예시적인 구현예 4: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 재충전가능 수퍼커패시터는 USB 충전기, 벽 충전기, 광전지 또는 압전 에너지원이거나 이를 포함하는 에너지원으로부터 충전가능하다.
예시적인 구현예 5: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 재충전가능 수퍼커패시터는 광전지 또는 압전 에너지원과 일체화된다.
예시적인 구현예 6: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 주름진 그래핀 기반 구조는 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층(one-atom thick layers of graphene)과 그 사이에 개재된 전해질을 포함하고, 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 각각은 플렉시블 기판에 부착된 외부 표면을 갖는다.
예시적인 구현예 7: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 재충전가능 수퍼커패시터는 십(10) 마이크로미터(㎛) 이하의 두께를 갖고, 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층은 백오십(150) 마이크로미터(㎛) 이하이고, 전해질은 150㎛ 이하의 두께를 갖는다.
예시적인 구현예 8: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 각각은 탄소 원자들의 허니컴 격자(honeycomb lattice)를 포함한다.
예시적인 구현예 9: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 전해질은 2개의 일 원자 그래핀 층들 사이의 고체 상태 전해질 분리자이다.
예시적인 구현예 10: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 전해질은 이온겔 또는 하이드로겔 전해질이다.
예시적인 구현예 11: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 에어로졸 전달 장치로서, 재충전가능 수퍼커패시터는 입방 센티미터 당 백오십 와트(150W/cm3) 이상의 전력 밀도, 및 이십(20) 마이크로초 이하의 시상수를 갖는다.
예시적인 구현예 12: 에어로졸 전달 장치를 형성하기 위해 카트리지와 결합되거나 결합가능한 제어 바디로서, 카트리지는 에어로졸 전구체 조성물을 함유하고, 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화시키고 증발시키도록 구성된 가열 요소를 구비하고, 제어 바디는 하우징과, 이 하우징 내에 포함되고 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 증발시키기 위해 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성되는 전원을 포함하며, 전원은 주름진 그래핀 기반 구조를 갖는 재충전가능 수퍼커패시터를 포함한다.
예시적인 구현예 13: 선행하는 예시적인 구현예의 제어 바디로서, 전원은 병렬로 연결된 재충전가능 수퍼커패시터를 포함하는 복수의 재충전가능 수퍼커패시터를 포함한다.
예시적인 구현예 14: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 전원은 수퍼커패시터와 연결 가능하고 또한 이 수퍼커패시터로부터 충전가능한 재충전가능 박막 고체 상태 배터리를 더 포함하고, 가열 요소에 전력을 제공하도록 구성된 전원은 박막 고체 상태 배터리로부터의 전력을 가열 요소에 제공하도록 구성된다.
예시적인 구현예 15: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 재충전가능 수퍼커패시터는 USB 충전기, 벽 충전기, 광전지 또는 압전 에너지원이거나 이를 포함하는 에너지원으로부터 충전가능하다.
예시적인 구현예 16: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 재충전가능 수퍼커패시터는 광전지 또는 압전 에너지원과 일체화된다.
예시적인 구현예 17: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 주름진 그래핀 기반 구조는 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층과 그 사이에 개재된 전해질을 포함하고, 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 각각은 플렉시블 기판에 부착된 외부 표면을 갖는다.
예시적인 구현예 18: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 재충전가능 수퍼커패시터는 십(10) 마이크로미터(㎛) 이하의 두께를 갖고, 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층은 백오십(150) 마이크로미터(㎛) 이하이고, 전해질은 150㎛ 이하의 두께를 갖는다.
예시적인 구현예 19: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 각각은 탄소 원자들의 허니컴 격자를 포함한다.
예시적인 구현예 20: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 전해질은 2개의 일 원자 그래핀 층들 사이의 고체 상태 전해질 분리자이다.
예시적인 구현예 21: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 전해질은 이온겔 또는 하이드로겔 전해질이다.
예시적인 구현예 22: 선행하는 예시적인 구현예, 또는 선행하는 임의의 예시적인 구현예의 임의의 조합의 제어 바디로서, 재충전가능 수퍼커패시터는 입방 센티미터 당 백오십 와트(150W/cm3) 이상의 전력 밀도, 및 이십(20) 마이크로초 이하의 시상수를 갖는다.
본 개시의 이들 및 다른 특징, 양태, 및 장점은 아래에서 간략하게 설명되는 첨부 도면과 함께 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 숙독하는 것으로부터 분명해질 것이다. 본 개시는 본 개시에 제시된 임의의 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 특징 또는 요소의 조합을 포함하는데, 이는 이러한 특징 또는 요소가 본 명세서에서 설명되는 특정한 예시적인 구현예에서 명시적으로 조합, 내지는 인용되는지의 여부와는 관계없다. 본 개시는 총체적으로 숙독되도록 의도되며, 따라서 본 개시의 문맥이 달리 명확하게 구술하지 않는 한, 본 개시의 양태들 및 예시적인 구현예 중 임의의 것 내의 임의의 개별 특징 또는 요소는 조합 가능한 것으로 간주되어야 한다.
따라서, 이 발명의 내용은 본 개시의 일부 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해 일부 예시적인 구현예를 요약할 목적으로만 제공된다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 전술한 예시적인 구현예들은 단지 실시예일 뿐이며 본 개시의 범위 또는 사상을 어떤 식으로든 좁히는 것으로 해석되지 않아야 함을 이해할 것이다. 다른 예시적인 구현예, 양태 및 장점은, 실시예로서 몇몇 설명된 예시적인 구현예의 원리를 예시하는 첨부 도면과 연계하여 이루어지는 하기의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
따라서, 전술한 일반적인 용어로 본 개시를 설명했지만, 이제, 반드시 실척으로 그려진 것은 아닌 첨부 도면을 참조한다:
도 1은 본 개시의 예시적인 구현예에 따라, 제어 바디에 결합된 카트리지를 포함하는 에어로졸 전달 장치의 측면도를 예시하고;
도 2는 다양한 예시적인 구현예에 따른 에어로졸 전달 장치의 부분 절개도이고;
도 3은 본 개시의 다양한 예시적인 구현예에 따른 제어 바디의 전원을 보다 구체적으로 예시하며;
도 4 및 도 5는 다양한 예시적인 구현예에 따른 카트리지 및 제어 바디의 다양한 구성요소를 예시한다.
본 개시는 이제 그 예시적인 구현예를 참조하여 이하에서 보다 충실하게 설명될 것이다. 이들 예시적인 구현예는, 본 개시가 철저하고 완전해지며, 또한 본 개시의 범위를 당업자에게 충실히 전달하도록 설명된다. 실제로, 본 개시는 여러가지 다양한 형태로 구체화될 수 있고, 본 명세서에 제시된 구현예들에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 하며, 오히려 이들 구현예는 본 개시가 적용 가능한 법적 요구사항을 충족하도록 제공된다. 명세서 및 청구범위에서 사용될 때, 단수 형태(부정 관사("a", "an"), 정관사("the") 등)는 문맥상 달리 명확하게 구술되지 않는 한 복수의 대상을 포함한다.
후술하듯이, 본 개시의 예시적인 구현예는 에어로졸 전달 시스템에 관련된다. 본 개시에 따른 에어로졸 전달 시스템은 재료를 가열하여(바람직하게는 재료의 임의의 상당한 정도의 연소 없이) 흡입 가능한 물질을 형성하기 위해 전기 에너지를 사용하며; 이러한 시스템의 부품은 가장 바람직하게는 핸드헬드 장치로 간주될 정도로 충분히 콤팩트한 물품의 형태를 갖는다. 즉, 에어로졸이 주로 담배의 연소 또는 열분해의 부산물에 기인한다는 것을 고려하면 바람직한 에어로졸 전달 시스템의 부품을 사용해도 연기의 생성을 초래하지 않고, 오히려 이들 바람직한 시스템을 사용하면 그 안에 포함된 특정 성분의 휘발 또는 기화에 기인하는 증기의 생성을 초래한다. 일부 예시적인 구현예에서, 에어로졸 전달 시스템의 부품은 전자 담배로 특징지어질 수 있고, 이들 전자 담배는 가장 바람직하게는 담배 및/또는 담배에서 얻어지는 성분을 포함하며, 따라서 에어로졸 형태의 담배 파생 성분을 전달한다.
특정한 바람직한 에어로졸 전달 시스템의 에어로졸 생성 피스는 담배에 불을 붙여서 태움(및 그로 인해 담배 연기를 흡입함)으로써 사용되는 궐련, 여송연, 또는 파이프를 그의 임의의 성분을 임의의 상당한 정도로 연소하지 않고도 피우는 느낌들(예컨대, 호흡 행위, 풍미나 향미의 형태, 관능 효과, 신체 느낌, 사용 행위, 가시적 에어로졸에 의해 제공되는 것과 같은 시각적 신호 등) 중 다수를 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 에어로졸 생성 피스의 사용자는 흡연자가 전통적인 형태의 흡연 물품을 사용하는 것과 매우 흡사하게 해당 피스를 쥐고 사용할 수 있으며, 해당 피스에 의해 생성된 에어로졸의 흡입을 위해 해당 피스의 일 단부를 흡인할 수 있고, 선택된 시간 간격으로 여러 퍼프(puffs)를 피우는 것 등을 행할 수 있다.
또한, 본 개시의 에어로졸 전달 시스템은 증기-생성 물품 또는 약물 전달 물품인 것으로 특징지어질 수 있다. 따라서, 이러한 물품 또는 장치는 하나 이상의 물질(예컨대, 향미료 및/또는 약학적 활성 성분)을 흡입 가능한 형태 또는 상태로 제공하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 흡입 가능한 물질은 실질적으로 증기(즉, 그 임계점 미만의 온도에서 기체 상태인 물질)의 형태일 수 있다. 대안적으로, 흡입 가능한 물질은 에어로졸(즉, 기체 내의 미세한 고체 입자 또는 액적의 현탁액)의 형태일 수 있다. 간명함을 위해, 본 명세서에 사용되는 용어 "에어로졸"은 가시적인지의 여부에 관계없이 또한 연기와 유사한 것으로 간주될 수 있는 형태인지의 여부에 관계없이, 사람이 흡입하기에 적합한 형태 또는 유형의 증기, 기체 및 에어로졸을 포함하는 것으로 여겨진다.
본 개시의 에어로졸 전달 시스템은 일반적으로, 하우징으로 지칭될 수 있는 외부 바디 또는 쉘 내에 제공되는 다수의 부품을 포함한다. 외부 바디 또는 쉘의 전체 설계는 변경될 수 있으며, 에어로졸 전달 장치의 전체 크기와 형상을 규정할 수 있는 외부 바디의 포맷 또는 구성은 변경될 수 있다. 통상적으로, 궐련 또는 여송연의 형상을 닮은 세장형 바디는 단일의 일체형 하우징으로 형성될 수 있거나, 이 세장형 하우징은 두 개 이상의 개별 바디로 형성될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전달 장치는 실질적으로 튜브형 형상이고 따라서 종래의 궐련 또는 여송연의 형상과 유사할 수 있는 세장형 쉘 또는 바디를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에어로졸 전달 장치의 부품 모두는 하나의 하우징 내에 수용된다. 대안적으로, 에어로졸 전달 장치는 결합 및 분리 가능한 두 개 이상의 하우징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전달 장치는, 일 단부에는 하나 이상의 재사용 가능한 부품(예컨대, 재충전가능 배터리 및 재충전가능 수퍼커패시터와 같은 축전기, 및 해당 물품의 작동을 제어하기 위한 각종 전자기기)을 수용하는 하우징을 포함하는 제어 바디를 구비할 수 있고, 타 단부에는 상기 제어 바디에 착탈 가능하게 결합되는, 일회용 부분(예컨대, 일회용 향미료-함유 카트리지)을 수용하는 외부 바디 또는 쉘을 구비할 수 있다.
본 개시의 에어로졸 전달 시스템은 가장 바람직하게는, 전원(즉, 전기 전원), 적어도 하나의 제어 부품(예컨대, 전원으로부터 물품의 다른 부품으로의 전류 흐름을 제어함으로써, 발열을 위해 전력을 작동, 제어, 조절 및 중지하기 위한 수단, 예컨대, 개별적인 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러의 일부로서의 마이크로프로세서), 히터 또는 발열 부재(예컨대, 단독으로 또는 하나 이상의 추가 요소와 조합하여 일반적으로 "분무기"로 지칭될 수 있는 전기 저항 가열 요소 또는 기타 부품), 에어로졸 전구체 조성물(예컨대, 일반적으로 "스모크 주스", "e-액체" 및 "e-주스"로 지칭되는 성분과 같은, 통상 충분한 열이 가해지면 에어로졸을 발생시킬 수 있는 액체), 및 에어로졸 흡입을 위해 에어로졸 전달 장치를 흡인할 수 있게 하기 위한 마우스 단부(mouthend) 영역 또는 선단(예컨대, 생성된 에어로졸이 흡인시 물품으로부터 인출될 수 있도록 물품을 관통하며 규정된 공기 유동 경로)의 일부 조합을 포함한다.
본 개시의 에어로졸 전달 시스템 내의 부품들의 보다 구체적인 포맷, 구성 및 배열은 이하에 제공되는 추가적인 개시를 감안할 때 명백해질 것이다. 또한, 다양한 에어로졸 전달 시스템 부품들의 선택 및 배열은 본 개시의 배경기술 섹션에서 거론된 대표적인 제품과 같은 시중에서 입수 가능한 전자 에어로졸 전달 장치를 고려하면 이해될 수 있다. 또한, 에어로졸 전달 장치 내의 부품들의 배열은 시중에서 입수 가능한 전자 에어로졸 전달 장치를 고려하면 이해될 수 있다. 시중에서 입수가능한 제품의 부품들, 이 제품의 동작 방법, 이 제품에 포함된 재료, 및/또는 이 제품의 다른 속성이 본 개시의 장치에 포함될 수 있는 이 제품의 예는 Philip Morris Incorporated의 ACCORD®; InnoVapor LLC의 ALPHA™, JOYE 510™ 및 M4™; White Cloud Cigarettes의 CIRRUS™ 및 FLING™; Lorillard Technologies, Inc.의 BLU™; Epuffer® International Inc.의 COHITA™, COLIBRI™, ELITE CLASSIC™, MAGNUM™, PHANTOM™ 및 SENSE™; Electronic Cigaretts, Inc.의 DUOPRO™, STORM™ 및 VAPORKING®; Egar Australia의 EGAR™; Joyetech의 eGo-C™ 및 eGo-T™; Elusion UK Ltd의 ELUSION™; Eonsmoke LLC의 EONSMOKE®; FIN Branding Group, LLC의 FINTM; Green Smoke Inc. USA의 SMOKE®; Greenarette LLC의 GREENARETTE™; Smoke Stik®의 HALLIGANTM, HENDUTM, JETTM, MAXXQTM, PINKTM 및 PITBULLTM; Philip Morris International, Inc.의 HEATBARTM; Crown7의 HYDRO IMPERIALTM 및 LXETM; LOGIC Technology의 LOGICTM 및 THE CUBANTM; Luciano Smokes Inc.의 LUCI®; Nicotek, LLC의 METRO®; Sottera, Inc.의 NJOY® 및 ONEJOYTM; SS Choice LLC의 NO. 7TM; PreminumEstore LLC의 PREMIUM ELECTRONIC CIGARETTETM; Ruyan America, Inc.의 RAPP E-MYSTICKTM; Red Dragon Products, LLC의 RED DRAGONTM; Ruyan Group (Holdings) Ltd.의 RUYAN®; Smoker Friendly International, LLC의 SF®; The Smart Smoking Electronic Cigarette Company Ltd.의 GREEN SMART SMOKER®; Coastline Products LLC의 SMOKE ASSIST®; Smoking Everywhere, Inc.의 SMOKING EVERYWHERE®; VMR Products LLC의 V2CIGSTM; VaporNine LLC의 VAPOR NINE; Vapor 4 Life, Inc.의 VAPOR4LIFE®; E-CigaretteDirect, LLC의 VEPPOTM; R. J. Reynolds Vapor Company의 AVIGO, VUSE, VUSE CONNECT, VUSE FOB, VUSE HYBRID, ALTO, ALTO+, MODO, CIRO, FOX + FOG, 및 SOLO+; Mistic Ecigs의 MISTIC MENTHOL; 및 CN Creative Ltd.의 VYPE로 시판되었다. 또한, 다른 전기 구동식 에어로졸 전달 장치, 및 특히 소위 전자 담배로 특징지어지는 장치는 COOLER VISIONS™; DIRECT E-CIG™; DRAGONFLY™; EMIST™; EVERSMOKE™; GAMUCCI®; HYBRID FLAME™; KNIGHT STICKS™; ROYAL BLUES™; SMOKETIP®; SOUTH BEACH SMOKE™라는 상품명으로 시판되었다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치에 사용될 수 있는 부품들 및 관련 기술에 대한 추가의 제조자, 설계자 및/또는 양수인은 중국 선전시의 선전 지시보 테크놀로지(Shenzhen Jieshibo Technology of Shenzhen, China); 중국 선전시의 선전 퍼스트 유니온 테크놀리지(Shenzhen First Union Technology of Shenzhen City, China); 캘리포니아주 로스앤젤레스의 세이프 시그(Safe Cig of Los Angeles, CA); 필리핀의 잔티 아시아 컴퍼니(Janty Asia Company of the Philippines); 중국 선전시의 조예테크 창저우 일렉트로닉(Joyetech Changzhou Electronics of Shenzhen, China); SIS 리소스(SIS Resources); 독일 도버의 B2B 인터네셔널 홀딩스(B2B International Holdings of Dover, DE); 오하이오주의 이볼브 엘엘씨(Evolv LLC of OH); 아탈리아 볼로냐의 몬트레이드(Montrade of Bologna, Italy); 중국 선전시의 선전 바우웨이 테크놀로지(Shenzhen Bauway Technology of Shenzhen, China); 플로리다주 폼파노비치의 글로벌 베이퍼 트레이드마크 인크(Global Vapor Trademarks Inc. of Pompano Beach, FL); 플로리다주 포트 라우더데일의 베이퍼 코포레이선(vpor Corp. of Fort Lauderdale, FL); 독일 마르케르스바흐의 네므트라 게엠베하(Nemtra GMBH of Raschau-Markersbach, Germany); 마이애미주 앨러간의 페리오 엘 코포레이션(Perrigo L. Co. of Allegan, MI); 니즈 코포레이션 엘티디(Needs Co., Ltd.); 네바다주 라스베가스의 스모크프리 이노텍(Smokefree Innotec of Las Vegas, NV); 스웨덴 헬싱보리의 맥네일 에이비(McNeil AB of Helsingborg, Sweden); 총 코포레이션(Chong Corp); 캘리포니아주 마운틴 뷰의 알렉자 파머슈(Alexza Pharmaceuticals of Mountain View, CA); 노스캐롤라이나주 샬럿의 비엘이씨 엘엘씨(BLEC, LLC of Charlotte, NC); 프랑스 로르바흐 레스 비치의 가이트렌드 사르(Gaitrend Sarl of Rohrbach-les-Bitche, France); 중국 선전시의 프리라이프 바이오사이언스 인터내셔널(FeelLife Bioscience International of Shenzhen, China); 독일 젤프의 비쉐이 일렉트로닉 비엠게하(Vishay Electronic BMGH of Selb, Germany); 중국 선전시의 선전 스마코 테크놀로지 엘티티(Shenzhen Smaco Technology Ltd. of Shenzhen, China); 플로리다주 보카 레이튼의 베이퍼 시스템즈 인터내셔널(Vapor Systems International of Boca Raton, FL); 이스라엘의 엑소노이드 메디컬 디바이스(Exonoid Medical Devices of Israel); 중국 선전시의 선전 노워테크 일렉트로닉(Shenzhen Nowotech Electronic of Shenzhen, China); 중국 홍콩의 미니로직 디바이스 코포레이션(Minilogic Device Corporation of Hong Kong, China); 중국 선전시의 선전 콘틀 일렉트로닉스(Shenzhen Kontle Electronics of Shenzhen, China), 오하이오주 메디나의 퓨마 인터내셔널 엘엘씨(Fuma International, LLC of Medina, OH); 위스콘신주 벌로이트의 21세기 스모크(21st Century Smoke of Beloit, WI); 및 중국 홍콩의 킴리 홀딩스(에이치케이) 코포레이션 리미티드(Kimree Holdings (HK) Co. Limited of Hong Kong, China)를 포함한다.
다양한 실시예에서, 에어로졸 전달 장치는 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성되는 저장조를 포함할 수 있다. 저장조는 특히, 다공성 재료(예컨대, 섬유질 재료)로 형성될 수 있고, 그에 따라 다공성 기재(예컨대, 섬유질 기재)로 지칭될 수 있다.
에어로졸 전달 장치에서 저장조로서 유용한 섬유질 기재는 복수의 섬유 또는 필라멘트로 형성되는 직포 또는 부직포 재료일 수 있으며, 천연 섬유 및 합성 섬유 중 하나 또는 둘 모두로 형성될 수 있다. 예를 들어, 섬유질 기재는 섬유유리 재료를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 셀룰로오스 아세테이트 재료가 사용될 수 있다. 다른 예시적인 구현예에서, 카본 재료가 사용될 수 있다. 저장조는 실질적으로 용기의 형태일 수 있고, 그 안에 섬유질 재료를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 예시적인 구현예들에 따라, 제어 바디(102) 및 카트리지(104)를 포함하는 에어로졸 전달 장치(100)의 측면도를 예시한다. 특히, 도 1은 서로 결합되는 제어 바디 및 카트리지를 예시한다. 제어 바디 및 카트리지는 기능적인 관계로 분리 가능하게 정렬될 수 있다. 나사식 결합, 눌러 끼워 맞춤 결합(press-fit engagement), 억지 끼워맞춤, 자기 결합 등을 초래하는 다양한 메커니즘으로 카트리지를 제어 바디에 연결할 수 있다. 에어로졸 전달 장치는, 일부 예시적인 구현예에 있어서, 카트리지와 제어 바디가 조립된 구성으로 될 때, 실질적으로 막대(rod)-형, 실질적으로 튜브 형상, 또는 실질적으로 원통 형상일 수 있다. 또한, 에어로졸 전달 장치는 플랫 배터리를 포함하는 전원과 같은 실질적으로 플랫 또는 박막의 전원과의 호환성을 향상시키는 데 적합할 수 있는 실질적으로 직삭각형 또는 장능형 단면을 가질 수 있다. 카트리지 및 제어 바디는 다수의 상이한 재료들 중 어느 하나로 형성될 수 있는 별개의 제각기의 하우징 또는 외부 바디를 포함할 수 있다. 하우징은 임의의 적절한, 구조적으로 견고한 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 하우징은 스테인리스 스틸, 알루미늄 등과 같은 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 다른 적절한 재료는 다양한 플라스틱(예컨대, 폴리카보네이트), 금속-도금한 플라스틱, 세라믹 등을 포함한다.
일부 예시적인 구현예에 있어서, 에어로졸 전달 장치(100)의 제어 바디(102) 또는 카트리지(104) 중 하나 또는 둘 모두는 일회용으로서 또는 재사용 가능한 것으로서 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제어 바디는 교체식 배터리 또는 재충전가능 배터리 또는 재충전가능 수퍼커패시터를 가질 수 있고, 따라서 전형적인 교류 콘센트에의 연결, 자동차 충전기(즉, 시가 잭)에의 연결, USB(universal serial bus) 케이블 또는 커넥터와 같은 것을 통한 컴퓨터에의 연결, 광전지(때때로, 태양 전지라고도 함) 또는 태양 전지의 태양 전지판에의 연결, 또는 RF-DC 컨버터에의 연결을 포함하여, 임의의 유형의 재충전 기술과 조합될 수 있다. 또한, 일부 예시적인 구현예에 있어서, 카트리지는, 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되는, Chang 등에 의한 미국 특허 제8,910,639호에 개시된 바와 같은, 일회용 카트리지를 포함할 수 있다.
도 2는 일부 예시적인 구현예에 따른 에어로졸 전달 장치(100)를 보다 구체적으로 예시한다. 도 2에 예시된 절개도에서 알 수 있듯이, 또한, 에어로졸 전달 장치는 제어 바디(102) 및 카트리지(104)를 포함할 수 있고, 이들 각각은 다수의 제각기의 부품을 포함한다. 도 2에 예시되는 부품들은 제어 바디 및 카트리지에 존재할 수 있는 부품들을 나타내며, 본 개시에 의해 포함되는 부품들의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제어 바디는 제어 부품(208)(예컨대, 개별적인 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러의 일부로서의 마이크로프로세서), 유량 센서(210), 전원(212) 및 하나 이상의 발광 다이오드(LED)(214)를 포함할 수 있는 제어 바디 쉘(206)로 형성될 수 있고, 이러한 부품들은 가변적으로 정렬될 수 있다. 전원은 예를 들어 (일회용 또는 재충전가능) 배터리, 리튬 이온 배터리(LiB), 고체 상태 배터리(SSB), 박막 SSB, 재충전가능 수퍼커패시터 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 전원의 몇 가지 예가 2015년 10월 21일에 출원된 Sur 등의 미국 특허 출원 제14/918,926호에 제공되어 있으며, 이 미국 특허 출원의 전체는 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된다. LED는 에어로졸 전달 장치(100)에 구비될 수 있는 적절한 시각적 표시기의 일 예일 수 있다. LED와 같은 시각적 표시기에 더하여, 또는 그에 대한 대안으로서, 오디오 표시기(예컨대, 스피커), 햅틱 표시기(예컨대, 진동 모터) 등과 같은 다른 표시기가 포함될 수 있다.
카트리지(104)는 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성된 저장조(218)를 둘러싸고 히터(220)(때로는 가열 요소로 지칭됨)를 포함하는 카트리지 쉘(216) 로 형성될 수 있다. 다양한 구성에서, 이 구조는 탱크로 언급될 수 있고, 따라서, 용어 "카트리지", "탱크" 등은 에어로졸 전구체 조성물을 위한 저장조 및 히터를 포함하는 쉘 또는 다른 하우징을 지칭함에 있어 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
도시된 바와 같이, 일부 예에서, 저장조(218)는 저장조 하우징에 저장되어 있는 에어로졸 전구체 조성물을 히터(220)(때로는 가열 요소로 지칭됨)로 흡인 또는 수송하기에 적합한 액체 수송 요소(222)와 유체 통신할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 밸브가 저장조와 히터 사이에 위치될 수 있고, 저장조로부터 히터까지 송달 또는 전달되는 어에로졸 전구체 조성물의 양을 제어하도록 구성될 수 있다.
전류가 인가될 때 열을 발생시키도록 구성되는 재료의 다양한 실시예가 히터(220)를 형성하는데 채용될 수 있다. 이들 실시예에서의 히터는 와이어 코일, 마이크로히터 등과 같은 저항성 가열 요소일 수 있다. 와이어 코일을 형성할 수 있는 예시적인 재료는 칸탈(FeCrAl), 니크롬, 스테인리스 스틸, 이규화 몰리브덴(MoSi2), 규화 몰리브덴(MoSi), 알루미늄으로 도핑된 이규화 몰레브덴(Mo(Si,Al)2), 흑연 및 흑연계 재료(예컨대, 탄소계 발포재 및 얀) 및 세라믹(예컨대, 정온도 계수 또는 부온도 계수 세라믹)을 포함한다. 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치에 유용한 히터 또는 가열 부재의 예시적인 구현예는 아래에서 추가로 설명되며, 본 명세서에서 설명된 도 2에 예시된 바와 같은 장치에 포함될 수 있다.
카트리지 쉘(216)(예컨대, 마우스 단부(mouthend))에는, 카트리지(104)로부터 형성된 에어로졸의 배출을 허용하기 위한 개구(224)가 존재할 수 있다.
카트리지(104)는 하나 이상의 전자 부품(226)을 포함할 수 있는데, 이들 전자 부품은 집적 회로, 메모리 부품, 센서 등을 포함할 수 있다. 전자 부품은 유선 또는 무선 수단에 의해 제어 부품(208) 및/또는 외부 장치와 통신하도록 적응될 수 있다. 전자 부품은 카트리지 내의 어느 곳에 또는 그 베이스(228)에 위치할 수 있다.
제어 부품(208) 및 유량 센서(210)가 개별적으로 예시되어 있지만, 제어 부품 및 유량 센서는 공기 유량 센서가 직접적으로 부착되는 전자 회로 기판으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 전자 회로 기판은, 전자 회로 기판이 제어 바디의 중심 축선에 대하여 길이방향으로 평행할 수 있다는 점에서, 도 1의 예시에 대하여 수평으로 위치할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 공기 유량 센서는 자체 회로 기판 또는 그것이 부착될 수 있는 다른 베이스 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 가요성 회로 기판이 이용될 수 있다. 가요성 회로 기판은 다양한 형상으로 구성될 수 있으며, 실질적으로 튜브 형상을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 가요성 회로 기판은 아래에서 추가로 설명되는 바와 같은 히터 기판와 조합되거나, 그 위로 적층되거나, 또는 그 일부 또는 전부를 형성할 수 있다.
제어 바디(102) 및 카트리지(104)는 그들 사이의 유체유동 가능한 결합을 가능하게 하도록 되어 있는 부품을 포함할 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 제어 바디는 내부에 캐비티(232)를 갖는 커플러(230)를 포함할 수 있다. 카트리지의 베이스(228)는 커플러에 결합하도록 구성될 수 있으며 캐비티 내에 끼워맞춰지도록 되어 있는 돌출부(234)를 포함할 수 있다. 이러한 결합은 제어 바디와 카트리지 사이의 안정적인 연결을 가능하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 제어 바디 내의 전원(212) 및 제어 부품(208)과 카트리지 내의 히터(220)와의 전기적인 연결을 확립할 수 있다. 또한, 제어 바디 쉘(206)은 커플러에 연결되는 쉘 내의 노치일 수 있는 공기 취입구(236)를 포함할 수 있으며, 해당 공기 취입구는 커플러 주위의 외기의 쉘 내로의 통과를 허용하고, 여기서 외기는 커플러의 캐비티(232)를 통과하고 나서 돌출부(234)를 통해 카트리지 내로 이동한다.
본 개시에 따른 유용한 커플러 및 베이스는, 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되는, Novak 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0261495호에서 설명된다. 예를 들어, 도 2에서 알 수 있듯이, 커플러(230)는 베이스(228)의 내주연부(240)와 정합하도록 구성되는 외주연부(238)를 규정할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 베이스의 내주연부는 커플러의 외주연부의 반경과 실질적으로 동일한, 또는 그보다 약간 큰 반경을 규정할 수 있다. 또한, 커플러는 베이스의 내주연부에 규정되는 하나 이상의 리세스(244)와 결합하도록 구성되는 하나 이상의 돌기(242)를 외주연부에 규정할 수 있다. 그러나, 구조, 형상 및 부품의 다양한 다른 실시예가 베이스를 커플러에 결합하는 데 채용될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 카트리지(104)의 베이스와 제어 바디(102)의 커플러 사이의 연결은 실질적으로 영구적일 수 있는 반면, 다른 실시예들에 있어서, 그 사이의 연결은, 예를 들어 제어 바디가 일회용 및/또는 리필 가능한 것일 수 있는 하나 이상의 부가적인 카트리지를 통해 재사용될 수 있도록, 해제될 수 있다.
일부 실시예에 있어서는, 에어로졸 전달 장치(100)가 실질적으로 막대-형, 또는 실질적으로 튜브 형상, 또는 실질적으로 원통 형상일 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 추가적인 형상 및 치수― 예컨대, 직사각형 또는 삼각형 단면, 다면 형상 등 ―가 포함된다.
도 2에 예시되는 저장조(218)는 용기일 수 있거나, 또는 현재 설명된 바와 같이 섬유질 저장조일 수 있다. 예를 들어, 저장조는, 이 실시예에 있어서는, 실질적으로 카트리지 쉘(216)의 내부를 두르는 튜브 형상으로 형성되는 하나 이상의 부직포 섬유층을 포함할 수 있다. 에어로졸 전구체 조성물은 저장조 내에 보유될 수 있다. 예를 들어, 액체 성분은 저장조에 의해 수착 방식으로(sorptively) 보유될 수 있다. 저장조는 액체 운반 요소(222)와 유체유동 가능하게 연결될 수 있다. 액체 운반 요소는 저장조에 보관된 에어로졸 전구체 조성물을 모세관 작용을 통해, 이 실시예에서는 금속 와이어 코일 형태인 히터(222)로 운반할 수 있다. 이렇게 해서, 히터는 액체 운반 요소와의 가열 배치구조로 된다. 본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치에 유용한 저장조 및 운반 요소의 예시적인 구현예는 아래에서 더 설명되며, 이러한 저장조 및/또는 운반 요소는 본 명세서에서 설명된 도 2에 예시된 바와 같은 장치에 포함될 수 있다. 특히, 아래에서 더 설명되는 바와 같이 가열 부재 및 운반 요소의 특정 조합은 본 명세서에서 설명되는 도 2에 예시된 바와 같은 장치에 포함될 수 있다.
사용시에, 사용자가 에어로졸 전달 장치(100)를 흡인하면, 유량 센서(210)에 의해 기류가 검출되고, 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 증발시키기 위해 히터(222)가 활성화된다. 에어로졸 전달 장치의 마우스 단부를 흡인하면, 외기가 공기 취입구(236)에 유입되고 커플러(230) 내의 캐비티(232) 및 베이스(228)의 돌출부(234) 내의 중심 개구를 통과한다. 카트리지(104)에 있어서, 흡인된 공기는 형성된 증기와 결합하여 에어로졸을 형성한다. 에어로졸은 에어로졸 전달 장치의 히터로부터 마우스 단부에 있는 개구(224) 밖으로 빠져나오거나, 빨려지거나 내지는 흡인된다.
일부 실시예에 있어서, 에어로졸 전달 장치(100)는 다수의 부가적인 소프트웨어-제어 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 전달 장치는 전원 입력, 전원의 온도 출력, 전원 단자에 대한 부하, 및 충전 입력을 검출하도록 구성되는 전원 보호 회로를 포함할 수 있다. 전원 보호 회로는 단락 보호, 최대 충전 전류, 부족-전압 록아웃(under-voltage lock out) 및/또는 과전압 충전 보호를 포함할 수 있다. 에어로졸 전달 장치는 또한, 주위 온도 측정을 위한 부품을 포함할 수 있고, 그 제어 부품(208)은, 주위 온도가 충전의 개시 전에 또는 충전 도중에 특정 온도(예컨대, 0 ℃)보다 낮거나 또는 특정 온도(예컨대, 45 ℃)보다 높으면, 전원 충전― 특히, 임의의 배터리의 전원 충전 ―을 억제하도록 적어도 하나의 기능 요소를 제어하도록 구성될 수 있다.
전원(212)으로부터의 전력 전달은 전력 제어 메커니즘에 따라 장치(100) 상의 각각의 퍼프(puff)마다 달라질 수 있다. 장치는, 사용자에 의해 또는 부품 고장(예컨대, 유량 센서(210))으로 인해 장치가 퍼프를 지속적으로 시도하게 될 경우에, 제어 부품(208)이 적어도 하나의 기능 요소를 제어해서 일정 기간(예컨대, 4초) 이후에 퍼프를 자동으로 종료할 수 있게 하는, "긴 퍼프(long puff)" 안전 타이머를 포함할 수 있다. 또한, 장치 상의 퍼프들간의 시간은 일정 기간(예컨대, 100초)보다 짧게 제한될 수 있다. 워치도그(watchdog) 안전 타이머는, 에어로졸 전달 장치 상에서 실행되는 그 제어 부품 또는 소프트웨어가 불안정해지고 적절한 시간 간격(예컨대, 8초) 안에 타이머를 작동시키지 않으면, 에어로졸 전달 장치를 자동으로 리셋할 수 있다. 결함이 있는, 내지는 고장난 유량 센서(210)의 경우에는, 의도치 않은 가열을 방지하기 위해 에어로졸 전달 장치를 영구적으로 불능화하는 등과 같은, 추가적인 안전 보호가 제공될 수 있다. 퍼프 제한 스위치는, 4초의 최대 퍼프 시간 이후에 멈추지 않고 장치를 지속적으로 활성화시키는 압력 센서 고장의 경우에, 장치를 정지시킬 수 있다.
에어로졸 전달 장치(100)는, (카트리지에서 e-액체 충전량을 고려하여 계산되는 가용 퍼프 횟수에 기초하여) 부착된 카트리지에 대하여 규정된 퍼프 횟수가 달성되면, 히터를 중지시키도록 구성되는 퍼프 추적 알고리즘을 포함할 수 있다. 에어로졸 전달 장치(100)는 또한 본 명세서에서 참조로서 인용되는, 2016년 9월 9일에 출원된 Sur 등의 미국 특허 출원 제15/261,307호에 개시되어 있는 바와 같은, 실제의 거의 또는 실시간 액체 레벨 센서(an actual near or real-time liquid level sensor)를 포함할 수 있다. 에어로졸 전달 장치는 수면 모드, 대기 모드 또는 저전력 모드 기능을 포함할 수 있으며, 그에 따라 규정된 비사용 기간 이후에는 전력 공급이 자동으로 차단될 수 있다. 전원(212)의 전체 충전/방전 사이클이 그 수명 동안 제어 부품(208)에 의해 모니터링될 수 있다는 점에서, 추가적인 안전 보호가 제공될 수 있다. 전원은 소정 횟수(예컨대, 200회)의 완전 방전 및 완전 충전 사이클에 상당하는 횟수에 이른 후에는, 소진되었다고 여겨질 수 있으며, 제어 부품은 전원의 추가적인 충전을 방지하기 위해 적어도 하나의 기능 요소를 제어할 수 있다.
본 개시에 따른 에어로졸 전달 장치의 다양한 부품들은 본 기술분야에서 설명되며 상업적으로 이용 가능한 부품들로부터 선택될 수 있다. 본 개시에 따라 사용될 수 있는 배터리의 실시예들은, 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되는, Peckerar 등의 미국 특허 출원 공개 제2010/0028766호에서 설명된다.
에어로졸 전달 장치(100)는, 에어로졸 발생이 요망될 때(예컨대, 사용 중에 흡인될 때), 히터(220)에의 전력의 공급을 제어하기 위해 센서(210) 또는 다른 센서 또는 검출기를 포함할 수 있다. 이렇게 해서, 예를 들어, 에어로졸 전달 장치가 사용 중에 흡인되지 않을 때에는 히터로의 전력을 차단하고, 흡인되는 동안에는 히터에 의한 열의 발생을 가동 또는 기동하도록 전력을 공급하는 방식 또는 방법이 제공된다. 추가의 대표적인 유형의 감지 또는 검출 메커니즘, 그 구조 및 구성, 그 부품, 및 그 일반적인 작동 방법은, 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되는, Sprinkel, Jr.의 미국 특허 제5,261,424호, McCafferty 등의 미국 특허 제5,372,148호, 및 Flick의 PCT 특허 출원 공개 WO 2010/003480호에서 설명된다.
에어로졸 전달 장치(100)는 흡인하는 동안 히터(222)에의 전력량을 제어하기 위한 제어 부품(208) 또는 다른 제어 메커니즘을 포함하는 것이 가장 바람직하다. 대표적인 유형의 전자 부품, 그 구조 및 구성, 그 특징, 및 그 일반적인 작동 방법은, 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되는, Gerth 등의 미국 특허 제4,735,217호, Brooks 등의 미국 특허 제4,947,874호, McCafferty 등의 미국 특허 제5,372,148, Fleischhauer 등의 미국 특허 제6,040,560호, Nguyen 등의 미국 특허 제7,040,314호, Pan의 미국 특허 제8,205,622호, Fernando 등의 미국 특허 출원 공개 제2009/0230117호, Collet 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0060554호, Ampolini 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0270727호, 및 2014년 3월 13일자로 출원된 Henry 등의 미국 특허 출원 제14/209,191호에서 설명된다.
에어로졸 전구체를 지원하기 위한 대표적인 유형의 기판, 저장조 또는 다른 부품은, 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되는, Newton의 미국 특허 제8,528,569호, Chapman 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0261487호, 2013년 8월 28일자로 출원된 Davis 등의 미국 특허 출원 제14/011,992호, 2014년 2월 3일자로 출원된 Bless 등의 미국 특허 출원 제14/170,838호에서 설명된다. 부가적으로, 특정 유형의 전자 담배 내부의 다양한 심지 재료, 및 이들 심지 재료의 구성 및 작동은, 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되는, Sears 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0209105호에 제시된다.
증기 전구체 조성물이라고도 하는 에어로졸 전구체 조성물은, 실시예로서, 다가 알코올(예컨대, 글리세린, 프로필렌 글리콜 또는 그 혼합물), 니코틴, 담배, 담배 추출물 및/또는 향미료를 포함하여, 다양한 성분을 포함할 수 있다. 또한, 대표적인 유형의 에어로졸 전구체 성분 및 제형은, 그 개시 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는, Robinson 등의 미국 특허 제7,217,320호 및 Zheng 등의 미국 특허 공개 제2013/0008457호; Chong 등의 미국 특허 공개 제2013/0213417호; Collett 등의 미국 특허 공개 제2014/0060554호; Lipowicz 등의 미국 특허 공개 제2015/0020823호; 및 Koller의 미국 특허 공개 제2015/0020830호 뿐만 아니라, Bowen 등의 WO 2014/182736호에 제시 및 특정된다. 채용될 수 있는 그 밖의 에어로졸 전구체는, R. J. Reynolds Vapor Company의 VUSE® 제품, Imperial Tobacco Group PLC의 BLUTM 제품, Mistic Ecigs의 MISTIC MENTHOL 제품, 및 CN Creative Ltd.의 VYPE 제품에 포함된 에어로졸 전구체를 포함한다. 또한, Johnson Creek Enterprises LLC에서 시판하고 있는 전자 담배용의 소위 "스모크 주스(smoke juices)"가 바람직하다.
시각적 표시기 및 관련 부품, 오디오 표시기, 햅틱 표시기 등과 같이, 시각적 신호 또는 표시기를 생성하는 추가적인 대표적인 유형의 부품이 에어로졸 전달 장치(100)에 채용될 수 있다. 적절한 LED 부품과, 그 구성 및 사용에 대한 예들은, 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되는, Sprinkel 등의 미국 특허 제5,154,192호, Newton의 미국 특허 제8,499,766호, Scatterday의 미국 특허 제8,539,959호, 및 2014년 2월 5일자로 출원된 Sears 등의 미국 특허 출원 제14/173,266호에서 설명된다.
본 개시의 에어로졸 전달 장치에 포함될 수 있는 또 다른 특징, 제어 또는 부품은, 그 전부가 본 명세서에 참조로 포함되는, Harris 등의 미국 특허 제5,967,148호, Watkins 등의 미국 특허 제5,934,289호, Counts 등의 미국 특허 제5,954,979호, Fleischhauer 등의 미국 특허 제6,040,560호, Hon의 미국 특허 제8,365,742호, Fernando 등의 미국 특허 제8,402,976호, Katase의 미국 특허 출원 공개 제2005/0016550호, Fernando 등의 미국 특허 출원 공개 제2010/0163063호, Tucker 등의 미국 특허 출원 공개 제2013/0192623호, Leven 등의 미국 특허 출원 공개 제2013/0298905호, Kim 등의 미국 특허 출원 공개 제2013/0180553호, Sebastian 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0000638호, Novak 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0261495호, 및 DePiano 등의 미국 특허 출원 공개 제2014/0261408호에서 설명된다.
제어 부품(208)은 다수의 전자 부품을 포함하고, 일부 실시예에 있어서는, 전자 부품들을 지지 및 전기적으로 연결하는 인쇄 회로 기판(PCB)으로 형성될 수 있다. 전자 부품은 마이크로프로세서 또는 프로세서 코어, 및 메모리를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 제어 부품은 프로세서 코어 및 메모리가 통합된 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 집적된 입력/출력 주변 장치를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 제어 부품은 하나 이상의 네트워크, 컴퓨팅 장치 또는 그 밖의 적절히 사용 가능한 장치와의 무선 통신을 가능하게 하기 위해 통신 인터페이스에 결합될 수 있다. 적절한 통신 인터페이스의 실시예들은, 그 내용이 전부 참조로 포함되는, 2015년 3월 4일자로 출원된 Marion 등의 미국 특허 출원 제14/638,562호에 개시되어 있다. 또한, 에어로졸 전달 장치가 무선 통신하도록 구성될 수 있게 하는 적절한 방식에 대한 예들은, 그 각각이 전부 본 명세서에 참조로 포함되는, 2014년 7월 10일자로 출원된 Ampolini 등의 미국 특허 출원 제14/327,776호, 및 2015년 1월 29일자로 출원된 Henry, Jr. 등의 미국 특허 출원 제14/609,032호에 개시된다.
몇몇 예시적인 구현예에 따르면, 제어 바디(102)의 전원(212)은 주름진 그래핀 기반 구조를 갖는 수퍼커패시터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 수퍼커패시터는 10 마이크로미터(μm) 이하의 두께와 같이 실질적으로 작은 두께를 갖는 마이크로스코픽 수퍼커패시터일 수 있다. 적절한 수퍼커패시터의 예는 Lewis 등의 미국 특허 제6,621,687호 및 Zhao의 미국 특허 제7,852,612호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전원(212)은 제어 바디(102)의 다양한 부품과, 제어 바디가 카트리지에 연결되어 있을 때는 히터(222)와 같은 카트리지(104)의 다양한 부품을 포함하는 전기적 부하(302)에 접속될 수 있다. 이들 예에서, 전원은 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화시키고 증발시키기 위해 히터에 전력을 공급하도록 구성된 수퍼커패시터(SC)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수퍼커패시터는 입방 센티미터당 일백 오십 와트(150W/cm3) 이상의 전력 밀도, 및 이십(20) 마이크로초(㎲) 이하의 시상수를 가질 수 있다. 예시적인 구현예는 단일 수퍼커패시터를 참조하여 설명되지만, 전원은 병렬로 연결된 수퍼커패시터를 포함하는 복수의 수퍼커패시터를 포함할 수 있다.
도 3에 더 도시되어 있는 바와 같이, 전원(212)은 또한 재충전가능 수퍼커패시터(SC)에 연결가능하고, 또한 그로부터 충전가능한 재충전가능 박막 고체 상태 배터리(SSB)를 포함할 수 있다. 이들 예에서, 전원은 박막 고체 상태 배터리로부터 전력을 히터(222)에 공급하도록 구성될 수 있다. 이에 더해 또는 이와 달리, 일부 예에서, 수퍼커패시터는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 에너지원(F)에 연결가능하고 그로부터 충전가능할 수 있다. 에너지원은 예를 들어, USB 2.0 또는 USB 3.0 버전과 같은 범용 직렬 버스(USB) 충전기, 벽 충전기, 광전지(예를 들어, 갈륨 비소 광전지) 또는 압전 에너지원 등일 수 있고 또는 이를 포함할 수 있다.
수퍼커패시터(SC)는 에너지원(E)으로부터 분리되고 또한 연결가능한 것으로 도시되어 있지만, 수퍼커패시터는 에너지원과 통합될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 일부 구현예에서 수퍼커패시터는 광전지(28.8% 효율의 갈륨 비소) 또는 압전 에너지원과 통합될 수 있다. 적절한 압전 에너지원의 예는 Shih 등의 미국 특허 제8,421,313호 및 Li 등의 미국 특허 출원 제2014/0285067호에 기술되어 있으며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
전술한 바와 같이, 전원(212)의 수퍼커패시터(SC)는 주름진 그래핀 구조 또는 아마도 EDLC 또는 전기 유전체층 커패시터일 수 있다. 도 5는 수퍼커패시터의 적절한 주름진 그래핀 기반 구조(500)를 보다 구체적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 주름진 그래핀 기반 구조는 각각이 탄소 원자의 허니컴 격자(504)를 포함하는 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층(502)을 포함할 수 있다. 주름진 구조는 그 사이에 삽입된 전해질(506)을 갖는 그래핀 층을 또한 포함할 수 있다. 전해질은 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 사이에 삽입되고 백오십(150) 마이크로미터(μm) 이하의 두께를 갖는 고체 상태 전해질 분리자, 이온겔 또는 하이드로겔일 수 있다. 그에 따라, 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 사이의 공간 거리는 150μm 미만일 수 있다. 각각의 그래핀 층의 외부 표면은 제각기의 가요성 기판(508)에 부착될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 대안 실시예에서, 제어 바디(102)의 제어 부품(208)은 사용자 입력에 응답하여 전원(212)으로부터 히터(222)로 정전류가 흐르게 하도록 구성된 아날로그 전자 부품을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 정전류는, 선형 레귤레이터의 정전류를 결정하기 위해 저항이 사용되는 한 쌍의 저항의 저항 값을 조정함으로써 설정될 수 있다. 특히, 아날로그 전자 부품은 사용자 입력에 응답하여, 수퍼커패시터(SC)로부터 전류를 수신하고 이에 의해 정전류를 히터(222)로 유도하고 사용자 입력에 응답하여 히터가 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 증발하게 할 수 있다. 특히, 본 명세서에서 그 전체가 참조로서 인용되는 2016년 9월 9일에 출원된 Sur 등의 미국 특허 출원 제15/261,336호에 개시되어 있는 바와 같이, 아날로그 전자 부품은 디지털 프로세서로부터 독립적으로, 예를 들어 히터에 정전류를 유도하거나 개시하기 위해 디지털 프로세서를 사용하는 것을 요구하지 않고 정전류를 히터로 유도하도록 구성될 수 있다.
제품(들)의 사용에 대한 이상의 설명은 본 명세서에 제공된 추가의 설명에 비추어 당업자에게 명백할 수 있는 사소한 수정을 통해, 본 명세서에 기재된 다양한 예시적인 구현에 적용될 수 있다. 그러나, 전술한 사용에 대한 설명은 제품의 사용을 제한하려는 것이 아니라 본 개시 내용의 모든 필요한 요구 사항을 준수하도록 제공된다. 도 1 내지 도 5에 도시되거나 앞서 설명된 제품(들)에 도시된 임의의 요소는 본 발명에 따른 에어로졸 전달 장치에 포함될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술 분야의 당업자가 상술한 설명들 및 관련 도면들에 제시된 교시들의 이점을 이해한다면, 그 당업자에게는 본 명세서에 개시된 본 개시에 대한 여러 수정예 및 다른 구현예가 자명할 것이다. 따라서, 본 개시는 개시된 특정 구현예에 한정되지 않아야 하며, 해당 수정예 및 그 밖의 구현예는 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도되는 것임을 이해해야 한다. 또한, 전술한 설명 및 연관 도면은 요소들 및/또는 기능들의 특정한 예시적인 조합의 맥락에서 예시적인 구현예들을 설명하지만, 첨부된 청구항들의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 대안적인 구현예들에 의해 요소들 및/또는 기능들의 상이한 조합들이 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 예를 들어, 위에서 명시적으로 설명된 것들과는 다른 요소들 및/또는 기능들의 조합도 첨부된 청구항들 중 일부에 제시될 수 있을 것으로 생각된다. 특정 용어가 본 명세서에서 채용되지만, 이들 용어는 포괄적이고 설명적인 의미로만 사용되며 제한적인 목적으로는 사용되지 않는다.

Claims (22)

  1. 에어로졸 전구체 조성물을 보유하도록 구성된 저장조를 규정하는 적어도 하나의 하우징과,
    상기 적어도 하나의 하우징 내에,
    상기 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화시키고 증발시키도록 제어 가능한 가열 요소와,
    상기 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 증발시키기 위해 상기 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성된 전원을 포함하되,
    상기 전원은 주름진 그래핀 기반 구조(corrugated graphene-based structure)를 갖는 재충전가능 수퍼커패시터를 포함하는
    에어로졸 전달 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원은 병렬로 연결된 재충전가능 수퍼커패시터를 포함하는 복수의 재충전가능 수퍼커패시터를 포함하는
    에어로졸 전달 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원은 상기 수퍼커패시터와 연결 가능하고 또한 상기 수퍼커패시터로부터 충전가능한 재충전가능 박막 고체 상태 배터리를 더 포함하고, 상기 가열 요소에 전력을 제공하도록 구성된 상기 전원은 상기 박막 고체 상태 배터리로부터의 전력을 상기 가열 요소에 제공하도록 구성된
    에어로졸 전달 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재충전가능 수퍼커패시터는 USB 충전기, 벽 충전기, 광전지 또는 압전 에너지원이거나 이를 포함하는 에너지원으로부터 충전가능한
    에어로졸 전달 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 재충전가능 수퍼커패시터는 광전지 또는 압전 에너지원과 일체화된
    에어로졸 전달 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주름진 그래핀 기반 구조는 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층(one-atom thick layers of graphene)과 그 사이에 개재된 전해질을 포함하고, 상기 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 각각은 플렉시블 기판에 부착된 외부 표면을 갖는
    에어로졸 전달 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 재충전가능 수퍼커패시터는 십(10) 마이크로미터(㎛) 이하의 두께를 갖고, 상기 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층은 백오십(150) 마이크로미터(㎛) 이하이고, 상기 전해질은 150㎛ 이하의 두께를 갖는
    에어로졸 전달 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 각각은 탄소 원자들의 허니컴 격자(honeycomb lattice)를 포함하는
    에어로졸 전달 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전해질은 상기 2개의 일 원자 그래핀 층들 사이의 고체 상태 전해질 분리자인
    에어로졸 전달 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 전해질은 이온겔 또는 하이드로겔 전해질인
    에어로졸 전달 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 재충전가능 수퍼커패시터는 입방 센티미터 당 백오십 와트(150W/cm3) 이상의 전력 밀도, 및 이십(20) 마이크로초 이하의 시상수를 갖는
    에어로졸 전달 장치.
  12. 에어로졸 전달 장치를 형성하기 위해 카트리지와 결합되거나 결합가능한 제어 바디로서,
    상기 카트리지는 에어로졸 전구체 조성물을 보유하고, 상기 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화시키고 증발시키도록 구성된 가열 요소를 구비하고,
    상기 제어 바디는
    하우징과,
    상기 하우징 내에 포함되고 상기 에어로졸 전구체 조성물의 성분을 활성화 및 증발시키기 위해 상기 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성되는 전원을 포함하되, 상기 전원은 주름진 그래핀 기반 구조를 갖는 재충전가능 수퍼커패시터를 포함하는
    제어 바디.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전원은 병렬로 연결된 재충전가능 수퍼커패시터를 포함하는 복수의 재충전가능 수퍼커패시터를 포함하는
    제어 바디.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 전원은 상기 수퍼커패시터와 연결가능하고 또한 상기 수퍼커패시터로부터 충전가능한 재충전가능 박막 고체 상태 배터리를 더 포함하고, 상기 가열 요소에 전력을 제공하도록 구성된 상기 전원은 상기 박막 고체 상태 배터리로부터의 전력을 상기 가열 요소에 제공하도록 구성된
    제어 바디.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 재충전가능 수퍼커패시터는 USB 충전기, 벽 충전기, 광전지 또는 압전 에너지원이거나 이를 포함하는 에너지원으로부터 충전가능한
    제어 바디.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 재충전가능 수퍼커패시터는 광전지 또는 압전 에너지원과 일체화된
    제어 바디.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 주름진 그래핀 기반 구조는 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층과 그 사이에 개재된 전해질을 포함하고, 상기 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 각각은 플렉시블 기판에 부착된 외부 표면을 갖는
    제어 바디.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 재충전가능 수퍼커패시터는 십(10) 마이크로미터(㎛) 이하의 두께를 갖고, 상기 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층은 백오십(150) 마이크로미터(㎛) 이하이고, 상기 전해질은 150㎛ 이하의 두께를 갖는
    제어 바디.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 2개의 일 원자 두께의 그래핀 층 각각은 탄소 원자들의 허니컴 격자를 포함하는
    제어 바디.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 전해질은 상기 2개의 일 원자 그래핀 층들 사이의 고체 상태 전해질 분리자인
    제어 바디.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 전해질은 이온겔 또는 하이드로겔 전해질인
    제어 바디.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 재충전가능 수퍼커패시터는 입방 센티미터 당 백오십 와트(150W/cm3) 이상의 전력 밀도, 및 이십(20) 마이크로초 이하의 시상수를 갖는
    제어 바디.
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