KR20210098498A - 분무기 및 분무기를 포함하는 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

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KR20210098498A
KR20210098498A KR1020217020240A KR20217020240A KR20210098498A KR 20210098498 A KR20210098498 A KR 20210098498A KR 1020217020240 A KR1020217020240 A KR 1020217020240A KR 20217020240 A KR20217020240 A KR 20217020240A KR 20210098498 A KR20210098498 A KR 20210098498A
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aerosol
nebulizer
housing
fluid permeable
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KR1020217020240A
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알리 뮈라 세이길리
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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

전기 가열식 에어로졸 발생 시스템용 분무기로서:
공기 유입구(16) 및 공기 유출구(28)를 정의하는 분무기 하우징(31), 응축된 형태의 에어로졸 형성 기재를 함유하기 위한 저장부 부분, 공기 유입구와 공기 유출구 사이에서 길이방향으로 연장되어 있는 기류 통로(22)로서, 분무기 하우징은 저장부 부분 및 기류 통로를 정의하는 기류 통로, 및 평면형 유체 투과성 가열 요소(32)로서, 평면형 유체 투과성 가열 요소의 한 측면이 기류 통로와 유체 연통하고 평면형 유체 투과성 가열 요소의 대향 측면이 저장부(45) 내의 액체와 유체 연통하도록 기류 통로와 저장부 사이에 위치되어 있고, 여기서 평면형 유체 투과성 가열 요소는 길이방향으로 연장되어 있는, 평면형 유체 투과성 가열 요소를 포함하는, 분무기.

Description

분무기 및 분무기를 포함하는 에어로졸 발생 시스템
본 발명은 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 콤팩트하고 제조가 간단하지만 효율적인 에어로졸 생산을 제공하는 사용자 흡입용 에어로졸을 생성하는 가열식 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
하나의 유형의 에어로졸 발생 시스템은 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸을 발생시키는 전기 가열식 흡연 시스템이다. 전기 가열식 흡연 시스템은 다양한 형태로 제공된다. 한 가지 흔한 유형의 전기 흡연 시스템은 액체 기재를 증발시켜 에어로졸을 형성하는 전자 담배이다. 전자 담배의 가장 초기 설계는 심지 둘레에 래핑된 코일 히터를 사용하였다. 보다 최근의 설계는 메쉬 가열 요소를 사용하며, 메쉬 가열 요소는 증발된 기재가 메쉬를 통과할 수 있게 한다.
WO2015/117702A는 액체 기재를 가열하여 에어로졸을 형성하는 에어로졸 발생 시스템을 기술한다. 가열은 가열 필라멘트의 메쉬를 사용하여 달성된다. 액체는 메쉬의 한 측면 상의 모세관 재료에 의해 액체 저장부로부터 메쉬로 운반된다. 기류 채널은 메쉬의 다른 측면 상에 있다. 증발된 액체 에어로졸 형성 기재는 메쉬를 통해 기류 채널 내로 통과한다.
그러나, 현재의 메쉬 가열 요소 설계는 비교적 부피가 크고 제조하기에 복잡하다. 소비자는 종래의 궐련에 크기가 더 가까운 더 작은 장치를 선호하는 것으로 밝혀졌다. 제조하기는 간단하지만 사용자를 만족시키기에 충분한 에어로졸 부피를 여전히 생성할 수 있는 견고하고 콤팩트한 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
일 측면에서, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템용 분무기가 제공되어 있으며, 상기 시스템은,
공기 유입구 및 공기 유출구를 정의하는 분무기 하우징,
응축된 형태의 에어로졸 형성 기재를 함유하기 위한 저장부 부분,
상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 사이에서 길이방향으로 연장되어 있는 기류 통로로서, 상기 분무기 하우징은 상기 저장부 부분과 상기 기류 통로를 정의하는, 상기 기류 통로, 및
상기 기류 통로와 상기 저장부 사이에 위치되어 있는 평면형 유체 투과성 가열 요소로서, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 한 측면이 상기 기류 통로와 유체 연통하고 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 대향 측면이 상기 저장부 내의 액체와 유체 연통하도록 하고, 상기 길이방향으로 연장되어 있는, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소를 포함하고 있다.
기류 통로의 적어도 일부분은 평면형 유체 투과성 가열 요소와 분무기 하우징 사이에 정의될 수 있다.
이러한 맥락에서, 응축된 형태는 액체, 고체, 겔 또는 기타 비-기체 형태를 의미한다. 몇몇 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 액체 혼합물을 포함하고 있다.
이러한 맥락에서, 평면형은 3차원에서보다는 2차원으로 실질적으로 연장하는 것을 의미한다. 특히, 평면형 유체 투과성 가열 요소는 두께 방향보다는 실질적으로 길이 및 폭 방향으로 연장된다. 평면형 유체 투과성 가열 요소는 그의 두께보다 적어도 5배 더 큰 길이 및 폭을 가질 수 있다. 평면형 유체 투과성 가열 요소의 길이는 길이방향에 평행할 수 있다. 평면형 유체 투과성 가열 요소는, 바람직하게는 평편하다.
분무기 하우징은 길이, 폭 및 두께를 가질 수 있고 그의 길이 및 폭보다 상당히 더 작은 두께를 가질 수 있다. 분무기 하우징의 두께 방향은 가열 요소의 두께 방향과 동일할 수 있다.
본 발명의 이러한 측면의 배열은 가열 요소의 주어진 크기에 대해 작은 크기를 갖는 분무기가 만들어질 수 있게 하는 이점을 갖는다. 특히, 분무기는 한 치수가 얇게 만들어질 수 있어서, 분무기 및 잠재적으로 전체 에어로졸 발생 시스템이 사용자의 주머니에 쉽게 끼워질 수 있게 한다. 이는 사용자에게 인기가 있다.
에어로졸 형성 기재는 실온에서 액체일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실온에서 고체일 수 있거나, 실온에서 겔과 같은 다른 응축된 형태일 수 있다.
가열 요소에 의한 에어로졸 형성 기재의 가열은 에어로졸 형성 기재로부터 증기로서 휘발성 화합물을 방출할 수 있다. 그런 다음, 증기는 기류 통로 내에서 냉각되어 에어로졸을 형성할 수 있다.
가열 요소는 저항 가열에 의해 작동되도록 구성될 수 있다. 즉, 가열 요소는 전류가 가열 요소를 통과할 때 열을 발생시키도록 구성될 수 있다.
가열 요소는 유도 가열에 의해 작동되도록 구성될 수 있다. 즉, 가열 요소는 작동 시, 서셉터 내에 유도된 와전류에 의해 가열되는 서셉터를 포함할 수 있다. 히스테리시스 손실은 또한 유도 가열에 기여할 수 있다.
상기 가열 요소는 전도에 의해 상기 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배열될 수 있다. 가열 요소는 에어로졸 형성 기재와 유체 연통, 예를 들어, 직접 또는 간접 접촉할 수 있다.
가열 요소는 유체 투과성이다. 가열 요소는 에어로졸 형성 기재로부터의 증기가 가열 요소를 통해 기류 통로 내로 통과할 수 있게 한다. 가열 요소의 한 측면은 기류 통로와 유체 연통할 수 있고, 가열 요소의 대향 측면은 에어로졸 형성 기재와 유체 연통할 수 있다.
가열 요소는 메쉬, 천공된 플레이트 또는 천공된 호일일 수 있다.
가열 요소는 복수의 전기 전도성 필라멘트로부터 형성된 메쉬를 포함할 수 있다. 전기 전도성 필라멘트는 필라멘트 사이의 간극을 정의할 수 있고, 이 간극은 10μm 내지 100μm의 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는 필라멘트들은 간극들에서 모세관 작용을 일어나게 해서, 사용시, 증발될 액체 에어로졸 형성 기재가 간극들로 흡인되어, 히터 조립체와 액체 간의 접촉 면적을 증가시킨다.
전기 전도성 필라멘트는 160 내지 600 메쉬 US(± 10%) 크기(즉, 인치당 160 내지 600 필라멘트(± 10%))의 메쉬를 형성할 수 있다. 간극의 폭은, 바람직하게는 75μm 내지 25μm이다. 메쉬의 총 면적에 대한 간극들의 면적의 비인 메쉬의 개방 면적의 백분율은 바람직하게는 25% 내지 56%이다. 메시는 상이한 유형의 직조(weave) 또는 격자(lattice) 구조를 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 전기 전도성 필라멘트는 서로 평행하게 배열된 필라멘트의 어레이로 이루어진다.
전기 전도성 필라멘트는 8μm 내지 100μm, 바람직하게는 8μm 내지 50μm, 보다 바람직하게는 8μm 내지 39μm의 직경을 가질 수 있다.
전기 전도성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물의 면적은 10 내지 100mm2, 예를 들어, 10 내지 30mm2, 또는 예를 들어, 30 내지 100mm2일 수 있다. 전기 전도성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물은, 예를 들어 직사각형일 수 있고, 10mm x 5mm의 치수를 가질 수 있다.
전기 전도성 필라멘트들은 임의의 적절한 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 적합한 재료는, 도핑된 세라믹, 전기 "전도성" 세라믹(예를 들어, 이규화 몰리브덴와 같은), 탄소, 그래파이트, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 재료와 금속 재료로 만든 복합 재료와 같은 반도체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이러한 복합 재료는 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적합한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다. 적합한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 백금족의 금속을 포함한다. 적합한 금속 합금의 예는 스테인리스 스틸, 콘스탄탄(Constantan), 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브데넘-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간- 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 스틸을 기본으로 하는 초합금, Timetal®, 철-알루미늄 기재 합금, 및 철-망간-알루미늄 기재 합금을 포함한다. Timetal®은 티타늄 메탈사(Titanium Metals Corporation)의 등록 상표이다. 필라멘트는 하나 이상의 절연체로 코팅될 수 있다. 전기 전도성 필라멘트용으로 바람직한 재료는, 304, 316, 304L, 316L 스테인리스 스틸 및 흑연이다.
히터 요소의 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 바람직하게 0.3 내지 4 옴(Ohms)이다. 더욱 바람직하게, 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 0.3 내지 3옴, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 1옴 또는 약 0.55옴이다.
분무기는 가열 요소에 고정된 전기 접촉부를 포함할 수 있다. 전류는 전기 접촉부를 통해 가열 요소로 그리고 가열 요소로부터 통과될 수 있다. 전기 전도성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 바람직하게는 전기 접촉부들의 전기 저항보다 적어도 10의 1승, 더 바람직하게는 10의 2승만큼 더 크다. 이는 전기 접촉부에 의해서가 아니라 가열 요소에 의해 열이 발생되는 것을 보장한다.
분무기는 평면형 유체 투과성 가열 요소가 지지되는 히터 장착 부분을 포함할 수 있으며, 히터 장착 부분은, 유체가 평면형 유체 투과성 가열 요소를 통해 저장부로부터 기류 통로로 통과할 수 있도록 분무기 하우징 내에 수용되고 저장부와 기류 통로 사이에 위치되어 있다. 유체는 평면형 유체 투과성 가열 요소의 두께 방향으로 저장부로부터 기류 통로로 통과할 수 있다. 히터 장착 부분은 전기 접촉부를 지지할 수 있다.
히터 장착 부분은 기류 통로로부터 저장부 부분을 분할하기 위해 분무기 하우징에 압입 끼워맞춤될 수 있다. 히터 장착 부분은 평면형 유체 투과성 가열 요소를 지지하는 말단면 및 말단면으로부터 연장되어 있는 적어도 하나의 측벽면을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 측벽면과 말단면은 함께 말단이 개방된 공동을 제공할 수 있다. 말단이 개방된 공동은 저장부 부분의 전부 또는 일부를 형성할 수 있다.
히터 장착 부분은 길이방향 축에 직교하는 방향으로 분무기 하우징에 압입 끼워맞춤될 수 있다. 히터 장착 부분의 적어도 하나의 측벽면은 분무기 하우징과 맞물려서 액체 밀봉부를 제공할 수 있다.
분무기는 분무기의 공기 유입구 말단에 위치되어 있고 분무기 하우징의 외부로부터 접근 가능한 복수의 전기 접촉 요소를 포함할 수 있으며, 전기 접촉 요소는 평면형 유체 투과성 가열 요소에 전기적으로 연결되거나 연결 가능하다.
분무기 하우징은 히터 장착 부분이 통과할 수 있는 보어를 포함할 수 있다. 분무기 하우징은 보어를 밀봉하도록 구성되어 있는 덮개를 포함할 수 있다. 덮개는 보어와 기밀 밀봉을 제공하기 위해 보어에 압입 끼워맞춤될 수 있다. 작동 시, 덮개는 적어도 하나의 전기 접촉부가 대응하는 전기 접촉 요소와 전기적으로 연결을 보장하기 위해 사용자에 의해 눌려질 수 있다.
에어로졸 형성 기재 챔버는 가열 요소에 대한 에어로졸 형성 기재의 공급을 보장하도록 구성되어 있는 모세관 재료 또는 다른 액체 유지 재료를 포함할 수 있다. 모세관 재료 또는 다른 액체 유지 재료는 히터 마운트 내에 보유될 수 있다.
모세관 재료는 섬유상 또는 스펀지 구조를 가질 수 있다. 모세관 재료는, 바람직하게는 모세관 다발을 포함하고 있다. 예를 들어, 모세관 재료는 복수의 섬유 또는 스레드(thread) 또는 기타 미세 보어(bore) 튜브를 포함할 수 있다. 섬유 또는 스레드는 액체를 히터에 전달하도록 전체적으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 모세관 재료는 스펀지류 또는 발포체류의 재료를 포함할 수 있다. 모세관 재료의 구조는 액체가 모세관 작용에 의해 수송될 수 있는 복수의 작은 보어 또는 관을 형성한다. 모세관 물질은 임의의 적합한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료의 예는 스펀지 또는 발포체 재료, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 그래파이트계 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.
모세관 재료는 가열 요소의 전기 전도성 필라멘트들과 유체 연통, 예를 들어, 직접 또는 간접 접촉하고 있을 수 있다. 모세관 재료는 필라멘트 사이의 간격 내로 연장될 수 있다. 가열 요소는, 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 간격 내로 흡인할 수 있다.
하우징은 2개 이상의 다른 모세관 재료를 함유할 수 있고, 여기서 가열 요소와 접촉하는 제1 모세관 재료는 높은 열 분해 온도를 가지고, 제1 모세관 재료와 접촉하지만 가열 요소와는 접촉하지 않는 제2 모세관 재료는 낮은 열 분해 온도를 가진다. 제1 모세관 재료는 가열 요소를 제2 모세관 재료로부터 분리하는 스페이서로서 효과적으로 작용하여, 제2 모세관 재료가 그의 열 분해 온도를 초과하는 온도에 노출되지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "열 분해 온도"는, 재료가 분해되어 기체 부산물의 생성에 의해 질량을 잃기 시작하는 온도를 의미한다. 제2 모세관 재료는, 제1 모세관 재료보다 큰 용적을 유리하게 점유할 수 있고, 제1 모세관 재료의 에어로졸 형성 기재보다 많은 에어로졸 형성 기재를 보유할 수 있다. 제2 모세관 재료는 제1 모세관 재료보다 뛰어난 수분 운반(wicking) 성능을 가질 수 있다. 제2 모세관 재료는 제1 모세관 재료보다 덜 비싸거나 높은 충진 성능을 가질 수 있다. 제2 모세관 재료는 폴리프로필렌일 수 있다.
분무기는 에어로졸 형성 기재로 재충진 가능할 수 있다. 저장부 재충진 포트는 분무기 하우징 또는 외부 하우징 내에 제공될 수 있다. 저장부 충진 포트는 저장부 캡에 의해 폐쇄될 수 있다. 저장부 부분은 약 1mL의 용량을 가질 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실온에서 액체일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실온에서 겔 또는 고체일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 캡슐 또는 정제의 형태로 제공될 수 있거나, 미립자 형태로 제공될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 방출될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는, 가열될 때 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 대안적으로 비-담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 담배 재료를 포함할 수 있다. 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. 에어로졸 형성 기재는 향미제 및 물과 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
분무기 하우징은 일체형 구성요소일 수 있다. 특히, 분무기 하우징은 일체형 몰딩일 수 있다. 이는 시스템의 간단한 조립을 가능하게 한다. 분무기는 외부 하우징을 포함할 수 있다. 분무기 하우징은 외부 하우징에 압입 끼워맞춤 또는 스냅 끼워맞춤될 수 있고, 분무기 하우징 및 외부 하우징은 에어로졸 형성 기재를 함유하기 위한 저장부를 함께 둘러싸고 있다. 분무기 하우징은 길이방향으로 외부 하우징에 압입 끼워맞춤 또는 스냅 끼워맞춤될 수 있다. 이는 매끄럽고 연속적인 외부 하우징을 가능하게 한다.
외부 하우징은 사용시 사용자의 입 안에 배치되는 마우스피스를 포함할 수 있다. 사용자는 마우스피스를 퍼핑하여 분무기에 의해 발생된 에어로졸을 마우스피스를 통해 밖으로 흡인할 수 있다. 마우스피스는 전기 접촉 요소의 노출된 부분에 대한 길이방향으로, 분무기의 대향 말단에 있을 수 있다. 교체 가능한 마우스피스 요소는 외부 하우징의 마우스피스 위에 배치될 수 있다. 교체 가능한 마우스피스는 외부 하우징보다 더 부드러운 재료로 제조될 수 있다.
기류 통로는 상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 사이에서 직선으로 연장될 수 있다. 이는 간단한 구성 및 조립을 허용하고, 기류 경로 내의 특정 위치에서 응축수가 모일 가능성을 감소시킨다. 또한, 직선형 기류 경로는 가열 요소의 부근에서 난류를 최소화하여, 일관된 액적 크기를 갖는 균질한 에어로졸을 초래한다.
분무기는 길이방향에 직교하는 직사각형 단면을 가질 수 있다. 이는 분무기가 사용자에 의해 쉽게 유지되고 조작될 수 있게 한다.
평면형 유체 투과성 가열 요소는 세장형일 수 있고 길이 및 폭 및 두께를 가질 수 있으며, 길이는 길이방향으로 있고 폭보다 크며, 폭은 두께보다 크다. 분무기의 길이방향으로 세장형인 가열 요소를 갖는 것은, 비교적 큰 표면적을 갖는 가열 요소가 슬림 분무기 내에 수용될 수 있게 한다. 가열 요소를 위한 큰 표면적은 비교적 큰 부피의 에어로졸이 발생될 수 있게 한다.
분무기는 카트리지의 일부를 형성할 수 있으며, 카트리지는 에어로졸 형성 기재를 함유한다. 대안적으로, 에어로졸 형성 기재를 함유하는 카트리지가 별도의 구성요소로서 분무기에 제공될 수 있다.
제2 측면에서, 카트리지가 제공되어 있으며, 카트리지는 제1 측면에 따른 분무기 및 에어로졸 형성 기재를 포함한다. 에어로졸 형성 기재는 저장부 부분에 적어도 부분적으로 함유될 수 있다.
제3 측면에서, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있으며, 상기 시스템은:
상기 제1 측면에 따른 분무기, 및 장치 부분을 포함하되,
여기서 상기 장치 부분은 전력 공급부 및 상기 전력 공급부에 연결된 제어 회로를 포함하고, 상기 분무기와 맞물려져 상기 전력 공급부로부터 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소로 전력 공급을 허용한다.
장치 부분은 길이방향과 정렬된 길이방향 축을 가질 수 있다.
시스템은 사용자가 공기 유출구를 통해 분무기에 의해 발생된 에어로졸 또는 증기를 흡인하기 위해 퍼핑할 수 있는 마우스피스를 포함할 수 있다. 마우스피스는 분무기와 일체형일 수 있으며, 별도의 구성요소로서 제공될 수 있다.
장치 부분은 특정 가열 전략에 따라 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 제어 회로는 시스템 상에서 사용자 퍼프를 검출하도록 구성되어 있는 퍼프 센서를 포함할 수 있다. 제어 회로는 퍼프 센서로부터의 출력에 의존하는 가열 요소로의 전력 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 회로는 사용자의 퍼프의 검출 후 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 제어 회로는 각 사용자 퍼프의 검출 후 미리 결정된 기간 동안 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
장치 부분, 특히 제어 회로는 0이 아닌, 제1 전력을 가열 요소에 공급하거나, 사용자 퍼핑 사이에서 제1 온도에서 또는 제1 온도 범위 내에서 가열 요소를 유지하기에 충분한 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 장치 부분, 특히 제어 회로는 사용자 퍼핑 동안 가열 요소에 제2 전력을 공급하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제2 전력은 제1 전력보다 크다.
사용자 퍼핑 사이에 가열 요소에 전력을 제공함으로써, 시스템에 의해 생성된 에어로졸의 부피를 유리하게 증가시킬 수 있다. 비교적 큰 표면적을 갖는 가열 요소와 조합하여, 이는 가열 요소를 위한 적당한 온도에서, 콤팩트한 장치에서 높은 부피의 에어로졸이 생산될 수 있게 한다.
제어 회로는 프로그래밍가능한 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 또는 주문형 반도체(ASIC)나 제어를 제공할 수 있는 다른 전기 회로일 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 제어 회로는 전자 구성요소를 더 포함할 수 있다. 제어 회로는 가열 요소에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전력은 시스템의 활성화에 이어서 가열 요소에 연속적으로 공급될 수 있거나 또는 개개의 퍼핑(puff-by-puff)을 토대로 하는 것 같이 간헐적으로 공급될 수 있다. 전력은 전류 펄스의 형태로 가열 요소에 공급될 수 있다.
상기 시스템은 전기 가열식 흡연 시스템일 수 있다. 시스템은 니코틴 전달 시스템일 수 있다. 저장부 부분은 니코틴을 포함하는 에어로졸 형성 기재를 함유할 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 10mm 내지 50mm의 폭을 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 3mm 내지 대략 10mm의 두께를 가질 수 있다.
전력 공급원은 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.
제4 측면에서, 사용자가 에어로졸을 흡인하기 위해 퍼핑할 수 있는 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있으며, 상기 시스템은:
분무기, 및 장치 부분을 포함하고,
여기서 상기 분무기는:
공기 유입구 및 공기 유출구를 정의하는 분무기 하우징,
액체 에어로졸 형성 기재를 함유하기 위한 저장부 부분,
상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 사이에서 길이방향으로 연장되어 있는 기류 통로, 및
상기 기류 통로와 상기 저장부 사이에 위치되어 있는 평면형 유체 투과성 가열 요소로서, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 한 측면이 상기 기류 통로와 유체 연통, 예를 들어, 직접 또는 간접 접촉하고 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 대향 측면이 상기 저장부 내의 액체와 유체 연통, 예를 들어, 직접 또는 간접 접촉하도록 하고, 여기서 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소는 세장형이고 길이 및 폭 및 두께를 가지고, 상기 길이는 상기 길이방향이고 상기 폭보다 크며, 상기 폭은 두께보다 큰, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소를 포함하고; 그리고
여기서 상기 장치 부분은 전력 공급부 및 상기 전력 공급부에 연결된 제어 회로를 포함하고, 상기 분무기와 맞물려져 상기 전력 공급부로부터 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소로의 전력 공급을 가능하게 하고, 상기 장치 부분은 상기 가열 요소에 전력을 공급해서 상기 가열 요소에 제1 전력을 공급하거나, 또는 사용자 퍼핑 사이에서 적어도 상기 가열 요소를 제1 온도에서 또는 제1 온도 범위 내에서 유지하기에 충분한 전력을 공급하도록 구성되어 있다.
장치 부분은 사용자 퍼핑 동안 가열 요소에 제2 전력을 공급하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제2 전력은 제1 전력보다 크다.
시스템은, 히터 조립체 및 전기 전원에 연결된 제어 회로를 더 포함할 수 있고, 제어 회로는, 가열 요소의 또는 가열 요소의 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항을 감시하고, 가열 요소의 전기 저항 또는 특히 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항에 의존하는 전력 공급원으로부터 가열 요소로의 전력 공급을 제어하도록 구성되어 있다.
*제어 회로는 프로그래밍가능한 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 또는 주문형 반도체(ASIC)나 제어를 제공할 수 있는 다른 전기 회로일 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 제어 회로는 전자 구성요소를 더 포함할 수 있다. 제어 회로는 가열 요소에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전력은 시스템의 활성화에 이어서 가열 요소에 연속적으로 공급될 수 있거나 또는 개개의 퍼핑(puff-by-puff)을 토대로 하는 것 같이 간헐적으로 공급될 수 있다. 전력은 전류 펄스의 형태로 가열 요소에 공급될 수 있다.
상기 전력 공급부는 하우징의 본체 내부에, 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.
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 10mm 내지 50mm의 폭을 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 3mm 내지 대략 10mm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 제5 측면에서, 에어로졸 발생 시스템용 카트리지가 제공되어 있으며, 상기 카트리지는:
공기 유입구와 공기 유출구를 정의하는 카트리지 하우징,
*에어로졸 형성 기재,
상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 사이에서 길이방향으로 연장되어 있는 기류 통로, 및
평면형 유체 투과성 가열 요소를 포함하는 히터 조립체로서, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 한 측면이 상기 기류 통로와 유체 연통, 예를 들어, 직접 또는 간접 접촉하고 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 대향 측면이 에어로졸 형성 기재와 유체 연통, 예를 들어, 직접 또는 간접 접촉하도록, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소가 상기 기류 통로와 상기 에어로졸 형성 기재 사이에 위치되어 있는, 상기 히터 조립체를 포함하고 있고, 여기서 상기 카트리지 하우징은 상기 길이방향으로 연장되어 있는 벽면을 포함하고, 상기 히터 조립체가 수용되어 있는 상기 벽면 내에 보어를 포함하고 있다.
카트리지는 보어 내에 수용되고 히터 조립체를 덮도록 구성되어 있는 덮개를 더 포함할 수 있다. 기류 통로의 일부는 가열 요소와 덮개 사이에 정의될 수 있다. 덮개는 버튼으로서 기능하도록 구성될 수 있다. 특히, 카트리지는 히터 조립체와 덮개 사이에 위치되어 있는 하나 이상의 전기 접촉 요소를 더 포함할 수 있다. 사용자는 전기 접촉 요소가 히터 조립체와 접촉하도록 강제하기 위해 덮개를 누를 수 있다. 작동 시, 전력은 전기 접촉 요소를 통해 히터 조립체에 제공될 수 있다. 전력이 가열 요소에 공급될 때, 이는 에어로졸 형성 기재 내의 휘발성 화합물을 증발시키기에 충분히 가열될 수 있으며, 이는 후속하여 에어로졸을 형성한다. 가열 요소는 제1 측면과 관련하여 설명된 바와 같을 수 있다.
덮개는 기밀 밀봉을 제공하기 위해 카트리지 하우징에 압입 끼워맞춤될 수 있다. 덮개는 기계적 인터락에 의해 또는 스냅 끼워맞춤에 의해 카트리지 하우징 내에 유지될 수 있다. 덮개는 카트리지를 에어로졸 형성 기재로 재충진할 수 있거나 히터 조립체의 교체할 수 있도록 제거 가능할 수 있다. 카트리지 하우징은 사용 시, 사용자에 의해 파지되는 외부 하우징일 수 있다.
이러한 배열은 직관적 사용자 인터페이스를 위한 간단한 구성을 제공한다. 사용자는 에어로졸을 생성하기 위해, 덮개를 눌러 가열 요소에 전력을 전달해야 한다.
*본 발명의 일 측면에 관하여 전술된 특징들은 본 발명의 다른 측면에 적용할 수 있다는 점이 명백해야 한다. 예를 들어, 부드럽고 교체 가능한 마우스피스 요소가 본 발명의 각 측면에 제공될 수 있다.
설명된 본 발명의 측면은 컴팩트하고 견고한 에어로졸 발생 시스템의 구성을 가능하게 한다. 특히, 세장형이고 두께 방향으로 낮은 프로파일을 갖는 시스템이 가능하다. 시스템은 전기 흡연 시스템의 사용자를 만족시키기에 충분한 상당한 부피의 에어로졸을 생성할 수 있다. 시스템은 자동화된 프로세스를 사용하여 간단하게 제조될 수 있다.
이제 본 발명의 구현예는 단지 예시로서 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이며, 첨부 도면 중,
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템의 개략도이며;
도 2는 본 개시의 한 구현예에 따른 카트리지의 단면이며;
도 3은 도 2의 카트리지의 분해도이며;
도 4는 본 개시의 제2 구현예에 따른 카트리지의 사시도이며;
도 5a는 도 4의 카트리지를 통한 제1 단면이며;
도 5b는 도 4의 카트리지를 통한 제2 단면이며;
도 6은 본 개시의 제3 구현예에 따른 카트리지의 사시도이며;
도 7은 도 6의 카트리지의 부분 투명한 사시도이며;
도 8은 도 6의 카트리지를 통한 단면도이며; 및
도 9는 도 6의 카트리지의 분해도이다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템의 개략도이다. 에어로졸 발생 시스템은 사용자 흡입용 에어로졸을 발생시키도록 구성되어 있는 핸드헬드식 흡연 시스템이다. 특히, 도 1에 도시된 시스템은 니코틴 및 향미 화합물을 함유하는 에어로졸을 발생시키는 흡연 시스템이다.
도 1의 시스템은 2개의 부분들, 즉 장치 부분(10) 및 카트리지(20)를 포함하고 있다. 사용 시, 카트리지(20)는 장치 부분(10)에 부착되어 있다.
장치 부분(10)은 재충전식 배터리(12) 및 전기 제어 회로(14)를 보유하는 장치 하우징(18)을 포함하고 있다. 재충전식 배터리(12)는 리튬 인산 철 배터리이다. 제어 회로(14)는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서 및 기류 센서를 포함하고 있다.
카트리지(20)는 스냅 끼워맞춤 연결에 의해 장치 하우징(18)에 부착되어 있는 카트리지 하우징(34)을 포함하고 있다. 카트리지 하우징(34)은 본 실시예에서 가열 요소(32)인 에어로졸 발생 요소를 보유한다. 가열 요소(32)는 저항성 가열 요소일 수 있다. 설명되는 바와 같이 제어 회로의 제어 하에 배터리(12)로부터 가열 요소에 전력이 제공된다. 카트리지는 또한 기재 챔버(30) 내에 에어로졸 형성 기재를 보유한다. 본 실시예에서, 에어로졸 형성 기재는 실온에서 액체 혼합물이며, 니코틴, 향미, 글리세롤 또는 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제, 및 물을 포함하고 있다. 모세관 재료(33)는 기재 챔버(30) 내에 제공되어 있고, 중력에 대한 시스템의 배향에 관계없이, 가열 요소로의 에어로졸 형성 기재의 전달을 촉진하도록 배열되어 있다.
기류 통로(22)는 시스템을 통해 정의된다. 본 실시예에서, 기류 통로의 일부는 카트리지(20)를 관통하고, 기류 통로의 일부는 장치 부분(10)을 관통한다. 제어 회로에 포함된 기류 센서는 장치 부분 내의 기류 통로의 부분을 통한 기류를 검출하도록 위치되어 있다. 기류 통로는 공기 유입구(16)로부터 공기 유출구(28)로 연장되어 있다. 공기 유출구(28)는 카트리지의 마우스피스 말단 내에 있다. 사용자가 카트리지의 마우스피스 말단을 퍼핑할 때, 공기는 기류 통로(22)를 통하여, 공기 유입구(16)에서 공기 유출구(28)로 흡인된다.
기류 통로의 일부는 분무 챔버(23)를 형성한다. 가열 요소(32)는 분무 챔버 내에 위치되어 있다. 가열 요소(32)는 세장형 스테인리스 스틸 메쉬 가열 요소이다. 가열 요소(32)는 일반적으로 평면형이며, 한 측면은 기재 챔버(30) 내 액체와 유체 연통, 예를 들어, 직접 또는 간접 접촉하고, 대향 측면은 분무 챔버(23)를 통과하는 공기와 유체 연통, 예를 들어, 직접 또는 간접 접촉한다. 작동 시, 가열 요소에 의해 가열된 액체 에어로졸 형성 기재가 증발되어 증기를 형성한다. 증기는 메쉬 가열 요소를 통해 분무 챔버 내로 통과할 수 있다. 증기는 분무 챔버(23)를 통해 흐르는 공기에 연행되고 냉각되어 공기 유출구(28)를 통해 시스템을 빠져나가기 전에 에어로졸을 형성한다. 가열 요소(32)는 기류 통로의 범위에 평행한 방향으로 세장형이다.
유입구 필터(24)가 가열 요소의 상류측 상의 기류 통로에 제공되어 있다. 유출구 필터(26)는 가열 요소의 하류측 상의 기류 통로에 제공되어 있다. 이러한 맥락에서, 상류 및 하류는 의도된 방식으로 장치를 사용하는 동안 기류 통로(22)를 통과하는 기류의 방향을 참조하여 정의된다. 분무 챔버는 유입구 필터와 유출구 필터 사이에 위치되어 있다.
유입구 필터(24)는 메쉬를 포함하고 있다. 메쉬는 특정 직경보다 큰 직경을 갖는 액체 액적이 공기 유입구(24)를 통해 분무 챔버(23)를 이탈하는 것을 방지한다. 유사하게, 유출구 필터(26)는 메쉬를 포함하고 있다. 유출구 필터 메쉬는 특정 직경보다 큰 직경을 갖는 액체 액적이 공기 유출구(26)를 통해 분무 챔버(23)를 이탈하는 것을 방지한다. 유입구 필터의 메쉬는 유출구 필터의 메쉬와 동일하거나 상이할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하여 특정 예가 상세히 설명된다.
장치 부분과 카트리지의 이러한 예로 이루어진 시스템은 그 폭 또는 그 두께보다 상당히 큰 길이를 갖는 세장형이다. 마우스피스 말단은 시스템의 길이의 한 말단에 있다. 이러한 형상은 시스템을 사용할 때 사용자가 한 손으로 시스템을 편안하게 잡을 수 있게 한다. 시스템의 길이는 길이방향으로 연장된다고 할 수 있다. 기류 통로는 유체 투과성 가열 요소(32)를 지나 길이방향으로 연장되어 있다. 유체 투과성 가열 요소는 일반적으로 평면이고 길이방향에 평행하게 연장되어 있다. 가열 요소는 또한 세장형일 수 있으며, 그 길이는 길이방향으로 연장되어 있다. 이러한 배열은 비교적 큰 표면적을 갖는 가열 요소가 슬림하고, 유지가 용이한 시스템에 수용될 수 있게 한다.
작동 시, 가열 요소는 사용자 퍼핑 동안에만 활성화될 수 있거나, 장치가 스위치 온된 후에 연속적으로 활성화될 수 있다. 제1 경우에, 사용자 퍼프는, 흐름 센서가 임계 기류 속도를 초과하는 기류 통로를 통한 기류를 검출할 때 검출된다. 흐름 센서의 출력에 응답하여, 제어 회로는 가열 요소에 전력을 공급한다. 가열 요소에 대한 전력 공급은 사용자 퍼핑의 검출 후 미리 결정된 기간 동안 제공될 수 있거나, 흐름 센서로부터의 신호에 기초하여, 및/또는 가열 요소 온도 또는 저항의 측정과 같은 제어 회로에 의해 수신된 다른 입력에 기초하여, 스위치-오프 조건이 충족될 때까지 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 가열 요소는 사용자 퍼프의 검출 후 3초 동안 6와트의 전력을 공급받는다. 가열 요소에 전력이 공급되면 가열된다. 충분히 뜨거울 때, 가열 요소에 근접한 액체 에어로졸 형성 기재가 증발된다.
제2 경우에, 가열 요소는 시스템의 활성화에 이어서, 작동 중에 연속적으로 전력을 공급받는다. 활성화는, 버튼을 누르는 것과 같이, 시스템에 대한 사용자 입력에 기초할 수 있다. 일 구현예에서, 가열 요소는 사용자 퍼프에 관계없이, 장치의 활성화에 이어서 3.3와트의 전력을 공급받는다. 다시, 이는 측정된 가열 요소 온도 또는 저항과 같은 제어 회로에 대한 다른 입력에 기초하여 조정될 수 있다. 시스템은 활성화 후 또는 추가 사용자 입력에 기초하여 미리 결정된 시간 후에 스위치 오프될 수 있다.
발생된 증기는 메쉬 가열 요소를 통해 분무 챔버 내로 통과하고, 여기서 기류 통로를 통해 기류에 연행된다. 증기는 기류 내에서 냉각되어 에어로졸을 형성한다. 에어로졸은 필터(26)를 통해, 사용자의 입 속으로 통과된다.
가열 요소에 의해 증발되는 액체는 모세관 재료(33)를 떠난다. 이러한 액체는, 다음 사용자 퍼프를 위해 준비된 가열 요소에 근접한 액체가 존재하도록, 기재 챔버(30) 내에 여전히 남아 있는 액체로 대체된다.
모든 증발된 에어로졸 형성 기재가 사용자 퍼프에 의해 시스템 밖으로 흡인되지 않을 수 있다. 이 경우, 에어로졸 형성 기재는 응축되어 분무 챔버(23) 내에 큰 액적을 형성할 수 있다. 또한, 시스템의 사용 중에 또는 사용 사이에, 일부 액체가 증발되지 않고 가열 요소를 통과하는 것이 가능할 수 있다. 유입구 필터(24)는 분무 챔버 내의 임의의 큰 액적이 공기 유입구(16)를 향해 빠져나오는 것을 방지한다. 따라서, 유입구 필터는 카트리지로부터 액체 누출로부터 장치 부분 내의 사용자와 전자 부품 및 배터리 모두를 보호한다.
유출구 필터는, 공기 유출구(28)를 향해 분무 챔버를 빠져나가는 큰 액체 액적을 유사하게 방지한다. 큰 액적은 액적이 사용자의 입에 도달할 경우 불쾌한 경험을 제공할 수 있다.
유입구 필터는 하나 이상의 메쉬 층을 포함할 수 있다. 층은 상이한 크기를 가질 수 있다. 유입구 필터는, 유출구 필터가 형성된 에어로졸 내의 일부 액체 액적의 통과를 허용해야 하기 때문에 유출구 필터보다 더 미세한 메쉬 또는 메쉬를 포함할 수 있는 반면, 유입구 필터가 공기 유입구로부터 분무 챔버 내로 충분한 공기 흐름을 허용하는 한, 모든 액체 액적이 공기 유입구로 통과하는 것을 실질적으로 방지하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 카트리지를 통한 관통 사시도이다. 도 3은 도 3의 카트리지의 구성요소를 분해된 형태로 도시한다.
카트리지는 외부 하우징(34)을 포함할 수 있다. 외부 하우징(34) 내에는 분무기 하우징으로도 지칭되는 내부 하우징(31)이 있다. 내부 하우징은 히터 조립체를 보유한다. 히터 조립체는 메쉬 가열 요소(32)를 지지하는 히터 마운트(39)를 포함하고 있다. 모세관 재료(미도시)는 가열 요소(32)와 유체 연통, 예를 들어, 직접 또는 간접 접촉하여 히터 마운트(39) 내에 유지된다. 카트리지는 또한, (마우스피스 말단의 반대인) 카트리지의 장치 부분 말단에서, 메쉬 가열 요소와 카트리지의 외부 표면 사이에서 연장되어 있는 전기 접촉 요소(37)를 포함하고 있다. 전기 접촉 요소(37)는 시스템의 장치 부분 상의 대응하는 전기 접촉부와 접속하여 가열 요소(32)에 전력의 공급을 허용한다. 유입구 필터(24)는 클램핑 링(36)에 의해 내부 하우징(31)의 유입구 말단에 클램핑된다. 유출구 필터(26)는 내부 하우징(31)과 외부 하우징(34) 사이에 클램핑된다. 기류 통로는 내부 하우징 및 외부 하우징을 통해 정의되고 두 필터들(24, 26)을 통과한다. 내부 하우징은 분무 챔버를 정의한다. 탄성중합체 밀봉 요소(35)는 내부 하우징(31)과 외부 하우징(34) 사이에 액체 밀봉을 제공하도록 제공되어 있다.
본 실시예에서, 유입구 필터 및 유출구 필터(26)는 동일한 메쉬로 형성되어 있다. 유입구 필터의 메쉬는 약 50μm의 직경을 갖는 스테인리스 스틸 와이어로 만들어진다. 메쉬의 천공은 약 100μm의 직경을 갖는다. 메쉬는 탄화규소로 코팅되어 있다.
가열 요소(32)의 메쉬는 또한 스테인리스 스틸로 형성되고 약 400Mesh US (인치당 약 400필라멘트)의 메쉬 크기를 갖는다. 필라멘트들의 직경은 약 16μm이다. 메쉬를 형성하는 필라멘트들은 필라멘트들 사이의 간극들을 정의한다. 이 실시예에서의 간극들의 폭은 약 37μm이지만, 더 크거나 작은 간극을 사용할 수도 있다. 이러한 대략적 치수의 메쉬를 사용하여, 에어로졸 형성 기재의 메니스커스가 간극에 형성될 수 있고, 히터 조립체의 메쉬가 에어로졸 형성 기재를 모세관 작용에 의해 흡인할 수 있다. 가열 요소 메쉬의 개방 면적, 즉 메쉬의 전체 면적에 대한 간극 면적의 비율은 유리하게는 25 내지 56%이다. 히터 조립체의 총 전기 저항은 약 1옴이다.
내부 하우징 및 외부 하우징은 금속 또는 견고한 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 유사하게, 히터 마운트는 내열성 플라스틱 재료로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3의 카트리지는 조립이 간단하며 견고하고 저렴하다. 내부 하우징(31), 히터 조립체, 유입구 필터(24), 클램핑 링(36), 유출구 필터(26) 및 밀봉 요소(35)의 조립체는 분무기 조립체로서 설명될 수 있다. 히터 조립체가 먼저 제조된다. 그런 다음, 히터 조립체는 내부 하우징(31) 내의 보어 내로 눌린다. 히터 마운트는 내부 하우징에 압입 끼워맞춤되고, 내부 하우징(31)과 액체 밀봉을 형성한다. 그런 다음, 분무기 조립체의 나머지 구성요소가 조립된다. 그런 다음, 분무기 조립체는 외부 하우징(34) 내로 눌린다. 내부 하우징 상의 한 쌍의 돌출부는 외부 하우징 상의 대응하는 천공에 스냅되어 내부 하우징을 외부 하우징에 고정시킨다. 에어로졸 형성 기재를 보유하는 챔버(30)는 내부 및 외부 하우징 모두에 의해 정의된다. 외부 하우징(34)은 분무기 조립체가 부착되기 전에 액체(또는 다른 응축된 상) 에어로졸 형성 기재를 함유할 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 형성 기재 챔버는, 분무기 조립체가 캡에 의해 폐쇄된 충진 포트(미도시)를 통해 외부 하우징에 부착된 후에 충진될 수 있다.
도 2 및 도 3의 카트리지는 도 1과 관련하여 설명된 방식으로 작동한다.
도 4는 본 발명의 제2 구현예에 따른 분무기를 함유하는 카트리지의 사시도이다. 도 5a는 도 4의 카트리지를 통한 제1 단면이다. 도 5b는 도 5a의 단면에 직교하는, 도 4의 카트리지를 통한 제2 단면이다.
도 4의 카트리지는 외부 하우징(40)을 포함하고 있다. 외부 하우징(40) 내에는 분무기 하우징으로도 지칭되는, 내부 하우징(42)이 있다. 카트리지 내부는 도 5a 및 도 5b에서 가장 잘 볼 수 있다. 분무기 하우징은 공기 유입구(47)와 공기 유출구(48) 사이에서 연장되어 있는 기류 통로(43)를 갖는다. 공기 유출구(48)는 카트리지의 마우스피스 말단에 있고, 사용 시 사용자의 입 안에 놓이게 된다. 기류 통로 내의 유입구 및 유출구 필터는 본 구현예에 포함되지 않지만, 원하는 경우 제공될 수 있다.
기류 통로는 가열 요소(44)를 통과한다. 가열 요소는 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 유체 투과성 스테인리스 스틸 메쉬이다. 가열 요소는 세장형이며, 가장 긴 치수는 기류 통로에 평행하게 연장되어 있다. 이는 큰 표면적을 갖는 가열 요소가 슬림 카트리지에 수용될 수 있게 한다. 이러한 구현예에서, 메쉬 가열 요소의 표면적은 67.5mm2이다. 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 전력은 전력 공급부를 함유하는 장치 부분 상의 대응하는 접촉부와 접속하는 전기 접촉부(49)를 통해 가열 요소에 제공된다.
분무기 하우징은 또한 전술한 바와 같이, 액체 에어로졸 형성 기재를 함유하는 저장부(45)를 정의한다. 저장부는 모세관 재료 또는 유리 섬유 매트와 같은 다른 액체 유지 재료를 함유할 수 있다. 저장부는 플러그(46)에 의해 밀봉되어 있는 충진 포트를 통해 재충진 가능하다. 저장부는 약 1mL의 부피를 갖는다.
도 4의 카트리지는 사용자 퍼핑 동안 및 사용자 퍼핑 사이에 전력이 가열 요소에 공급되는 연속 가열 체계에 적합하다. 하이브리드 전력 공급 체계는 특히 유리하며, 여기서 3.3와트와 같은 더 낮은 전력이 사용자 퍼핑 사이 가열 요소에 공급되지만, 7와트와 같은 더 높은 전력이 각 사용자 퍼핑의 검출 후 2초 동안 공급된다. 이는 가열 요소가 매우 높은 온도에 도달할 것을 요구하지 않으면서 많은 부피의 에어로졸이 발생되게 한다. 이는, 가열 요소에 근접한 카트리지의 다른 구성요소가 이러한 고온을 견딜 수 있을 필요가 없기 때문에, 그리고 발생된 에어로졸이 사용자의 입에 들어가기 전에 매우 많이 냉각될 필요가 없기 때문에, 둘 다 유리하다. 통상적으로, 연속 가열 체계로, 도전 과제는, 하우징 또는 시스템의 다른 구성요소가 너무 뜨거워지는 것을 중단시키기 위해 효과적으로 열을 소산시키는 것이다. 가열 요소가 더 클수록 과도한 온도의 초래 없이 사용자에게 더 큰 전력을 허용한다. 예를 들어, 약 7와트의 전력은 약 220°C의 온도로 가열 요소를 가열할 수 있다.
제2 구현예의 카트리지는 견고하고 조립이 용이하다. 분무기 하우징은 단일 몰딩일 수 있다. 분무기 하우징은 가열 요소 및 가열 요소를 위한 전기 연결부 주위에 성형될 수 있다.
도 6은 본 개시의 제3 구현예에 따른 카트리지의 사시도이다. 도 7은 도 6의 카트리지의 부분 투명한 사시도이다. 도 8은 도 6의 카트리지를 통한 단면이고, 도 9는 도 6의 카트리지의 분해도이다.
도 6의 카트리지는, 마우스피스를 형성하는 외부 하우징(62), 및 분무기 하우징(60)을 포함하고 있다. 분무기 하우징은 스냅 끼워맞춤에 의해 외부 하우징에 고정되어 있다. 외부 하우징 상의 한 쌍의 천공은 분무기 하우징 상의 대응하는 쌍의 돌출부 위에 스냅된다.
도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 분무기 하우징은 분무기 하우징(60)을 통한 기류 통로(63)와 연통하는 복수의 공기 유입구(67)를 갖는다. 공기 유출구(68)는 공기 유입구에 대한 기류 통로의 대향 말단에 있다.
기류 통로는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 유형의 스테인리스 스틸 메쉬 가열 요소를 통과한다. 가열 요소는 히터 마운트(52) 상에 지지되어 있다. 히터 마운트(52)는 도 9에서 가장 잘 볼 수 있다. 이는 일반적으로 가열 요소(50)를 지지하는 말단면 및 가열 요소 아래에 원통형 챔버를 정의하기 위해 말단면으로부터 하향 연장되어 있는 측벽면을 갖는 원통형이다. 원통형 챔버는 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하는 저장부(66)의 일부를 형성한다. 도시되지 않은 모세관 재료는 가열 요소(50)에 대한 액체의 신뢰성 있는 공급을 보장하기 위해 원통형 챔버 내에 유지될 수 있다.
탄성중합체 밀봉 요소(61)는 외부 하우징(62)과 분무기 하우징(60) 사이에 클램핑된다. 밀봉 요소는 액체 에어로졸 형성 기재가 마우스피스 말단의 카트리지로부터 누출되는 것을 방지하기 위해 액체 밀봉부를 제공한다.
가열 요소의 양 측면 상에, 히터 마운트의 말단면 상에는 한 쌍의 전기 접촉 패드(51)가 있다. 이들 전기 접촉 패드(51)는 가열 요소(50)보다 상당히 낮은 전기 저항을 가지며, 전기 접촉 요소(64)와 직접 또는 간접적으로 접촉하도록 위치되어 있다.
히터 마운트, 가열 요소 및 전기 접촉 패드를 포함하는 히터 조립체는 분무기 하우징 내의 보어(69) 내에 수용되어 있다. 히터 마운트는 분무기 하우징에 압입 끼워맞춤되고 분무기 하우징(60)과의 액체 밀봉을 제공한다. 원하는 경우, 추가 밀봉 요소가 제공될 수 있거나, 히터 마운트가 분무기 하우징(60)에 용접되거나 부착될 수 있다.
도 7에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 전기 접촉 요소(64)는 구리 리본과 같은 전도성 리본의 접힌 조각을 포함하고 있다. 각 전기 접촉 요소(64)의 한 말단은 히터 조립체 상의 전기 접촉 패드 위에 놓여 있다. 각 전기 접촉 요소(64)의 대향 말단은 공기 유입구 말단에서 분무기 하우징(60)의 외부로부터 접근 가능하다. 전술한 구현예와 관련하여 설명된 바와 같이, 전기 접촉 요소(64)는 도 1을 참조하여 도시되고 설명된 유형의 에어로졸 발생 시스템의 장치 부분 상의 대응하는 접촉부와 접속한다.
덮개(65)는 보어(69) 및 가열 요소를 덮도록 제공된다. 덮개는 분무기 하우징(60)에 압입 끼워맞춤될 수 있고, 선택적으로 버튼으로서 기능할 수도 있다. 기류 통로의 일부분은 가열 요소와 덮개 사이에 정의되어 있다.
저장부는 보어(69)를 통해 재충진 가능할 수 있다. 대안적으로, 제2 보어 또는 개구는 저장부의 재충진을 허용하기 위해 분무기 하우징의 대향 측면 상에 제공될 수 있다. 제2 보어는 제거 가능한 캡에 의해 밀봉될 수 있다.
작동 시, 카트리지는 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 부착된 장치 부분을 갖는다. 장치 부분으로부터 가열 요소로의 전력 공급을 허용하기 위해, 덮개(65)는 전기 접촉 패드(51)와 대응하는 전기 접촉 요소(64) 사이의 전기 접촉을 유지하기 위해 사용자에 의해 가압되는 버튼으로서 사용될 수 있다. 전기 접촉 요소는 접촉 패드(51)로부터 멀리 편향될 수 있으므로, 덮개가 눌러져 접촉 패드(51) 상으로 접촉 요소(64)를 밀어내지 않으면, 전력이 가열 요소에 전달될 수 없다. 사용자가 에어로졸을 발생시키고자 할 때, 사용자는 덮개(61)를 눌러준다. 동시에, 이들은 카트리지의 마우스피스 말단을 퍼핑하여 기류 통로를 통해 공기를 흡인한다. 장치 부분 내의 제어 회로는, 장치가 활성화되면 전기 접촉 요소(64)에 전력을 연속적으로 제공하도록 구성될 수 있다. 그런 다음, 전력은, 사용자가 덮개(61)를 가압하는 한 가열 요소에 공급된다. 제어 회로는 과열을 방지하기 위해 미리 결정된 전력 전달 기간 후에 전력 공급을 중단하도록 구성될 수 있다. 제어 회로는 가열 요소의 전기 저항 또는 온도를 모니터링하도록 구성될 수 있고, 과열을 방지하기 위해 전력 공급을 정지시킬 수 있다.
제3 구현예의 카트리지는, 제1 및 제2 구현예의 카트리지와 마찬가지로, 간단하게 조립될 수 있고, 견고하며, 제조 비용이 저렴하다. 분무기 하우징 및 외부 하우징은 성형될 수 있다. 분무기 하우징은 단일 몰딩으로서 성형될 수 있다. 히터 조립체는 별도로 조립된 다음 분무기 하우징에 가압 끼워맞춤될 수 있다. 전기 접촉 요소는 공기 유입구 말단에서 분무기 하우징에 부착될 수 있다. 유입구 및 유출구 필터는 제1 구현예와 관련하여 설명된 방식으로 기류 통로 내에 제공될 수 있다.
제3 구현예의 카트리지는 작고 슬림하다. 유지하기 쉽고 사용자의 주머니에 쉽게 들어가는 직사각형 단면을 갖는다.
비록 설명된 예가 액체 에어로졸 형성 기재를 사용하더라도, 다른 형태의 에어로졸 형성 기재를 사용하는 시스템에서 동일한 이점이 실현될 수 있다는 것이 명백해야 한다. 실온에서 고체 또는 겔인 에어로졸 형성 기재는 분무 챔버 내의 액체 형태로 응축되는 휘발성 성분을 여전히 방출할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 겔 정제로서 제공될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 미립자 또는 절단된 담배를 포함할 수 있다.
또한, 실시예가 에어로졸을 형성하기 위한 저항 가열 요소의 사용을 기술하지만, 동일한 원리 및 구성이 유도 가열식 가열 요소와 같은 상이한 종류의 가열 요소를 사용하여 작동하는 시스템에 적용될 수 있다는 것이 명백해야 한다.

Claims (22)

  1. 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템용 분무기로서,
    공기 유입구 및 공기 유출구를 정의하는 분무기 하우징;
    액체 에어로졸 형성 기재를 함유하기 위한 저장부 부분;
    상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 사이에서 길이방향으로 연장되어 있는 기류 통로로서, 상기 분무기 하우징은 상기 저장부 부분과 상기 기류 통로를 정의하는, 상기 기류 통로;
    평면형 유체 투과성 가열 요소로서, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 한 측면이 상기 기류 통로와 유체 연통하고 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 대향 측면이 상기 저장부 내의 액체와 유체 연통하도록 상기 기류 통로와 상기 저장부 사이에 위치되어 있고, 상기 길이방향으로 연장되어 있는, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소; 및
    상기 평면형 유체 투과성 가열 요소가 지지되는 히터 장착 부분으로서, 상기 히터 장착 부분은 상기 분무기 하우징 내에 수용되며 유체가 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소를 통해 상기 저장부로부터 상기 기류 통로로 통과할 수 있도록 상기 저장부와 상기 기류 통로 사이에 위치되어 있는, 상기 히터 장착 부분;을 포함하는, 분무기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히터 장착 부분은 상기 저장부 부분을 상기 기류 통로로부터 분할하기 위해 상기 분무기 하우징에 압입 끼워맞춤(press fit)되어 있는, 분무기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 히터 장착 부분은 상기 길이방향 축에 직교하는 방향으로 상기 분무기 하우징에 압입 끼워맞춤되어 있는, 분무기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분무기 하우징은 히터 장착 부분이 통과할 수 있는 보어, 및 상기 보어를 밀봉하도록 구성되어 있는 덮개를 포함하는, 분무기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유체 투과성 가열 요소와의 적어도 하나의 전기 접촉부의 전기적 연결을 보장하기 위해 상기 덮개가 눌릴 수 있는, 분무기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분무기의 공기 유입구 말단에 위치되어 있고 상기 분무기 하우징의 외부로부터 접근 가능한 복수의 전기 접촉부를 포함하되, 상기 전기 접촉부는 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소에 전기적으로 연결되거나 연결 가능한, 분무기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분무기 하우징은 일체형 구성요소인, 분무기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 하우징을 포함하되, 상기 분무기 하우징은 상기 외부 하우징에 압입 끼워맞춤 또는 스냅 끼워맞춤되어 있고, 상기 분무기 하우징 및 외부 하우징은 액체 에어로졸 형성 기재를 함유하기 위한 저장부를 함께 둘러싸는, 분무기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 분무기 하우징은 상기 길이방향으로 상기 외부 하우징에 압입 끼워맞춤 또는 스냅 끼워맞춤되어 있는, 분무기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징은 사용자가 상기 공기 유출구를 통해 상기 분무기에 의해 발생된 에어로졸 또는 증기를 흡인하기 위해 퍼핑할 수 있는 마우스피스 부분을 포함하는, 분무기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기류 통로는 상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 사이에서 직선으로 연장되어 있는, 분무기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분무기는 상기 길이방향에 직교하는 직사각형 단면을 갖는, 분무기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소는 세장형이고 길이 및 폭 및 두께를 가지되, 상기 길이는 상기 길이방향에 있고 상기 폭보다 크며, 상기 폭은 상기 두께보다 큰, 분무기.
  14. 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템으로서,
    제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 분무기, 및 장치 부분을 포함하고,
    상기 장치 부분은 전력 공급부 및 상기 전력 공급부에 연결된 제어 회로를 포함하고, 상기 분무기와 맞물려져 상기 전력 공급부로부터 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소로의 전력 공급을 가능하게 하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 장치 부분은 상기 길이방향과 정렬된 길이방향 축을 갖는, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 시스템은, 사용자가 상기 공기 유출구를 통해 상기 분무기에 의해 발생된 에어로졸 또는 증기를 흡인하기 위해 퍼핑할 수 있는 마우스피스를 포함하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 장치 부분은 0이 아닌, 제1 전력을 상기 가열 요소에 공급하거나, 또는 사용자 퍼핑 사이에서 제1 온도에서 또는 제1 온도 범위 내에서 상기 가열 요소를 유지하기에 충분한 전력을 공급하도록 구성되어 있는, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 장치 부분은 사용자 퍼핑 동안 상기 가열 요소에 제2 전력을 공급하도록 구성되어 있고, 상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 큰, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장부 부분은 니코틴을 포함하는 에어로졸 형성 기재를 함유하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
  20. 사용자가 에어로졸을 흡인하기 위해 퍼핑할 수 있는 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템으로서,
    분무기, 및 장치 부분을 포함하고,
    상기 분무기는:
    공기 유입구 및 공기 유출구를 정의하는 분무기 하우징;
    액체 에어로졸 형성 기재를 함유하기 위한 저장부 부분;
    상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 사이에서 길이방향으로 연장되어 있는 기류 통로;
    평면형 유체 투과성 가열 요소의 한 측면이 상기 기류 통로와 유체 연통하고 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 대향 측면이 상기 저장부 내의 액체와 유체 연통하도록 상기 기류 통로와 상기 저장부 사이에 위치되어 있는 평면형 유체 투과성 가열 요소로서, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소는 세장형이고 길이 및 폭 및 두께를 가지고, 상기 길이는 상기 길이방향에 있고 상기 폭보다 크며, 상기 폭은 상기 두께보다 큰, 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소; 및
    상기 평면형 유체 투과성 가열 요소가 지지되는 히터 장착 부분으로서, 상기 히터 장착 부분은 상기 분무기 하우징 내에 수용되며 유체가 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소를 통해 상기 저장부로부터 상기 기류 통로로 통과할 수 있도록 상기 저장부와 상기 기류 통로 사이에 위치되어 있는, 상기 히터 장착 부분;을 포함하고,
    상기 장치 부분은 전력 공급부 및 상기 전력 공급부에 연결된 제어 회로를 포함하고, 상기 분무기와 맞물려져 상기 전력 공급부로부터 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소로의 전력 공급을 가능하게 하고, 상기 장치 부분은 상기 가열 요소에 제1 전력을 공급하도록 상기 가열 요소에 전력을 공급하거나, 또는 사용자 퍼핑 사이에서 적어도 상기 가열 요소를 제1 온도에서 또는 제1 온도 범위 내에서 유지하기에 충분한 전력을 공급하도록 구성되어 있는, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 장치 부분은 사용자 퍼핑 동안 상기 가열 요소에 제2 전력을 공급하도록 구성되어 있고, 상기 제2 전력은 상기 제1 전력보다 큰, 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템.
  22. 에어로졸 발생 시스템용 카트리지로서:
    공기 유입구 및 공기 유출구를 정의하는 카트리지 하우징,
    에어로졸 형성 기재,
    상기 공기 유입구와 상기 공기 유출구 사이에서 길이방향으로 연장되어 있는 기류 통로, 및
    히터 조립체로서,
    평면형 유체 투과성 가열 요소의 한 측면이 상기 기류 통로와 유체 연통하고 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소의 대향 측면이 상기 에어로졸 형성 기재와 유체 연통하도록 상기 기류 통로와 상기 에어로졸 형성 기재 사이에 위치되어 있는 평면형 유체 투과성 가열 요소; 및
    상기 평면형 유체 투과성 가열 요소가 지지되는 히터 장착 부분으로서, 상기 분무기 하우징 내에 수용되며 유체가 상기 평면형 유체 투과성 가열 요소를 통해 상기 저장부로부터 상기 기류 통로로 통과할 수 있도록 상기 저장부와 상기 기류 통로 사이에 위치되어 있는, 상기 히터 장착 부분;을 포함하는 상기 히터 조립체, 를 포함하고,
    상기 카트리지 하우징은 상기 길이방향으로 연장되어 있는 벽면을 포함하고, 상기 히터 조립체가 관통해서 수용되는 상기 벽면 내의 보어를 포함하는, 카트리지.
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