KR20210064213A - 에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체 - Google Patents

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KR20210064213A
KR20210064213A KR1020217008538A KR20217008538A KR20210064213A KR 20210064213 A KR20210064213 A KR 20210064213A KR 1020217008538 A KR1020217008538 A KR 1020217008538A KR 20217008538 A KR20217008538 A KR 20217008538A KR 20210064213 A KR20210064213 A KR 20210064213A
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제롬 크리스티안 코우어밧
아이린 타우리노
이하르 니콜라예비치 지노빅
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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체(300)로서, 히터 조립체는, 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 형성하기 위한 유체 투과성 히터(322); 액체 에어로졸 형성 기재를 유체 투과성 히터에 전달하기 위한 다공성 부재(324)를 포함하고, 여기서 유체 투과성 히터는 다공성 부재의 다공성 외부 표면(324a) 상에 증착되며, 유체 투과성 히터는: 증착된 전기 전도성 물질의 제1 층(326); 증착된 전기 전도성 물질의 제2 층(328)을 포함하고, 여기서 제2 층의 전기 전도성이 제1 층의 전기 전도성보다 커서 제2 층이 유체 투과성 히터의 전기 저항을 요구된 저항으로 변형하도록 한다.

Description

에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체
본 발명은 에어로졸 발생 시스템 및 에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체에 관한 것으로, 히터 조립체는 에어로졸 형성 기재를 증발시키기에 적절한 전기 히터를 포함하고 있다. 특히, 본 발명은 핸드헬드식 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 측면들은 에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체, 에어로졸 발생 시스템용 카트리지 및 그 히터 조립체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
핸드헬드 전기 작동식 흡연 시스템은 배터리와 제어 전자 장치를 포함하는 장치부, 및 에어로졸 형성 기재의 공급부와 전기 작동식 기화기를 포함하는 카트리지부를 포함하고 있다. 에어로졸 형성 기재의 공급부와 기화기 모두를 포함하는 카트리지는 때로는 “카토마이저(cartomizer)” 또는 “분무기(atomizer)”로 지칭된다. 기화기는 통상적으로 히터 조립체이고, 카트리지부는 또한 사용자가 사용 중에 에어로졸을 입 안으로 흡인하기 위해 흡인하는 마우스피스를 포함할 수 있다.
일부 공지된 실시예들에서, 에어로졸 형성 기재는 액체 에어로졸 형성 기재이며 기화기는 액체 에어로졸 형성 기재에 침지된 세장형 심지 주위에 감긴 히터 와이어의 코일을 포함하고 있다. 와이어를 통과하는 전류는 와이어의 저항 가열을 야기하고 이는 심지 내의 액체를 기화시킨다. 심지는 공기가 심지를 지나서 흡인되어 증기를 연행하도록 통상적으로 기류 경로 내에 유지된다. 증기는 이후 냉각되어 에어로졸을 형성한다.
이러한 유형의 시스템은 에어로졸 생성에 효과적일 수 있지만, 저 비용 및 반복 가능한 방식으로 제조하는 것은 어려운 과제일 수도 있다. 또한, 관련된 전기 연결부와 함께 심지 및 코일 조립체는 쉽게 파손될 수 있으며, 특히 자동화된 생산 라인에서, 취급하기가 어려울 수 있다.
개선된 에어로졸 특징들을 갖는 에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 제조하기 더 쉽거나 저렴한, 에어로졸 발생 시스템용으로 더욱 견고한 히터 조립체를 제공하는 것이 더욱 바람직할 것이다. 또한, 개선된 에어로졸 특징들을 갖는 에어로졸 발생 시스템용 카트리지를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체가 제공되어 있으며, 상기 히터 조립체는, 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 형성하기 위한 유체 투과성 히터; 액체 에어로졸 형성 기재를 유체 투과성 히터에 전달하기 위한 다공성 부재를 포함하고, 여기서 유체 투과성 히터는 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 증착되며, 유체 투과성 히터는: 증착된 전기 전도성 물질의 제1 층; 증착된 전기 전도성 물질의 제2 층을 포함하고, 여기서 제2 층의 전기 전도성이 제1 층의 전기 전도성보다 커서 제2 층이 유체 투과성 히터의 전기 저항을 요구된 저항으로 변형하도록 한다.
유체 투과성 히터는 전기 히터일 수 있다. 유체 투과성 히터는, 저항 가열에 의해, 즉 히터를 통해 전류를 통과시킴으로써 가열되어서 전기 에너지가 히터에서의 저항 손실을 통해 열로 변환되도록 할 수 있다. 대안적으로, 유체 투과성 히터는 유도에 의해, 즉 시간 가변 자기장, 예를 들어 고주파 교번 자기장 내부에 히터를 배치하여 가열되어서 와전류가 히터에 유도되도록 한 결과, 저항 손실을 초래하고 히터의 가열을 야기할 수 있다. 따라서, 유체 투과성 히터의 전기 저항을 변형함으로써, 히터의 가열 특징을 변경할 수 있다.
유리하게는, 다중층 히터, 특히 제1 층보다 더 전기 전도성인 제2 층을 포함하는 히터를 제공하면, 히터의 전기 저항이 필요한 저항을 달성하도록 변형될 수 있게 한다. 이는 단일 층의 제공만을 통해 요구되는 저항을 달성할 필요가 없으며, 저항에 대한 더 미세한 조정이 제2 층의 제공을 통해 이루어질 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 이는, 요구되는 저항을 크게 제공하지 않지만 제조하기 더 저렴하거나 더 쉬운 물질로 제1 층이 형성될 수 있게 하지만, 비교적 소량의 보다 고가의 물질로 형성된 제2 층을 사용함으로써 요구되는 값으로 저항이 변형될 수 있게 할 것이다.
유체 투과성 히터를 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 증착하여, 히터와 다공성 부재 간의 접촉이 개선될 수도 있다. 예를 들어, 다공성 부재의 외부 표면 상의 표면 거칠기 또는 요철을 보상함에 의해서다. 이는, 히터가 다공성 부재와 완전히 접촉하지 않으면 발생할 수 있는, 다공성 부재의 외부 표면 상에서의 "핫 스폿"(가열이 증가된 국부적 구역)의 수 또는 심각도를 감소시킬 수 있고, 따라서 에어로졸 특징들을 개선할 수 있다. 히터와 다공성 부재 간 접촉이 개선되면 액체 에어로졸 형성 기재의 히터로의 전달 또한 개선될 수 있다.
또한, 유체 투과성 히터를 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 증착함으로써, 다공성 부재는 히터에 대한 구조적 지지를 제공하며, 얇은 히터가 사용될 수 있다. 이는 히터와 다공성 부재 사이의 기계적 및 열적 응력을 감소시키며 히터의 수명을 증가시킨다.
추가 장점은 히터가 다공성 부재의 외부 표면의 실질적으로 전부 위에 걸쳐, 예를 들어 다공성 부재의 한 말단 위에 걸쳐 증착될 수 있고, 이는 더 큰 히터 표면과 다공성 부재의 외부 표면의 더욱 효율적인 사용을 가능하게 한다는 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 히터에 대한 용어 "유체 투과성"은 히터가 유체, 예를 들어, 기체 또는 액체가 이를 통과할 수 있게 한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재가 히터의 기공들 내로 통과해서 기화되게 할 수 있고, 히터에 형성된 기화된 에어로졸 형성 기재가 히터의 기공들을 떠나게 할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “다공성(porous)”은 액체 에어로졸 형성 기재가 투과할 수 있어 액체 에어로졸 형성 기재가 물질을 통하여 이동할 수 있도록 하는 물질로 형성됨을 의미한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 “다공성 부재”는 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 전기 히터에 운반할 수 있는 히터 조립체의 구성요소를 지칭한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 “전기 전도성 물질”은 1x10-2 Ωm 이하의 저항을 갖는 물질을 나타낸다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “증착된”은 단순히 고체의, 미리 형성된 구성요소로서 다공성 부재 위에 놓인다기보다는, 나중에 응축되거나 응집하여 히터의 제2 층을 형성하는, 예를 들어 액체, 플라즈마 또는 증기의 형태로 다공성 부재의 외부 표면 상에 코팅으로 도포됨을 의미한다.
제1 층은 임의의 적합한 전기 전도성 물질을 포함하거나, 이로 형성될 수 있다. 소정의 바람직한 구현예에서, 전기 전도성 물질은 금속, 전기 전도성 고분자 및 전기 전도성 세라믹 중 하나 이상을 포함한다.
제1 층을 위한 적절한 전기 전도성 금속은 텅스텐, 탄탈륨, 스틸, 백금, 몰리브덴, 티타늄, 코발트 및/또는 이들의 합금을 포함한다. 제1 층을 위한 다른 적합한 물질은 도핑된 폴리실리콘, 또는 NiCr 합금과 같은 전기 전도성 폴리실리콘을 포함한다.
제1 층을 위한 적절한 전기 전도성 고분자는 PEDOT (폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)), PSS (폴리(p-페닐렌 설파이드)), PEDOT:PSS (PEDOT와 PSS의 혼합물), PANI (폴리아닐린), PPY (폴리(피롤)), PPV (폴리(p-페닐렌 비닐렌)) 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
제1 층을 위한 적절한 전기 전도성 세라믹은 ITO (인듐 주석 산화물), SLT (란타늄 도핑 스트론튬 티타네이트), SYT (이트륨 도핑된 스트론튬 티타네이트), 알루미늄 산화물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
제1 층은 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 직접 증착될 수 있다. 이는, 제1 층을 다공성 부재에 접착하는 것을 보조하는데, 이는 예를 들어 조립 동안 또는 사용 중에 유도된 열적 응력으로 인한, 히터의 변형에 의해 야기되는 히터 및 다공성 부재 간의 접촉 손실 위험을 감소시킨다.
대안적으로, 유체 투과성 히터는 다공성 부재의 다공성 외부 표면과 제1 층 사이에 배열된 제3 층을 더 포함할 수 있다. 제3 층은 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 직접 증착될 수 있고, 제1 층과 다공성 부재의 다공성 외부 표면 사이의 접착을 개선하기 위한 접착층으로서 작용할 수 있다. 제3 층은 탄탈륨, 티타늄 및 크롬 중 하나 이상으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 이들은 제1 층 및 다공성 부재의 다공성 외부 표면 접착을 개선하기 위한 적절한 물질인 것으로 밝혀졌다.
다공성 부재의 다공성 외부 표면과 접촉하는 층에 따라, 제1 층 또는 제3 층은 다공성 외부 표면 내로 적어도 부분적으로 확산될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "다공성 외부 표면 내로 확산된"은 제1 층 또는 제3 층은, 예를 들어 다공성 외부 표면의 기공 내로 연장됨으로써 또는 다공성 부재의 표면 부근으로 부분적으로 이동함으로써, 제1 층 또는 제3 층과 다공성 부재 사이의 계면에서 다공성 외부 표면의 물질 내에 매립되거나 그 물질과 혼합되는 것을 의미한다.
이러한 배치로, 히터 및 다공성 부재 간의 접촉은 더욱 향상되며, 이는 다공성 부재의 외부 표면 상의 “핫 스폿”의 수 및 심각도의 추가적인 감소와 에어로졸 특징의 향상으로 이어진다. 또한, 다공성 부재의 다공성 외부 표면 내로 연장됨으로써, 히터 및 다공성 부재 간의 접촉 면적은 증가된다. 이는 다공성 부재에 의한 액체 에어로졸 형성 기재의 히터로의 전달을 더욱 향상시키고 히터에 의한 액체 에어로졸 형성 기재의 가열을 향상시킬 수 있다. 이는 또한 유체 투과성 히터 및 다공성 부재 사이의 접착을 더욱 증가시킬 수 있어서, 예를 들어 조립 동안 또는 사용 중에 유도되는 열적 응력으로 인한, 히터의 변형에 의해 야기되는 히터와 다공성 부재 간 접촉이 손실되는 위험을 더욱 감소시킨다.
제2 층은 제1 층 상에 또는 위로 증착될 수 있다. 대안적으로, 제1 층은 제2 층 상에 또는 위로 증착될 수 있다. 이들 배열은 제1 층과 전기 접촉하고 있는 제2 층을 사용함으로써 히터의 저항이 요구되는 값으로 변형될 수 있게 한다. 제2 층은 제1 층과 비교하여 상대적으로 소량의 더 고가의 물질로 형성될 수 있다. 제2 층은 제1 층보다 높은 전기 전도성을 갖는 임의의 적합한 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 소정의 구현예들에서, 제2 층은 바람직하게는 5x10-8 Ωm, 보다 바람직하게는 4x10-8 Ωm 미만, 더욱 바람직하게는 3x10-8 Ωm 미만의 저항율을 갖는 물질을 포함할 수 있다 제2 층은 금, 은, 알루미늄 또는 구리 중 하나 이상으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있으며, 이 물질은 유체 투과성 히터의 전기 저항을 변형하기 위한 적절한 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 숙련자라면 적절한 특성을 갖는 다른 물질 또한 사용할 수도 있음을 이해할 것이다.
제1 층의 두께는 제2 층의 두께보다 큰 크기일 수 있고, 선택적으로, 제1 층의 두께는 제2 층의 두께보다 2 자릿수 이상 클 수 있다. 제1 층의 두께 대 제2 층의 두께의 비는 1000:1 이하, 더욱 구체적으로는 500:1 이하, 더욱 더 구체적으로는 250:1 이하일 수 있다. 제1 층의 두께 대 제2 층의 두께는 2.5:1 내지 1000:1, 더욱 구체적으로는 2.5:1 내지 500:1, 더욱 더 구체적으로는 2.5:1 내지 250:1일 수 있다. 제1 층의 두께는 10㎛ 이하, 더욱 구체적으로는 2.5㎛ 이하, 더욱 구체적으로는 0.5㎛ 미만, 더욱 더 구체적으로는 0.1㎛ 이하일 수 있다. 제1 층의 두께는 5nm 내지 10㎛, 더욱 구체적으로는 50nm 내지 2.5㎛, 더욱 구체적으로는 50nm 내지 0.5㎛, 더욱 구체적으로는 50nm 내지 0.1㎛일 수 있다. 이러한 두께의 범위는, "핫 스팟"의 수 또는 심각도를 줄이는 데 도움이 되도록 히터에 충분한 전기 전도성을 제공하지만, 다공성 외부 표면이 다공성으로 남아 있도록 다공성 부재의 다공성 외부 표면의 기공들을 충진하거나 차단할 가능성을 감소시키기 위해 충분히 얇은 것으로 밝혀졌다. 제1 층의 두께는 다공성 부재의 입자 및 기공 크기에 의존한다. 더 작은 입자 및 기공 크기를 갖는 다공성 물질은 전술한 두께 범위로부터 더 얇은 두께의 선택을 요구할 것이다.
제2 층의 두께는 10 내지 20nm일 수 있다. 이러한 두께의 범위는 히터의 전기 저항을 변형시키기에 충분한 것으로 밝혀졌다. 제2 층의 두께는 제1 층과 비교하여 상대적으로 작으며, 따라서 제2 층은 비교적 소량의 전기 전도성 물질만을 필요로 한다. 제2 층이 유체 투과성 히터의 두께를 상당히 증가시키지 않는다는 점을 고려하면, 다공성 부재의 다공성 외부 표면의 기공들을 충진하거나 차단할 위험은 다공성 외부 표면이 다공성으로 유지되도록 상당히 증가되지 않는다.
제3 층의 두께는 10 내지 20nm일 수 있다. 이러한 두께의 범위는 제1 층과 다공성 부재의 다공성 외부 표면 사이의 접착을 개선하기에 충분한 것으로 밝혀졌다. 재차, 제3 층은 유체 투과성 히터의 두께를 상당히 증가시키지 않으며, 따라서 다공성 부재의 다공성 외부 표면의 기공들을 충진하거나 차단할 위험은 다공성 외부 표면이 다공성으로 유지되도록 상당히 증가되지 않는다.
제2 층은 유체 투과성 히터의 전기 저항을 0.3 내지 4 옴, 더욱 구체적으로는 0.5 내지 1.5 옴, 더욱 더 구체적으로는 1 옴으로 변형시킬 수 있다. 히터 조립체가 배터리에 의해 전력 공급되는 에어로졸 발생 시스템에 사용되어야 하는 경우 유체 투과성 히터에 대해 낮은 전체 저항을 갖는 것이 일반적으로 유리하다. 저 저항, 고 전류 시스템은 유체 투과성 히터에 높은 전력의 전달을 허용한다. 이는, 히터가 원하는 온도로 빠르게 가열되도록 한다.
제1, 제2 및 제3 층은 임의의 적절한 방식으로 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 증착될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 층 중 하나 이상은 증발 증착, 스퍼터링, 물리 기상 증착(PVD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)과 같은 하나 이상의 진공 증착 공정에 의해 다공성 외부 표면 상에 증착될 수 있다.
일부 구현예에서, 제1, 제2 및 제3 층은 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 인쇄된 인쇄가능한 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 임의의 적합한 공지의 인쇄 기법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 젯 인쇄, 스탬핑, 패드 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄(gravure printing), 플렉스 인쇄(flex-printing), 잉크젯 인쇄 중 하나 이상.
인쇄가능한 전기 전도성 물질은 접착제에 현탁된 금속 입자를 포함할 수 있다. 인쇄 가능한 전기 전도성 물질은 용매, 경화제, 접착 증진제, 계면활성제, 점도감소제 및 응집 저해제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 예컨대, 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상의 전기 전도성 물질의 증착을 돕거나, 전기 전도성 물질이 다공성 부재의 다공성 외부 표면 내로 확산되는 양을 증가시키거나, 전기 전도성 물질이 경화되는 데 필요한 시간을 단축시키거나, 전기 전도성 물질과 다공성 부재 간의 접착 수준을 높이거나, 혹은 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상으로 도포하기 전에 전기 전도성 물질 내에 금속 입자나 분말과 같은 현탁된 입자의 응집량을 감소시키는 데 사용될 수 있다.
히터 조립체는, 유체 투과성 히터를 전력 공급부에 연결하기 위한 제1 및 제2 전기 전도성 접촉 패드 또는 부분들을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 접촉 부분은 유체 투과성 히터에 직접 고정되어서 이들이 유체 투과성 히터와 전기적으로 접촉하게 될 수도 있다. 이러한 구현예에서, 제1 및 제2 전기 전도성 접촉 부분은 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상으로 직접 증착되거나 유체 투과성 히터 상에 직접 증착되는 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다.
다른 구현예에서, 전기 전도성 접촉 부분은 유체 투과성 히터와 일체형일 수 있다. 예를 들어, 유체 투과성 히터의 제2 층은 접촉 부분을 포함할 수 있고, 즉, 제2 층은 접촉 부분을 형성하도록 특별히 증착될 수 있거나, 또는 제2 층은 접촉 부분의 영역에서 증가된 두께를 가질 수 있다. 유체 투과성 히터와 일체형인 전기 전도성 접촉 부분들을 제공하여, 전력 공급부에 대한 히터의 신뢰성 있고 간단한 연결이 가능하다.
유체 투과성 히터의 전기 저항은, 바람직하게, 접촉 부분들의 전기 저항보다 적어도 한 자릿수, 더욱 바람직하게는 적어도 두 자릿수 크다. 이는, 전류가 히터 조립체에 공급될 때, 발생된 열이 유체 투과성 히터에 국한되는 것을 보장한다. 전기 전도성 접촉 부분이 유체 투과성 히터와 일체형인 구현예에서, 이는 유체 투과성 히터의 제2 층으로부터 전기 전도성 접촉 부분을 형성하거나, 유체 투과성 히터의 열 발생부에 대한 접촉 부분의 전기 저항을 감소시키기 위해 접촉 부분의 영역에서 제2 층을 더 두껍게 만듦으로써 달성될 수 있다. 이러한 배열은 또한 접촉 부분과 유체 투과성 히터 간의 접촉 저항을 감소시키는 것을 도울 수 있으며, 이는 전력 손실을 최소화하기 위해 또한 바람직하다.
다공성 부재는 액체 에어로졸 형성 기재가 모세관 작용에 의해 이송될 수 있는 복수의 작은 보어 또는 채널을 형성하는 섬유성 또는 다공성 구조를 갖는 모세관 물질을 포함할 수 있다. 다공성 부재는 모세관 다발, 예를 들어, 복수의 섬유 또는 스레드(threads) 또는 기타 미세 보어(bore) 관을 포함할 수 있다. 섬유 또는 스레드는 액체 에어로졸 형성 기재가 이송 물질을 향해 운반되도록 대체로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 다공성 부재는 스폰지형 또는 발포체형 구조를 가질 수도 있다. 다공성 부재는 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 물질의 예로는 스폰지 또는 발포체 물질, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 그라파이트계 물질, 발포된 금속 또는 플라스틱 물질, 예를 들면 초산 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은 방사 또는 압출된 섬유로 이루어진 섬유상 물질이다.
소정의 바람직한 구현예에서, 다공성 부재는 다공도 40% 이상의 다공성 유리, 석영, 플라스틱 또는 세라믹 재료로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. 상술한 물질들의 분말들 또는 입자들은 소결되어서 적절한 다공성을 제공할 수 있다. 적합한 세라믹 재료는, 예를 들어 SiO2, AlN 또는 Al2O3를 포함하며 적절한 플라스틱은, 예를 들어, 폴리이미드, 폴리아미드 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)을 포함한다. 다른 바람직한 구현예에서, 다공성 부재는 유리 섬유, 면 또는 케블라(Kevlar)를 포함할 수 있다.
다공성 부재는 상이한 액체 물리적 특성으로 사용되도록 임의의 적합한 모세관 현상(capillarity) 및 다공성을 가질 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도성, 비등점 및 증기 압력을 포함하지만 이에 한정되지 않는 물리적 특성을 갖는데, 이는 모세관 작용에 의해 액체가 모세관 장치를 통해 운송될 수 있게 한다.
히터 조립체는 액체 에어로졸 발생 기재를 다공성 부재에 보유하고 운반하기 위해 다공성 부재와 접촉하게 배열된 보유 물질을 더 포함할 수 있다. 보유 물질은 또한 액체 에어로졸 형성 기재가 모세관 작용에 의해 이송될 수 있는 복수의 작은 보어 또는 마이크로 채널을 형성하는 섬유성 또는 다공성 구조를 갖는 모세관 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보유 물질은 복수의 섬유 또는 스레드(threads) 또는 기타 미세 보어(bore) 관을 포함할 수 있다. 섬유 또는 스레드는 액체 에어로졸 형성 기재가 다공성 부재를 향해 전달되도록 대체로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 보유 물질은 스폰지류 또는 발포체류의 물질을 포함할 수 있다. 보유 물질은 임의의 적절한 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수도 있다. 적합한 물질의 예는 스펀지 또는 발포체 재료, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 흑연계 재료, 발포된 금속 또는 플라스틱 재료, 예를 들어 셀룰로스 아세테이트, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은 방사되거나 압출된 섬유로 만들어진 섬유상 재료이다. 소정의 바람직한 구현예들에서, 보유 물질은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함할 수 있다. 보유 물질은 다공성 부재보다 단위 체적당 더 많은 액체를 보유하도록 다공성 부재에 비해 우수한 위킹 성능을 가질 수 있다. 또한, 다공성 부재는 보유 물질보다 높은 열 분해 온도를 가질 수 있다.
보유 물질은 다공성 부재에 의해 유체 투과성 히터로부터 이격될 수 있고, 다공성 부재는 보유 물질보다 높은 열 분해 온도를 가질 수 있다. 이 배열은 다공성 부재가, 보유 물질이 보유 물질의 열 분해 온도를 초과하는 온도에 노출되지 않도록 유체 투과성 히터를 보유 물질로부터 분리하는 스페이서로서 효과적으로 작용함을 의미한다. 일부 구현예에서, 다공성 부재의 열 분해 온도는 적어도 섭씨 160도, 바람직하게는 적어도 섭씨 250도이다.
보유 물질은 다공성 부재보다 큰 용적을 유리하게 점유할 수 있고 다공성 부재보다 더 많은 액체 에어로졸 형성 기재를 보유할 수 있다. 보유 물질은 다공성 부재에 비해 우수한 심지 성능을 가질 수 있다. 보유 물질은 덜 고가의 물질을 포함할 수 있거나 다공성 부재보다 높은 충진 능력을 가질 수 있다.
다공성 부재는 2 내지 6mm 사이의 두께를 가질 수 있다.
일부 구현예들에서, 유체 투과성 히터는 패턴이 없는 것일 수 있으며, 즉 히터는 패턴을 가지지 않고 다공성 부재 상에 연속적인 층으로서 증착된다. 유체 투과성 히터는 다공성 부재의 외부 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 증착될 수 있다. 유체 투과성 히터는 다공성 부재의 다공성 제1 말단의 실질적으로 전부에 걸쳐 증착될 수 있다.
대안적으로, 유체 투과성 히터는 히터의 길이를 따라 연장되어 있는 전기 전도성 필라멘트들의 어레이를 포함할 수 있고, 복수의 구멍은 전기 전도성 필라멘트들 사이의 간극들에 의해 정의된다. 이러한 구현예들에서, 복수의 구멍의 크기는, 인접하는 필라멘트들 사이의 간극들의 크기를 증가시키거나 감소시킴으로써 가변될 수도 있다. 이는, 전기 전도성 필라멘트들의 폭을 가변하여, 또는 인접하는 필라멘트들 사이의 간격을 가변하여, 또는 전기 전도성 필라멘트들의 폭 및 인접하는 필라멘트들 사이의 간격 모두를 가변하여, 달성될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 “필라멘트”는 2개의 전기 접촉부 사이에 배열되어 있는 전기 경로를 지칭한다. 바람직한 구현예에서, 필라멘트는 실질적으로 평평한 단면을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, “실질적으로 평평한”은 바람직하게는 단일 평면으로 형성된 것을 의미하고, 예를 들면 만곡되거나 다른 비평면 형상과 끼워맞추도록 주위에 말리거나 달리 순응되지 않는 것을 의미한다. 평평한 히터는, 제조 동안 쉽게 취급될 수 있으며, 견고한 구성을 제공한다. 필라멘트는 직선형 또는 곡선형 방식으로 배열될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 액체 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 방출될 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 가열 시에 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는, 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 대안적으로 비-담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 균질화 식물계 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 재료를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는, 사용 시 치밀하고 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하고 시스템의 작동 온도에서 열 감성에 대하여 실질적으로 견디는 임의의 적절한 공지된 화합물 또는 화합물들의 혼합물이다. 적합한 에어로졸 형성제는 당업계에 잘 공지되어 있으며, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 바람직한 에어로졸 형성제는 다가 알코올 또는 그의 혼합물, 예컨대 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올이며, 가장 바람직하게는 글리세린이다. 액체 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지로서, 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하기 위한 액체 저장부; 및 상술한 히터 조립체 구현예들 중 어느 하나를 포함하는 카트리지가 제공되어 있다.
유체 투과성 히터는 다공성 부재의 다공성 제1 말단에 증착될 수 있고, 여기서 다공성 부재의 제2 말단은 액체 에어로졸 형성 기재와 접촉하기 위해 액체 저장부 내로 연장되어 있다.
액체 저장부는 액체 에어로졸 형성 기재를 유지하기 위한 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 증발된 에어로졸 형성 기재가 빠져나갈 수 있게 하기 위한 개구부를 가질 수 있으며, 여기서 다공성 부재는 유체 투과성 히터가 개구부를 가로질러 연장되도록 배열되어 있다. 개구부는 임의의 적절한 형상의 것일 수 있다. 예를 들면, 개구부는 원형, 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 개구부의 면적은 작을 수 있고, 바람직하게는 약 25㎟ 이하일 수 있다. 액체 저장부는 본원에서 설명하는 바와 같은 보유 물질을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 유체 투과성 히터는 액체 저장부와의 물리 접촉 면적이 히터가 액체 저장부의 주변 전체 주위에서 접촉하는 경우에 비해서 감소되는 방식으로 배열되어 있다. 유체 투과성 히터는 바람직하게는 액체 저장부의 주변부와 직접 접촉하지 않는다. 이는 유체 투과성 히터의 외부 에지와 개구부의 주변부 사이의 간격을 제공함으로써 달성될 수 있으며, 이러한 간격은 열 접촉이 상당히 감소되도록 치수를 가질 수 있다. 히터와 개구부 주변부 사이의 공간은 25㎛와 40㎛ 사이일 수 있다. 이와 같은 방식으로, 액체 저장부에 대한 열 접촉이 감소되고 더 적은 열이 액체 저장부로 전달되어, 가열 효율 및 따라서 에어로졸 발생을 증가시킨다.
대안적인 구현예에서, 히터 조립체는 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지의 형성부라기 보다는 에어로졸 발생 시스템의 일체부로서 제공될 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 에어로졸 발생 장치; 및 상술한 카트리지를 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있으며, 여기서 카트리지는 에어로졸 발생 장치에 착탈식으로 연결되어 있고, 또한 에어로졸 발생 장치는 히터 조립체용 전력 공급부를 포함하고 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 상기 장치에 “착탈식으로 연결되어 있는” 카트리지는 카트리지와 장치가 상기 장치나 상기 카트리지를 손상시키지 않고 서로 연결되고 연결해제될 수 있는 것을 의미한다.
카트리지는 소비 후에 교환될 수 있다. 카트리지가 에어로졸 형성 기재 및 유체 투과성 히터를 보유하므로, 히터는 또한 메인 유닛을 보다 오래 사용한 후에도 최적의 증발 조건이 유지되도록 정기적으로 교환된다.
에어로졸 발생 시스템은 유체 투과성 히터 및 전기 전력 공급부에 연결되는 전기 회로를 추가로 포함할 수 있으며, 전기 회로는 유체 투과성 히터의 전기 저항을 모니터링하고 모니터링된 전기 저항에 기초하여 전기 전력 공급부로부터 히터로 전력이 공급되는 것을 제어하도록 구성된다. 히터의 온도를 모니터링하여, 시스템은 히터의 과열 또는 가열 부족을 방지할 수 있고 일정한 증발 조건이 제공되는 것을 보장할 수 있다.
전기 회로는 마이크로프로세서 또는 제어를 제공할 수 있는 다른 전기 회로를 포함할 수 있으며, 마이크로프로세서는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 또는 주문형 반도체(ASIC)일 수 있다. 전기 회로는 추가 전자 부품을 포함할 수 있다. 전기 회로는 히터에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성되어 있을 수도 있다. 전력은 시스템 활성화 이후에 연속적으로 유체 투과성 히터에 공급될 수도 있고, 또는 예를 들면 퍼프마다를 기준으로 간헐적으로 공급될 수도 있다. 전력은 전기 전류의 펄스 형태로 히터에 공급될 수 있다.
전력 공급부는 장치 내의, 리튬 인산 철 배터리와 같은 배터리일 수 있다. 대안으로서, 전력 공급부는 커패시터와 같은 전하 저장 장치의 다른 형태일 수 있다. 전력 공급부는 재충전을 필요로 할 수 있고 한 번 이상의 흡연 체험을 위해 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수 있다. 예를 들면, 전력 공급부는 통상의 궐련을 흡연하는 데 걸리는 통상적인 시간에 상응하는 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 여러 배의 기간 동안 연속적으로 에어로졸을 발생시키기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 다른 예에서, 전력 공급부는 미리 정해진 수의 퍼프 또는 개별적인 히터의 활성화를 허용하기에 충분한 용량을 가질 수도 있다.
액체 저장부는 유체 투과성 히터의 제1 측면 상에 배치될 수 있고, 기류 채널이 저장부에 대한 히터의 대향 측면 상에 배치됨으로써, 히터를 지난 공기 흐름이 증발된 에어로졸 형성 기재를 연행하게 될 수 있다.
시스템은 핸드헬드식 에어로졸 발생 시스템일 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 상응하는 크기를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 30mm 내지 대략 150mm의 총 길이를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 5mm 내지 대략 30mm의 외부 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체를 제조하는 방법이 제공되어 있으며, 상기 방법은, 다공성 부재를 제공하는 단계; 유체 투과성 히터를 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 증착시키는 단계로, 상기 유체 투과성 히터는, 증착된 전기 전도성 물질의 제1 층; 증착된 전기 전도성 물질의 제2 층을 포함하고; 여기서 상기 제2 층의 전기 전도성은 상기 제1 층의 전기 전도성보다 커서 상기 제2 층이 상기 유체 투과성 히터의 전기 저항을 요구된 저항으로 변형하도록 한다.
상기 방법은 상기 유체 투과성 히터에 제3 층을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고, 여기서 상기 제3 층은 상기 다공성 부재의 다공성 외부 표면과 상기 제1 층 사이에 배열되어 있다.
제1, 제2 및 제3 층은 임의의 적절한 방식으로 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 증착될 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 층 중 하나 이상은 증발 증착, 스퍼터링, 물리 기상 증착(PVD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)과 같은 하나 이상의 진공 증착 공정에 의해 다공성 외부 표면 상에 증착될 수 있다.
제1, 제2 또는 제3 층 중 하나 이상이 인쇄가능한 전기 전도성 물질을 포함하는 경우, 층들은 임의의 적절한 공지된 인쇄 기술을 사용하여 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 인쇄될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 젯 인쇄, 스탬핑, 패드 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄(gravure printing), 플렉스 인쇄(flex-printing), 잉크젯 인쇄 중 하나 이상. 이러한 인쇄 공정은 고속 제조 공정에 특히 적용 가능할 수 있다.
다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 인쇄됨으로써, 제1, 제2 또는 제3 층 중 하나 이상의 인쇄된 전기 전도성 물질은 임의의 적절한 공지의 방식으로 경화되어 유체 투과성 히터를 형성할 수 있다. 예를 들어, 인쇄된 전기 전도성 물질은 열 또는 자외선에 노출함으로써 경화될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 인쇄된 전기 전도성 물질은 소결에 의해 또는 화학 반응의 개시에 의해 경화될 수 있다.
하나 이상의 측면과 관련하여 기술된 특징은 본 발명의 다른 측면에 동일하게 적용될 수 있다. 특히, 제1 측면의 히터 조립체와 관련하여 기술된 특징은 제2 측면의 카트리지에 동등하게 적용될 수 있고, 그 반대일 수도 있으며, 제1 측면의 히터 조립체 또는 제2 측면의 카트리지 와 관련하여 기술된 특징은 제3 측면의 에어로졸 발생 시스템 또는 및 제4 측면의 제조 방법에 동일하게 적용될 수 있다.
이제 본 발명의 구현예는 단시 예시로서 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이며, 첨부 도면 중:
도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 개략도이다;
도 2는 본 발명에 따른, 마우스피스를 포함하고 있는, 카트리지의 단면의 개략도이다;
도 3은 본 발명의 한 구현예에 따른 히터 조립체의 단면의 개략도이다;
도 4는 본 발명의 한 구현예에 따른 히터 조립체의 단면의 개략도이다;
도 5는 전기 전도성 물질 층이 다공성 부재의 다공성 외부 표면의 입자들 또는 분말들 상에 증착된 다공성 부재를 통해 액체 에어로졸 형성 기재의 침투를 보여주는 본 발명의 한 구현예에 따른 히터 조립체의 일부의 확대된 단면도이다.
도 6은 PVD에 의해서 그리고 제2 층의 증착에 앞서 텅스텐 층이 증착된 석영 다공성 부재를 포함하는 본 발명의 한 구현예에 따른 히터 조립체의 일부를 보여주는 150x 배율에서의 주사 전자 현미경에 의해 취해진 이미지이다.
도 7은 PVD에 의해서 그리고 제2 층의 증착에 앞서 텅스텐 층이 증착된 유리 섬유 다공성 부재를 포함하는 본 발명의 한 구현예에 따른 히터 조립체의 일부를 보여주는 150x 배율에서의 주사 전자 현미경에 의해 취해진 이미지이다.
도 1은 본 발명의 한 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 개략도를 보여주고 있다. 시스템은 2개의 주 구성요소, 카트리지(100) 및 본체 부분(200)을 포함하고 있다. 카트리지(100)의 연결 말단(115)은 본체 부분(200)의 대응하는 연결 말단(205)에 제거 가능하게 연결되어 있다. 상기 본체 부분(200)은, 이 실시예에서 재충전 가능한 리튬 이온 배터리인, 배터리(210), 및 제어 회로(220)를 포함하고 있다. 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이며, 종래의 엽궐련 또는 궐련에 필적하는 크기를 가지고 있다. 마우스피스는 연결 말단(115)에 대향하는 카트리지(100)의 말단에 배열되어 있다.
카트리지(100)는 히터 조립체(120) 및 제1 부분(130) 및 제2 부분(135)을 갖는 액체 저장 구획부를 포함하고 있는 하우징(105)을 포함하고 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 액체 저장 구획부에 보유되어 있다. 도 1에 도시되지 않았지만, 액체 저장 구획부의 제1 부분(130)은 액체 저장 구획부의 제2 부분(135)에 연결되어 있어서, 제1 부분(130) 내의 액체가 제2 부분(135)으로 지나갈 수 있다. 히터 조립체(120)는 액체 저장 구획부의 제2 부분(135)으로부터 액체를 수용한다. 히터 조립체(120)는 유체 투과성 히터를 포함하고 있다.
기류 통로(140, 145)는 카트리지(100)를 통해 하우징(105)의 일측에 형성된 공기 유입구(150)로부터 히터 조립체(120)를 지나서 그리고 히터 조립체(120)로부터 연결 말단(115)에 대향하는 카트리지(100)의 끝에서 하우징(105)에 형성된 마우스피스 개구부(110)로 연장되어 있다.
카트리지(100)의 구성요소들은, 액체 저장 구획부의 제1 부분(130)이 히터 조립체(120)와 마우스피스 개구부(110) 사이에 있고, 액체 저장 구획부의 제2 부분(135)이 마우스피스 개구부(110)에 대한 히터 조립체(100)의 대향 측면 상에 위치되도록 배열되어 있다. 즉, 히터 조립체(120)는 액체 저장 구획부의 2개의 부분들(130, 135) 사이에 놓여 있고 제2 부분(135)으로부터 액체를 수용한다. 액체 저장 구획부의 제1 부분(130)은 액체 저장 구획부의 제2 부분(135)보다 마우스피스 개구부(110)에 더 가깝다. 기류 통로(140, 145)는 히터 조립체(110)를 지나 액체 저장 구획부의 제1 부분(130)과 제2 부분(135) 사이에 연장되어 있다.
시스템은 사용자가 카트리지의 마우스피스 개구부(110)를 뻐끔뻐끔 피우거나 빨아들여서 에어로졸을 자신의 입 안으로 흡인할 수 있도록 구성되어 있다. 작동시, 사용자가 마우스피스 개구부(110)를 뻐끔뻐끔 피울 때, 공기는 공기 유입구(150)로부터, 히터 조립체(120)를 지나, 마우스피스 개구부(110)로, 기류 통로(140, 145)를 통해 흡인된다. 제어 회로(220)는 시스템이 활성화될 때 배터리(210)로부터 카트리지(100)로의 전력 공급을 제어한다. 이는 결국 히터 조립체(120)에 의해 생성된 증기의 양 및 특성을 제어한다. 제어 회로(220)는 기류 센서(미도시)를 포함할 수 있고, 제어 회로(220)는 사용자가 뻐끔뻐끔 피우는 것이 기류 센서에 의해 검출될 때 히터 조립체(120)에 전력을 공급할 수 있다. 이러한 유형의 제어 구성은 흡입기와 e-궐련와 같은 에어로졸 발생 시스템에 잘 확립되어 있다. 따라서, 사용자가 카트리지(100)의 마우스피스 개구부(110)를 뻐끔뻐끔 피울 때, 히터 조립체(120)가 활성화되어 기류 통로(140)를 통과하는 기류에 연행되는 증기를 발생시킨다. 증기는 통로(145) 내의 기류 내에서 냉각되어 에어로졸을 형성하며, 이는 이어서 마우스피스 개구부(110)를 통해 사용자의 입 안으로 흡인된다.
작동시, 마우스피스 개구부(110)는 통상적으로 시스템의 가장 높은 지점이다. 카트리지(100)의 구성, 특히 액체 저장 구획부의 제1 및 제2 부분들(130, 135) 사이의 히터 조립체(120)의 배열은, 심지어 액체 저장 구획부가 비워짐에 따라 액체 기재가 히터 조립체(120)로 전달되는 것을 보장하도록 중력을 이용하지만 기류 통로(140) 내로의 액체의 누출을 야기할 수 있는 히터 조립체(120)로의 액체의 과공급을 방지하기 때문에 유리하다.
도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 카트리지(100)의 개략적인 단면도이다. 카트리지(100)는 마우스피스 개구부(110)를 갖는 마우스피스, 및 마우스피스에 대향하는 연결 말단(115)을 갖는 외부 하우징(105)을 포함하고 있다. 하우징(105) 내에는 액체 에어로졸 형성 기재(131)를 유지하는 액체 저장 구획부가 있다. 액체 저장 구획부는 제1 부분(130) 및 제2 부분(135)을 가지고, 액체는 3개의 추가 구성요소, 상부 저장 구획부 하우징(137), 히터 장착부(134) 및 말단 캡(138)에 의해 액체 저장 구획부 내에 함유되어 있다. 유체 투과성 히터(122) 및 다공성 부재(124)를 포함하고 있는 히터 조립체(120)가 히터 장착부(134)에 유지되어 있다. 유체 투과성 히터(122)에 전력을 공급하기 위해 접촉 패드(미도시함)가 유체 투과성 히터(122)의 대향 측면에 제공된다. 히터 조립체(120)는, 설명되는 바와 같이, 전력 공급부에 대한 히터 조립체(120)의 전기 연결이 쉽고 견고하게 달성될 수 있도록 연결 말단(115)에 더 가깝다. 보유 물질(136)은 액체 저장 구획부의 제2 부분(135)에 제공되어 있고, 히터 조립체(120)의 다공성 부재(124)와 접경하고 있다. 보유 물질(136)은 액체를 히터 조립체(120)의 다공성 부재(124)로 이송하도록 배열되어 있다.
액체 저장 구획부의 제1 부분(130)은 액체 저장 구획부의 제2 부분(135)보다 크고, 카트리지(100)의 히터 조립체(120)와 마우스피스 개구부(110) 사이의 공간을 점유하고 있다. 액체 저장 구획부의 제1 부분(130) 내의 액체는 히터 조립체(120)의 어느 한 측면 상의 액체 채널(133)을 통해 액체 저장 구획부의 제2 부분(135)으로 이동할 수 있다. 하나의 채널만이 필요하더라도, 대칭 구조를 제공하도록 2개의 채널이 본 실시예에서 제공되어 있다. 채널은 상부 저장 구획부 하우징(137)과 히터 장착부(134) 사이에 정의된 둘러싸인 액체 유동 경로이다.
유체 투과성 히터(122)는 다공성 부재(124)의 다공성 외부 표면 상에 증착되어 있고 액체 저장 구획부의 제1 부분(130) 및 마우스피스 개구부(110)를 향하는 히터 조립체(120)의 일측에 배열되어 있다. 특히, 유체 투과성 히터(122)는 다공성 부재(124)의 다공성 제1 말단에 증착되어 있다. 다공성 부재(124)의 다공성 제2 말단은 액체 저장 구획부의 제2 부분(135) 내로 연장되어 있으며, 여기에서 다공성 부재(124)가 유지 물질(136)로부터 액체 에어로졸 형성 기재를 수용할 수 있도록 유지 물질(136)과 접촉한다. 다공성 부재에 의해 점유되지 않은 액체 저장 구획부의 제2 부분(135)의 나머지는 액체 채널(133)을 통해 전달된 액체 에어로졸 형성 기재(131)와 유체 연통하고 있는 유지 물질(136)에 의해 점유된다.
기류 통로(140)는 저장 구획부의 제1 부분과 제2 부분 사이에서 연장되어 있다. 기류 통로(140)의 최하부 벽면은 유체 투과성 히터(122)를 포함하고 있다. 기류 통로(140)의 측벽면들은 히터 장착부(134)의 부분들을 포함하고 있으며, 기류 통로의 최상부 벽면은 상부 저장 구획부 하우징(137)의 표면을 포함하고 있다. 기류 통로는 마우스피스 개구부(110)를 향하여, 액체 저장 구획부의 제1 부분(130)을 통해 연장되어 있는 수직 부분(미도시)을 가지고 있다.
도 2의 배열은 단지 에어로졸 발생 시스템용 카트리지의 일 실시예라는 것을 이해할 것이다. 다른 배열들이 가능하다. 예를 들어, 유체 투과성 히터, 다공성 부재 및 보유 물질은 카트리지 하우징의 일 말단에 배열될 수 있으며, 액체 저장 구획부는 다른 말단에 배열되어 있다.
도 3은 본 발명의 한 구현예에 따른 히터 조립체(300)의 개략적인 단면도이다. 도면은 축척에 비례하지 않는다. 히터 조립체(300)는 다공성 부재(324) 및 다공성 부재(324)의 제1 말단(324a)의 다공성 외부 표면 상에 증착된 다중층 유체 투과성 히터(322)를 포함하고 있다. 유체 투과성 히터(322)는 전기 전도성 물질의 제1 층(326) 및 제2 층(328)으로 형성된 것이다. 본 실시예에서, 다공성 부재(324)는 다공성 석영을 포함하고, 제1 층(326)은 텅스텐을 포함하고, 제2 층(328)은 금을 포함하고 있다. 다공성 부재(324)의 두께는 대략 2.5mm이다. 텅스텐의 제1 층(326)의 두께는 대략 1200nm이고 은의 제2 층(328)의 두께는 대략 15nm이다. 제1 층(326)은 물리적 증기 증착(PVD)에 의해 다공성 부재(324) 상에 직접 증착되고, 그런 다음 제2 층(328)이 역시 PVD에 의해 제1 층(326) 상에 증착되었다. 제1 층(326) 및 제2 층(328)에 대한 전술한 두께는 다공성 부재(324)의 기공들을 충진하거나 차단하지 않고 유체 투과성 히터(322)에 대해 충분한 전기 전도성을 제공하여, 히터가 증착되는 다공성 외부 표면이 다공성으로 유지되도록 한다. 숙련자라면, 예를 들어 본 출원에서 앞서 논의된 바와 같이 적절한 물질과 두께의 서로 다른 조합이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 히터 조립체(400)의 단면에 대한 개략도이다. 다시 말하면, 도면은 축척에 비례하지 않는다. 히터 조립체는, 유체 투과성 히터가 추가적인 제3 층(432)을 포함하는 것을 제외하고는, 도 3에 도시된 히터 조립체(300)와 실질적으로 동일하다. 아래의 설명에서, 유사한 참조 번호는 도 3에 도시된 히터 조립체(300)와 공통되는 그러한 부분들을 지정하는 데 사용되었다.
히터 조립체(400)는 다공성 부재(424) 및 다공성 부재(424)의 제1 말단(424a)의 다공성 외부 표면 상에 증착된 다중층 유체 투과성 히터(422)를 포함하고 있다. 유체 투과성 히터(422)는 텅스텐의 제1 층(326) 및 은의 제2 층(328)으로 형성된 것이다. 유체 투과성 히터는 다공성 부재(424)와 제1 층(426) 사이에 배열된 제3 층(432)을 더 포함하고 있다. 제3 층(432)은 탄탈륨으로 형성되고 약 15nm 두께이다. 탄탈륨의 층은 다공성 부재(424)에 대한 유체 투과성 히터의 접착을 개선하는 데 도움이 된다. 제3 층(432)의 두께는 히터의 전체 두께와 비교하여 상대적으로 작으므로, 이러한 추가 층은 다공성 부재(324)의 기공들을 충진하거나 차단하지 않고 첨가되어서 히터가 피착되는 다공성 외부 표면이 다공성으로 유지되도록 한다. 숙련자라면, 예를 들어 본 출원에서 앞서 논의된 바와 같이 적절한 물질과 두께의 서로 다른 조합이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 5는 본 발명의 한 구현예에 따른 히터 조립체(500)의 일부의 확대된 단면에 대한 개략도이다. 다공성 부재(524)는 함께 소결된 복수의 입자들 또는 분말들(524c)을 포함하고 있다. 입자들의 크기 및 소결 정도는 다공성 부재(524) 내의 다공도 및 기공들의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 더 낮은 다공도가 요구되는 경우, 소결이 증가된 더 작은 입자들이 사용될 수 있고, 더 높은 다공도가 요구되는 경우, 소결이 적은 더 큰 입자가 사용될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재(531)는 다공성 부재(524)의 기공들 내에서 발생하는 모세관 작용에 의해 다공성 부재(524)를 통해 운반된다. 액체 에어로졸 형성 기재는 액체 에어로졸 형성 기재의 저장소와 접촉하여 다공성 부재(524)의 제2 말단(524b)으로부터 유체 투과성 히터(522)를 갖는 제1 말단(524a)으로 운반되어, 기화된 에어로졸 형성 기재(531a)가 다공성 부재(524)의 제1 말단(524a)에 배열된 다공성 외부 표면 내의 기공들로부터 방출되도록 한다.
유체 투과성 히터(522)는 다공성 부재(524)의 제1 말단(524a)에서 PVD에 의해 다공성 외부 표면 상에 증착된다. 유체 투과성 히터(522)는 다수의 층을 포함하지만, 단순화를 위해, 이들은 도 5에 도시되어 있지 않다. 다수의 층은 증착된 전기 전도성 물질의 제1 층 및 제1 층보다 높은 전기 전도성을 갖는 증착된 전기 전도성 물질의 제2 층을 포함하고 있다. 제2 층은 유체 투과성 히터(522)의 전기 저항을 요구되는 저항까지 변형시킨다. 유체 투과성 히터(522)는 다공성 부재에 대한 제1 층의 접착을 개선하기 위해 다공성 부재(524)와 제1 층 사이에 배치된 접착 층과 같은 제3 층(미도시함)을 또한 가질 수 있다.
유체 투과성 히터(522)는 다공성 부재(524)의 제1 말단(524)에서 다공성 외부 표면 내로 부분적으로 확산되는데, 즉 유체 투과성 히터(522)는 다공성 외부 표면의 기공들 내로 부분적으로 연장된다. 이는 유체 투과성 히터(522)와 다공성 부재(524) 사이의 접촉을 개선하는 데 도움을 주며, 히터(522)와 다공성 부재(524) 사이의 접착을 증가시키는 것을 돕는다. 다공성 부재(524)의 다공도 및 유체 투과성 히터(522)의 두께는 다공성 부재(524)의 제1 말단(524)에서 다공성 외부 표면 내에 기공들을 개방된 상태로 두도록, 즉 기공들을 차단하지 않도록 선택될 수 있다. 도 5는 다공성 부재(514)를 통해 투과된 액체 에어로졸 형성 기재가 유체 투과성 히터(522)에서 기화되고, 기화된 에어로졸 형성 기재(531a)로서 유체 투과성 히터(522) 내의 개방된 기공들로부터 방출되도록 개방된 상태의 기공들을 보여주고 있다.
도 6은 본 발명의 한 구현예에 따른 히터 조립체의 일부의 150x 배율에서 취한 주사 전자 현미경 이미지이다. 히터 조립체는 PVD에 의해 다공성 부재 상에 제1 층으로서 증착된 텅스텐 층을 갖는 석영 다공성 부재를 포함하며, 상기 층은 약 1200nm의 평균 두께를 갖는다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 석영 다공성 부재 내의 기공들, 즉 도 6의 석영 입자들 사이의 어두운 영역은 개방된 상태로 남아 있고 제1 층의 이러한 두께에 의해 차단되지 않는다. 도 6은 제2 층의 증착 이전의 히터 조립체를 보여주고 있다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 제2 층의 두께, 즉 10 내지 20nm는, 제1 층의 두께와 비교하여 상대적으로 얇으므로 제1 층 상의 증착이 기공들을 차단할 가능성이 적다.
도 7은 본 발명의 한 구현예에 따른 히터 조립체의 일부의 150x 배율에서 취한 주사 전자 현미경 이미지이다. 히터 조립체는 PVD에 의해 다공성 부재 상에 제1 층으로서 증착된 텅스텐 층을 갖는 유리 섬유 다공성 부재를 포함하며, 상기 층은 대략 500nm의 평균 두께를 갖는다. 도 7로부터 볼 수 있는 바와 같이, 유리 섬유 다공성 부재 내의 기공들, 즉 도 7의 유리 섬유들 사이의 어두운 영역은 개방된 상태로 남아 있고 제1 층의 이러한 두께에 의해 차단되지 않는다. 도 7은 제2 층의 증착 이전의 히터 조립체를 보여주고 있다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 제2 층의 두께, 즉 10 내지 20nm는, 제1 층의 두께와 비교하여 상대적으로 얇으므로 제1 층 상의 증착이 기공들을 차단할 가능성이 적다.

Claims (15)

  1. 에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체로서, 상기 히터 조립체는,
    액체 에어로졸 형성 기재를 가열하여 에어로졸을 형성하기 위한 유체 투과성 히터;
    액체 에어로졸 형성 기재를 상기 유체 투과성 히터에 전달하기 위한 다공성 부재를 포함하고,
    상기 유체 투과성 히터는 상기 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 증착되며, 상기 유체 투과성 히터는:
    증착된 전기 전도성 물질의 제1 층;
    증착된 전기 전도성 물질의 제2 층을 포함하고, 상기 제2 층의 전기 전도성이 상기 제1 층의 전기 전도성보다 커서 상기 제2 층이 상기 유체 투과성 히터의 전기 저항을 요구된 저항으로 변형하도록 하는, 히터 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 상기 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 직접 증착되는 것인, 히터 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유체 투과성 히터는 상기 다공성 부재의 다공성 외부 표면과 상기 제1 층 사이에 배열된 제3 층을 더 포함하는 것인, 히터 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제3 층은 접착층으로서 작용하여 상기 제1 층과 상기 다공성 부재의 다공성 외부 표면 사이의 접착을 개선하는 것인, 히터 조립체.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제3 층은 탄탈륨, 티타늄 및 크롬 중 하나 이상으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인, 히터 조립체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 제1 층 상에 증착되는 것인, 히터 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 층은 5x10-8 Ωm 미만의 저항률을 갖는 물질을 포함하는 것인, 히터 조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 층의 두께는 10 내지 20nm인 것인, 히터 조립체.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 층의 두께는 10 내지 20nm인 것인, 히터 조립체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 유체 투과성 히터의 전기 저항을 0.3 내지 4 옴, 더욱 구체적으로는 0.5 내지 1.5 옴, 더욱 더 구체적으로는 1 옴으로 변형시키는 것인, 히터 조립체.
  11. 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지로서, 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하기 위한 액체 저장부; 및 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 히터 조립체를 포함하는, 카트리지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 유체 투과성 히터는 상기 다공성 부재의 다공성 제1 말단 상에 증착되고, 상기 다공성 부재의 제2 말단은 내부에 있는 액체 에어로졸 형성 기재와 접촉하기 위해 상기 액체 저장부 내로 연장되어 있는 것인, 카트리지.
  13. 에어로졸 발생 시스템으로서:
    에어로졸 발생 장치; 및
    제11항 또는 제12항에 따른 카트리지를 포함하며,
    상기 카트리지는 상기 에어로졸 발생 장치에 착탈식으로 연결되고, 상기 에어로졸 발생 장치는 히터 조립체용 전력 공급부를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  14. 에어로졸 발생 시스템용 히터 조립체를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
    다공성 부재를 제공하는 단계;
    유체 투과성 히터를 상기 다공성 부재의 다공성 외부 표면 상에 증착시키는 단계를 포함하되, 상기 유체 투과성 히터는,
    증착된 전기 전도성 물질의 제1 층;
    증착된 전기 전도성 물질의 제2 층을 포함하고;
    상기 제2 층의 전기 전도성은 상기 제1 층의 전기 전도성보다 커서 상기 제2 층이 상기 유체 투과성 히터의 전기 저항을 요구되는 저항으로 변형하도록 하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 층은 물리적 기상 증착(PVD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)에 의해 증착되는 것인, 방법.
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