KR20200120962A - 공기류를 조정하는 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

에어로졸 형성 기질을 가열시키는 에어로졸 발생 시스템(101)를 제공한다. 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 장치(105)와 카트리지(103)를 포함한다. 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸을 형성하기 위한 에어로졸 형성 기질을 가열시키는 기화기, 적어도 하나의 공기 입구(123) 및 적어도 하나의 공기 출구(125)를 포함한다. 공기 입구(123) 및 공기 출구(125)는 상기 공기 입구와 공기 출구 사이에 공기류 통로가 생기도록 배치되어 있다. 에어로졸 발생 시스템은 적어도 하나의 공기 입구(123)의 크기를 조절하기 위한 흐름 제어 수단을 더 포함하여, 공기류 통로에서 공기 유속를 조절한다.

Description

공기류를 조정하는 에어로졸 발생 장치{An aerosol generating device with adjustable airflow}
본 발명은 에어로졸 형성 기질을 가열시키기 위한 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다. 특히, 한정하는 것은 아니지만, 본 발명은 액체 에어로졸 형성 기질을 가열하기 위한 전기 작동식 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
WO-A-2009/132793은 전기 가열식 흡연 시스템을 개시하고 있다. 액체는 액체 저장부 내에 저장되고, 그리고 모세관 심지(capillary wick)는 액체 저장부 내로 연장되어 내부의 액체와 접촉하는 제1 단부와 액체 저장부로부터 외부로 연장된 제2 단부를 포함한다. 가열 요소는 모세관 심지의 제2 단부를 가열한다. 가열 요소는 전원과 전기적으로 연결된 나선형으로 감긴 전기 가열 요소의 형태이며, 모세관 심지의 제2 단부를 둘러싸고 있다. 사용시에 가열 요소는 사용자가 전원 스위치를 넣고 작동시킬 수 있다. 사용자가 마우스 피스를 흡입하면, 공기는 모세관 심지와 가열 요소를 통해 전기 가열식 흡연 시스템 안으로 빨려 들어와 사용자의 입으로 들어간다.
본 발명의 목적은 에어로졸 발생 장치 또는 시스템에서 에어로졸의 발생을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 하나의 측면에 따르면, 카트리지와 협동하는 에어로졸 발생 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템을 제공하며, 상기 시스템은, 에어로졸 형성 기질을 가열하기 위한 기화기; 적어도 하나의 공기 입구; 적어도 하나의 공기 출구, 여기서, 공기 입구와 공기 출구 사이에 공기류 통로가 형성되도록 공기 입구와 공기 출구를 배치하며; 그리고 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조절하여 공기류 통로에서 공기 유속을 제어하는 흐름 제어 수단을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템의 한 구현예를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 보다 상세한 공기 입구를 나타낸 에어로졸 발생 시스템 일부의 사시도이다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템에서 공기 유로 단면의 함수로 흡입 저항을 나타낸 그래프이다.
도 4는 에어로졸 발생 시스템에서 주어진 에어로졸 형성 기질의 에어로졸 액적 크기에 대한 공기 유량의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 5는 에어로졸 발생 시스템에서 두 가지 대안의 에어로졸 형성 기질의 에어로졸 액적 크기에 대한 공기 유량의 영향을 나타낸 그래프이다.
에어로졸 발생 장치와 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 형성 기질을 가열하여 에어로졸을 형성하도록 배치되어 있다. 카트리지 또는 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 형성 기질을 포함하거나 또는 에어로졸 형성 기질을 수용하기에 적합하게 할 수 있다. 당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 에어로졸은 공기와 같은 기체 중에 고체 입자 또는 액적(liquid droplets)의 현탁체이다. 에어로졸 발생 시스템은 적어도 하나의 공기 입구와 적어도 하나의 공기 출구 사이의 공기류 통로에 에어로졸 형성 챔버를 더 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 챔버는 에어로졸 생성을 지원하거나 용이하게 할 수 있다.
흐름 제어 수단은 공기 입구에서 압력 강하(pressure drop)를 조정할 수 있다. 이것은 에어로졸 발생 장치와 카트리지를 통과하는 공기 유속에 영향을 미친다. 공기 유속은 에어로졸의 평균 액적 크기(mean aerosol droplet sizes) 및 액적 크기 분포(droplet size distribution)에 영향을 미치고, 결과적으로 사용자의 경험에 영향을 미친다. 따라서, 흐름 제어 수단은 여러 가지 이유에서 유리하다. 첫째, 흐름 제어 수단은 예를 들어, 사용자의 선호에 따라 흡입 저항 (즉, 공기 입구에서의 압력 강하)을 조절할 수 있다. 둘째, 주어진 에어로졸 형성 기질에서, 흐름 제어 수단은 평균 에어로졸 액적 크기의 범위를 생성할 수 있다. 흐름 제어 수단은 사용자가 작동시켜 사용자의 선호에 적합한 액적 크기 특성을 가진 에어로졸을 생성할 수 있다. 셋째, 흐름 제어 수단은 에어로졸 형성 기질의 선택에 대해 특히 원하는 평균 에어로졸 액적 크기를 생성할 수 있다. 따라서, 흐름 제어 수단은 에어로졸 발생 장치 및 카트리지가 다양한 종류의 다른 에어로졸 형성 기질에 적용할 수 있다.
또한, 공기 유속은 에어로졸 발생 장치 및 카트리지에서 특히, 에어로졸 형성 챔버 내에서 형성되는 응축물의 양에 영향을 미칠 수 있다. 응축물은 에어로졸 발생 장치 및 카트리지의 액체 누수(liquid leakage)에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 흐름 제어 수단의 또 다른 장점은 액체 누수를 줄이기 위해 사용될 수 있다. 에어로졸 중의 작은 액적 크기의 분포 및 평균은 어떤 연기의 출현에 영향을 미칠 수 있다. 그래서, 넷째, 흐름 제어 수단은 예를 들어, 사용자의 선호에 따라 또는 에어로졸 발생 시스템이 사용되는 특정 환경에 따라 에어로졸 발생 장치 및 카트리지로부터 어떤 연기의 출현을 조정하는데 사용할 수 있다.
바람직하게, 흐름 제어 수단은 사용자에 의해 작동 가능하다. 따라서, 사용자는 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 선택할 수 있다. 이렇게 하면 평균 액적 크기 및 액적 크기 분포에 영향을 미칠 수 있다. 특정 에어로졸 형성 기질에 대해 또는 에어로졸 발생 장치 및 카트리지와 함께 사용 가능한 에어로졸 형성 기질의 선택에 대해 사용자가 원하는 에어로졸이 선택될 수 있다. 대안적으로, 흐름 제어 수단은 공급자에 의해 작동되어 적어도 하나의 공기 입구를 위한 바람직한 크기의 것을 선택할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 흐름 제어 수단은 제 1 부재 및 제 2 부재를 포함하고, 제 1 부재 및 제 2 부재는 적어도 하나의 공기 입구를 형성하도록 협동하며, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 이동하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하도록 배치되어 있다.
바람직하게, 상기 2개의 부재는 시트 형상이다. 시트 형상 부재는 평면 또는 곡선 형상일 수 있다. 바람직하게, 2개의 평면 부재는 서로에 대해 슬라이딩에 의해서 서로에 대해 이동한다. 대안적으로, 두 개의 평면 부재는 나사부(thread), 예를 들어 나사선을 따라 서로에 대해 이동할 수 있다.
바람직하게, 에어로졸 발생 장치는 제 1 부재와 제 2 부재 중 하나를 포함하며, 카트리지는 제 1 부재와 제 2 부재 중 다른 것을 포함한다. 에어로졸 발생 장치 및 카트리지는 각각 하우징(housing)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 제 1 부재 및 제 2 부재는 에어로졸 발생 장치와 카트리지 각각의 하우징의 일부를 형성한다. 카트리지는 마우스피스를 포함할 수 있다. 하우징은 모든 적합한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료의 예로는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이러한 재료의 하나 또는 그 이상을 포함하는 복합 재료, 또는 예를 들면 폴리프로필렌, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌 등의 식품이나 제약 용도에 적합한 열가소성 물질 등이 있다. 이들 재료들은 가볍고 부서지지 않는 것이 바람직하다.
제 1 부재는 구멍(aperture)을 포함할 수 있다. 제 2 부재는 구멍(aperture)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 제 1 부재는 적어도 하나의 제 1 구멍을 포함하고, 제 2 부재는 적어도 하나의 제 2 구멍을 포함하며, 제 1 구멍 및 제 2 구멍은 적어도 하나의 공기 입구를 함께 형성하고, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 이동하여 제 1 구멍 및 제 2 구멍의 겹치는 범위를 변경하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하도록 구성되어 있다.
제 1 구멍 및 제 2 구멍이 극히 조금 겹치면, 그 결과 공기 입구는 작은 단면적을 가지게 된다. 제 1 구멍 및 제 2 구멍이 상당히 많이 겹쳐지면, 그 결과로 공기 입구는 큰 단면적으로 갖게 된다. 제 1 구멍은 모든 적합한 형상을 가질 수 있다. 제 2 구멍은 모든 적합한 형상을 가질 수 있다. 제 1 구멍 및 제 2 구멍의 형태는 같거나 다를 수 있다. 모든 가능한 수의 구멍이 제 1 부재와 제 2 부재에 제공될 수 있다. 제 1 부재에서의 구멍 수는 제 2 부재에서의 구멍 수와 다를 수 있다. 대안으로, 제 1 부재에서의 구멍 수는 제 2 부재에서의 구멍 수와 같을 수 있다. 이 경우, 제 1 부재의 각 구멍은 제 2 부재의 각 구멍과 정렬되어 공기 입구를 형성할 수 있다. 따라서, 공기 입구의 수는 제 1 부재 및 제 2 부재의 각각의 구멍의 수와 동일할 수 있다. 흐름 제어 수단에 의해 조절되지 않는 고정 단면적을 갖는 추가 공기 입구가 제공될 수 있다.
하나의 구현예에서, 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 회전 가능하게 이동할 수 있다. 다른 하나의 구현예에서, 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 선형으로 이동할 수 있다. 다른 하나의 구현예에서, 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 회전하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하고, 선형 이동은 포함하지 않는다. 다른 구현예에 있어서, 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 선형 이동하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하고, 회전 운동은 존재하지 않는다. 그러나, 다른 구현예에서, 제 1 부재 및 제 2 부재는 예를 들어, 스크류 나사부에 의해 서로에 대해 회전하고, 또한 직선으로 이동한다. 예를 들어, 제1 및 제 2 부재가 에어로졸 발생 장치 및 카트리지의 하우징의 일부를 형성하는 경우, 제1 및 제 2 부재는 스크류 나사부에 의해 에어로졸 발생 시스템을 조립하도록 연결할 수 있다. 스크류 나사부는 제1 및 제 2 부재가 서로에 대해 이동할 수 있도록 하고이를 통해 흐름 제어 수단을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 카트리지는 제 1 부재를 포함하고, 에어로졸 발생 장치는 제 2 부재를 포함한다. 바람직한 구현예로서, 카트리지는 제 1 부재를 포함하는 한편 적어도 하나의 제 1 구멍을 포함하는 제 1 슬리브를 갖는 하우징을 포함하고, 에어로졸 발생 장치는 제 2 부재를 갖추고 또한 적어도 하나의 제 2 구멍을 포함하는 제 2 슬리브를 갖는 하우징을 포함하고, 여기서, 적어도 하나의 제 1 구멍 및 적어도 하나의 제 2 구멍이 모두 하나의 공기 입구를 형성하고, 제 1 슬리브 및 제 2 슬리브 는 서로에 대해 회전 가능하며, 제 1 구멍과 제 2 구멍의 겹치는 범위를 변경하고, 공기 입구의 단면적을 변경하도록 한다. 제 1 슬리브 및 제 2 슬리브의 한쪽은 외부 슬리브일 수 있고, 제 1 슬리브 및 제 2 슬리브 중 다른 하나는 내부 슬리브일 수 있다.
흐름 제어 수단은 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조절하기 위한 것이다. 그러면, 공기류 통로에서의 공기 유속을 변경하는 것이 가능하게 된다. 또한, 적어도 하나의 공기 출구의 크기를 조절할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 사용자의 선호에 따라, 흡입 저항(resistance to draw)을 변경하는 것을 가능하다.
적어도 하나의 공기 입구는 카트리지의 일부 또는 에어로졸 발생 장치의 일부를 형성할 수 있다. 하나 보다 많은 공기 입구가 존재하는 경우에는 공기 입구 중 하나 이상의 카트리지의 일부를 형성할 수 있으며, 공기 입구 중 다른 하나 또는 그 이상 에어로졸 발생 장치의 일부를 형성할 수 있다. 흐름 제어 수단은 카트리지 또는 에어로졸 발생 장치의 일부를 형성할 수 있다. 또는 흐름 제어 수단은 카트리지의 일부와 에어로졸 발생 장치의 일부 간의 협동에 의해 형성될 수 있다. 흐름 제어 수단은 제 1 부재 및 제 2 부재를 포함하고, 제 1 부재 및 제 2 부재 모두는 카트리지에 포함 또는 에어로졸 발생 장치에 포함 또는 제 1 부재 및 제 2 부재의 한쪽은 카트리지에 포함될 수 있으며, 제 1 부재 및 제 2 부재의 다른 쪽은 에어로졸 발생 장치에 포함될 수 있다.
제 1 및 제 2 부재는 외부 및 내부 슬리브를 포함할 수 있으며, 외부 슬리브 및 내부 슬리브는 에어로졸 발생 장치의 일부를 형성할 수 있고, 또는 카트리지의 일부를 형성할 수 있으며, 또는 외부 슬리브 및 내부 슬리브 중 하나는 장치의 일부를 형성할 수 있고, 외부 슬리브 및 내부 슬리브의 다른 하나는 카트리지의 일부를 형성할 수 있다.
에어로졸 형성 기질은 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기질을 가열함으로써 방출될 수 있으며, 또는 화학 반응 또는 기계적 자극에 의해 방출될 수 있다. 에어로졸 형성 기질는 니코틴을 함유할 수 있다. 에어로졸 형성 기질는 고체 에어로졸 형성 기질일 수 있다. 에어로졸 형성 기질는 바람직하게는 가열시에 기질에서 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함한다. 에어로졸 형성 기질은 비 담배 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기질는 담배 함유 물질과 비 담배 함유 지질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 에어로졸 형성 기질은 또한 에어로졸 형성제를 포함한다. 적당한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
그러나, 바람직한 구현예에서, 에어로졸 형성 기질은 액체 에어로졸 형성 기질이다. 액체 에어로졸 형성 기질은 바람직하게는, 예를 들면, 비점과 증기압 등의 에어로졸 발생 장치 및 카트리지에서 사용하기에 적합한 물리적 특성을 가진다. 비점이 너무 높은 경우에는 액체를 가열하지 못할 수 있으며, 비점이 너무 낮은 경우에는 액체가 너무 빨리 가열될 수 있다. 액체는 바람직하게는 휘발성 담배 향미 화합물을 포함하는 담배 함유 재료를 포함하고,이 향미 화합물은 가열시 액체로부터 방출된다. 대안으로, 또는 추가적으로, 액체가 아닌 담배 재료를 포함 할 수 있다. 액체는 에탄올, 식물 추출물, 니코틴, 천연 또는 합성 향미, 또는 이들의 조합 등의 수용액 또는 비수성 용매를 포함할 수 있다. 바람직하게는 액체는 더욱 고농도의 안정된 에어로졸의 형성을 촉진하는 에어로졸 형성제를 포함한다. 바람직한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
에어로졸 형성 기질이 액체 기질인 경우, 에어로졸 발생 시스템은 또한, 에어로졸 형성 기질을 저장하는 저장부를 구비할 수 있다. 바람직하게는 액체 저장 부는 카트리지 내에 설치된다. 저장부를 설치하는 장점은 액체 저장부 내의 액체가 주변 공기 (일반적으로 공기가 액체 저장부에 침입할 수 없기 때문에) 및 일부 구현예에서 빛으로부터 보호되고, 그 결과, 액체가 감소될 위험이 크게 감소될 것이다. 게다가, 위생 상태를 높은 수준으로 유지할 수 있다. 액체 저장부는 리필 가능하지 않은 경우가 있다. 따라서, 액체 저장부 내의 액체가 다 떨어질 때 에어로졸 발생 시스템 또는 카트리지가 교체된다. 또는 액체 저장부는 리필 가능할 수도 있다. 이 경우, 에어로졸 발생 시스템 또는 카트리지는 액체 저장부의 특정 횟수의 리필 후에 교환될 수 있다. 바람직하게는 액체 저장부는 소정 횟수의 흡연을 허용하는 액체를 유지하도록 구성된다.
대안으로, 에어로졸 형성 기질은 예를 들면, 가스 기질, 겔 기질 또는 다양한 유형의 기질의 어떤 조합과 같은 다른 어떤 종의 기질일 수 있다.
에어로졸 형성 기질은 액체 에어로졸 형성 기질인 경우, 에어로졸 발생 시스템의 기화기는 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기질을 운반하는 모세관 심지를 포함할 수 있다. 모세관 심지는 에어로졸 발생 장치 내 또는 카트리지 내에 제공될 수 있지만, 카트리지에 설치되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 모세관 심지는 액체 저장부 내의 액체와 접촉하도록 구성되어 있다. 바람직하게는 모세관 심지는 액체 저장부 내에 연장되어 있다. 이 경우, 사용시에 액체는 모세관 심지의 모세관 작용에 의해 액체 저장부에서 이송된다. 하나의 구현예에서, 모세관 심지의 한쪽 끝에서 히터에 의해 액체가 증발하여 과포화 증기를 형성한다. 과포화 증기는 공기류와 혼합되어 해당 공기류에서 이송된다. 흐름 중에 증기가 응축하여 에어로졸을 형성하고, 에어로졸은 사용자의 입으로 이송된다. 액체 에어로졸 형성 기질은 표면 장력 및 점도를 포함하는 적합한 물리적 특성을 가지며, 이에 따라 액체가 모세관 작용에 의해 모세관 심지를 통해서 이송될 수 있게 된다.
모세관 심지는 섬유상 또는 해면상 구조를 가질 수 있다. 모세관 심지는 복수의 모세관 심지를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 모세관 심지는 여러 섬유 또는 나사부 또는 다른 미세 튜브를 포함할 수 있다. 섬유 또는 나사부는 일반적으로 에어로졸 발생 시스템의 길이 방향으로 정렬될 수 있다. 대안으로, 모세관 심지는 로드 형상으로 형성된 스폰지 또는 발포형 재료를 포함할 수 있다. 로드 형상은 에어로졸 발생 시스템의 길이 방향을 따라 연장할 수 있다. 심지 구조는 여러 개의 작은 구멍 또는 튜브를 형성하고, 여기를 통해서 모세관 작용에 의해 액체를 이송할 수 있다. 모세관 심지는 모든 적합한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료의 예로는 모세관 재료이며, 예를 들면, 스폰지 재료 또는 발포 재료, 섬유 또는 소결 분말 형태의 세라믹 기반 또는 흑연 기반의 재료, 발포 금속 또는 플라스틱 재료, 섬유 재료이며, 섬유 재료, 예를 들어 셀룰로오스 아세테이트, 폴리 에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴ㄹ렌(terylene) 또는 폴리 프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은 방사 또는 압출 섬유로 만들어진 것이다. 모세관 심지는 다른 액체의 물리적 특성에서 사용되는 것과 같이 모든 적합한 모세관 현상 및 다공성을 가질 수 있다. 액체는 제한이 없지만, 점도, 표면 장력, 밀도, 열전도도, 비점 및 증기압을 포함한 물리적 특성을 가지며, 이는 모세관 장치를 통해 모세관 작용에 의해 액체를 이송할 수 있다. 모세관 심지는 원하는 양의 액체를 기화기로 전달하기에 적합하여야 한다.
또는, 모세관 심지 대신에 에어로졸 발생 시스템은 원하는 양의 액체를 기화기로 전달하는 액체 에어로졸 형성 기질과 기화기 간에 모든 적합한 모세관 현상 또는 다공성을 갖는 계면을 포함할 수 있다. 모세관 현상 또는 다공성의 계면은 카트리지 또는 에어로졸 발생 장치 내에 제공될 수 있지만, 카트리지에 설치되는 것이 바람직하다. 에어로졸 형성 기질은 모든 적합한 담체 또는 지지체에 흡착, 코팅, 함침하거나 충전될 수 있다.
바람직하게, 필수는 아니지만, 모세관 심지, 또는 모세관 또는 다공성 계면은 액체 저장부와 같은 부분에 포함된다.
기화기는 히터일 수 있다. 히터는 전도, 대류 및 복사 중 하나 또는 그 이상에 의해 에어로졸 형성 기질 수단을 가열할 수 있다. 히터는 전력 공급원에 의해 작동되는 전기 히터일 수 있다. 대안으로, 히터는 가연성 연료 등의 비 전력 공급원에 의해 작동될 수 있으며, 예를 들어, 히터는 가스 연료의 연소에 의해 가열된 열 전도성 요소를 포함할 수 있다. 히터는 전도에 의해 에어로졸 형성 기질을 가열할 수 있으며, 기질 또는 기질이 적층되어 있는 담체와 최소한 부분적으로 접촉되게 할 수 있다. 대안으로, 히터로부터의 열은 중간 열전도 요소를 사용하여 기질에 전도시킬 수 있다. 대안으로, 히터는 사용시 에어로졸 발생 시스템을 통해 흡입되는 유입 주변 공기에 열을 전달할 수 있으며, 그 결과 대류에 의해 에어로졸 형성 기질을 가열한다. 바람직한 구현예로서, 에어로졸 발생 시스템은 전기 작동식이고, 에어로졸 발생 시스템의 기화기는 에어로졸 형성 기질을 가열하는 전기 히터를 포함한다.
전기 히터는 단일 가열 요소를 포함할 수 있다. 또는 전기 히터는 하나보다 많은 가열 요소, 예를 들어, 2개, 또는 3개 또는 4개 또는 5개 또는 6개 또는 그보다 많은 가열 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 가열 요소는 에어로졸 형성 기질를 가장 효과적으로 가열할 수 있도록 적절하게 배치할 수 있다.
적어도 하나의 가열 요소는 바람직하게는 전기 저항 재료를 포함한다. 바람직한 전기 저항 재료는 제한이 없지만, 도프된 세라믹과 같은 반도체, 전기 "전도성" 세라믹 (예, 이규화몰리브덴 등), 탄소, 흑연, 금속, 금속 합금 및 세라믹 재료 및 금속 재료로 만들어진 복합 재료를 포함한다. 이러한 복합 재료는 도프 또는 비 도프된 세라믹을 포함할 수 있다. 바람직한 도프된 세라믹의 예로는 도프된 실리콘 카바이드를 포함한다. 바람직한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈 및 백금족 금속을 포함한다. 바람직한 금속 합금의 예는, 스테인레스 스틸, 콘스탄틴, 니켈, 코발트, 크롬, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 주석, 갈륨, 망간, 및 철 함유 합금 및 니켈, 철, 코발트, 스테인레스 스틸, Timetal® 기반의 초합금, 철-알루미늄 기반 합금 및 철-망간-알루미늄 기반 합금을 들 수 있다. Timetal®는 1999 Broadway Suite 4300, Denver Colorado 소재의 Titanium Metals Corporation의 등록 상표이다. 복합 재료에서, 전기 저항 재료는 임의로 에너지 전달의 역학 및 원하는 외부 물리 화학적 특성에 따라 절연 재료에 매립된, 캡슐화된 또는 코팅되거나 그 반대라고 할 수 있다. 가열 요소는 불활성 재료의 2개 층 사이에 절연된 금속 에칭 호일을 포함할 수 있다. 이 경우, 불활성 재료는 Kapton®, 모든-폴리이미드 또는 마이카 호일을 포함 할 수 있다. Kapton®는 1007 Market Street, Wilmington, Delaware 19898, United States of America미국 델라웨어 19898 윌 밍턴 1007 Market Street 소재 E. I. du Pont de Nemours and
대안으로, 적어도 하나의 전기 가열 요소는 적외선 가열 요소, 광자원 또는 유도 가열 요소를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 가열 요소는 모든 바람직한 형태라고 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 가열 요소는 가열 블레이드의 형태로 할 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 가열 요소는 다른 전도부를 갖는 케이싱 또는 기질, 또는 전기 저항 금속 튜브 형태로 할 수 있다. 액체 저장부는 일회용 가열 요소를 포함할 수 있다. 대안으로, 에어로졸 형성 기질이 액체인 경우에는 에어로졸 형성 기질을 관통하는 하나 이상의 가열 니들 또는 로드가 바람직할 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 전기 가열 요소는 디스크 (말단) 히터 또는, 가열 니들 또는 로드를 구비한 디스크 히터의 조합일 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 전기 가열 요소는 가요성 시트 재료를 포함할 수 있다. 다른 대안으로 가열 와이어 또는 필라멘트 예를 들어, 니켈-크롬(Ni-Cr), 백금, 텅스텐 또는 합금 와이어 또는 가열 플레이트를 포함한다. 임의로, 가열 요소는 강성 담체 재료 중에 또는 그 위에 적층될 수 있다.
적어도 하나의 전기 가열 요소는 방열판, 또는 열을 흡열 및 축열한 후 경시 적으로 방열하여 에어로졸 형성 기질을 가열할 수 있는 재료를 포함하는 열 저장기를 포함할 수 있다. 방열판은 적당한 금속 또는 세라믹 재료와 같은 모든 적합한 재료로 형성할 수 있다. 바람직하게, 재료는 높은 열용량을 갖는 (현열 축열 재료) 또는 흡열 후 고온 상 변화 같은 가역 과정을 통해 방열할 수 있는 재료이다. 적합한 현열 축열 재료는 실리카겔, 알루미나, 탄소, 유리 매트, 유리 섬유, 무기물, 알루미늄, 은 또는 납과 같은 금속 또는 합금 및 셀룰로오스 재료를 포함한다. 가역 상 변화에 의해 방열하는 다른 적합한 재료는 파라핀, 초산 나트륨, 나프탈렌, 왁스, 폴리에틸렌 옥사이드, 금속, 금속염, 공융염의 혼합물 또는 합금을 포함한다.
방열판은 에어로졸 형성 기질에 직접 접촉하여 저장된 열을 직접 기질에 전달하도록 배치할 수 있다. 대안으로, 방열판 또는 열 저장기에 저장된 열은 금속 튜브와 같은 열 전도체를 통해 에어로졸 형성 기질에 전달될 수 있다.
적어도 하나의 가열 요소는 액체 에어로졸 형성 기질을 전도에 의해 가열 할 수 있다. 가열 요소는 기질과 적어도 부분적으로 접촉할 수 있다. 대안으로, 가열 요소로부터의 열은 열 전도체에 의해 기질에 전도될 수 있다.
대안으로, 적어도 하나의 가열 요소는 사용 중에 에어로졸 발생 장치 및 카트리지를 통해서 흡입되는 유입 주변 공기에 열을 전달할 수 있으며, 그 결과 이 주변 공기가 대류에 의해 에어로졸 형성 기질을 가열한다. 주변 공기는 에어로졸 형성 기질을 통과하기 전에 가열될 수 있다. 대안으로, 주변 공기는 먼저 액체 기질을 통해서 흡입된 후 가열될 수 있다.
전기 히터는 장치 또는 카트리지 내에 포함될 수 있다. 바람직하게는 필수적인 것은 아니지만, 전기 히터는 모세관 심지와 같은 부분에 포함된다.
하나의 바람직한 구현예에서, 에어로졸 형성 기질은 액체 에어로졸 형성 기질이며, 에어로졸 발생 시스템은 액체 에어로졸 형성 기질을 저장하는 저장부를 포함하고, 에어로졸 발생 시스템의 기화기는 전기 가열기 및 모세관 심지를 포함한다. 이 구현예에서, 바람직하게 모세관 심지는 액체 저장부에서 액체와 접촉하도록 구성된다. 사용시에 액체는 모세관 심지의 모세관 작용에 의해 액체 저장부에서 전기 히터를 향해서 이송된다. 하나의 구현예에서, 모세관 심지는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 제 1 단부는 액체 저장부 내로 연장되어 내부의 액체와 접촉하고, 전기 히터는 제 2 단부에서 액체를 가열하도록 구성된다. 다른 구현예에서, 모세관 심지는 액체 저장부의 가장자리를 따라 놓일 수 있다. 히터가 작동하면 모세관 심지의 제 2 단부에서 액체 가열 장치에 의해 증발되어 과포화 증기를 형성한다. 과포화 증기는 공기류와 혼합되어 공기류 중에서 이송된다. 흐름 중에, 증기가 응축하여 에어로졸을 형성하고 에어로졸은 사용자의 입쪽으로 이송된다.
그러나, 본 발명은 히터 기화기에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 제한하는 것은 아니지만, 압전 기화기 또는 가압 액체를 이용하는 분무기 등의 기계식 기화기에 의해 증기 및 그 결과에 의한 에어로졸을 발생하는 에어로졸 발생 시스템에 사용될 수 있다.
액체 저장부, 및 선택적으로 모세관 심지와 히터는 단일 구성 요소로 에어로졸 발생 시스템에서 제거될 수 있다. 예를 들어, 액체 저장부, 모세관 심지 및 히터는 카트리지 내에 포함될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 전기로 작동될 수 있으며, 전력 공급원을 더 포함 할 수 있다. 전력 공급원은 카트리지 또는 에어로졸 발생 장치 내에 포함될 수 있다. 바람직하게, 전력 공급원은 에어로졸 발생 장치 내에 포함된다. 전력 공급원은 AC 전원 또는 DC 전원으로 할 수 있다. 바람직하게, 전력 공급원은 배터리이다.
에어로졸 발생 시스템은 또한 전기 회로를 포함할 수 있다. 하나의 구현예에서, 전기 회로는 사용자가 퍼프하는 것을 나타내는 공기류를 감지하는 센서를 포함한다. 이 경우에, 전기 회로는 바람직하게, 사용자가 퍼프하는 것을 센서가 감지할 때 전기 히터에 전류 펄스를 제공하도록 구성되어 있다. 바람직하게, 전류 펄스의 시간-기간은 증발하는 것이 바람직한 에어로졸 형성 기질의 양에 따라 미리 설정되어 있다. 전기 회로는 이러한 목적으로 프로그램 가능한 것이 바람직하다. 대안으로, 전기 회로는 사용자가 퍼프를 시작하는 수동의 작동 스위치를 구비할 수 있다. 전기 회로는 카트리지 또는 에어로졸 발생 장치에 포함될 수 있다. 바람직하게, 전기 회로는 에어로졸 발생 장치에 포함되어 있다.
에어로졸 발생 시스템은 하우징을 포함하는 경우에는, 바람직하게 하우징은 세장형이다. 에어로졸 발생 시스템이 모세관 심지를 포함하는 경우에는, 모세관 심지의 길이 방향 축과 하우징의 길이 방향의 축은 실질적으로 평행할 수 있다. 하우징은 에어로졸 발생 장치의 하우징 부분과 카트리지의 하우징 부분을 포함할 수 있다. 이 경우 모든 구성 요소는 어떤 하우징 부분에 포함될 수 있다. 하나의 구현예에서, 하우징은 액체 저장부, 모세관 심지 및 히터를 갖춘 제거 가능한 인서트를 포함한다. 이 구현예에서, 에어로졸 발생 시스템의 부품은 하나의 구성 요소로서 하우징에서 분리 가능할 수 있다. 이것은 예를 들어, 액체 저장부에 충전 또는 교환하는데 유용할 수 있다.
하나의 특정한 바람직한 구현예에서, 에어로졸 형성 기질는 액체 에어로졸 형성 기질이며, 에어로졸 발생 시스템은 적어도 하나의 내부 구멍을 갖는 내부 슬리브와 적어도 하나의 외부 구멍을 갖는 외부 슬리브를 포함하는 하우징, 여기서 내부 구멍과 외부 구멍은 함께 하나의 공기 입구를 형성하며; 에어로졸 발생 장치에 구성되어 있는 전력 공급원 및 전기 회로; 및 액체 에어로졸 형성 기질을 수용하는 저장부를 추가로 포함하고, 여기서, 기화기는 액체 저장부에서 액체 에어로졸 형성 기질을 이송하기 위한 모세관 심지를 포함하고, 해당 모세관 심지는 액체 저장부내로 연장되어 있는 제 1 단부와 상기 제 1 단부의 반대편의 제 2 단부를 가지며, 모세관 심지의 제 2 단부에서 액체 에어로졸 형성 기질을 가열하기 위해 전력 공급원에 연결되어 있는 전기 히터를 포함하고, 여기서, 액체 저장부, 모세관 심지 및 전기 가열기는 에어로졸 발생 시스템의 카트리지 내에 구성되어 있으며, 흐름 제어 수단은 하우징의 내부 슬리브 및 외측 슬리브를 포함하고, 내부 및 외부 슬리브는 서로에 대해 이동하여 내부 구멍과 외부 구멍의 겹치는 범위를 변경하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하도록 구성되어 있다.
바람직하게, 에어로졸 발생 장치 및 카트리지는 개별적으로 또는 협동하여 휴대 가능하다. 바람직하게, 장치는 사용자가 재사용 가능하다. 바람직하게, 카트리지는 예를 들면, 액체 저장부 내에 액체가 더 이상 들어 있지 않은 경우에는 사용자가 폐기할 수 있다. 에어로졸 발생 장치 및 카트리지가 협동하여 에어로졸 발생 시스템을 형성하며, 이 시스템은 흡연 시스템이고, 기존의 시가 또는 담배에 상당하는 크기를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 약 30 mm ~ 약 150 mm 사이의 길이를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 약 5 mm ~ 약 30 mm의 외경을 가질 수 있다.
바람직하게, 에어로졸 발생 시스템은 전기로 작동되는 흡연 시스템이다.
본 발명에 의하면, 에어로졸 형성 기질을 가열하기 위한 에어로졸 발생 시스템을 또한 제공하며, 본 시스템은 에어로졸 형성 기질을 가열하여 에어로졸을 형성하는 기화기; 적어도 하나의 공기 입구; 적어도 하나의 공기 출구, 여기서, 공기 입구와 공기 출구 사이에 공기류 통로가 형성되도록 공기 입구와 공기 출구는 공기류 통로가 구성되어 있으며; 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조정하여 공기류 통로에서 공기 유속을 제어하기 위한 흐름 제어 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 카트리지가 제공되고, 상기 카트리지는 에어로졸 형성 기질를 저장하는 저장부와, 에어로졸 형성 기질을 가열하는 기화기; 적어도 하나의 공기 입구; 적어도 하나의 공기 출구, 공기 입구와 공기 출구 사이에 공기류 통로가 형성되도록 공기 입구와 공기 출구가 배치되며; 여기서, 카트리지는 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조정하여 공기류 통로의 공기 유속을 제어하는 흐름 제어 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 에어로졸 형성 기질을 가열하기 위한 에어로졸 발생 장치가 제공되며, 이것은 에어로졸 형성 기질를 저장하는 저장부; 에어로졸 형성 기질을 가열하기 위한 기화기; 적어도 하나의 공기 입구; 적어도 하나의 공기 출구, 여기서, 공기 입구와 공기 출구 사이에 공기류 통로가 형성하도록 공기 입구와 공기 출구가 구성되어 있고; 여기서, 상기 장치는 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조정하여 공기류 통로에서의 공기 유속을 제어하기 위한 흐름 제어 수단을 포함하고 있다.
본 발명의 모든 측면에서, 저장부는 액체 저장부라고 할 수 있다. 본 발명의 모든 측면에서, 에어로졸 형성 기질는 액체 에어로졸 형성 기질이라고 할 수 있다.
에어로졸 형성 기질는 대안적으로, 예를 들면, 가스 기질 또는 겔 기질, 또는 다양한 유형의 기질의 어떤 조합 등 다른 어떤 종류의 기질일 수 있다.
적어도 하나의 공기 출구는 카트리지에만 설치할 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 공기 출구는 에어로졸 발생기 내에만 설치할 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 공기 출구는 카트리지 내에 설치할 수 있고, 적어도 하나의 공기 출구는 에어로졸 발생 장치 내에 설치할 수 있다. 적어도 하나의 공기 입구는 카트리지 내에만 설치할 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 공기 입구는 에어로졸 발생 장치 내에만 설치할 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 공기 입구는 카트리지 내에, 적어도 하나의 공기 입구는 에어로졸 발생 장치 내에도 설치할 수 있다. 예를 들어, 카트리에서 적어도 하나의 공기 입구와 에어로졸 발생 장치에서 적어도 하나의 공기 입구는 카트리지가 에어로졸 발생 장치와 함께 사용될 때 정렬 또는 부분적으로 정렬하도록 구성할 수 있다.
흐름 제어 수단은 카트리지에만 설치할 수 있다. 대안으로, 카트리지 및 에어로졸 발생 장치는 모두 흐름 제어 수단을 구비할 수 있다. 당해 구현예에서, 바람직하게, 카트리지 및 에어로졸 발생 장치는 협동하여 흐름 제어 수단을 형성 할 수 있다. 대안으로, 카트리지는 제 1 흐름 제어 수단을 포함할 수 있고, 에어로졸 발생 장치는 제 2 흐름 제어 수단을 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 흐름 제어 수단은 카트리지의 제 1 부재와 에어로졸 발생 장치의 제 2 부재를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 부재가 협동하여 적어도 하나의 공기 입구를 형성하되 여기서, 제 1 및 제 2 부재는 서로에 대해 이동하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하도록 구성되어 있다.
예를 들어, 카트리지가 적어도 하나의 공기 입구를 포함하는 경우, 에어로졸 발생 장치가 적어도 하나의 공기 입구를 포함하는 경우, 카트리지에서의 적어도 하나의 공기 입구와 에어로졸 발생 장치에서의 적어도 하나의 공기 입구는 카트리지가 에어로졸 발생 장치와 함께 사용될 때 정렬 또는 부분적으로 정렬되도록 구성할 수 있다. 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 이동하여 카트리지의 공기 입구와 에어로졸 발생 장치의 공기 입구의 겹치는 범위를 변경하도록 구성할 수 있다. 2개의 공기 입구 사이에 극히 조금 겹쳐지면, 그 결과 공기 입구는 작은 단면적을 가지게 된다. 이것은 에어로졸 발생 장치에서의 공기 유속을 증가시킬 것이다. 2개의 공기 입구 사이에 많이 겹쳐지면, 그 결과 공기 입구는 큰 단면적을 갖게 된다. 이것은 에어로졸 발생 장치의 공기 유속을 감소시킬 것이다.
바람직하게, 기화기는 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기질을 이송하는 모세관 심지를 포함한다. 이러한 모세관 심지의 특성은 위에서 이미 고찰한 바 있다. 대안으로, 모세관 심지 대신, 기화기는 증발시키기를 원하는 양의 액체를 이송하는 모든 바람직한 세관 현상 또는 다공성을 갖는 계면을 포함 할 수 있다.
바람직하게, 에어로졸 발생 장치는 전기로 작동되고, 기화기는 액체 에어로졸 형성 기질을 가열하는 전기 히터를 포함하며, 상기 전기 히터는 에어로졸 발생 장치에 전력 공급원과 연결 가능하다. 이러한 전기 히터의 특성은 위에서 이미 고찰한 바 있다.
바람직한 구현예에서, 카트리지의 기화기는 전기 히터 및 모세관 심지를 포함한다. 당해 구현예에서, 바람직하게, 모세관 심지는 저장부의 액체와 접촉하도록 구성된다. 사용시에 액체는 모세관 심지의 모세관 작용에 의해 저장부에서 전기 히터 쪽으로 이송된다. 하나의 구현에에서, 모세관 심지는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 제 1 단부는 저장부 내에 연장되어 내부의 액체와 접촉하고, 전기 히터는 제 2 단부에서 액체를 가열하도록 구성된다. 히터가 작동하면, 모세관 심지의 제 2 단부에서 액체 가열 장치에 의해 증발되어 과포화 증기를 형성한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 카트리지와 협동하는 에어로졸 발생 장치를 구비한 에어로졸 발생 시스템에서 공기 유속을 변견하는 방법이 제공되며, 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 형성 기질을 가열하여 에어로졸을 형성하는 기화기; 적어도 하나의 공기 입구; 적어도 하나의 공기 출구; 여기서 공기 입구와 공기 출구 사이에 공기류 통로가 형성되도록 공기 입구와 공기 출구가 배치되며, 상기 방법은 적어도 하나의 공기 입구 크기를 조정하여 공기류 통로에서의 공기 유속을 변경하는 단계를 포함한다.
적어도 하나의 공기 입구의 크기의 조정은 공기 입구에서의 압력 강하를 변하게 한다. 이것은 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기 흐름의 속도 및 흡입 저항에 영향을 미친다. 이렇게 하면 평균 액적 크기 및 액적 크기 분포에 영향을 미치고, 그 결과 사용자 경험에 영향을 미칠 수있다.
하나의 구현예에서, 에어로졸 발생 시스템은 제 1 부재 및 제 2 부재를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 부재가 협동하여 적어도 하나의 공기 입구를 형성하고, 여기서, 적어도 하나의 공기 입구 크기를 조정하는 단계는 제 1 부재 및 제 2 부재가 서로에 대해 이동하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경시키는 것을 포함한다. 제 1 및 제 2 부재 중 하나는 에어로졸 발생 장치에 제공될 수 있으며, 제 1 및 제 2 부재 중 다른 하나는 카트리지에 설치될 수 있다.
본 발명의 하나의 측면과 관련하여 기재한 특징은 본 발명의 또 다른 측면에도 적용될 수 있다. 특히, 에어로졸 발생 장치와 관련하여 기재한 특징은 또한 카트리지에도 적용될 수 있다.
본 발명에 대해 첨부하는 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 방법으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템의 하나의 실시예이다. 도 1에서, 시스템은 저장부를 가지는 전기 작동식 흡연 시스템이다. 도 1의 흡연 시스템(101)은 카트리지(103) 및 장치(105)를 포함한다. 장치(105)에서, 배터리(107) 형태의 전력 공급원과 하드웨어(109)와 퍼프 감지 시스템(111) 형태의 전기 회로가 설치된다. 카트리지(103)에는, 액체를 수용하는 저장부(113), 모세관 심지(117)와 히터(119) 형태의 기화기가 설치되어 있다. 히터는 도 1에서 개략적으로 표시된 점에 유의하기 바란다. 도 1에 나타낸 예시적인 실시예에서, 모세관 심지(117)의 한쪽 단부는 액체 저장부(113)로 연장되어 있고, 모세관 심지(117)의 반대쪽 단부는 히터(119)에 의해 둘러싸여 있다. 히터는 연결부(121)를 통해서 전기 회로에 연결되어 있으며, 이 연결부(121)는 액체 저장부(113)의 외측(도 1에는 도시되지 않음)을 따라 통과할 수 있다. 카트리지(103)와 장치(105)는 각각 구멍들을 포함하고 있으며, 이 구멍들은 카트리지와 장치가 함께 조립될 때, 공기 입구(123)를 형성한다. 흐름 제어 수단(도 2 내지 5를 참조하여 추가로 설명할 것임)이 설치되어, 공기 입구(123)의 크기를 조정하게 된다. 카트리지(103)는 또한, 공기 출구(125) 및 에어로졸 형성 챔버(127)를 포함한다. 공기 입구(123)에서 공기 출구(125)까지 에어로졸 형성 챔버(127)를 통과하는 공기류 통로가 점선으로 도시되어 있다.
사용시의 작동은 다음과 같다. 액체(115)는 액체 저장부(113)로 연장되어 있는 심지(117)의 단부로부터 히터(119)에 의해서 둘러싸여 있는 심지의 다른쪽 단부로 액체 저장부(113)로부터의 모세관 작용에 의해서 운반된다. 사용자가 공기 출구(125)에서 에어로졸 발생 장치를 흡입하며, 점선으로 표시한 화살표와 같이 주변 공기가 공기 입구(123)를 통해 흡입된다. 도 1에 나타낸 구성에서, 퍼프 감지 시스템(111)은 퍼프(puff)를 감지하여 히터(119)를 활성화시킨다. 배터리(107)는 히터(119)에 전기 에너지를 공급하여, 히터로 둘러싸여 있는 심지(117)의 단부를 가열한다. 히터(119)에 의해서 심지(117)의 단부에 있는 액체가 증발되어 과포화 증기를 생성한다. 이와 함께, 증발된 액체는 모세관 작용에 의해 심지(117)를 따라 이동하는 추가 액체로 대체된다 (이것을 “펌핑 작동”이라 한다). 생성된 과포화 증기는 공기 입구(123)로부터의 공기류와 혼합되어 해당 공기류 중에서 이송된다. 에어로졸 형성 챔버(127)에서, 증기는 응축하여 흡입 가능한 에어로졸을 형성하고, 형성된 흡입 가능한 에어로졸은 공기 출구(125) 쪽에서 사용자의 입속으로 이송된다.
도 1에 도시된 구현예에서, 하드웨어(109)와 퍼프 감지 시스템(111)은 프로그램 가능한 것이 바람직하다. 하드웨어(109)와 퍼프 감지 시스템(111)은 에어로졸 발생 시스템의 작동을 관리하는데 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템 하나의 실시예를 나타낸 것이다. 그러나, 많은 다른 실시예가 가능하다. 에어로졸 발생 시스템은 단순히 에어로졸 발생 장치와 카트리지를 포함하고, 에어로졸 형성 기질을 가열하여 에어로졸을 형성하기 위한 기화기, 적어도 하나의 공기 입구, 적어도 하나의 공기 출구, 및 공기 입구에서 공기 출구까지의 공기류 통로에서 공기 유속를 조절하기 위하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조절하기 위한 흐름 제어 수단(도 2 내지 5를 참조하여 이하에서 설명할 것임)을 포함할 필요가 있다. 예를 들면, 상기 시스템은 전기적으로 작동될 필요는 없다. 예를 들면, 상기 시스템은 흡연 시스템일 필요는 없다. 예를 들면, 에어로졸 형성 기질은 액체 에어로졸 형성 기질일 필요는 없다. 게다가, 에어로졸 형성 기질이 액체 에어로졸 형성 기질인 경우에도 상기 시스템은 모세관 심지를 포함하지 않아도 된다. 이 경우, 시스템은 증발을 위해 액체를 전달하기 위한 다른 메카니즘을 포함할 수 있다. 또한, 상기 시스템은 히터를 포함하지 않고, 이 경우에 에어로졸 형성 기질을 가열하기 위한 다른 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 퍼프 검출 시스템을 제공하지 않을 수 있다. 대신에, 시스템은 예를 들면 사용자가 흡연시 스위치를 작동시키는, 즉 수동으로 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 시스템의 전체 형상 및 크기는 변경할 수 있다.
위에서 고찰한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 에어로졸 발생 시스템은 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조절하여 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기류 통로에서의 공기 유속를 제어하는 흐름 제어 수단을 포함한다. 여기서, 흐름 제어 수단을 포함하는 본 발명의 구현예는 도 2 내지 5를 참조하여 설명될 것이다. 이 구현예는 도 1에 도시된 실시예를 기반으로 하지만, 에어로졸 발생 시스템의 다른 실시예에도 적용 가능하다. 도 1 및 2는 본질적으로 개략도라는 점에 유의하기 바란다. 특히, 도시된 구성 요소는 개별적으로 또는 서로에 대해 반드시 축적대로가 아닌 경우가 있다.
도 2는 도 1의 에어로졸 발생 시스템의 일부의 사시도로서, 공기 입구(123)를 더 상세라게 보여주고 있다. 도 2는 에어로졸 발생 시스템(101)의 장치(105)와 함께 조립된 에어로졸 발생 시스템(101)의 카트리지(103)를 나타낸 것이다. 카트리지(103)와 장치(105)는 각각 구멍을 포함하며, 상기 구멍은 카트리지와 장치가 함께 조립될 때, 정렬 또는 부분적으로 정렬하여 공기 입구(123)를 형성한다.
사용시에는, 카트리지(103)와 장치(105)는 화살표로 표시된 바와 같이 서로에 대해 회전할 수 있다. 카트리지(103) 및 장치(105)에서 구멍 세트의 겹침의 범위는 공기 입부(123)의 크기를 정한다. 공기 입구(123)의 크기는 에어로졸 발생 시스템(101)을 통과하는 공기류의 속도에 영향을 주고, 결과적으로, 에어로졸에서 액적 크기에 영향을 미친다. 이것에 대해, 도 3 내지 5를 참고하여 더욱 자세히 설명할 것이다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템의 공기 유로 단면적(mm2)의 함수로서 흡입 저항(파스칼(Pa) 단위의 압력 강하)을 나타낸 그래프이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 공기 유로의 단면적이 감소함에 따라 압력 강하가 증가한다. (도 3에서 나타낸 관계는 퍼프 기간 및 퍼프 체적의 조합인 주어진 유량이라는 점에 유의하기 바람). 압력 강하(dP)와 공기 유로 단면적(S2) 간의 관계는 식 dP = a/S2의 형태의 역 포물선 관계이며, 여기서, a는 상수이다. 따라서, 장치(105)와 카트리지(103)가 서로에 대해 회전하여 에아로졸 발생 시스템의 공기 입구(123)의 크기가 증가하면 공기 유로의 단면적이 증대하고, 압력 강하 또는 흡입 저항은 감소한다. 장치(105)와 카트리지(103)가 서로에 대해 회전하여 에어로졸 발생 시스템의 공기 입구(123)의 크기를 감소하면 공기 유로의 단면적이 감소하여 압력 강하 또는 흡입 저항이 증가한다.
상술한 바와 같이, 공기 입구(123)의 크기는 에어로졸 발생 시스템(101)을 통과하는 공기류의 속도에 영향을 준다. 이것은 다음에서 설명하는 바와 같이, 다시 에어로졸의 액적 크기에 영향을 미친다. 에어로졸 발생 시스템의 냉각 속도가 증가하면 결과적으로 생기는 에어로졸의 평균 액적 크기가 감소하는 것은 당업자에게 잘 알려져 있다. 냉각 속도는 기화기 및 주변 온도 간의 온도 구배와 기화기에 국소적인 공기 유속와의 조합이다. 온도 구배는 주변 조건에 따라 결정 및 확정된다. 그래서, 냉각 속도는 에어로졸 발생 시스템을, 상세하게는 기화기의 국소에서 에어로졸 형성 챔버를 통과하는, 국소의 공기 유속에 의해 주로 결정된다. 따라서, 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 형성 챔버를 통과하는 공기 유속를 조절하는 것은 주어진 에어로졸 형성 기질의 다양한 유형의 에어로졸을 생성할 수 있게 된다.
도 4는 에어로졸 발생 시스템의 주어진 에어로졸 형성 기질의 에어로졸 액적 크기(MMAD, ㎛)에 대한 공기 유량(Airflow rate, L/min)의 영향을 나타낸 그래프이다. 도 4에서, 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기 유량이 증가하면 평균 에어로졸 액적 크기가 감소하는 것을 알 수 있다. 반대로, 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기 유량이 감소하면 결과적으로 생기는 에어로졸의 액적 크기가 증가한다.
도 4의 곡선에서의 두 점은 A와 B로 표시되어 있다. 상태 A는 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기 유량이 비교적 적고, 그 결과 에어로졸에서의 평균 액적 크기가 비교적 커진다. 이것은 공기 유로의 단면적이 비교적 큰 것에 해당하며, 결과적으로 비교적 작은 흡입 저항 및 나아가 비교적 작은 공기 유량을 이끌어 낸다. 따라서, 상태 A는 에어로졸 발생 시스템 (도 1 및 도 2 참조)의 장치(105)와 카트리지(103)가 서로에 대해 회전하여 장치(105)와 카트리지(103)의 구멍 간의 겹침이 상대적으로 커지는 것에 해당한다. 이것은 예를 들어, 최대 공기 입구 크기가 100%인 비교적 큰 공기 입구(123)를 가져온다. 대조적으로, 상태 B는 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기 유량이 비교적 크기고, 결과적으로 생기는 에어로졸의 평균 액적 크기가 비교적 작아진다. 이것은 공기 유로의 단면적이 비교적 작은 것에 해당하며, 결과적으로 비교적 큰 흡입 저항 및 나아가 비교적 큰 공기 유량을 이끌어 낸다. 따라서, 상태 B는 에어로졸 발생 시스템의 장치(105)와 카트리지(103)가 서로에 대해 회전하여 장치(105)와 카트리지(103)의 구멍 간의 겹침이 비교적 적은 것에 해당한다. 이것은 예를 들어, 최대 공기 입구의 크기가 40%인 비교적 작은 공기 입구(123)를 가져온다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조절하여 공기류 통로에서의 공기 유속을 제어하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 주어진 에어로졸 형성 기질에서 다양한 종류의 에어로졸(즉, 다른 평균 액적 크기 및 액적 크기 분포를 갖는 에어로졸)의 생성이 가능해진다.
대안적으로, 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 형성 챔버를 통과하는 공기 유속를 조절함으로써 다양한 에어로졸 형성 기질에서 원하는 에어로졸 액적 크기의 생성이 가능하게 된다. 도 5는 에어로졸 발생 시스템에서 두 가지 대안의 에어로졸 형성 기질(501, 503)의 에어로졸 액적 크기(MMAD, ㎛)에 대한 공기 유량(Airflow rate, L/min)의 영향을 나타낸 그래프이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 에어로졸 형성 기질(501, 503) 모두에서, 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기유량이 증가하면 평균 에어로졸 액적 크기가 감소하고, 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기 유량이 감소하면 평균 에어로졸 액적 크기는 증가한다. 주어진 공기 유량에 대해서, 에어로졸 형성 기질(501)은 에어로졸 형성 기질(503) 보다 작은 평균 에어로졸 액적 크기를 초래한다.
도 5에 두 점 A와 B가 표시되어 있다. A는 에어로졸 형성 기질(501)에 대한 곡선이다. B는 에어로졸 형성 기질(502)에 대한 곡선이다. A와 B에서, 최종 평균 에어로졸 액적 크기는 동일하다. 상태 A에서, 에어로졸 형성 기질(501)의 특성에 기인하여 그 평균 에어로졸 액적 크기를 가지는 공기 유량은 비교적 작다. 이것은 공기 유로의 단면적이 비교적 큰 것에 해당하며, 비교적 작은 흡입 저항 및 나아가 비교적 적은 공기 유량을 이끌어 낸다. 따라서, 상태 A는, 에어로졸 발생 시스템(도 1과 2 참조)의 장치(105)와 카트리지(103)가 서로에 대해 회전하여 장치(105)와 카트리지(103)의 구멍 간의 겹침이 상대적으로 커지는 것에 해당한다. 이것은 예를 들어, 최대 공기 입구의 크기의 100%인 비교적 큰 공기 입구(123)를 가져온다. 그러나, 상태 B는, 에어로졸 형성 기질(503)의 특성 때문에, 그 평균 에어로졸 액적 크기를 가져오는 공기 유량은 비교적 크다. 이것은 공기 유로의 단면적이 상대적으로 작은 것에 해당하고, 비교적 큰 흡입 저항 및 나아가 비교적 큰 공기 유량을 이끌어 낸다. 따라서, 상태 B는 에어로졸 발생 시스템의 장치(105)와 카트리지(103)가 서로에 대해 회전하여 장치(105)와 카트리지(103)의 구멍 간의 겹침이 상대적으로 작아지는 것에 해당한다. 이것은 예를 들면 최대 공기 입구의 크기의 40%인 비교적 작은 공기 입구(123)를 가져온다.
도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조절하여 공기류 통로에서의 공기 유속을 제어하는 것을 가능하게 한다. 이로 인해 다양한 에어로졸 형성 기질에서 원하는 에어로졸(즉, 원하는 평균 액적 크기 및 액적 크기 분포를 가짐)의 생성이 가능해진다.
기질한 구현예에서, 장치(105)와 카트리지(103)가 서로에 대해 회전함으로써, 공기 입구(123)에서의 압력 강하를 조절하는 흐름 제어 방법을 제공한다. 이것은 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기 유속에 영향을 미친다. 공기 유속은 에어로졸의 평균 액적 크기 및 액적 크기 분포에 영향을 미치고, 결과적으로 사용자 경험에 영향을 미친다. 따라서, 흐름 제어 수단은 예를 들어, 사용자 선호에 따라 흡입 저항(즉, 공기 입구에서의 압력 강하)을 조절할 수 있도록 한다. 또한, 주어진 에어로졸 형성 기질에서, 흐름 제어 수단은 어느 범위의 평균 에어로졸 액적 크기의 생성이 가능하고, 사용자 선호에 따라 사용자가 원하는 에어로졸을 선택할 수 있다. 또한, 흐름 제어 수단은 에어로졸 형성 기질을 선택하는데 있어서 특정하게 원하는 평균 에어로졸 액적 크기를 생성할 수 있다. 따라서, 흐름 제어 수단은 에어로졸 발생 시스템을 다양한 다른 에어로졸 형성 기질에 적용할 수 있고, 흐름 제어 수단은 여러 수준의 에어로졸 형성 기질에 대해 원하는 에어로졸 특성을 사용자가 선택할 수 있도록 한다.
도 2에서, 흐름 제어 수단은 에어로졸 발생 시스템의 장치(105) 및 카트리지(103)의 서로에 대한 회전에 의해서 제공된다. 그러나, 흐름 제어 수단은 반드시 상기 시스템의 두 부분의 협동에 의해 제공되지 않을 수 있다. 흐름 제어 수단은 장치(105)에 설치할 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 흐름 제어 수단은 카트리지(103) 내에 설치할 수 있다. 실제로, 에어로졸 발생 시스템은 별도의 카트리지와 장치를 갖출 필요는 없다. 또한, 도 2의 구현예에서, 공기 입구(103)의 크기는 장치(105)와 카트리지(103)의 구멍들의 겹치는 범위를 변경하여 조절할 수 있다. 그러나, 흐름 제어 수단은 두 세트의 구멍들이 겹치는 것에 의해 형성되지 않아도 된다. 흐름 제어 수단은 어떤 다른 적당한 메카니즘에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 흐름 제어 수단은 구멍을 개폐하는 가동 셔터를 갖는 하나의 구멍에 의해 제공될 수 있다. 또한, 도 2의 구현예에 있어서, 장치(105) 및 카트리지(103)는 서로에 대해 회전 가능하다. 그러나, 대안으로, 장치(105) 및 카트리지(103)는 예를 들면 슬라이딩에 의해 서로에 대해 선형으로 이동 가능하게 할 수 있다. 대안적으로, 장치(105) 및 카트리지(103)는 예를 들면, 스크류 나사부에 의해 회전 및 선형 이동의 조합에 의해 서로에 대해 이동 가능하게 할 수 있다. 또한, 구멍들의 모든 적합한 수, 배치 및 형상을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 시스템을 통과하는 공기류 통로에서의 공기 유속을 제어하도록, 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조정하는 흐름 제어 수단을 포함한다. 도 2 내지 도 5를 참조하여 에어로졸 발생 시스템 및 흐름 제어 수단의 구현예를 설명하였다.
101: 흡연 시스템
103: 카트리지
105: 에어로졸 발생 장치
107: 배터리
109: 하드웨어
111: 퍼프 감지 시스템
113: 저장부
117: 모세관 심지
119: 히터
123: 공기 입구
501, 503: 에어로졸 형성 기질

Claims (12)

  1. 카트리지와 협동하는 에어로졸 발생 장치를 포함하고, 카트리지에서 에어로졸 형성 기질을 가열하기 위한 에어로졸 발생 시스템으로서,
    에어로졸 형성 기질을 가열하여 에어로졸을 형성하는 기화기;
    적어도 하나의 공기 입구;
    적어도 하나의 공기 출구, 여기서, 공기 입구와 공기 출구 사이에 공기류 통로가 형성되도록 공기 입구와 공기 출구가 배치되어 있으며; 및
    적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조절하여 공기류 통로에서 공기 유속를 제어하는 흐름 제어 수단을 포함하며,
    여기서, 흐름 제어 수단은 적어도 하나의 공기 입구를 형성되도록 협동하는 제 1 부재와 제 2 부재를 포함하고, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 회전하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하도록 배치되며, 제 1 부재와 제 2 부재는 모두 카트리지 내에 포함되어 있는, 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제 1 부재는 적어도 하나의 제 1 구멍을 포함하고 제 2 부재는 적어도 하나의 제 2 구멍을 포함하며, 제 1 구멍 및 제 2 구멍은 적어도 하나의 공기 입구를 함께 형성하고, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 이동하여 제 1 구멍 및 제 2 구멍의 겹침의 범위를 변경하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하도록 배치되는, 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 회전 및 선형으로 이동하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하는, 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에어로졸 형성 기질은 액체 에어로졸 형성 기질인, 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 에어로졸 발생 시스템의 기화기는 모세관 작용에 의해 에어로졸 형성 기질를 이송하기 위한 모세관 심지를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에어로졸 발생 시스템은 전기로 작동되며, 에어로졸 발생 시스템의 기화기가 에어로졸 형성 기질를 가열하기 위한 전기 히터를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  7. 카트리지로서,
    에어로졸 형성 기질을 저장하기 위한 저장부;
    에어로졸 형성 기질을 가열하기 위한 기화기;
    카트리지를 에어로졸 발생 장치와 연결하기 위한 연결 수단;
    적어도 하나의 공기 입구, 사용 시에 카트리지와 에어로졸 발생 장치 사이에 형성되어 있는 공기 입구;
    적어도 하나의 공기 출구, 공기 입구와 공기 출구 사이에 공기류 통로를 형성하도록 배치되어 있는 공기 입구와 공기 출구;
    적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조정하여 공기류 통로에서의 공기 유속를 제어하기 위한 흐름 제어 수단을 포함하되
    여기서, 흐름 제어 수단은 적어도 하나의 공기 입구를 형성되도록 협동하는 제 1 부재와 제 2 부재를 포함하고, 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 회전하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하도록 배치되어 있는, 카트리지.
  8. 제7항에 있어서, 제 1 부재는 적어도 하나의 제 1 구멍을 포함하고, 제 2 부재는 적어도 하나의 제 2 구멍을 포함하며, 제 1 구멍과 제 2 구멍은 함께 적어도 하나의 공기 입구를 형성하고, 제 1 부재와 제 2 부재는 서로에 대해 회전하여 제 1 구멍과 제 2 구멍의 겹침의 범위를 변경하여 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 변경하도록 배치되는, 카트리지.
  9. 제7항에 있어서, 에어로졸 형성 기질은 액체 에어로졸 형성 기질이고, 기화기는 모세관 작용에 의해서 액체 에어로졸 형성 기질을 이송하기 위한 모세관 심지를 포함하는, 카트리지.
  10. 제7항, 제8항 및 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 기화기는 에어로졸 형성 기질을 가열하기 위한 전기 히터를 포함하되, 전기 히터는 전력 공급원에 연결가능하게 되어 있는, 카트리지.
  11. 카트리지와 협동하는 에어로졸 발생 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에서 공기 유속를 변경하기 위한 방법으로서,
    에어로졸 발생 시스템은 카트리지에서 에어로졸 형성 기질을 가열하여 에어로졸을 형성하는 기화기, 카트리지와 에어로졸 발생 장치 사이에 형성되어 있는 적어도 하나의 공기 입구, 및 적어도 하나의 공기 출구를 포함하며, 공기 입구와 공기 출구는 공기 입구와 공기 출구 사이에 공기류 통로가 형성되도록 배치되어 있으며, 상기 방법은:
    카트리지의 제 1 부재를 카트리지의 제 2 부재에 대해 회전시켜 적어도 하나의 공기 입구의 크기를 조정하여 공기류 통로에서 공기 유속를 변경하는, 기류 속도의 변경 방법.
  12. 제11항에 있어서, 제 1 부재는 적어도 하나의 제 1 구멍을 포함하고 제 2 부재는 적어도 하나의 제 2 구멍을 포함하며, 제 1 구멍 및 제 2 구멍은 적어도 하나의 공기 유입구를 함께 형성하고, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재는 서로에 대해 이동가능하도록 배치되어 제 1 구멍 및 제 2 구멍의 겹침의 범위를 변경하여 적어도 하나의 공기 유입구의 크기를 조절하는, 기류 속도 변경 방법.
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