KR20200069311A - 흡입기용, 특히 전자 담배 제품용 증발기 유닛 - Google Patents

흡입기용, 특히 전자 담배 제품용 증발기 유닛 Download PDF

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Abstract

흡입기용, 특히 전자 담배 제품용 증발기(20)가, 유입구 측면(61) 및 배출구 측면(64)을 가지는, 전기적으로 동작 가능한, 특히 평면형의, 가열 본체(60), 그리고 가열 본체(60)를 통해서 유입구 측면(61)으로부터 배출구 측면(64)까지 각각 연장되는, 복수의 미세 채널(62)을 포함하고, 가열 본체(60)는 가열 전압의 인가에 의해서 미세 채널(62)을 통해서 전달되는 액체를 증발시키도록 설계된다. 다공성 및/또는 모세세관 심지 구조물(19)이 가열 본체(60)의 유입구 측면(61) 상에 배열되고, 그러한 심지 구조물은 가열 본체(60)에 반하여 편평하게 놓이고 그와 접촉되며 유입구 측면(61) 상에서 모든 미세 채널(62)을 덮는다.

Description

흡입기용, 특히 전자 담배 제품용 증발기 유닛
본 발명은 흡입기용, 특히 전자 담배 제품용 증발기 유닛에 관한 것으로서, 유입구 측면 및 배출구 측면을 가지는, 전기적으로 동작 가능한, 특히 평면형의, 가열 본체, 그리고 가열 본체를 통해서 유입구 측면으로부터 배출구 측면까지 각각 연장되는, 복수의 미세 채널을 포함하고, 가열 본체는 가열 전압의 인가에 의해서 미세 채널을 통해서 전달되는 액체를 증발시키도록 설계된다.
종래 기술에서, 액체는 전형적으로 심지에 의해서 모세관 방식으로 가열 본체로 공급된다. 이용되는 심지는 이상적으로 전달 방향으로 일정한 전달 효과를 갖는다. 전달률이 요구되는 증발률보다 작은 경우에, 심지는 가열 본체에 근접하여 건조된다. 건조 퍼핑(puff)이 후속되고, 유해 물질이 방출된다.
평면형 가열 본체의 경우에, 가열 본체의 표면에 걸친 일정한 온도 분포 및 그에 따른 균일한, 오염물질이 없는 증발을 보장하기 위해서, 가열 본체는 항상 그리고 모든 위치에서 가능한 한 균일하게 심지에 의해서 습윤되어야 한다.
현재의 종래 기술에서, e-담배를 위한 Si-계 가열기가 제시되어 있다. 이러한 시스템 중 어느 것도 이제까지 구현되지 않았다. 가열기를 전기적, 기계적, 유압적으로 커플링시키는 것과 동시에 구조물을 열적으로 디커플링시키는 것 그리고 전환 손실(transition losses)을 방지하는 것이 특히 어렵다.
본 발명에 의해서 해결되는 문제는, 가열 본체의 유입구 측면 상의 기포 형성 및 건조 동작으로 인한 문제가 방지되는 증발기 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명은 독립항의 특징에 의해서 이러한 문제를 해결한다.
가열 본체의 유입구 영역 내의 기포의 형성은 본 발명에 따른 심지 구조물에 의해서 방지될 수 있다. 가열 본체의 미세 채널 내에 형성되는 기포는 유입구 측면으로부터 상류의 영역 내로 침투할 수 없고, 가열 본체의 유입구 영역의 건조 작동을 초래할 수 없고 그에 따라 증발기의 기능적 손상을 초래할 수 없다. 심지 구조물의 영역 내의 임의의 기포는 심지 구조물의 소공 또는 모세관 내에 포획되고, 큰 기포를 형성할 수 없다. 심지 구조물이 유입구 측면 상에서 편평하게 놓이고 가열 본체와 접촉되며 유입구 측면 상의 모든 미세 채널을 덮는 것, 그에 따라 미세 채널 내에 형성된 개별적인 기포가 잘못된 방향으로, 구체적으로 유입구 측면 상에서 액체 저장 장치를 향해서 미세 채널을 떠날 수 없는 것이 중요하다. 그 대신, 본 발명에 따른 심지 구조물에 의한 유입구 측면의 차단은, 미세 채널 내에 형성된 기포가 미세 채널 내에서 배출구 측면을 향해서 이동하는 것을 보장하고, 그러한 배출구 측면에서 기포는 미세 채널로부터 방출되고 이어서 더 이상 어떠한 문제도 일으키지 않을 수 있다.
가열 본체의 유입구 측면 상의 심지 구조물의 일부에 액체가 균일하게 공급되도록, 가열 본체로부터 더 먼 거리에 위치되고 액체 저장부에 더 근접한 심지 구조물의 영역보다, 유입구 측면 상의 심지 구조물에 액체를 더 서서히 그리고 균일하게 운송하는 것이 유리하다. 결과적으로, 심지 영역은 유리하게, 가열 본체를 향하는 방향으로, 큰 것으로부터 작은 것으로의 소공/모세관 크기 구배를 갖는다. 결과적으로, 전달률은 유리하게 가열 본체를 향하는 방향으로 심지 구조물을 따라서 감소된다. 액체의 일정한 표면 장력 및 점도에서, 심지 구조물의 전달률은 심지 재료의 소수성 및 소공/모세관 크기에 의해서만 달라진다.
심지 구조물의 다공성 또는 모세관 재료 내의 소공 또는 모세관의 평균 크기는 유리하게 특정 요건에 따라 달라진다. 따라서, 가열 본체와의 접촉 영역 내의 심지 구조물 내의 소공 또는 모세관의 평균 소공/모세관 크기는 유리하게 최소이고, 특히 유리하게, 2개의 미세 채널의 서로간의 가장 짧은 거리보다 작고, 바람직하게 적어도 하나의 자릿수(one order of magnitude)만큼 더 작다. 이러한 방식으로, 가열 본체의 유입구 측면 상의 미세 채널 내에 형성된 기포가, 유리하게, 경계를 형성하는 미세 채널 내로 전달 또는 침투하는 것이 방지된다. 다시 말해서, 설명된 특징은, 개별적인 미세 채널이 유입구 측면 내의 액체를 통해서 서로 연통되는 것을 방지한다. 그렇지 않은 경우에, 상호 작용하는 미세 채널들로 인해서, 개별적인 미세 채널의 안정적인 증발 상태가 얻어질 수 없다. 또한, 가열 본체의 유입구 측면 상의 심지 구조물 내에 형성된 큰 증기 기포는 미세 채널의 유입 개구부에서 복수의 미세 채널을 동시에 차단할 수 있고, 이는 미세 채널의 과열을 유발할 수 있다.
가열 본체와의 접촉 영역 내의 심지 구조물 내의 소공 또는 모세관의 평균 소공/모세관 크기는 또한 유리하게, 미세 채널의 가장 작은 내측 (또느 유압) 직경보다 작고, 바람직하게 적어도 하나의 자릿수만큼 더 작다. 이러한 방식으로, 미세 채널 내에 형성된 기포가 소공 또는 모세관을 통해서 심지 구조물의 내부에 바람직하지 못하게 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 심지 구조물 내의 최대의 가능한 기포 크기는 유리하게 소공 또는 모세관 크기로 제한된다.
특히 유리한 실시예에서, 평균 소공/모세관 크기가 심지 구조물에 걸쳐 일정하지 않고, 가열 본체로부터의 거리가 감소됨에 따라 변화되고, 특히 (바람직하게 단조롭게) 감소된다. 소공/모세관 크기의 단조로운 감소는 일반적으로, 소공/모세관 크기가 부분들 내에서 동일하게 유지되나, 어떠한 경우에도 가열 본체로부터의 거리가 감소됨에 따라 증가되지 않는다는 것을 암시한다.
가열 본체 아래의 액체를 가열하는 것에 의해서, 액체의 표면 장력을 감소시키는 결과에 의해서, 그리고 추가적으로 그에 따라 증가된 모세관력에 의해서, 액체는 심지 구조물로부터 미세 채널 내로 운송된다. 가열 본체 내에서 증발되는 액체는 압력차를 초래하고, 가열 본체의 배출구 측면을 향한 구배를 가지는 농도의 변화를 초래한다. 압력차는 개별적인 미세 채널 내의 모세관 압력을 증가시키고, 마찬가지로, 증발 액체가, 경계를 형성하는 미세 채널에 영향을 미치지 않고, 심지 구조물로부터 멀리 증발될 수 있다는 것만을 의미한다.
여기에서, 평균 소공/모세관 크기는, 복수의 상응하는 소공 또는 모세관에 걸쳐 평균화된 것을 의미한다. 평균 소공 크기는, 상응하는 소공과 동일한 부피를 각각 가지는 구체(sphere)의 직경에 걸친 평균 값을 의미한다. 평균 모세관 크기는, 상응하는 모세관과 동일한 길이 및 동일한 부피를 각각 가지는 원통체의 직경에 걸친 평균 값을 의미한다.
전술한 심지 구조물은 유리하게 몇 가지 방식으로 구현될 수 있다. 유리한 실시예에서, 심지 구조물은 구분된 또는 다수-스테이지의 방식으로 구축될 수 있고, 서로에 대해서 놓이고 일정한 평균 소공/모세관 크기를 각각 가지는 복수의 소공 및/또는 모세관 층을 갖는다. 이러한 실시예는 특히 제조와 관련하여 생산하기가 용이할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 심지 구조물은 가열 본체로부터의 거리에 따라 평균 소공/모세관 크기가 점진적으로 변화되는 요소로서 구축될 수 있다. 이러한 변형예에서, 그에 따라, 점진적이고 단조로운 변화를 가지는, 특히 가열 본체를 향하는 방향으로 소공/모세관 크기가 감소되는 하나의 층만이 있다. 이는, 부품수의 감소라는 장점을 갖는다.
전술한 실시예들의 혼합된 형태도 가능하다. 예를 들어, 일정하고 작은 평균 소공/모세관 크기를 가지는 층이 가열 본체의 유입구 측면의 영역 내에 제공될 수 있고, 액체 저장부를 향해서, 평균 소공/모세관 크기가 지속적으로 또는 연속적으로 증가되는 층이 그에 반하여(thereagainst) 놓인다.
심지 구조물의 전달률은 유리하게 적어도 가열 본체의 최대 증발률만큼 크다. 이는 항상 적절한 액체 트랙킹(tracking)을 보장하고, 그에 따라 불리한 가열 본체의 건조-작동이 방지된다. 증발률은 가열 본체 구조물의 기하형태(부피 대 표면) 및 증발기 출력에 의해서 결정된다.
따라서, 전체 부피에 걸쳐 균일하게 액체를 가열 본체에 전달하도록, 모세관 심지 구조물이 설계된다. 전달률이 적어도 증발률로 관리될 수 있도록, 심지 구조물의 전달률 및 가열 본체의 증발률이 서로와 관련하여 설정된다. 이는, 증발 프로세스 중에, 너무 적은 액체가 가열 본체 상에 존재하는 것을 방지하고, 그렇게 너무 적은 액체가 존재하는 것은 가열 본체가 건조될 수 있다.
심지 구조물은 유리하게 전체적으로 또는 부분적으로, 면, 셀룰로오스, 아세테이트, 유리 섬유 직물, 유리 섬유 세라믹, 소결 세라믹, 세라믹 페이퍼, 알루미노실리케이트 페이퍼, 금속 폼(metal foam), 금속 스폰지, 적합한 전달률을 가지는 다른 내열성, 다공성 및/또는 모세관 재료, 및/또는 언급된 재료 중 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다.
가열 본체를 위한 가열 전압(Uh)의 주파수 및/또는 듀티 사이클은 바람직하게 미세 채널 내에 형성된 가스 기포의 진동의 자연 진동 및/또는 자연 주파수에 맞춰 구성된다. 이는, 본 발명의 경우에서와 같은 심지 구조물에 의한, 피동적 모세관 액체 공급을 이용하는 증발에는, 액체의 능동 공급을 이용하는 증발과 다른 법칙이 적용된다는 지식을 기초로 한다. 다른 것들 중에서, 가열 본체에 대한 액체의 전달률에 따라 달라지는, 균일하고 오염물질이 없는 증기 생성의 측면에서 증발을 최적화하기 위해서, 가열 본체를 위한 가열 전압은 유리하게 펄스화된 방식으로 활성화되며, 그에 따라 전달률은 미세 채널 내의 기포 비등 중의 기포 형성의 자연 진동에 맞춰 구성된다.
가열 전압(Uh)의 주파수 및/또는 듀티 사이클은 바람직하게 증발되는 액체의 혼합비에 따라 최적으로 선택되는데, 이는 해당 액체들 및 혼합물들의 기포 진동의 자연 주파수들이 다를 수 있기 때문이다.
그러나, 20 Hz 내지 200 Hz의 범위, 바람직하게 25 Hz 내지 100 Hz의 범위, 보다 더 바람직하게 30 Hz 내지 70 Hz의 범위, 그리고 예를 들어 50 Hz의 바람직한 가열 주파수가 해당 액체들 및 혼합물들의 대부분을 커버한다는 것이 확인되었다.
과열을 방지하면서 농축된 증기를 보장하기 위해서, 가열 전압(Uh)에 의해서 가열 본체를 위해서 생성되는 최대 가열 전류는 또한 바람직하게 7A 이하이다.
적어도 하나의 예비부하-생성 클램핑 요소(preload-generating clamping element)가 바람직하게 제공되고, 이는 가열 본체를 지지부 상에서 클램핑하도록 배열되고 설정된다. 가열 본체는 클램핑 요소에 의해서 지지부 상으로 클램핑되고 그에 따라 증발기 유닛 내에서 확실하고 움직일 수 없게 유지된다.
특히 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 클램핑 요소는, 가열 본체와 전기적으로 접촉하고 그에 전력를 공급하기 위한 전극으로서 동시에 사용된다. 이러한 경우에, 가열 본체의 전기 접촉을 위한 분리된 전극들은 필요치 않다.
적어도 2개의 클램핑 요소가 바람직하게 가열 본체의 대향 측면들 상에 제공되고, 이는, 비교적 작은 복잡성으로 특히 큰 기계적 안정성을 촉진한다. 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 클램핑 요소가 클램핑 브라켓을 가지며, 그러한 클램핑 브라켓은 가열 본체와 함께 선형 접촉부를 만든다. 클램핑 브라켓과 가열 본체 사이의 선형 접촉으로 인해서, 클램핑 요소와 가열 본체 사이에 우수한 전기적 연결이 존재하는 한편, 동시에 면-대-면 접촉이 없는 것으로 인해서, 클램핑 요소와 가열 본체 사이에서 이상적인 열적 디커플링(decoupling)을 갖는다.
클램핑 요소는 배출구 측면에 측방향으로 평행하고 그와 평행하게 및/또는 배출구 측면에 수직으로 및/또는 지지부의 모서리 홈 내에서 가열 본체를 클램핑할 수 있다. 후자의 옵션은 클램핑 브라켓과 가열 본체 사이에서 2개의 접촉 라인을 포함하고, 이는 전기적 접촉을 상당히 더 개선한다. 클램핑 요소는 또한 전술한 유형의 하나 초과의 클램핑 브라켓, 특히 3개의 클램핑 브라켓 중 임의의 2개 또는 모두를 가질 수 있다.
유리한 실시예에서, 지지부 내의 홀를 통해서 연장되는 적어도 하나의 전기 전도체가 클램핑 요소와의 전기적 접촉을 위해서 제공될 수 있고, 특히, 가열 본체로부터 멀어지는 쪽으로 대면되는 지지부의 측면 상에 배열되는 인쇄 회로 기판과 접촉된다. 그러나, 또한 유리하게 지지부 자체가 인쇄 회로 기판의 형태일 수 있고, 이는 부품의 수를 감소시키고 그에 따라 제조 복접성을 줄인다.
따라서, 유리한 증발기 유닛이 제시되고, 여기에서 특히 평면형의 가열 본체가, 예를 들어 2개의 대향 측면들 상에서, 선형적으로 클램핑되고, 그에 의해서 동시에 전기적으로 접촉된다. 탄성적인 클램핑으로 인해서, 접촉 압력이 가열기 아래의 심지 재료에 가해지고, 이는 증발 압력의 균형을 이룬다. 심지 구조물은 지지부 내의 관통-개구부 내에서 유지되고, 액체 저장부는 지지부 아래에 부착된다. 가열 본체와 심지 사이의 공기 포켓이 방지되는 방식으로, 클램핑이 실행된다.
가열 본체의 특히 평면형이고, 기계적으로 안정된 구조는 가열 본체 아래에 위치된 심지 구조물 상의 균일한 표면 압력에 있어서 그리고 그에 따라 액체의 균일한 공급에 있어서 유리하다. 심지 구조물은 유리하게 지지부 위로 상승되어 종료된다. 결과적으로, 상단부 상에 놓이는 가열 본체는 주변부와 추가적으로 기계적으로 접촉하지 않고, 열적 가교부(thermal bridge)는 발생되지 않는다.
최대의 요구되는 가열 전류가 최소의 가능한 접촉 면으로 전달될 수 있도록, 전기 접촉부가 설계된다. 선형 접촉은 가열 본체의 각각의 측면에 걸쳐 균일하게 형성되고, 그에 따라, 가열 본체의 주변 영역 내에서 불규칙적인 가열을 초래하는, 부정확한 접촉으로 인한 불필요한 전환 손실이 없다. 금속-규소 접촉은 또한 공정(eutectic)의 형성에 의한 쇼트키 다이오드 효과(Schottky diode effect)를 방지하고, 그에 따라 전하 운반체 운송은 유리하게 오옴의 법칙을 따른다.
이하에서, 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 기초로 본 발명을 설명할 것이다.
도 1은 전자 담배 제품의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 증발기 유닛의 개략적 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 증발기 유닛의 원근적 횡단면도이다.
도 4는 도 2의 증발기 유닛을 상세하게 도시한 확대도이다.
도 5 및 도 6은 2개의 상이한 실시예에 대한 가열 본체로부터의 거리에 걸친 심지 구조물의 평균 소공/모세관 크기 사이의 기능적 관계를 도시한 도표이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서의 증발기 유닛의 개략적 횡단면도이다.
도 8 및 도 9는 가열 본체의 측면으로부터의(도 4) 그리고 액체 공급부의 대향 측면으로부터의(도 5) 증발기 유닛의 지지부의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 추가적인 실시예에서의 증발기 유닛의 횡단면도이다.
여기에서 전자 담배 제품인, 흡입기(10)는 하우징(11)을 포함하고, 그러한 하우징에서, 공기 채널(30)이 적어도 하나의 공기 유입 개구부(31)와 담배 제품(10)의 입 쪽 단부(32)에 위치되는 공기 배출 개구부(24) 사이에 제공된다. 담배 제품(10)의 입 쪽 단부(32)는, 소비자가 흡입을 위해서 퍼핑(puff)하는 그리고 그에 의해서 담배 제품(10)에 음압을 인가하고 공기 채널(30) 내에서 공기 유동(34)을 생성하는 단부를 지칭한다.
담배 제품(10)은 유리하게 기부 부분(16) 및 소비 유닛(17)으로 구성되고, 소비 유닛(17)은 증발기 유닛(20) 및 액체 저장부(18)를 포함하고 특히 교환 가능한 카트리지의 형태이다. 유입 개구부(31)를 통해서 내부로 흡입된 공기가 공기 채널(30) 내에서 적어도 하나의 증발기 유닛(20)에 또는 이를 따라서 전도된다. 증발기 유닛(20)은, 적어도 하나의 액체(50)가 내부에 저장되는 적어도 하나의 액체 저장부(18)에 연결되거나 연결될 수 있다. 증발기 유닛(20)은, 액체 저장부(18)로부터 그에 공급되는, 액체(50)를 증발시키고, 증발된 액체를 에어로졸/증기(22)(도 7 참조)로서, 배출구 측면(64)에서 공기 유동(34) 내로 부가한다. 액체 저장부(18)의 유리한 부피는 0.1 ml 내지 5 ml, 바람직하게 0.5 ml 내지 3 ml, 더 바람직하게 0.7 ml 내지 2 ml 또는 1.5 ml의 범위이다.
전자 담배(10)는 또한 전기 에너지 저장부(14) 및 전자 제어 장치(15)를 포함한다. 에너지 저장부(14)는 일반적으로 기부 부분(16) 내에 배열되고, 특히, 일회용 전기화학적 배터리 또는 재충전 가능한 전기화학적 배터리, 예를 들어 리튬-이온 배터리일 수 있다. 전자 제어 장치(15)는 적어도 하나의 디지털 데이터 프로세싱 장치, 특히 마이크로프로세서 및/또는 마이크로제어기를 (도 1에 도시된 바와 같이) 기부 부분(16) 내에서 및/또는 소비 유닛(17) 내에서 포함한다.
압력 센서와 같은 센서 또는 압력 스위치 또는 유동 스위치가 유리하게 하우징(11) 내에 배열되고, 제어 장치(15)는, 센서로부터 출력된 센서 신호를 기초로, 소비자가 흡입하기 위해서 입 쪽 단부(32)에서 담배 제품(10)을 퍼핑하는 것을 결정할 수 있다. 이러한 경우에, 제어 장치(15)는 증발기 유닛(20)을 제어하여, 액체 저장부(18)로부터의 액체(50)를 에어로졸/증기로서 공기 유동(34) 내로 부가한다.
투여하고자 하는 액체(50)는, 예를 들어, 1,2-프로필렌 글리콜, 글리세롤, 물, 적어도 하나의 향료 및/또는 적어도 하나의 활성 물질, 특히 니코틴의 혼합물이다.
소비 유닛 또는 카트리지(17)는 유리하게, 소비 유닛 또는 카트리지(17)와 관련된 정보 또는 매개변수를 저장하기 위한 비휘발성 데이터 저장부를 포함한다. 데이터 저장부는 전자 제어 장치(15)의 일부일 수 있다. 데이터 저장부는 유리하게 액체 저장부(18) 내에 저장된 액체의 조성과 관련된 정보, 프로세스 프로파일, 특히 전력/온도 제어와 관련된 정보; 상태 모니터링 또는 시스템 테스팅, 예를 들어 밀봉 테스팅에 대한 데이터; 복제 방지 및 위조 방지, 소비 가능 유닛 또는 카트리지(17)의 특유의 식별을 위한 ID, 시리얼 번호, 제조 일자 및/또는 유통일, 및/또는 퍼핑의 카운트(소비자가 퍼핑하는 흡입의 수) 또는 사용 기간과 관련된 데이터를 저장하기 위해서 이용된다. 데이터 저장부는 유리하게 접촉부 및/또는 라인을 통해서 제어 장치(15)에 연결되거나 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 증발기 유닛(20)의 유리한 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 증발기 유닛(20)은, 바람직하게 전기 전도성 재료, 바람직하게 규소, 도핑된 세라믹, 금속 세라믹, 필터 세라믹, 반도체, 특히 게르마늄, 그라파이트, 반금속(semimetal) 및/또는 금속으로 제조된, 블록-형상의, 바람직하게 단일체형의 가열 본체(60)를 포함한다. 전체 가열 본체(60)를 전기 전도성 재료로 제조할 필요는 없다. 예를 들어, 가열 본체(60)의 표면이 전기 전도적 방식으로 코팅되는 것, 예를 들어 금속으로 코팅되는 것으로 충분할 수 있다. 이러한 경우에, 전체 표면을 코팅할 필요는 없고; 예를 들어, 전도체 트랙이 비-전도성 주 본체 상에 제공될 수 있다. 또한, 전체 가열 본체(60)를 가열할 절대적인 필요성이 없고; 예를 들어, 가열 본체(60)의 일부 또는 가열 층이 배출구 측면(64)의 영역 내에서 가열하는 것으로 충분할 수 있다.
가열 본체(60)는 복수의 미세 채널(62)을 구비하고, 그러한 미세 채널은 가열 본체(60)의 유입구 측면(61)을 액체-전도 방식으로 배출구 측면(64)에 연결한다. 유입구 측면(61)은 심지 구조물(19)을 통해서 액체-전도 방식으로 액체 저장부(18)에 연결된다. 심지 구조물(19)은 모세관력에 의해서 액체를 액체 저장부(50)로부터 가열 본체(60)로 피동적으로 전달하기 위해서 사용된다.
미세 채널(62)의 평균 직경은 바람직하게 5 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위, 더 바람직하게 30 ㎛ 내지 150의 ㎛ 범위, 보다 더 바람직하게 50 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위이다. 이러한 치수로 인해서, 모세관 작용이 유리하게 생성되고, 그에 따라 유입구 측면(61)에서 미세 채널(62) 내로 침투하는 액체는, 미세 채널(62)이 액체로 채워질 때까지, 미세 채널(62)을 통해서 위쪽으로 상승된다. 가열 본체(60)의 다공도로 지칭될 수 있는, 미세 채널(62) 대 가열 요소(60)의 부피비는 예를 들어 10% 내지 50%의 범위, 유리하게 15% 내지 40%의 범위, 더 유리하게 20% 내지 30%의 범위이고, 예를 들어 25%이다. 미세 채널(62)을 구비한 가열 본체(60)의 면의 연부 길이는 예를 들어 0.5 mm 내지 3 mm의 범위이다. 예를 들어, 미세 채널(62)을 가지는 가열 본체(60)의 면의 치수는: 0.95 mm x 1.75 mm; 1.9 mm x 1.75 mm 또는 1.9 mm x 0.75 mm일 수 있다. 가열 본체(60)의 연부 길이는, 예를 들어, 0.5 mm 내지 5 mm의 범위, 바람직하게 0.75 mm 내지 4 mm의 범위, 더 바람직하게 1 mm 내지 3 mm의 범위일 수 있다. 가열 본체(60)의 면(칩 크기)은, 예를 들어, 1 mm x 3 mm 또는 2 mm x 3 mm일 수 있다. 가열 본체(60)(도 10 참조)의 폭(b)은 바람직하게 1 mm 내지 5 mm의 범위, 더 바람직하게 2 mm 내지 4 mm의 범위이고, 예를 들어, 3 mm이다. 가열 본체(60)(도 10 참조)의 높이(h)는 바람직하게 0.05 mm 내지 1 mm의 범위, 더 바람직하게 0.1 mm 내지 0.75 mm의 범위, 보다 더 바람직하게 0.2 mm 내지 0.5 mm의 범위이고, 예를 들어 0.3 mm이다.
미세 채널(62)의 수는 바람직하게 4개 내지 1000개의 범위이다. 이는 기재로부터 미세 채널(62) 내로의 열 입력이 최적화되게 할 수 있고, 큰 증발 용량을 보장하고 충분히 큰 증기 배출구 면을 생성한다.
미세 채널(62)은, 도 3에서 확인될 수 있는 바와 같이, 정사각형, 직사각형, 다각형, 둥근형, 타원형, 또는 달리 성형된 어레이의 형태로 배열된다. 그러한 어레이는 s개의 열 및 z개의 행을 가지는 행렬의 형태일 수 있고, 여기에서 s는 유리하게 2 내지 50의 범위이고 더 유리하게 3 내지 30의 범위이고, 및/또는 z는 유리하게 2 내지 50의 범위이고 더 유리하게 3 내지 30의 범위이다. 이는, 보장된 큰 증발 용량을 가지는 미세 채널(62)의 배열체가 효과적으로 그리고 용이하게 제조될 수 있게 한다.
미세 채널(62)의 횡단면은 정사각형, 직사각형, 다각형, 둥근형, 타원형, 또는 다른 형상일 수 있고, 및/또는 부분들이 길이방향으로 변경될 수 있고, 특히 증가되거나, 감소되거나, 일정하게 유지될 수 있다.
하나의 또는 각각의 미세 채널(62)의 길이는 바람직하게 100 ㎛ 내지 1000 ㎛의 범위, 더 바람직하게 150 ㎛ 내지 750 ㎛의 범위, 보다 더 바람직하게 180 ㎛ 내지 400 ㎛의 범위이고, 예를 들어 300 ㎛이다. 이러한 방식으로, 가열 본체(60)(60)로부터 미세 채널(62) 내로의 충분히 양호한 열 입력으로, 최적의 액체 흡수 및 부분 형성이 발생될 수 있다.
2개의 미세 채널(62) 사이의 거리는 바람직하게 미세 채널(62)의 내측 직경의 적어도 1.3배이고, 그러한 거리는 2개의 미세 채널(62)의 중심 축들에 대한 것이다. 그러한 거리는 바람직하게 미세 채널(62)의 내측 직경의 1.5 내지 5 배, 더 바람직하게 2 내지 4배일 수 있다. 이러한 방식으로, 기재로부터 미세 채널 내로의 최적의 열 입력, 그리고 미세 채널의 충분히 안정적인 배열 및 벽 두께가 생성될 수 있다.
전술한 특징으로 인해서, 가열 본체(60)는 또한 부피 가열기로서 설명될 수 있다.
증발기 유닛(20)은, 가열 전압 공급원(71)에 의해서 생성된 전기 전압(Uh)을 가열 본체(60)를 통한 전류 흐름으로 유도하는 방식으로, 전극(72)을 통해서 가열 본체(60)의 대향 측면들 상에 연결되는, 제어 장치(15)에 의해서 바람직하게 제어될 수 있는, 가열 전압 공급원(71)을 갖는다. 전기 전도성 가열 본체(60)의 오옴 저항(ohmic resistance)으로 인해서, 전류 흐름은 가열 본체(60)의 가열을 유도하고, 그에 따라 미세 채널(62) 내에 포함된 액체의 증발을 유도한다. 가열 본체(60)는 그에 따라 증발기로서 작용한다. 이러한 방식으로 생성된 증기/에어로졸은 미세 채널(62)로부터 배출구 측면(64)으로 빠져 나가고 공기 유동(34)에 부가되며, 이에 대해서는 도 1을 참조한다. 더 정확하게, 공기 채널(30)을 통한 소비자 퍼핑에 의해서 유발되는 공기 유동(34)이 검출될 때, 제어 장치(15)는 가열 전압 공급원(71)을 활성화시키고, 미세 채널(62) 내의 액체는 자발적인 가열에 의해서 증기/에어로졸의 형태로 미세 채널(62)의 외부로 구동된다.
이러한 경우에, 상이한 온도들에서의 개별적인 증발 단계 및/또는 액체의 개별적인 부분들의 개별적인 성분들의 증발의 지속시간은, 단계별 증발을 소비자가 인식할 수 없도록 그리고 그럼에도 불구하고 양호한 풍미 적합성을 가지는 대략적으로 균질하고, 반복 가능하게 정밀한 에어로졸 형성이 보장될 수 있도록, 짧게 유지될 수 있고 및/또는 활성화 주파수에서 시간 측정될 수 있다. 특히, 제1 온도(A)에서 제1 증발 간격으로 액체의 저-비등점 성분을 먼저 증발시키고, 이어서, 온도(A)를 초과하는 제2 온도(B)에서 제2 증발 간격으로 액체의 고-비등점 성분을 증발시키는 것이 유리하다.
사용되는 액체 혼합물에 맞춰 구성된 전압 곡선(Uh(t))이 바람직하게 흡입기(10)의 데이터 저장부 내에 저장된다. 이는 사용되는 액체에 맞춰 구성된 전압 곡선(Uh(t))을 미리 설정할 수 있게 하고, 그에 따라 가열 본체(60)의 가열 온도, 그리고 그에 따라 또한 모세관 미세 채널(62)의 온도가, 증발 과정 중에 시간에 걸쳐 특정 액체의 알려진 증발 운동역학에 따라 제어될 수 있게 하고, 그에 따라 최적의 증발 결과를 달성할 수 있게 한다. 증발 온도는 바람직하게 100 ℃ 내지 400 ℃의 범위, 더 바람직하게 150 ℃ 내지 350 ℃의 범위, 보다 더 바람직하게 190 ℃ 내지 290 ℃의 범위이다.
다공성 및/또는 모세관의, 액체-전도 심지 구조물(19)이 가열 본체(60)의 유입구 측면(61) 상에 배열된다. 심지 구조물(19)은, 도 2 및 도 3에서 확인될 수 있는 바와 같이, 표면에 걸쳐 가열 본체(60)의 유입구 측면(61)과 접촉되고, 유입구 측면 상의 모든 미세 채널(62)을 덮는다. 가열 본체(60)의 대향 측면 상에서, 심지 구조물은 액체-전도 방식으로 액체 저장부에 유체적으로 연결된다. 도 1 내지 도 3 및 도 7에 도시된 심지 구조물(19)에 대한 액체 저장부(18)의 직접적인 부착은 예로서만 이해되어야 한다. 특히, 액체 인터페이스 및/또는 복수의 액체 라인이 액체 저장부(18)와 심지 구조물(19) 사이에 제공될 수 있다. 그에 따라, 액체 저장부(18)는 또한 심지 구조물(19)로부터 거리를 두고 배열될 수 있다. 액체 저장부(18)의 치수는 심지 구조물(19)의 치수보다 클 수 있고, 이에 대해서는 예를 들어 도 7을 참조한다. 심지 구조물(19)은, 예를 들어, 액체 저장부(18)의 하우징 내의 개구부 내로 삽입될 수 있다. 복수의 증발기 유닛(20)은 또한 액체 저장부(18)와 연관될 수 있다.
심지 구조물(19)은 다공성 및/또는 모세관 재료로 구성되고, 그러한 재료는, 미세 채널(62)이 건조 상태로 작동되는 것을 방지하기 위해서 그리고 그로부터 초래되는 문제점을 방지하기 위해서, 모세관력으로 인해서, 가열 본체(60)로부터 증발되는 충분한 액체를 액체 저장부(18)로부터 가열 본체(60)로 피동적으로 후속하여 전달할 수 있다.
전류 흐름에 의한 심지 구조물(19) 내의 액체의 바람직하지 못한 가열을 방지하기 위해서, 심지 구조물(19)은 유리하게 비-전도성 재료로 구성된다. 심지 구조물(19)은 유리하게 면, 셀룰로오스, 아세테이트, 유리 섬유 직물, 유리 섬유 세라믹, 소결 세라믹, 세라믹 페이퍼, 알루미노실리케이트 페이퍼, 금속 폼, 금속 스폰지, 적합한 전달률을 갖는 다른 내열성, 다공성 및/또는 모세관 재료, 또는 언급된 재료 중 둘 이상의 조합 중 하나 이상으로 구성된다. 유리하게 실용적인 실시예에서, 심지 구조물(19)은 적어도 하나의 세라믹 섬유 페이퍼 및/또는 다공성 세라믹을 포함할 수 있다. 심지 구조물(19)의 부피는 바람직하게 1 mm3 내지 10 mm3의 범위, 더 바람직하게 2 mm3 내지 8 mm3의 범위, 보다 더 바람직하게 3 mm3 내지 7 mm3의 범위이고, 예를 들어 5 mm3이다.
심지 구조물(19)이, 배제되지 않는, 전도성 재료로 구성되는 경우에, 전기적으로 및/또는 열적으로 절연적인 재료, 예를 들어 유리, 세라믹 또는 플라스틱 재료로 제조된 절연 층이 유리하게 심지 구조물(19)과 가열 본체(60) 사이에 제공되고, 관통-개구부가 절연 층을 통해서 연장되고 미세 채널(62)에 상응하게 된다.
심지 구조물(19)의 재료 내의 소공 또는 모세관의 크기는 유리하게 구체적인 요건에 따라 달라진다. 가열 본체(60)와의 접촉 영역(35, 61) 내의 심지 구조물(19)의 소공 또는 모세관의 평균 소공/모세관 크기(Dw)는 유리하게 최소이고, 즉 Dw = Pmin(도 5 및 도 6 참조)이고, 및/또는 유리하게 2개의 미세 채널(62)들 사이의 가장 짧은 거리(Dp)보다, 바람직하게 적어도 2의 배수만큼, 더 바람직하게 적어도 5의 배수만큼 작고, 즉 Dw ≪ Dp이고, 이에 대해서는 도 4를 참조한다. 또한, 가열 본체(60)와의 접촉 영역(35, 61) 내의 심지 구조물(19)의 소공 또는 모세관의 평균 소공/모세관 크기(Dw)는 유리하게, 미세 채널(62)의 가장 작은 내측 직경(Dpw)보다, 바람직하게 적어도 2의 배수만큼, 더 바람직하게 적어도 5의 배수만큼 작고, 즉 Dw ≪ Dpw이다.
가열 본체(60)와의 접촉 영역(35, 61) 내의 심지 구조물(19)은 액체를 균일하게 분산시키기 위해서, 그리고 비교적 작은 소공 및/또는 얇은 모세관을 갖는 일종의 체크 밸브를 형성하여 기포를 포함하는 액체가 바람직하지 못하게 가열 본체(60)로부터 심지 구조물(19) 내로 및/또는 액체 저장부(18) 내로 역류하는 것을 방지하기 위해서 사용된다.
도 2에 따른 실시예에서, 심지 구조물(19)은 2개의, 예를 들어 평면형의, 층(35, 36), 구체적으로 가열 본체(60)의 유입구 측면(61)에 반하여 편평하게 놓이고 그와 접촉되며 접촉 층으로 지칭될 수 있는 심지 층(35), 그리고 액체-전도 방식으로 액체 저장부(18)에 연결되고 더 먼 심지 층으로서 지칭될 수 있는 인접 심지 층(36)을 갖는다.
접촉 층(35)은 실질적으로 일정한 소공/모세관 크기 분포 및 실질적으로 일정한 평균 소공/모세관 크기(Dw)를 가지며, 그러한 평균 소공/모세관 크기는 2개의 미세 채널(62) 사이의 가장 짧은 거리(Dp)보다 상당히 작고 미세 채널(62)의 가장 작은 내경(Dpw)보다 상당히 작다: Dw ≪ Dp, Dpw.
더 먼 심지 층(36)은 실질적으로 일정한 소공/모세관 크기 분포 및 실질적으로 일정한 평균 소공/모세관 크기(Dw')를 가지며, 그러한 평균 소공/모세관 크기는 접촉 층(35)의 평균 소공/모세관 크기(Dw)보다 상당히 더 크고: Dw' > Dw이나, 여전히 바람직하게 Dp 및/또는 Dpw보다 작다: Dw' < Dp, Dpw.
도 2 및 도 4에 따른 심지 구조물(19)의 다수-층 설계(35, 36)에서 평균 소공/모세관 크기와 가열 본체(60)로부터의 거리(d) 사이의 전술한 관계가 도 6에 따라 도표로 도시되어 있다.
유리한 실질적인 실시예에서, 접촉 층(35)은, 예를 들어, 섬유 페이퍼 또는 세라믹 페이퍼 층일 수 있고, 및/또는 층(36)이 다공성 세라믹일 수 있다.
도 4는 또한, 미세 채널(62) 내에 형성된 공기 기포가 접촉 층(35) 내로 그에 따라 심지 층 내로 상당히 침투하지 않는다는 것, 그리고 경계를 형성하는 미세 채널(62) 내로 점프(jump)할 수 없다는 것을 보여준다.
물론, 심지 구조물(19)은 2개 초과의 심지 층(35, 36, ...)을 가질 수 있다. 2개 초과의 심지 층(35, 36,...)의 경우에도, 평균 소공/모세관 크기는, 가열 본체(60)로부터의 거리가 감소될 때, 유리하게 단조롭게 (즉, 심지 층으로부터 심지 층까지) 더 작아지기 시작하고 및/또는 동일하게 유지되고, 그에 따라 어떠한 경우에도 증가되지 않는다.
도 3에 따른 실시예에서, 심지 구조물(19)은 단지 하나의 층으로 구성되고, 그 평균 소공/모세관 크기는, 가열 본체(60)로부터의 거리(d)가 감소될 때, 단조롭게 감소된다. 도 3에 따른 단일-층 실시예에서의 평균 소공/모세관 크기와 가열 본체(60)로부터의 거리(d) 사이의 관계가 도 5에 따라 도표로 도시되어 있다.
모든 실시예에서, 희망하는 소공/모세관 크기 구배가 최적으로 설정될 수 있고, 가열 본체(60)에 대한 액체의 유동이 감속될 수 있고 균일해질 수 있다.
가열 본체(60)로부터의 거리가 감소될 때 심지 구조물(19) 내의 평균 소공/모세관 크기의 설명된 감소는 가열 본체의 유입구 측면(61)에 대해서 수직인, 즉 가열 본체(60)와 심지 구조물(19) 사이의 접촉 면에 수직인, 또는 미세 채널(62)의 경로에 평행한 방향으로 적용된다. 대조적으로, 가열 본체(60)로부터의 동일한 거리에서의 장면(view)에서, 심지 구조물(19) 내의 평균 소공/모세관 크기는 유리하게 일정하고, 그에 따라 가열 본체(60)의 모든 미세 채널(62)에는 액체가 균일하게 공급된다.
미세 채널(62)은 바람직하게 그 길이방향 축이 층(19, 35, 36)에 또는 더 일반적으로 임의의 층의 시퀀스에 횡방향으로 배열된다. 이러한 방식으로, 가열 본체(60)로부터 미세 채널(62) 내로의 최적의 열 입력이 달성될 수 있다.
가열 본체(60)는 박막 층 기술을 이용하여 웨이퍼의 부분으로부터 유리하게 제조될 수 있고, 그러한 웨이퍼는 바람직하게 1000 ㎛ 이하, 더 바람직하게 750 ㎛ 이하, 보다 더 바람직하게 500 ㎛ 이하인 층 두께를 갖는다. 가열 본체(60)의 표면은 유리하게 친수적일 수 있다. 가열 본체(60)의 배출구 측면(64)은 유리하게 미세 구조화될 수 있거나 미세-홈을 가질 수 있다.
증발기 유닛(20)은, 액체의 양이 바람직하게 소비자에 의한 퍼핑마다 1 ㎕ 내지 20 ㎕, 더 바람직하게 2 ㎕ 내지 10 ㎕, 보다 더 바람직하게 3 ㎕ 내지 5 ㎕의 범위, 전형적으로 4 ㎕로 부가되는 방식으로 설정된다. 증발기 유닛(20)은 바람직하게 퍼핑마다의 액체/증기의 양과 관련하여, 즉 퍼핑 지속시간마다 1s 내지 3s로 설정될 수 있다.
증발기 유닛(20)의 유리한 실시예가 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다.
도 7에 따른 실시예에서, 심지 구조물(19)은 2개 초과의 층, 본 경우에 4개의 층을 포함한다. 필터 층(55)은 가열 본체(60)에 바로 인접하여 배열되고, 표면에 걸쳐 가열 본체와 접촉되며, 특히 1개, 2개, 또는 그 초과의 미세-유리 섬유 층으로 구성될 수 있다. 섬유 페이퍼 층(56)이 그에 인접하여 표면-대-표면이 되도록 배열될 수 있다. 심지 층(57, 58), 예를 들어 세라믹 심지 층(57) 및 오일 램프 심지 층(58) 즉, 오일 램프의 심지를 위해서 통상적으로 이용되는 유리 섬유 심지 재료가 유리하게 표면-대-표면이 되도록 근접하여 제공된다.
도 7에 따른 실시예에서, 적어도, 가열 본체(60)에 반하여 편평하게 놓이는 층(55)이 유리하게 소공/모세관 크기에 대한 전술한 조건(Dw ≪ Dp, Dpw)을 만족시킨다. 층(57) 및/또는 층(58)이 유리하게 이러한 조건을 또한 만족시킬 수 있다. 액체 저장부(18)로부터 가열 본체(60)로의 액체의 모세관 전달을 위한 모세관력은 심지 층(57, 58)에 의해서 주로 또는 전체적으로 제공될 수 있다. 일반적으로, 심지 구조물(19)의 모든 층이 액체의 모세관 전달을 위한 모세관력을 제공할 필요가 없다. 또한, 심지 구조물(19)의 단지 하나의 층이 액체의 모세관 전달을 위한 모세관력을 충분히 제공할 수 있다.
증발기 유닛(20)은 유리하게, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 가열 본체(60) 및/또는 심지 구조물(19)을 유지하기 위한 특히 판과 유사한 지지부(23)를 갖는다. 지지부(23)는 적합한 재료, 예를 들어, 섬유-보강 플라스틱, 예를 들어 인쇄 회로 기판 재료를 포함하는, 세라믹, 유리, 및/또는 플라스틱 재료로 구성될 수 있고, 관통-개구부(25)를 가지며, 그러한 관통-개구부를 통해서 심지 구조물(19)이 연장되고, 통로 개구부의 내부에서 심지 구조물(19)이 유지된다.
지지부(23)(도 10 참조)의 두께(D)는 바람직하게 0.5 mm 내지 4 mm의 범위, 더 바람직하게 1 mm 내지 3 mm의 범위, 보다 더 바람직하게 1 mm 내지 2 mm의 범위이고, 예를 들어 1.6 mm 또는 2 mm일 수 있다. 지지부(23)의 관통-개구부(25) 내에 배열된 심지 층(57)의 두께는 지지부(23)의 두께에 맞춰 구성될 수 있거나 그에 상응할 수 있고, 그에 따라 또한 예를 들어 1.6 mm 또는 2 mm일 수 있다.
관통-개구부(25)는 유리하게 원형이고, 이는 제조가 용이하다. 관통-개구부(25)(도 10 참조)의 직경(d), 또는 가능하게 평균 직경은 바람직하게 0.5 mm 내지 4 mm의 범위, 바람직하게 1 mm 내지 3 mm의 범위, 더 바람직하게 1.5 mm 내지 2.5 mm의 범위이고, 예를 들어 2 mm이다.
관통-개구부(25)의 직경(d)은 가열 본체(60)의 폭(b) 보다 작거나 동일하고, 유리하게는 그보다 작고, 이에 대해서는 도 10을 참조한다. 관통-개구부(25)의 부피, 또는 관통-개구부(25) 내의 심지 부피는 유리하게 1 mm3 내지 8 mm3의 범위, 바람직하게 2 mm3 내지 6.5 mm3의 범위, 더 바람직하게 2.5 mm3 내지 5 mm3의 범위이다.
관통-개구부(25) 내의 샤프트(19)의 부가적인 유지력을 생성하기 위해서, 자유로운, 미리-조립된 상태에서, 심지 구조물(19)은 과다 크기, 즉 관통-개구부(25)보다 큰 직경을 가질 수 있다.
심지 층(35)(도 10 참조)의 직경(t)은 유리하게 관통-개구부(25)의 직경(d)보다 크다. 심지 층(35)은 바람직하게 관통-개구부(25)에 걸쳐 돌출부(k)를 가지고 전체 둘레 주위에서 돌출된다. 관통-개구부(25)에 걸친 모든 측면 상의 심지 층(35)의 돌출부로 인해서, 가열 본체(60)가 지지부(23) 상으로 클램핑될 때, 심지 층(35), 그리고 그에 따라 전체 심지 구조물(19)이 증발기 유닛(20) 내에서 확실하게 유지된다.
가열 본체(60)는, 대향 측면들 상에서 가열 본체(60)와 결합되는, 적어도 2개의 클램핑 요소(37)에 의해서 지지부(23) 상에서 클램핑되고, 이에 대해서는 특히 도 8를 참조한다. 각각의 클램핑 요소(37)는 유리하게 클램핑 브라켓(38)을 가지고, 그러한 클램핑 브라켓(38)은 2개의 상호 이격된 체결 지점(39)에서 지지부(23)에 탄성적으로 체결되고 예비 인장부(pretension)를 형성하며, 그러한 예비 인장부에 의해서 가열 본체(60) 및 판(28)이 지지부(23) 상에 클램핑되고 그에 따라 확실하게 유지된다.
클램핑 브라켓(38)의 2개의 체결 지점들(39) 사이의 거리(a)는 바람직하게 4 mm 내지 10 mm, 보다 바람직하게 5 mm 내지 8 mm의 범위이고, 예를 들어 6 mm이다. 2개의 클램핑 브라켓(39)의 체결 지점들(39) 사이의 거리(c)는 바람직하게 5 mm 내지 12 mm의 범위, 더 바람직하게 6 mm 내지 10 mm의 범위이고, 예를 들어 8 mm이다. 직사각형 지지부(23)의 치수는, 예를 들어, 바람직하게 6 mm 내지 20 mm의 범위, 더 바람직하게 8 mm 내지 17 mm의 범위, 그리고 보다 더 바람직하게 10 mm 내지 14 mm의 범위이다.
클램핑 요소(37)는, 특히 유리하게 동시에, 가열 본체(60)와 접촉하기 위한 그리고 가열 본체에 가열 전류를 공급하기 위한 전극으로서 사용된다. 이를 위해서, 클램핑 요소(37) 또는 클램핑 브라켓(38)은 유리하게 전기 전도성 재료로 구성되고; 예를 들어, 이는 금속 와이어, 예를 들어 황동 와이어일 수 있다. 클램핑 브라켓(38)과 가열 본체(60) 사이의 선형 접촉으로 인해서, 클램핑 요소(37)와 가열 본체(60) 사이에 우수한 전기적 연결이 존재하는 한편, 동시에 면-대-면 접촉이 없는 것으로 인해서, 클램핑 요소(37)와 가열 본체(60) 사이에서 이상적인 열적 디커플링을 갖는다. 그에 따라, 가열 본체(60)로부터 클램핑 요소(37)로의 열 소산이 작고; 전극(38)은 가열 본체(60)보다 상당히 더 저온으로 유지된다. 다이오드 효과가 방지되고 순수한 오옴 전하 캐리어 운송이 가능해진다.
클램핑 브라켓(38)은 가열 본체(60)를 배출구 측면(64)에 대해서 측방향으로 그리고 그와 평행하게(도 10의 위치(38A)) 및/또는 배출구 측면(64) 상으로 수직으로(도 10의 위치(38B)) 및/또는, 배출구 측면(64) 상으로 측방향 및 수직 모두로, 예를 들어 30° 내지 60°의 중간 각도를 가지는 모서리 홈 내에서(도 10의 위치(38C)) 클램핑할 수 있다. 후자의 가능성은 클램핑 브라켓(38)과 가열 본체(60) 사이에서 2개의 접촉 라인을 포함하고, 이는 전기적 접촉을 더 개선한다. 클램핑 요소(37)는 또한 하나 초과의 클램핑 브라켓(38), 특히 3개의 클램핑 브라켓(38A, 38B, 38C) 중 임의의 2개 또는 모두를 가질 수 있다.
전자 제어 장치(15)에 대한 그리고 가열 본체(60)로의 전력 공급을 위한 에너지 공급원(46)에 대한 전기 연결을 구축하기 위해서, 클램핑 요소(37)는 유리하게 전기 라인(12)에 의해서 소비 유닛(17) 내에 제공된 인쇄 회로 기판(26)(PCB)에 연결된다. 소비 유닛(17)의 전자 구성요소는 유리하게 인쇄 회로 기판(26) 상에 배열된다.
도 7에 따른 실시예에서, 인쇄 회로 기판(26)은 분리된 부분이고, 가열 본체(60)로부터 멀어지는 쪽으로 대면되는 그 측면(43) 상에서 지지부(23)로부터 이격된다. 인쇄 회로 기판(26)은 관통-개구부(27)를 가지며, 그러한 관통-개구부를 통해서 심지 구조물(19)이 연장되고, 그 내부에서 심지 구조물(19)이 유지된다. 이러한 경우에 전기 라인(12)은, 예를 들어, 4개의 금속 핀(44)을 포함하고, 그러한 금속 핀은 체결 지점(39) 내의 지지부(23)의 측면(33) 상에서 클램핑 요소(37)에 연결되고, 각각의 경우에, 관통-홀(45)을 통해서 지지부(23)를 통해 연장되고, 이어서 지지부(23)와, 멀어지는 쪽으로 대면되는 측면(43) 상의 회로 기판(26) 사이의 거리에 걸쳐진다.
다른 실시예에서, 지지부(23)는 인쇄 회로 기판(26)을 형성할 수 있다. 이어서, 전기 라인(12)이 생략될 수 있다. 증발기 유닛(20) 자체가 인쇄 회로 기판을 포함하지 않을 수 있고, 그 대신 클램핑 브라켓(38)이, 예를 들어 가요성 절연 라인(12)을 통해서, 또는 다른 적합한 방식으로, 예를 들어 기부 부분(16) 내에 배열되는 인쇄 회로 기판에 연결될 수 있다.
밀봉 요소(73), 예를 들어 밀봉 링이 지지부(23)의 하부측(43) 상에 배열될 수 있고, 그에 따라 지지부(23)를 액체 저장부(18)의 하우징에 반하여 또는 지지부(23) 아래에 배열된 다른 구성요소에 반하여 밀봉할 수 있고, 이에 대해서는 도 10을 참조한다.
증발 프로세스의 과정을 이하에서 설명한다.
초기 상태에서, 가열 프로세스를 위해서 전압 공급원(71)이 오프로 스위칭된다.
액체(50)를 증발시키기 위해서, 가열 본체(60)를 위한 전압 공급원(71)이 활성화된다. 가열 본체(60) 내의 그리고 그에 따라 미세 채널(62) 내의 증발 온도가, 사용되는 액체 혼합물의 개별적인 증발 거동에 맞춰 구성되는 방식으로, 전압(Uh)이 설정된다. 이는, 국소적 과열 위험을 방지하고 그에 의해서 유해 물질의 형성을 방지한다.
미세 채널(62)의 부피에 상응하거나 그와 관련된 액체의 양이 증발되자마자, 가열 전압 공급원(71)이 비활성화된다. 액체 특성 및 양을 유리하게 정확하게 알고 있고 가열 본체(60)가 측정 가능한 온도-의존 저항을 가지기 때문에, 이러한 시점이 매우 정밀하게 결정 또는 제어될 수 있다. 그에 따라, 증발기 유닛(20)의 에너지 소비가, 알려진 장치에 비해서 감소될 수 있는데, 이는 요구되는 증발 에너지가 투여될 수 있고 그에 의해서 보다 정밀하게 도입될 수 있기 때문이다.
가열 프로세스가 완료된 후에, 미세 채널(62)은 대부분 또는 완전히 비워진다. 이어서, 액체를 심지 구조물(19)을 통해서 후속하여 전달하는 것에 의해서 미세 채널(62)이 보충될 때까지, 가열 전압(71)이 오프로 스위칭되어 유지된다. 이러한 것이 발생될 때, 가열 전압(71)을 온으로 스위칭하는 것에 의해서, 다음 가열 사이클이 시작될 수 있다.
가열 전압 공급원(71)에 의해서 생성된 가열 본체(60)의 활성화 주파수는 일반적으로 유리하게 1 Hz 내지 50 kHz의 범위, 바람직하게 30 Hz 내지 30 kHz의 범위, 그리고 보다 더 유리하게 100 Hz 내지 25 kHz의 범위이다.
가열 본체(60)를 위한 가열 전압(Uh)의 주파수 및 듀티 사이클은 유리하게 기포 비등 중에 기포 진동의 자연 진동 또는 자연 주파수에 맞춰 구성된다. 그에 따라, 가열 전압의 주기 지속시간(1/f)은 유리하게 5 ms 내지 50 ms, 더 유리하게 10 ms 내지 40 ms, 보다 더 유리하게 15 ms 내지 30 ms의 범위 이내일 수 있고, 예를 들어 20 ms일 수 있다. 증발되는 액체의 조성에 따라, 구체적으로 기재된 주파수 이외의 주파수가 기포 진동의 자연 진동 또는 자연 주파수에 맞춰 최적으로 구성될 수 있다.
또한, 과열을 방지하면서 농축된 증기를 보장하기 위해서, 가열 전압(Uh)에 의해서 생성되는 최대 가열 전류는 바람직하게 7A를 초과하지 않아야 하고, 더 바람직하게 6.5A를 초과하지 않아야 하며, 보다 더 바람직하게 6A를 초과하지 않아야 하며, 그리고 최적으로 4A 내지 6A의 범위 이내여야 한다.
심지 구조물(19)의 전달률은 다시 가열 본체(60)의 증발률에 맞춰 최적으로 구성되며, 이는, 충분한 액체가 임의의 시간에 후속하여 전달될 수 있고 가열 본체(60) 전방의 영역의 건조 작동이 방지된다는 것을 의미한다.
증발기 유닛(20)은 바람직하게 MEMS 기술을 기초로, 특히 규소로부터 생성되고, 그에 따라 유리하게 미세-전기기계적 시스템이다.
전술한 내용에 따라, 적어도 유입구 측면(61) 상에서 유리하게 평면형인 Si-계 가열 본체(60), 및 가열 본체 아래에 위치되고 유리하게 상이한 소공 크기들을 가지는 하나 이상의 모세관 구조물(19)로 이루어진 층상형 구조물이 제시된다. 가열 본체(60)의 유입구 측면(61) 상에 바로 배열된 심지 구조물(19)은 가열 본체(60)의 유입구 측면(61) 상에서 기포가 형성되는 것을 방지하는데, 이는 그러한 가스 기포가 추가적인 전달 효과를 방지하고 동시에 내부에서 유동하는 액체에 의한 냉각의 부족으로 인해서 가열 본체(60)의 (국소적인) 과열을 초래하기 때문이다.

Claims (27)

  1. 흡입기용, 특히 전자 담배 제품용 증발기 유닛으로서, 유입구 측면(61) 및 배출구 측면(64)을 가지는, 전기적으로 동작 가능한, 특히 평면형인, 가열 본체(60), 그리고 상기 가열 본체(60)를 통해서 상기 유입구 측면(61)으로부터 상기 배출구 측면(64)까지 각각 연장되는 복수의 미세 채널(62)을 포함하고, 상기 가열 본체(60)는, 가열 전압을 인가하는 것에 의해서, 상기 미세 채널(62)을 통해서 전달되는 액체를 증발시키도록 설계되는, 증발기 유닛에 있어서, 다공성 및/또는 모세관 심지 구조물(19)이 상기 가열 본체(60)의 유입구 측면(61) 상에 배열되고, 상기 심지 구조물은 상기 가열 본체(60)에 반하여 편평하게 놓이고 그와 접촉되며 유입구 측면(61) 상의 모든 미세 채널(62)을 덮는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 본체(60)와의 접촉 영역 내의 상기 심지 구조물(19) 내의 소공 또는 모세관의 평균 소공/모세관 크기가, 2개의 미세 채널(62)의 서로간의 가장 짧은 거리보다 작고, 바람직하게 적어도 하나의 자릿수만큼 더 작은 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열 본체(60)와의 접촉 영역 내의 상기 심지 구조물(19) 내의 소공의 평균 소공/모세관 크기가, 상기 미세 채널(62)의 가장 작은 내경보다 작고, 바람직하게 적어도 하나의 자릿수만큼 더 작은 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심지 구조물(19) 내의 평균 소공/모세관 크기는, 상기 가열 본체(60)로부터의 거리가 감소됨에 따라, 특히 단조롭게 변화되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 심지 구조물(19) 내의 평균 소공/모세관 크기는, 상기 가열 본체(60)로부터의 거리가 감소됨에 따라, 특히 단조롭게 감소되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 심지 구조물(19)은 하나 이상의 다공성 및/또는 모세관 층을 가지며, 상기 심지 구조물의 소공 또는 모세관의 각각이 일정한 평균 소공/모세관 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 심지 구조물(19)은, 상기 가열 본체를 향하는 방향으로 상기 소공/모세관 크기가 점진적으로 변화되는, 특히 감소되는 다공성 및/또는 모세관 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심지 구조물(19)의 전달률이 적어도 상기 가열 본체(60)의 최대 증발률만큼 큰 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심지 구조물은 면, 셀룰로오스, 아세테이트, 유리 섬유 직물, 유리 섬유 세라믹, 소결 세라믹, 세라믹 페이퍼, 알루미노실리케이트 페이퍼, 금속 폼, 금속 스폰지, 적합한 전달률을 갖는 다른 내열성, 다공성 및/또는 모세관 재료, 또는 언급된 재료 중 둘 이상의 조합의 그룹 중 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심지 구조물(19)은, 특히 미세-유리 섬유로 제조된, 필터 층(55)을 가지는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심지 구조물(19)이 섬유 페이퍼 층(56)을 가지는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심지 구조물(19)이 세라믹 심지 층(57)을 가지는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심지 구조물(19)이 오일 램프 심지 층(58)을 가지는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기 유닛은, 상기 가열 본체(19) 및/또는 상기 심지 구조물(19)을 유지하기 위한 관통-개구부(25)를 포함하는 기재(23)를 가지는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기 유닛은, 상기 심지 구조물(19)을 유지하기 위한 관통-개구부(27)를 포함하는, 특히 인쇄 회로 기판 형태의, 유지 요소(26)를 가지는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 본체(60)를 위한 가열 전압(Uh)의 주파수 및/또는 듀티 사이클이 상기 미세 채널(62) 내에 형성되는 가스 기포의 진동의 자연 진동 및/또는 자연 주파수에 맞춰 구성되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가열 전압(Uh)의 주파수 및/또는 듀티 사이클은 증발시키고자 하는 액체의 혼합비에 따라 최적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 가열 전압(Uh)의 주파수가 20 Hz 내지 200 Hz의 범위인 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 본체(60)를 위한 가열 전압(Uh)에 의해서 생성된 최대 가열 전류가 7A 이하인 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기 유닛(20)은, 예비 인장부를 생성하고 상기 가열 본체(60)를 상기 지지부(23) 상으로 클램핑하도록 배열되고 설정되는, 적어도 하나의 클램핑 요소(37)를 가지는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  21. 제20항에 있어서,
    적어도 2개의 클램핑 요소(37)가 상기 가열 본체(60)의 대향 측면들 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 클램핑 요소(37)가 클램핑 브라켓(38)을 가지며, 상기 클램핑 브라켓은 상기 가열 본체(60)와 선형 접촉되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 클램핑 요소(37)는 상기 가열 본체(60)를 상기 배출구 측면에 대해서 측방향으로 그리고 그와 평행하게 및/또는 상기 배출구 측면(64) 상으로 수직으로 및/또는 상기 지지부(23)의 모서리 홈 내에 클램핑하는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 클램핑 요소(37)는 상기 가열 본체(60)와 전기적으로 접촉하고 그에 전기를 공급하기 위한 전극으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 지지부(23) 내의 홀(45)를 통해서 연장되는 적어도 하나의 전도체(12)가 상기 클램핑 요소(37)와 접촉되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도체(12)는, 상기 가열 본체(60)로부터 멀어지는 쪽으로 대면되는 상기 지지부(23)의 측면 상에 배열되고 상기 지지부(23)로부터 이격되는 인쇄 회로 기판(26)과 접촉되는 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부(23)가 인쇄 회로 기판의 형태인 것을 특징으로 하는 증발기 유닛.
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