KR20210038889A - 전자 담배 및 전자 담배용 캡슐 - Google Patents

전자 담배 및 전자 담배용 캡슐 Download PDF

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KR20210038889A KR1020217002931A KR20217002931A KR20210038889A KR 20210038889 A KR20210038889 A KR 20210038889A KR 1020217002931 A KR1020217002931 A KR 1020217002931A KR 20217002931 A KR20217002931 A KR 20217002931A KR 20210038889 A KR20210038889 A KR 20210038889A
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제이티 인터내셔널 소시에떼 아노님
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Abstract

흡입기 본체(4) 및 제거 가능 캡슐(16)을 포함하는 전자 담배(2). 흡입기 본체는 전력 유닛(6), 제어 회로소자(13, 8), 및 캡슐과 연결되도록 구성된 캡슐 안착부(12)를 포함한다. 캡슐은 증기화되는 액체를 포함하도록 구성된 액체 저장소(32), 증기화 챔버(30), 증기 배출구(28), 가열기(36)를 포함하는 증기화 유닛(34), 및 유체 전달 요소(38)를 포함한다. 유체 전달 요소는 액체 저장소 내측에 위치된 액체 취입 부분(39a), 및 증기화 챔버 내측의 가열기와 접촉되는 액체 전달 부분(39b)을 갖는다. 주 증기 유동 채널(24)이 증기화 챔버로부터 증기 배출구까지 연장된다. 제1 밀봉부(50)가 증기화 챔버 및 증기 유동 채널에 밀봉 가능하게 연결되고, 그에 의해서 밀봉부는 증기화 챔버 내로의 액체의 유동을 제어하기 위해서 유체 전달 요소의 반경방향으로 유체 전달 요소를 압축하도록 구성된다.

Description

전자 담배 및 전자 담배용 캡슐
본 발명은 전자 담배와 같은 개인용 기화식 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전자 담배 및 이를 위한 일회용 캡슐에 관한 것이다.
전자 담배는 통상적인 담배의 대안이다. 이들은 연소 연기를 발생시키는 대신에, 액체를 기화시켜서, 사용자가 흡입할 수 있다. 전형적으로, 액체는 증기를 생성하는 글리세린 또는 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성 물질을 포함한다. 액체 중의 다른 통상적인 물질은 니코틴 및 다양한 향미제이다.
전자 담배는 마우스피스(mouthpiece) 섹션, 액체 저장소, 전원 공급 유닛을 포함하는 휴대용 흡입기 시스템이다. 전형적으로, 가열 코일의 형태인 발열체 및 유체 전달 요소를 포함하는 기화기 또는 히터 장치에 의해 기화가 달성된다. 액체가 증기로 전환될 때까지, 히터가 윅(wick)의 액체를 가열함에 따라, 기화가 발생한다. 전자 담배는, 캡슐 형태의 일회용 소모품을 수용하도록 구성된 마우스피스 섹션의 챔버를 포함할 수 있다. 액체 저장소 및 기화기를 포함하는 캡슐은 흔히 "카토마이저(cartomizer)"로 지칭된다.
통상적인 담배 연기는 니코틴뿐만 아니라, 식물 재료의 부분적인 연소 및/또는 열분해의 생성물로서 발생되는 다수의 다른 화학적 화합물을 포함한다. 전자 담배는, 다른 한편으로, 니코틴 및 다양한 식품 안전 물질, 예를 들어 프로필렌 글리콜 및 글리세린 등을 포함하는 초기 시작 e-액체 조성물의 에어로졸화된 버전을 주로 전달하나, 또한 희망 니코틴 투여량을 사용자에게 전달하는데 있어서 효과적이다. 전자 담배에 의해서 생성된 에어로졸은 일반적으로 증기로 지칭된다. 전자 담배는 만족스러운 양의 증기를 전달할 필요가 있다. 전달되는 증기의 양은 TPM(총 미립자 물질)로 측정될 수 있다. 그러나, 증기화 전에 e-액체 내에 포함된 것이 아닌 화합물의 양을 여전히 적게 유지하면서, 많은 양의 증기를 전달할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 원치 않는 화학적 화합물을 감소시키면서 큰 TPM을 갖는 증기를 전달하는 것에 의해서, 최적화된 증기 생성을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따라, 흡입기 본체 및 제거 가능 캡슐을 포함하는 전자 담배가 제공되고, 흡입기 본체는 전력 유닛, 제어 회로소자, 및 캡슐과 연결되도록 구성된 캡슐 안착부(capsule seating)를 포함하고, 그러한 캡슐은,
- 증기화되는 액체를 포함하도록 구성된 액체 저장소,
- 증기화 챔버,
- 증기 배출구,
- 가열기 및 유체 전달 요소를 포함하는 증기화 유닛으로서, 유체 전달 요소는 액체 저장소 내측에 위치된 액체 취입 부분, 및 증기화 챔버 내측에서 가열기와 접촉되는 액체 전달 부분을 가지는, 증기화 유닛,
- 관 또는 굴뚝을 통해서 증기화 챔버로부터 증기 배출구까지 연장되는 주 증기 유동 채널, 및
- 증기 유동 채널을 형성하기 위해서 증기화 챔버 및 관 또는 굴뚝에 밀봉 가능하게 연결되도록 구성되고, 그에 의해서 증기화 챔버 내로의 액체의 유동을 제어하기 위해서 유체 전달 요소의 반경방향으로 유체 전달 요소를 압축하도록 부가적으로 구성되는, 제1 밀봉부를 포함한다.
본 발명은, 최적의 액체 공급을 증기화 유닛에 제공하는 것에 의해서 큰 증기 부피 또는 TPM가 생성될 수 있게 하는 것의 실현을 기초로 한다. 제1 밀봉부는, 증기화 액체가 (유체 전달 요소 주위에서 누출되지 않고 - 즉 유체 전달 요소의 연부와 제1 밀봉부 사이의 임의의 작은 간극을 통해서 누출되지 않고) 유체 전달 요소 내측에서만 운송될 수 있도록, 유체 전달 요소 주위를 밀봉하도록 구성된다. 따라서, 밀봉부는 가열 요소에 대한 액체의 분배를 제어한다. 그러한 방식으로, 다른 바람직하지 못한 화합물을 낮은 레벨로 유지하면서 큰 TPM이 달성될 수 있도록, 일정한 액체 분배를 보장할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 전자 담배는 가열 요소에 전력을 공급하도록, 그에 따라 0.7 내지 1.0 Watt/mm2, 바람직하게는 0.80 내지 0.85 Watt/mm2 그리고 더 바람직하게는 약 0.847 Watt/mm2의 유효 전력 밀도를 제공하도록 구성된다. 이러한 발명의 맥락에서, 전력 밀도는, 저항 가열 요소에 전달되는 전력의 총량을 저항 가열 와이어의 총 표면적으로 나눈 것에 상응한다. 총 표면적은, 저항 가열 와이어의 외주에 저항 가열 와이어의 축방향 길이를 곱한 것에 상응한다.
가열 요소를 위한 이러한 전력 밀도 값의 범위는, 적절하게 구성된 유체 전달 요소 및 가열 요소 배열과 함께, 증기화 프로세스의 과다량의 부산물을 생성하지 않으면서, 55 ml의 퍼핑(puff)마다 5 mg 초과의 양호한 TPM을 제공할 수 있다.
실시형태에서, 가열 와이어의 게이지는 0.18 mm 초과 그리고 바람직하게는 0.18 내지 0.22 mm, 그리고 가장 바람직하게는 약 0.2 mm이다.
이는, 증기화 프로세스의 생성물에 의한 원치 않는 화학물질의 생성을 유발할 수 있는 국소화된 열점(hotspot)의 위험을 최소화하면서도, (예를 들어, 55 ml의 퍼핑마다 5 mg 초과의) 양호한 TPM을 생성하기 위해서 유체 전달 요소와 접촉되는 가열 요소의 충분히 큰 유효 표면적을 제공할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 유체 전달 요소와 접촉되는 가열 요소의 표면적의 유효 백분율은 가열 와이어의 표면적의 20% 초과, 예를 들어 20 내지 40%, 바람직하게는 30 내지 35% 그리고 가장 바람직하게는 약 30%이다.
예시적인 실시형태에서, 증기화 유닛은 흡입당 적어도 3.5 mg의 증기 밀도를 갖는 에어로졸을 생성하도록 구성된다. 흡입은 55 ml의 부피에 상응한다. 다른 실시형태에서, 증기화 유닛은 55 ml의 흡입마다 적어도 5 mg 그리고 가장 바람직하게는 55 ml의 흡입마다 5.5 mg 초과의 증기 밀도를 갖는 에어로졸을 생성하도록 구성된다.
제어 회로는 펄스 폭 변조 제어를 제공하도록, 그에 따라 미리 결정된 전력 유닛 전압 레벨의 범위에 걸쳐 일정한 전력이 전력 유닛으로부터 생성되도록 구성될 수 있다.
이는, 전력 공급 유닛이 그 방전에 따라 그 출력 전압을 자연적으로 감소시킬 때, (생성되는 증기의 양 및 생성되는 원치 않는 부산물 화합물의 양 모두와 관련하여) 장치의 일정한 성능을 보장하는데 도움을 줄 수 있다.
흡입기 본체는 120 mm 미만, 바람직하게는 110 내지 90 mm의 축방향 길이를 가질 수 있다.
이러한 크기의 장치는, 일부 실시형태에서, 각각 5 mg 초과의 TPM을 제공하는, 200번의 퍼핑을 배터리의 1회 충전으로부터 제공할 수 있는, 350 mAh까지의 용량을 갖는 배터리를 수용할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 유체 전달 요소는, 캡슐의 길이방향에 횡방향인, 길이방향 연장부를 갖는다. 가열 요소는 바람직하게 유체 전달 요소의 외측 외주 상에 제공된다. 실시형태에서, 가열 요소는 유체 전달 요소의 주위에 권선된다.
바람직하게, 유체 전달 요소 주위의 가열 요소 와이어의 권선은, 유체 전달 요소가, 바람직하게는 적어도 30% 또는 1 mm 더 작은, 미리 결정된 양만큼 그 이완 직경으로부터 압축되도록, 와이어 상에서 미리 결정된 장력을 가지고 실시된다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 이는, 유체 전달 요소와 접촉되는 가열 요소의 유효 표면적을 증가시킬 뿐만 아니라, 가열 요소를 향한 액체의 유동을 개선한다. 또한, 유체 전달 요소의 주어진 직경에서 전력이 생성되는 부피가 감소되며, 이는 단위 부피당 생성 전력을 증가시키고, 이는 부가적으로 원치 않는 열점을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 증기화 챔버로의 액체 유입구는, 유체 전달 요소를 통해서만 그리고 유체 전달 요소의 다공성 구조로 형성된 통로 액체 전달 채널을 통해서만 제공된다. 이는 액체가 증기화 챔버로부터 원치 않게 누출되는 것을 방지하는데 도움을 준다.
본 발명의 제2 양태에 따라, 전자 담배를 위한 캡슐이 제공되고, 캡슐은, 전자 담배 장치와 결합되는 제1 단부, 및 증기 배출구를 갖는 마우스피스 부분으로 구성된 제2 단부를 가지며, 캡슐은,
- 증기화되는 액체를 포함하도록 구성된 액체 저장소,
- 증기화 챔버,
- 증기 배출구,
- 가열기 및 유체 전달 요소를 포함하는 증기화 유닛으로서, 유체 전달 요소는 액체 저장소 내측에 위치된 액체 취입 부분, 및 증기화 챔버 내측에서 가열기와 접촉되는 액체 전달 부분을 가지는, 증기화 유닛,
- 증기화 챔버로부터 증기 배출구까지 연장되는 주 증기 유동 채널, 및
- 증기화 챔버 및 증기 유동 채널에 밀봉 가능하게 연결되도록 구성되고, 그에 의해서 증기화 챔버 내로의 액체의 유동을 제어하기 위해서 유체 전달 요소의 반경방향으로 유체 전달 요소를 압축하도록 구성되는, 제1 밀봉부를 더 포함한다.
예시적인 실시형태에서, 유체 전달 요소와 접촉되는 가열 요소의 가열 와이어의 유효 외주는 가열 와이어의 외주의 20 내지 40%, 바람직하게는 30 내지 35% 그리고 가장 바람직하게는 약 30%이다.
실시형태에서, 증기 배출구는 캡슐의 마우스피스 부분으로서 제공된다. 그러나, 또한, 마우스피스가 없는 캡슐을 제공할 수 있다. 예를 들어, 캡슐은 전자 담배의 주 본체 내측의 도입 부품으로서 제공될 수 있고, 그에 의해서 주 본체가 또한 마우스피스 부분을 포함한다.
이제 본 발명은 본 발명의 실시형태를 예를 들어 도시하고, 유사한 특징부가 동일한 참조 번호로 표시되는 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이며, 첨부된 도면으로서,
도 1a는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 전자 담배의 개략적인 사시도이다;
도 1b는 도 1a의 전자 담배의 개략적인 원근적 측면도이다;
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 전자 담배의 개략적 횡단면도이다;
도 2a는, 캡술이 흡입기 본체로부터 분리된, 도 1a 및 도 1b의 전자 담배의 개략적 사시도이다;
도 2b는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 캡슐 안착부의 개략적 사시도이다;
도 3a는 본 발명의 실시형태에 따른 캡슐 밀봉부의 개략도이다;
도 3b는 도 3a의 캡슐의 개략적 측면도이다;
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 캡슐의 분해 개략도이다;
도 5a는 가열 요소가 유체 전달 요소 주위에 권선된 유체 전달 요소의 횡단면의 개략도이다;
도 5b는 유체 전달 요소와 가열 요소 사이의 접촉 표면을 보여주는 도 5a의 상세도이다.
본원에 사용되는 바와 같은 "흡입기" 또는 "전자 담배"라는 용어는, 흡연을 위한 에어로졸을 포함하는 에어로졸을 사용자에게 전달하도록 구성된 전자 담배를 포함할 수 있다. 흡연을 위한 에어로졸은 0.5 내지 7 미크론의 입자 크기를 갖는 에어로졸을 지칭할 수 있다. 입자 크기는 10 또는 7 미크론 미만일 수 있다. 전자 담배는 휴대용일 수 있다.
도면, 특히 도 1a 내지 도 1c, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 액체(L)를 증기화하기 위한 전자 담배(2)가 도시된다. 전자 담배(2)는 통상적인 담배를 위한 대용품으로 사용될 수 있다. 전자 담배(2)는, 전원 장치(6), 전기 회로소자(8), 및 캡슐 안착부(12)를 포함하는 주 본체(4)를 갖는다. 캡슐 안착부(12)는 증기화 액체(L)를 포함하는 제거 가능한 캡슐(16)을 수용하도록 구성된다. 액체(L)는 프로필렌 글리콜 및/또는 글리세롤과 같은 에어로졸-형성 물질을 포함할 수 있고, 니코틴 또는 산과 같은 다른 물질을 포함할 수 있다. 또한, 액체(L)는 예를 들어, 담배, 멘톨 또는 과일 향과 같은 향미제를 포함할 수 있다.
캡슐 안착부(12)는 바람직하게 캡슐(16)을 수용하도록 구성된 공동의 형태이다. 캡슐 안착부(12)는 캡슐(16)을 캡슐 안착부(12)에 대해서 견고하게 유지하도록 구성된 연결 부분(21)을 구비한다. 연결 부분(21)은 예를 들어, 억지 끼워 맞춤, 스냅 끼워 맞춤, 나사 끼워 맞춤, 베이어닛형(bayoneted) 끼워 맞춤, 또는 자석 끼워 맞춤일 수 있다. 캡슐 안착부(12)는, 캡슐(16) 상의 상응 전력 단자(45)와 결합되도록 구성된 전기 커넥터(14)의 쌍을 더 포함한다.
도 3a 및 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 캡슐(16)은 하우징(18), 액체 저장소(32), 증기화 유닛(34), 및 전력 단자(45)를 포함한다. 하우징(18)은 증기 배출구(28)를 구비한 마우스피스 부분(20)을 갖는다. 마우스피스 부분(20)은 사용자의 입의 인체 공학에 상응되도록 팁-형상의 형태를 가질 수 있다. 마우스피스 부분(20)의 대향측에는, 연결 부분(21)이 위치된다. 연결 부분(21)은 캡슐 안착부(12) 내의 커넥터와 연결되도록 구성된다. 캡슐(16) 상의 연결 부분(21)은, 캡슐 안착부(12) 내의 자기 표면에 자기적으로 연결되도록 구성된, 금속 판을 포함할 수 있다. 캡슐 하우징(18)은 투명 재료일 수 있으며, 그에 의해서 캡슐(16)의 액체 레벨이 사용자에게 명확하게 보일 수 있다. 하우징(18)은 폴리에스테르와 같은 폴리머 또는 플라스틱 재료로 형성될 수 있다.
도 4에서 확인되는 바와 같이, 캡슐(16)은 복수의 상이한 부분들로부터 조립될 수 있다. 그러나, 도시된 실시형태는 개략적이고, 이는 또한 부분들의 일부가 단일 유닛으로 조합될 수 있고, 이러한 것은 당업자에게 명확할 것이다. 이러한 복수의 상이한 부분들의 구성은 캡슐(16)의 효율적인 조립을 가능하게 한다.
캡슐 하우징(18)은 상단 하우징(18a) 및 하단 하우징(18b) 또는 기부(18b)로부터 형성될 수 있다. 그러한 부분들은 상단 하우징(18a)과 하단 하우징(18b) 사이의 마찰 끼워 맞춤에 의해서 함께 조립될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상단 하우징(18a) 및 하단 하우징(18b)이 초음파 용접에 의해서 함께 접합될 수 있다. 선택적으로, 도면에 도시된 바와 같이, 상단 하우징(18a)은, 캡슐의 상단 하우징(18a)에 조립되는 분리된 부분으로서, 마우스피스 부분(20)을 포함할 수 있다.
도 4와 함께 도 3a에서 가장 잘 확인되는 바와 같이, 증기화 챔버(30)는 마우스피스 부분(20)에 대향되는 캡슐(16)의 원위 단부에 위치되고 증기화 유닛(34)을 수용한다. 증기화 챔버(30)로부터 마우스피스 부분(20) 내의 증기 배출구(28)까지, 주 증기 채널이 형성되고, 그러한 주 증기 채널은 관형 횡단면을 가질 수 있다. 주 증기 채널(24)은, 마우스피스로부터 원위 방향으로 멀리 연장되는 관 또는 굴뚝(24)으로부터 형성될 수 있고, 그러한 주 증기 채널은 마우스피스에서 증기화 챔버(30)에 밀봉 가능하게 연결될 수 있다. 편리하게, 관 또는 굴뚝(24)이 상단 하우징과 일체로 형성될 수 있다. 이러한 부분은, 예를 들어, 사출 몰딩 또는 몰딩에 의해서 생산될 수 있다. 관 또는 굴뚝(24)이 증기화 챔버(30)에 연결되면, 주 증기 채널이 형성된다.
증기화 챔버(30)는 액체 저장소(32)에 의해서 둘러싸인다. 증기화 챔버는, 액체 전달 채널(33)을 통해서만 액체를 수용하도록, 공기 유입구(35)로부터만 흡기 공기를 수용하도록, 그리고 (관 또는 굴뚝(24)을 경유하여) 주 증기 채널을 통해서만 증기를 전달하도록, 밀봉된다. 이를 위해서, 증기화 유닛(34)은 관형 증발기 하우징(40)의 내측에 수용된다. 증발기 하우징은 상부 테두리(42a) 및 하부 테두리(42b)를 구비한다. 상부 테두리(42a)는 제1 밀봉부(50)와 접촉되고, 하부 테두리(42b)는 제2 밀봉부(44) 또는 하부 가스켓과 접촉된다. 밀봉부(44 및 50)는 바람직하게 탄성적 또는 압축 가능 재료로 이루어지고, 그에 따라 연결부를 통한 누출을 최소화한다. 그러한 재료는 예를 들어 실리콘일 수 있다. 하부 가스켓(44)은 관형 증발기 하우징(40)의 외부 외주 주위를 밀봉하도록 구성된다.
증기화 유닛(34)은 가열 요소(36) 및 유체 전달 요소(38)를 포함한다. 유체 전달 요소(38)는 모세관 작용에 의해 액체 저장소(32)로부터 가열 요소(36)로 액체(L)를 전달하도록 구성된다. 유체 전달 요소(38)는, 꼬인실(twined cotton) 또는 실리카로 제조된 윅과 같은, 섬유성 또는 다공성 요소일 수 있다. 대안적으로, 유체 전달 요소(38)는 임의의 다른 적합한 다공성 요소일 수 있다.
증기화 챔버(30)는 유체 전달 요소(38)에 의해서 액체 저장소(32)에 유체적으로 연결된다. 따라서, 증기화 챔버(30)로의 액체 유입구는 유체 전달 요소(38)를 통해서만 그리고 유체 전달 요소(38)의 다공성 구조로 형성된 액체 전달 채널(33)을 통해서만 제공된다.
유체 전달 요소(38)는 제1 단부(38a) 및 제2 단부(38b)를 갖는다. 유체 전달 요소(38)는 세장형이고 실질적으로 직선형인 형상을 가지며, 바람직하게 그 길이방향 연장부는 캡슐(16)의 길이방향에 수직이거나 그에 횡방향으로 배열된다. 유체 전달 요소(38)는 액체 저장소(32) 내측에 위치된 액체 취입 부분(39a), 및 증기화 챔버(30) 내측의 가열 요소(36)와 접촉되는 액체 전달 부분(39b)을 갖는다.
액체 취입 부분(39a)은 유체 전달 요소(38)의 제1 단부(38a) 및 제2 단부(38b)에 상응한다. 가열 요소(36)는 유체 전달 요소(38)의 액체 전달 부분(39b) 상에 배치된다. 액체 전달 부분(39b)은 세장형 유체 전달 요소(38)의 중심 부분에 상응한다. 도면에 도시된 실시형태에서, 가열 요소(36)는 유체 전달 요소(38)의 외측 외주 상에 제공된다.
증발기 하우징(40)은 절취부(48)의 쌍을 더 구비하고, 그러한 절취부를 통해서 유체 전달 요소(38)의 제1 및 제2 단부(38a, 38b)가 수용된다. 제1 밀봉부(50)는 증기화 챔버(30)와 유체 전달 요소(38) 사이의 연결부 내에 위치된다. 제1 밀봉부(50)는, 증발기 하우징(40)의 상부 테두리(42a)의 형상에 상응하는 접촉 표면(S1)을 갖는다. 제1 밀봉부(50)는 개구(51)를 더 구비하고, 그러한 개구(51)를 통해서 증기가 증기화 챔버(30)로부터 주 증기 유동 채널까지 유동할 수 있다. 제1 밀봉부(50)는 바람직하게, 절취부(48) 내에 수용되도록 그리고 캡슐(16)이 조립될 때 유체 전달 요소(38)를 프레스하도록 구성되는 반경방향 연장 탭(52)을 구비한다. 제1 밀봉부(50)는 유체 전달 요소(38)의 반경방향으로 유체 전달 요소(38)를 압축하도록 구성된다. 유체 전달 요소(38)를 압축하는 것에 의해서, 액체 저장소(32)로부터 증기화 챔버(30)로의 액체 유동이 유체 전달 요소(38)를 통해서 안내된다. 그에 따라, 유체 전달 요소(38) 주위의 누출이 방지된다.
도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 가열 요소(36)가 유체 전달 요소(38) 주위에 권선된다. 가열 와이어(36)는, 유체 전달 요소(38)의 외경(D)보다 작은 내부 보어(B)를 구비한다.
가열 와이어(36)는 저항 가열에 의해서 유체 전달 요소(38)를 가열하도록 구성된다. 유리한 실시형태에서, 가열 와이어(36)의 재료가 티타늄일 수 있다. 티타늄은 예를 들어 스테인리스 강 또는 니켈에 비해서 가파른 저항 대 온도 곡선을 갖는다. 따라서, 가열 와이어(36)의 저항은 코일 온도 증가에 따라 비교적 급격히 증가된다. 그러나, 스테인리스 강, 니켈, 크롬 또는 알루미늄 또는 이들의 합금과 같은 다른 재료가 또한 가능하다.
가열 코일(36)이 와이어 게이지(즉, 와이어 직경)(d)를 갖는다. 와이어 직경(d)은 가열 코일(36)의 저항에 영향을 미친다. 게이지(d)가 클수록 더 작은 전기 저항을 제공한다. 가열 코일(36)은 규정된 피치(P)로 배열된 많은 수의 회선(turn)(N)을 갖는다. 회선(N)의 수 및 선택된 피치(P)는, 유체 전달 요소(38)를 따른 가열 요소(36)로부터의 온도 및 열 분배에 영향을 미친다.
가열 와이어(36)의 전체 길이(L)는 피치(P) 및 회선(N)의 수의 증가에에 따라 증가된다. 이는 가열 요소(36)와 유체 전달 요소(38) 사이의 증가된 접촉 표면적(C)을 초래한다. 그러나, 유체 전달 요소(38)와 가열 요소(36) 사이의 증가된 접촉 면적(C)은 또한 가열 요소(36)를 냉각시킨다. 또한, 가열 와이어의 저항은 와이어 길이의 증가에 따라 증가된다.
도 5b에서 확인되는 바와 같이, 가열 와이어(36)의 총 외주(Ot)의 일부만이 유체 전달 요소(38)와 접촉된다. 이러한 부분은 접촉 길이(Lc)로 지칭될 수 있다. 유체 전달 요소(38)와 접촉되는 가열 요소(36)의 접촉 표면적(C)은 그에 따라 유체 전달 요소(38)와 접촉되는 가열 와이어(36)의 총 축방향 길이(La)를 곱한 접촉 길이(Lc)로서 규정될 수 있다.
주 본체(4)는 캡슐의 가열 요소(36)에 전력을 공급하도록 그리고 증기화의 전체 동작을 제어하도록 구성된다. 주 본체(4)는 대부분의 종래 기술의 전자 담배에 비해서 작은 장치로서 구성될 수 있다. 이는, 전력 유닛(6) 또는 배터리(6)의 크기가 비교적 작다는 것을 의미한다. 본 발명의 실시형태에서, 배터리는 출력이 약 350 mAh인 리튬 배터리이다.
주 본체(4)의 전기 회로소자(8)는 전자 담배(2)를 동작시키도록 구성되고, 유동 센서(10) 또는 수동 활성화 스위치, 메모리(11) 및 제어기(13)를 포함할 수 있다. 전기 회로소자(8)는 유리하게 주 인쇄 회로 기판 상으로 그룹화될 수 있다.
제어기(13)는 배터리 출력의 펄스 폭 변조를 가능하게 하도록 구성된다. 펄스 폭 변조는 가열 요소(36)의 온도를 제어하고 배터리 전력의 절감을 가능하게 한다. 배터리(6)가 만충인지 또는 고갈에 근접하는지와 관계없이, 출력 전력이 시간에 걸쳐 일정하도록, 출력 전력이 변조된다. 이러한 것이 유리한데, 이는 본 배터리의 크기 및 출력 전압이 비교적 작기 때문이다.
흡입기 본체는 바람직하게, 축방향 길이가 바람직하게는 150 mm 미만이고 두께가 20 mm 미만인, 작은 형상을 갖는다. 바람직하게, 장치는 손바닥 내에 들어갈 수 있는 치수를 갖는다. 본 전자 담배의 특히 바람직한 치수는 110 mm 미만 및 2 cm 미만의 두께이다. 전자 담배가 작을수록, 더 작은 전원 또는 배터리가 전자 담배 내에 끼워질 것이다. 발명자는, 효율적인 전력 공급 및 효율적인 증기화를 보장하는 것에 의해서 큰 TPM을 여전히 달성할 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나, 본 발명의 제1 실시형태의 일부는 만족스러운 성능을 제공하지 못하였다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 전자 담배의 캡슐(16) 및 흡입기 본체는, 축방향으로 회전 대칭적이지 않은 형상을 가질 수 있다. 캡슐(16)은 그에 따라 편평한 긴 변과 짧은 변을 갖는 직사각형 기부를 가질 수 있다.
가열 요소의 온도가 효율적인 증기화가 발생되는 온도가 되도록 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 가열 코일의 온도가 충분하지 않은 경우에, 액체(L)가, 희망 증기화 상태가 아니라, 비등 스테이지로 진입하기 쉽기 때문이다. 액체가 증기화 상태로 직접적으로 변환되도록 충분히 높은 가열 요소 온도를 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 그에 의해서, 바람직하지 못한 액체 투사(projection)가 경감될 수 있다. 또한, 바람직하지 못한 화학적 화합물의 양을 낮은 레벨로 유지하면서, 큰 TPM(총 미립자 물질)를 갖는 큰 증기 부피를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
발명자는 큰 증기 전달 용량을 갖는 소형 전자 담배를 개발하는 것을 과제로 하였다. 이러한 요건을 기초로, 비교적 큰 전력 밀도가 요구된다는 것을 가정하여, 제1 프로토타입을 개발하였다. 주로 VG:PG = 50:50의 비율을 갖는 야채 글리세린(VG) 및 프로필렌 글리콜(PG)의 혼합물, 1.59%의 니코틴 및 향료 1%을 포함하는 테스트 액체를 이용하였다.
실시예 1에 따른 제1 프로토타입은 다음과 같은 수치를 가졌다:
실시예 1
저항(Ω): 1.96
폭(mm): 4.40 내지 4.80
보어(mm): 2.10 내지 2.20
회선의 수: 4.5
가열 와이어 게이지(mm): 0.15
피치(mm): 1.0
측정된 TPM(mg/퍼핑): 3.3
배터리 출력, Vrms(V): 3.55
전력 밀도 1.3 Watt/mm2
유체 전달 요소
유체 전달 요소의 재료: 면
유체 전달 요소의 밀도(g/m): 1.0
유체 전달 요소의 길이(mm): 12.0
유체 전달 요소의 직경(mm): 3
이러한 제1 프로토타입의 분석은, 생성되는 증기 부피 및 TPM과 관련하여 완전히 만족스러운 것으로 간주되지 않았다. 또한, 바람직하지 못한 화학적 화합물의 레벨을 더 낮출 필요가 있었다. 그에 따라, 발명자는, 바람직하지 못한 화학적 화합물을 줄이면서, 증기 부피(TPM)를 더 증가시키고자 하는 것과 관련된 해결과제에 직면하였다. 발명자는, 가열 요소를 따른 불규칙적인 가열 온도에 의해서 바람직하지 못한 화합물이 형성될 가능성이 있다는 것을 깨달았다. 이러한 불규칙적인 온도는, 가열 요소와 유체 전달 요소 사이의 접촉 표면의 변동뿐만 아니라, 유체 전달 요소 내부의 액체의 불균일한 흡수에 의해서 유발될 수 있다.
발명자는, 이러한 문제를 극복하기 위해서 더 균일한 열 분배가 필요한 것으로 생각하였다. 이는, 가열 요소와 유체 전달 요소 사이의 개선된 접촉 표면과 같은, 많은 수의 수단에 의해서 달성될 수 있다. 이러한 접촉 면적에서, 증기화 온도의 최적화뿐만 아니라, 유체 전달 요소로부터 가열 요소로의 유체 분배가 개선될 필요가 있었다. 또한, 액체 저장소로부터 가열 와이어의 근접부로의 유체 이송은 유리한 효과를 가질 수 있다. 제2 프로토타입을 위해서 동일한 테스트 액체를 이용하였다. 이러한 실현을 기초로, 실시예 2에 따른 제2 프로토타입은 이하와 같은 수치를 가졌다:
실시예 2
저항(Ω): 1.60
폭(mm): 4.40
보어(mm): 2.0
회선의 수: 7
가열 와이어 게이지(mm): 0.2
피치(mm): 0.6
측정된 TPM(mg/퍼핑): 5.5
배터리 출력, Vrms(V): 3.4
전력 밀도 0.85 Watt/mm2
유체 전달 요소
유체 전달 요소의 재료: 면
유체 전달 요소의 밀도(g/m): 1.0
유체 전달 요소의 길이(mm): 12.0
유체 전달 요소의 직경(mm): 3
가열 요소 코일의 보어 크기를 줄이는 것에 의해서, 와이어는 또한 유체 전달 요소 내로 더 깊게 배치되었다. 가열 요소와 유체 전달 요소 사이의 접촉 면적이 그에 의해서 더 증가되었다. 그에 따라, 가열 와이어의 일부만이 실제로 유체 전달 요소와 직접적으로 접촉된다. 가열 요소와 유체 전달 요소 사이의 유효 접촉 면적은, 유체 전달 요소와 접촉하는 가열 코일의 전체 표면적의 30%가 되도록 결정되었다.
바람직한 실시형태에서, 가열 요소의 내부 보어는 유체 전달 요소의 외경의 50 내지 70%에 상응한다. 더 바람직하게, 가열 요소의 내부 보어는 유체 전달 요소의 외경의 66%에 상응한다. 이는, 가열 요소와 유체 전달 요소 사이의 접촉 표면을 증가시키는 것에 의해서, 가열 요소와 유체 전달 요소 사이의 효율적인 열 전달을 보장한다. 또한, 가열기의 근접부에서 유체 전달 요소를 국소적으로 압축하는 것에 의해서, 모세관 현상이 국소적으로 증가된다. 이는 또한, 가열 요소를 향한 액체 이송을 향상시키는 효과를 갖는다.
따라서, 가열 요소의 특성이 변경되는 동안, 유체 전달 요소의 특성이 동일하게 유지된다. 제2 프로토타입의 결과가 만족스러웠다. TPM이 67% 증가된 한편, 측정된 카르보닐은 크게 감소되었다. 예를 들어, 포름알데히드가 30번의 퍼핑 당 99 ㎍로부터 30번의 퍼핑당 1.5 ㎍까지 감소되었다.
추가적인 분석에 따라, 증기화 유닛의 유리한 치수가 다음과 같을 수 있다는 것이 입증되었다:
0.7 내지 1.0 Watt/mm2, 바람직하게는 0.80 내지 0.85 Watt/mm2 그리고 더 바람직하게는 약 0.847 Watt/mm2의 전력 밀도.
가열 와이어 게이지는 0.18 mm 초과 그리고 바람직하게는 0.18 내지 0.22 mm, 그리고 가장 바람직하게는 약 0.2 mm이다.
유체 전달 요소와 접촉되는 가열 요소의 표면적의 유효 백분율은 가열 와이어의 표면적의 20 내지 40%, 바람직하게는 30 내지 35% 그리고 가장 바람직하게는 약 30%이다.
당업자는 본 발명이 설명된 예시적인 실시형태로 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 특정 측정치가 서로 상이한 종속 청구항에서 나열된다는 사실만으로, 이러한 측정치의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지 않는다. 또한, "포함하는"이라는 표현은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 다른 비제한적인 표현은, 부정관사("a" 또는 "an")가 복수를 배제하지 않는다는 것 그리고 단일 유닛이 몇 개의 수단의 기능을 충족시킬 수 있다는 것을 포함한다. 청구범위 내의 임의의 인용 부호가 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 마지막으로, 본 발명이 도면에서 그리고 전술한 설명에서 구체적으로 설명되었지만, 그러한 도시 및 설명은 묘사적인 또는 예시적인 것으로 간주되며 제한적인 것으로 간주되지 않으며; 본 발명은 개시된 실시형태로 제한되지 않는다.

Claims (15)

  1. 흡입기 본체 및 제거 가능 캡슐을 포함하는 전자 담배로서, 상기 흡입기 본체는 전력 유닛, 제어 회로소자, 및 상기 캡슐과 연결되도록 구성된 캡슐 안착부를 포함하고, 상기 캡슐은,
    - 증기화되는 액체를 포함하도록 구성된 액체 저장소,
    - 증기화 챔버,
    - 증기 배출구,
    - 가열기 및 유체 전달 요소를 포함하는 증기화 유닛으로서, 상기 유체 전달 요소는 상기 액체 저장소 내측에 위치된 액체 취입 부분, 및 상기 증기화 챔버 내측에서 상기 가열기와 접촉되는 액체 전달 부분을 가지는, 증기화 유닛,
    - 관 또는 굴뚝을 통해서 상기 증기화 챔버로부터 상기 증기 배출구까지 연장되는 주 증기 유동 채널, 및
    - 상기 증기 유동 채널을 형성하기 위해서 상기 증기화 챔버 및 상기 관 또는 굴뚝에 밀봉 가능하게 연결되도록 구성되고, 그에 의해서 상기 증기화 챔버 내로의 액체의 유동을 제어하기 위해서 상기 유체 전달 요소의 반경방향으로 상기 유체 전달 요소를 압축하도록 부가적으로 구성되는, 제1 밀봉부를 포함하는, 전자 담배.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 담배는 상기 가열 요소에 전력을 공급하도록, 그에 따라 0.7 내지 1.0 Watt/mm2, 바람직하게는 0.80 내지 0.85 Watt/mm2 그리고 더 바람직하게는 약 0.847 Watt/mm2의 유효 전력 밀도를 제공하도록 구성되는, 전자 담배.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열 와이어의 게이지는 0.18 mm 초과 그리고 바람직하게는 0.18 내지 0.22 mm, 그리고 가장 바람직하게는 약 0.2 mm인, 전자 담배.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 전달 요소와 접촉되는 상기 가열 요소의 표면적의 유효 백분율이 상기 가열 와이어의 표면적의 20 내지 40%, 바람직하게는 30 내지 35% 그리고 가장 바람직하게는 약 30%인, 전자 담배.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기화 유닛은 흡입당 적어도 3.5 mg의 증기 밀도를 갖는 에어로졸을 생성하도록 구성되고, 상기 흡입은 55 ml의 부피에 상응하는, 전자 담배.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기화 유닛은 55 ml의 흡입당 적어도 5.5 mg의 증기 밀도를 갖는 에어로졸을 생성하도록 구성되는, 전자 담배.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 펄스 폭 변조 제어를 제공하도록, 그에 따라 미리 결정된 전력 유닛 전압 레벨의 범위에 걸쳐 일정한 전력이 상기 전력 유닛으로부터 생성되도록 구성되는, 전자 담배.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입기 본체는 120 mm 미만, 바람직하게는 110 내지 90 mm의 축방향 길이를 가지는, 전자 담배.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 전달 요소는, 상기 캡슐의 길이방향에 횡방향인, 길이방향 연장부를 가지는, 전자 담배.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가열 요소는 상기 유체 전달 요소의 외측 외주 상에 제공되는, 전자 담배.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가열 요소는 상기 유체 전달 요소의 주위에 권선되는, 전자 담배.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 증기화 챔버로의 액체 유입구는 상기 유체 전달 요소만을 통해서 그리고 상기 유체 전달 요소의 다공성 구조로 형성된 액체 전달 채널만을 통해서 제공되는, 전자 담배.
  13. 전자 담배용 캡슐로서, 상기 캡슐은 전자 담배 장치와 결합되는 제1 단부, 및 증기 배출구를 갖는 마우스피스 부분으로 구성된 제2 단부를 가지며, 상기 캡슐은,
    - 증기화되는 액체를 포함하도록 구성된 액체 저장소,
    - 증기화 챔버,
    - 증기 배출구,
    - 가열기 및 유체 전달 요소를 포함하는 증기화 유닛으로서, 상기 유체 전달 요소는 상기 액체 저장소 내측에 위치된 액체 취입 부분, 및 상기 증기화 챔버 내측에서 상기 가열기와 접촉되는 액체 전달 부분을 가지는, 증기화 유닛,
    - 증기화 챔버로부터 증기 배출구까지 연장되는 주 증기 유동 채널, 및
    - 증기화 챔버 및 증기 유동 채널에 밀봉 가능하게 연결되도록 구성되고, 그에 의해서 증기화 챔버 내로의 액체의 유동을 제어하기 위해서 유체 전달 요소의 반경방향으로 유체 전달 요소를 압축하도록 구성되는, 제1 밀봉부를 더 포함하는, 캡슐.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유체 전달 요소와 접촉되는 상기 가열 요소의 가열 와이어의 유효 외주는 상기 가열 와이어의 외주의 20 내지 40%, 바람직하게는 30 내지 35% 그리고 가장 바람직하게는 약 30%인, 캡슐.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 증기 배출구는 상기 캡슐의 마우스피스 부분으로서 제공되는, 캡슐.
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