KR20220024040A

KR20220024040A - 기화기 카트리지 및 이러한 기화기 카트리지를 포함하는 흡입기

Info

Publication number: KR20220024040A
Application number: KR1020217040939A
Authority: KR
Inventors: 맥스 베르그만; 라쎄 코르닐스; 마티아스 지에세; 크리스티안 한네켄; 잔 자크린; 마르크 케슬러; 마이클 크레이네 와에크테르; 토마스 뮬러; 니크라스 로밍; 레네 슈미트; 크리스토프 슈스테르; 토비아스 우트케
Original assignee: 하우니 마쉬넨바우 게엠베하
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN113966179A; EP3986174A1; DE102019116728A1; US20220361572A1; JP2022537261A; WO2020254390A1

Abstract

본 발명은 흡입기의 구성요소인 기화기 카트리지(10)에 관한 것으로서, 액체를 저장하기 위한 저장 탱크(17) 뿐만 아니라 연속적인 유동 채널(16)을 갖는 중공 본체(15)를 포함하고, 저장 탱크(17)는 유동 채널(16)에 대한 적어도 하나의 접근 개구(18)를 갖고 전체 접근 개구(18)에 걸쳐 연장되는 기화기 유닛(19)은 각각의 접근 개구(18)의 구역에 배열되고 심지 부재(20) 및 가열 부재(21)를 가지며, 기화기 유닛(19)은 액체가 저장 탱크(17)로부터 기화기 유닛(19)을 통해 유동 채널(16)의 방향으로 적어도 초기에 모세관 방식으로 운반될 수 있도록 액체-투과성으로 형성되되, 심지 부재(20)는 충전 및/또는 형성의 결과로 마이크로채널(23)을 형성하는 복수의 입상 알갱이(24)로 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 흡입기(14)에 관한 것이다.

Description

기화기 카트리지 및 이러한 기화기 카트리지를 포함하는 흡입기

본 발명은 흡입기의 구성요소인 기화기 카트리지에 관한 것으로서, 액체를 저장하기 위한 저장 탱크 뿐만 아니라 연속적인 유동 채널을 갖는 중공 본체를 포함하고, 저장 탱크는 유동 채널에 대한 적어도 하나의 접근 개구를 갖고 전체 접근 개구에 걸쳐 연장되는 기화기 유닛은 각각의 접근 개구의 구역에 배열되고 심지 부재 및 가열 부재를 가지며, 기화기 유닛은 액체가 저장 탱크로부터 기화기 유닛을 통해 유동 채널의 방향으로 적어도 초기에 모세관 방식으로 운반될 수 있도록 액체-투과성으로 형성된다.

또한, 본 발명은 활성 성분이 풍부한 증기의 흡입을 위해 구성되고 형성된 흡입기에 관한 것으로, 기화기 카트리지 뿐만 아니라 전자 제어 유닛 및 에너지원을 적어도 포함하는 카트리지 캐리어를 포함한다.

이러한 기화기 카트리지 및 흡입기는 특히 E-담배로 알려진 전자 담배의 맥락에서 사치품/자극제 산업에서 그리고 액체 음료 및 증기 형태 및/또는 에어로졸 형태의 담배 및/또는 액체 의료 제품을 흡입할 수 있기 위해 의료 부문에서 사용된다. 소비하는 동안, 사람은 일반적으로 흡입기의 마우스피스를 빨며, 그 결과 공기 유동 채널에서 흡입 압력이 발생하고, 이러한 흡입 압력은 공기 유동 채널을 통해 공기 유동을 생성한다. 그러나, 공기 유동은 예를 들어 펌프와 같은 기계에 의해 생성될 수도 있다. 공기 유동 채널에서, 기화기 유닛에 의해 생성되고 기화된 형태로 제공되는 액체가 공기 유동에 추가되어 에어로졸 또는 에어로졸-증기 혼합물을 소비하는 사람에게 투여한다. 액체는 기화기 카트리지에서 또는 기화기 카트리지 내에 저장된다. 증기 밀도가 같거나 다른 다양한 성분을 가진 다양한 혼합물이 액체로 사용된다. E-담배에 사용하기 위한 전형적인 혼합물은 예를 들어 적용 가능한 경우 니코틴 및/또는 거의 모든 원하는 향미제가 풍부한 글리세린 및 프로필렌 글리콜의 성분들을 가지고 있다. 혼합물은 상응하게 의료 또는 치료 분야에서의 사용을 위한, 즉 천식 제제의 흡입을 위한 의료 요소 및 활성 성분을 가질 수 있다.

기화기 카트리지의 개별 구성요소들, 즉 중공 본체, 저장 탱크 및 기화기 유닛은 공동 구성요소로 조합될 수 있으며, 이러한 구성요소는 소비하는 사람이 유한한 횟수로 흡입하도록 설계된 일회용 제품이고 적어도 하나의 전자 제어 유닛 및 에너지원을 포함하는 재사용이 가능한 다회용 물품으로서의 카트리지 캐리어와 함께 흡입기를 형성한다. 그러나, 기화기 카트리지는 또한 여러 구성요소를 함께 연결하는 것에 의해서만 형성될 수 있고, 개별 구성요소들 즉 특히 중공 본체 및 기화기 유닛은 다회용 물품으로서 카트리지 캐리어에 배열되며, 저장 탱크는 별도의 구성요소로서 일회용 물품을 형성한다. 마지막으로, 흡입기는 일반적으로 액체가 들어있는 일회용 물품을 교체하여 다양하게 사용될 수 있다.

일회용 물품과 다회용 물품은 대응하여 서로 분리가능하게 연결된다. 재사용 가능한 물품으로서의 카트리지 캐리어는 일반적으로 적어도 하나의 전자 제어 유닛 및 에너지원을 포함한다. 에너지원은 예를 들어 전기화학 일회용 배터리 또는 재충전 가능한 전기화학 배터리, 예를 들어 가열 부재에 기화기 유닛의 전기 접촉을 통해 에너지가 공급되게 하는 리튬-이온 배터리일 수 있다. 전자 및/또는 전기 제어 유닛은 기화기 카트리지 내의 기화기 유닛을 제어하는 역할을 한다. 그러나, 카트리지 캐리어는 기화기 카트리지의 구성요소도 포함할 수 있다. 일회용 물품은 다회용 물품에 플러그-온(plug-on) 부품으로서 플러깅되거나 또는 다회용 물품에 삽입 부품으로서 삽입될 수 있도록 형성될 수 있다. 플러그-타입 연결 대신에, 나사 연결, 스냅식 연결 또는 기타 빠른 연결을 사용할 수도 있다. 기능적으로 준비된 흡입기의 형성을 위한 기계적 및 전기적 커플링은 일회용 물품과 다회용 물품의 연결로 만들어진다.

궁극적으로 용도(예를 들어, E-담배 또는 의료용 흡입기)를 결정하는 중심 구성요소는 기화기 카트리지의 구성요소인 저장 탱크이다. 이것은 일반적으로 사람이 선택하고, 원하고 그리고/또는 요구하는 액체 또는 액체 혼합물(이하 일반적으로 유체라고도 함) 뿐만 아니라 유동 채널 및 기화기 유닛을 형성하는 중공 본체를 포함한다. 유체는 기화기 카트리지의 저장 탱크에 저장된다. 유체는 심지 부재 및 가열 부재를 통한 적어도 초기의 모세관 운반의 결과로서 액체-투과성 기화기 유닛에 의해 저장 탱크의 외부로 운반된다. 가열 부재에 인가되는 에너지원에 의해 생성된 전압은 가열 부재에서 전류의 흐름을 유도한다. 가열 저항, 바람직하게는 가열 부재의 옴 저항(ohmic resistance)의 결과로서, 전류의 흐름은 가열 부재의 가열 및 궁극적으로 기화기 유닛에 위치한 유체의 기화로 이어진다. 이러한 방식으로 생성된 증기 및/또는 에어로졸은 기화기 유닛으로부터 유동 채널의 방향으로 빠져나가 추가된 증기로 공기 유동과 혼합된다. 따라서, 유체는 유동의 미리 정의된 방향을 갖는 미리 정의된 경로를 갖는 것으로, 즉 심지 부재를 통해 가열 부재로 그리고 이를 통하는 유체 그리고 가열 부재로부터 유동 채널로의 가스 형태의 유체와 같은 미리 정의된 경로를 갖는다. 유동 채널에서, 기화된 유체는 공기 유동에 의해 운반되며, 증기/미스트 및/또는 에어로졸은 압력/진공이 유동 채널에 작용하는 경우 예를 들어 소비하는 사람이 유동 채널을 빨거나 펌프가 유동 채널을 통해 공기 유동을 전달한다는 사실에 의해 형성된다.

유체가 저장 탱크로부터 유동 채널로 직접 흐르지 않도록, 기화기 유닛은 저장 탱크로부터 유동 채널로의 접근을 완전히 커버한다. 이와 관련하여 완전히 커버한다는 것은 액체가 반드시 기화기 유닛을 통해 안내되어 유체가 저장 탱크로부터 유동 채널로 직접 이동할 수 없되, 오히려 심지 부재 및 가열 부재를 통해 "우회(detour)"해야 함을 의미한다. 심지 부재는 한편으로는 특히 거의 비어 있는 저장 탱크의 경우에 흡입기에서 몇 번 흡입하기에 충분한 유체를 여전히 사용할 수 있도록 하기 위해 유체의 중간 저장의 목적으로 기능한다. 다른 한편으로 심지 부재는 특히 유체를 저장 탱크로부터 유동 채널의 방향으로 운반하는 목적으로 기능하고 동시에 저장 탱크의 방향으로의 유체 및/또는 기체 또는 증기의 복귀 흐름을 방지하고 더 높은 온도에서 유체의 개별 구성요소가 농축되는 것(enrichment)을 방지하기 위하여 일종의 역류 방지(non-return) 보호 장치로서 작용한다.

지금까지 알려진 기화기 카트리지는 예를 들어 면모 또는 유리 섬유로 구성된 서로 짜여진/꼬인 여러 실/섬유로 형성되는 심지 부재가 있는 기화기 유닛을 가지고 있다. 이러한 섬유 심지는 유체와 초기 접촉시 섬유 심지가 저장 탱크로 침지되게(dipping) 하고 저장 탱크의 유체가 가열 부재의 방향으로 흡수되고 운반되게 하는 모세관 특성을 가지고 있다. 가열 부재는 일반적으로 나선형으로 감긴 필라멘트의 형태로 형성된다. 이렇게 권선된 금속 와이어는 예를 들어 스테인리스 스틸, 구리, 구리 화합물 또는 니켈로 구성된다. 이러한 기화기 유닛은 일반적으로 수동으로만 생산될 수 있으며 유체의 중간 저장을 위한 저장 용량이 제한되어 있다. 다른 단점은 제한된 수의 마이크로채널의 결과로 유체의 낮은 운송 속도에 있다. 또한, 불균일하고 제어할 수 없는 온도 분포가 심지-나선형 코일 시스템을 따라 발생한다. 다시 말해, 가열 부재에 유체가 균일하고 연속적으로 공급되는 것은 제한된 정도로만 보장된다. 또한, 오염 물질의 생성의 결과로 국부적으로 과열될 위험이 있다. 또한, 이 해결책에는 역류 방지 보호 장치가 없다.

따라서, 다른 공지된 해결책의 경우, 기화기 유닛은 심지 부재로서 일체형 심지 블록(block)을 포함한다. 일반적으로 세라믹 재료로 구성된 이러한 심지 블록은 기화기 유닛과 기화기 카트리지의 자동화된 생산을 단순화하고 섬유 심지에 비해 증가된 운송 속도(transport rate)를 위해 여러 개의 마이크로채널을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고, 이 해결책에는 몇 가지 단점도 있다. 여전히 제한된 운송 속도와 중간 저장 용량 외에도, 이러한 블록형 심지 블록의 사용은 매우 유연하지 않으며(inflexible) 무엇보다도 심지 블록이 좁은 허용 오차 범위 내에서 정확히 조립식으로 만들어진 리시버/홀더(receivers/holders) 등에서만 사용될 수 있으므로 장착하기 어렵다.

일체형 심지 본체의 경우, 예를 들어 마이크로채널을 갖는 심지 본체의 세라믹 재료가 전기 전도성으로 형성된다면 이것 자체가 가열 부재의 역할을 할 수 있다. 심지 본체는 이중 기능을 가지며 기화기 유닛을 형성한다. 다른 경우에는, 심지 본체 외에, 별도의 구성요소가 가열 부재의 역할을 할 수 있다. 후자의 경우, 심지 본체와 별도의 가열 부재가 기화기 유닛을 형성한다. 가열 부재는 일반적으로 층상의 그리고 평평한 MEMS 구성요소(Micro-electro-mechanical-system component)로서, 예를 들어 실질적으로 실리콘으로 구성되거나 실리콘 또는 p- 또는 n-도핑된 실리콘을 갖고 액체-투과성으로 형성된다. 위에서 언급된 단점은 특히 심지 부재와 가열 부재가 접촉 구역에서 서로 대항하여 지탱하는 별도의 본체들인 해결책의 경우에 증폭된다.

상이한 표면 거칠기들이 접촉 구역, 즉 한편으로는 심지 부재의 다공성 구조물과 다른 한편으로는 가열 부재의 일반적으로 매끄러운 표면에서 서로의 상부에 놓여 있다는 추가 단점이 발생한다. 마이크로채널을 형성하지 않는 정의되지 않은 공동은 상이한 거칠기들의 결과로 접촉 구역에서 발생한다. 이러한 공동은 가열 부재에 유체가 부적절하게 유체 공급되게 한다. 다시 말해서, 이러한 공동은 심지 부재의 출구측과 가열 부재의 입구측 사이의 적절한 유체 커플링을 방해한다. 심지 부재와 가열 부재의 표면들의 비-평면-평행 배향의 결과로, 예를 들어 아치형 표면 및/또는 장착 오류의 결과로 추가 공동이 발생한다. 이것은 장착 결과의 부적절한 재현으로 이어지며, 그 결과 변동하는 기화 조건이 생성된다. 기존 공동은 (국부적인) 과열의 원치 않는 효과와 함께 라이덴프로스트(Leidenfrost) 효과로 알려진 단열 증기 기포 형성으로 이어질 수 있다. 더욱이, 증기 기포는 심지 부재로부터 가열 부재로의 유체의 후속 운반을 방해한다.

따라서, 본 발명의 기초가 되는 목적은 일정하고 재현가능한(reproducible) 기화 조건을 보장하는 컴팩트한 기화기 카트리지를 제안하는 것이다. 본 목적은 또한 대응하는 흡입기를 만드는 데 있다.

이러한 목적은 심지 부재가 충전 및/또는 형성의 결과로 마이크로채널들을 형성하는 복수의 입자 알갱이로부터 형성된다는 점에서 위에서 언급된 타입의 기화기 카트리지에 의해 달성된다. 충전(fill)이라는 용어는 느슨하게(loosely) 그리고 연결된 방식으로 서로 옆에 있는 알갱이들을 설명하며, 알갱이들의 흔들리고 그리고/또는 압축된 배열들도 이 용어에 포함된다. 알갱이들의 형성(formation)이라는 용어는 예를 들어, 알갱이들 자체가 마이크로-공동 및/또는 마이크로채널을 가질 수 있음을 설명한다. 따라서, 기화기 유닛의 출구측에서 일정하고 균일한 기화를 보장하는 저장 탱크와 유동 채널 사이의 복수의 랜덤한 마이크로채널이 서로에 대항해 놓여 있는 개별 알갱이들 사이 그리고/또는 개별 알갱이들에 의해 기화기 유닛에 형성된다. 다시 말해서, 기화기 유닛으로의 입구측과 기화기 유닛 밖으로의 출구측 사이의 최적의 유체 커플링은 입상의 심지 부재에 의해 설정된다. 심지 부재의 본 발명에 따른 구성과 종래 기술로부터 공지된 해결책과 비교하면 광범위한 이점들이 달성된다. 향상된 운송 속도 외에도, 더 많은 유체와 무엇보다 유체가 저장 탱크로부터 기화기 유닛을 통해 균일한 방식으로 안내되고, 입상의 심지 부재는 입상의 그리고 이에 따른 다공성 심지 구조의 결과로 유체에 대한 증가된 중간 저장 용량을 보장한다. 입상의 심지 부재는 형성된 마이크로채널이 비-선형 프로파일을 가지므로 역류 방지 보호 기능을 더욱 향상시킨다. 입상의 심지 부재의 장착은 이것이 개개의 장착 위치에서 심지 부재의 리시버의 임의의 원하는 윤곽/기하학적 형상에 맞게 만들어질 수 있으므로 특히 유리하다. 알갱이 구조의 결과로, 심지 부재는 입상의 재료의 장착/충전 동안 개개의 윤곽/기하학적 형상에 유연하게 맞추어지고 마이크로채널 및/또는 마이크로-공동의 형성으로 마이크로채널을 형성하지 않는 바람직하지 않은 공동을 채우며 인접한 표면에 갭(gap)의 형성을 방지한다. 결과적으로, 입상의 심지 부재에 의해 일정하고 재현가능한 기화 조건이 보장된다. 기화기 유닛 - 기화기 카트리지의 구성 요소인 심지 부재 및/또는 가열 부재 포함 - 이 카트리지 캐리어 위 또는 안에, 즉 다회용 물품 위/안에 배열되는지 여부 또는 기화기 유닛이 일회용 물품 위/안에 배열되는지 여부는 여기서 어떤 역할도 하지 않는다.

심지 부재의 마이크로채널들은, 심지 기능만 가지고 있는지 또는 심지와 가열 기능이 조합되어 있는지에 관계없이, 입구측(E_D)으로부터 출구측(A_D)까지 연속적으로 연장되어, 유체는 저장 탱크로부터 심지 부재를 통해 유동 채널의 방향으로 운반되고 이에 의해 가열되어 기체형 액체/증기가 심지 부재로부터 유동 채널로 운반되거나, 또는 유체는 저장 탱크로부터 액체- 및 증기-투과성이며 유체로부터 증기를 생성하는 가열 부재로 운반되고, 이 증기는 가열 부재로부터 유동 채널로 운반된다.

기화기 카트리지는 한편으로는 일회용 물품으로서의 기화기 카트리지의 구성요소인 저장 탱크가 제어 유닛 및 에너지원에 추가하여 예를 들어 기화기 카트리지의 구성요소인 기화기 유닛을 포함하는 다회용 물품으로서의 적어도 하나의 카트리지 캐리어에 연결되는 점에서 형성될 수 있다. 다른 한편으로는, 기화기 카트리지는 흡입기의 형성을 위한 다회용 물품으로서 전자 제어 유닛 및 에너지원을 적어도 포함하는 적어도 하나의 카트리지 캐리어에 기계적 및 전기적 연결을 위해 구성되고 형성된 일회용 물품으로서 기화기 유닛 및 저장 탱크로부터 적어도 형성된 유닛일 수 있고, 기화기 유닛은 에너지원과의 전기 접촉을 위한 전기 접점들을 포함한다. 그 결과, 일정하고 재현가능한 기화 조건을 가진 컴팩트한 기화기 카트리지/흡입기가 만들어진다.

하나의 편리한 추가 실시예는 입상의 심지 부재를 형성하는 입상의 재료가 적어도 부분적으로 전기 전도성인 것을 특징으로 한다. 따라서, 심지 부재는 유리하게도 가열 부재를 형성한다. 기화기 유닛은 그에 따라 단일 부재로, 즉 "일체형으로(in one piece)" 유사하게 형성되어, 결과적으로 특히 컴팩트한 설계가 달성된다. 심지 부재와 가열 부재 사이의 유체 커플링은 마이크로채널들이 중단 없이 그리고 기화기 유닛의 입구측으로부터 기화기 유닛의 출구측까지 연속적으로 형성되므로 이러한 변형예의 경우에 최적이다.

바람직한 일 실시예에서, 기화기 유닛을 수용하기 위한 수용 챔버가 접근 개구의 구역에 형성되고, 저장 탱크로부터 기화기 유닛으로 액체를 수용하고 기화기 유닛으로부터 유동 채널로 기체형 액체/증기를 배출하기 위한 수용 챔버는 액체- 및 기체- 또는 증기-투과성 구조물에 의해 적어도 부분적으로 범위가 정해진다. 기화기 유닛을 위한 수용 챔버는 하우징 벽, 돌출부, 플레이트, 커버, 코일 요소, 밸브 또는 임의의 다른 제한 요소 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 저장 탱크로부터의 적어도 하나의 액체- 및 증기-투과성 접근 및 유동 채널에 대한 적어도 하나의 액체- 및 기체- 또는 증기-투과성 출구가 존재하는 것이 중요하다. 수용 챔버는 심지 부재 및 가열 부재를 함께 제 위치에 유지하며, 실제로는 저장 탱크와 유동 채널 사이의 접근 개구의 앞에 유지하여, 한편으로는 액체가 저장 탱크로부터 유동 채널로 바로 유동하는 것이 확실하게 방지되고, 다른 한편으로는 유동 채널의 방향으로 균일한 방식으로 일정하게 안내된다. 저장 탱크에의 접근 및 유동 채널로의 출구의 표면의 결과로, 심지 부재 위의 부분 압력이 조정될 수 있다.

하나의 유리한 추가 실시예에서, 기화기 카트리지는 중공 본체를 형성하고 한편으로는 유동 채널을 형성하기 위한 관통-개구를 갖고 다른 한편으로는 기화기 유닛을 수용하기 위한 리세스를 갖는 캐리어 요소를 포함한다. 이러한 형성으로 특히 컴팩트한 기화기 카트리지가 만들어진다.

유리하게는, 입상의 그리고 전기 전도성의 재료로부터 형성된 침전물은 침전물이 병렬 저항기 및/또는 직렬로 연결된 저항기를 갖는 3-차원 저항 가열 매트릭스를 형성하도록 고정된다. 따라서,모세관 유체 운송의 심지 기능 외에도, 심지 부재는 정의되고 재현가능한 기화 조건을 위한 가열 부재로서 특히 효과적으로 사용될 수 있다. 전기 전도성 심지 부재는 예를 들어 프레스 접점을 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 적어도 2개의 접점이 필요하다.

심지 부재의 알갱이들은 재료 선택 및/또는 크기의 측면에서 동일하게 그리고/또는 동일하지 않게 형성되는 것이 바람직하다. 이것은 심지 부재 내의 알갱이들이 모두 동일한 재료로 구성되고 모두 동일한 크기이고(이것은 정의된 범위 내에서 크기 오더(an order of magnitude)를 의미함), 또는 모든 알갱이들이 하나의 재료로 구성되지만 크기가 다르고, 또는 알갱이들이 상이한 재료로 구성되지만 크기가 동일하고, 또는 알갱이들이 상이한 재료로 구성되고 크기가 다른 것을 의미한다. 따라서, 심지 부재는 예들 들어 상이한 운송 속도(액체 공급) 및/또는 상이한 열전도율 및/또는 상이한 유동 저항(예를 들어, 상응하여 만들어진 역류 방지 보호 장치용)을 가진 예를 들어 상이한 액체 및 액체 혼합물을 위해 간단하고 개별적인 방식으로 조립될 수 있다.

바람직한 일 실시예는 저장 탱크로부터 유동 채널의 방향으로 진행하는 심지 부재의 알갱이들이 국부적으로 상이한 알갱이 크기를 갖는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 알갱이들은 크기의 측면에서 층마다 다를 수 있다. 이러한 층상(layered) 구조물은 예를 들어 입상의 심지 부재에서의 유동 구배(flow gradient)를 조정하기 위해 장착/충전 중에 여전히 유연하게 수행될 수 있다.

저장 탱크로부터 유동 채널의 방향으로 진행하는 심지 부재의 알갱이들은 유리하게는 국부적으로 상이한 재료로 구성된다. 예를 들어, 알갱이들의 재료에서의 층상 변화로, 심지 부재의 가변 열전도율은, 예를 들어 저장 탱크에 위치한 액체로의 열 전달을 회피하기 위해 예를 들어 저장 탱크를 향한 심지 부재의 측면에 열전도율이 낮은 재료가 사용될 수 있고, 한편 유동 채널의 방향으로의 기화 공정을 지원하거나 유동 채널로의 전이 구역에서의 열을 유지하기 위해 유동 채널을 향한 심지 부재의 측면에 열전도율이 높은 재료가 사용됨에 따라, 달성될 수 있다.

심지 부재의 알갱이들은 바람직하게는 수용 챔버 내에서 느슨한 충전물로 놓여 있다. 이러한 변형예의 경우, 수용 챔버 내의 알갱이들의 특히 균일하고 무엇보다도 공동(cavity)- 및 갭-감소된 분포가 보장되며, 그 결과 일정하고 재현가능한 기화 조건이 더욱 최적화된다.

다른 유리한 변형예에서, 심지 부재의 알갱이들은 수용 챔버 내에서 서로 연결된 충전물로서 놓여 있다. 충전된 알갱이들의 예를 들어 풀과 같은(paste-like) 구성요소 등에 의한 연결은 일정하고 재현가능한 기화 조건을 더욱 최적화하고 특히 알갱이들의 전기 전도성의 경우 고정된 침전물을 제공하도록 정의된 구조물이 생성된다.

바람직한 알갱이 크기는 0.1㎛ 내지 2mm, 특히 바람직하게는 3㎛ 내지 300㎛이다. 전술한 이점들은 이러한 범위 내의 알갱이 크기로 특히 효과적으로 달성될 수 있다.

최대 알갱이 크기는 편리하게도 각각의 경우에 운반될 액체의 유동 특성에 따라 모세관 운반을 배제하는 크기 밖에 있다. 다시 말해서, 심지 부재 내에 마이크로채널의 형성은 특히 - 적어도 초기에 - 균일하고 일정한 공급을 위한 액체의 모세관 운반 유동을 보장하기 위해 최대 알갱이 크기의 제한에 의해 보장된다.

심지 본체의 알갱이들은 유리하게는 모래 및/또는 흑연으로 구성된다. 이러한 저가 타입의 알갱이는 자연에서 거의 자유롭게 구할 수 있으며 화학적으로 불활성이며 환경 친화적이다.

하나의 바람직한 추가 실시예에서, 심지 부재의 알갱이들은 적어도 부분적으로 자성이다. 그 결과, 알갱이들은 예를 들어 유동 저항에 영향을 미치기 위해 목표한 방식으로 배향될 수 있다.

하나의 특히 바람직한 실시예는 심지 부재 및 가열 부재가 접촉 구역에서 서로 대항하여 지탱하는 별도의 유닛들이며, 심지 부재는 저장 탱크를 향하고 가열 부재는 유동 채널을 향하며, 가열 부재는 에너지원과의 전기적 접촉을 위한 전기 접점을 갖고, 그리고 심지 부재는 마이크로채널을 가지며 심지 부재에 의해 저장 탱크로부터 차단되는 가열 부재는 액체- 및 증기-투과성으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 심지 부재의 마이크로채널은 알갱이 배열 및/또는 알갱이들 자체에 의해 위에서 설명한 방식으로 형성된다. 액체 및 기체 또는 증기를 위한 가열 부재의 투과성은 예를 들어 보링(boring), 레이저(lasering), 에칭(etching) 등에 의해 형성될 수 있다. 이러한 기화기 유닛의 유사 "2개-피스" 형성의 경우, 각각의 요소 자체는 개개의 기능성에 맞추어 최적으로 만들어질 수 있는 것으로, 즉 심지 부재를 특히 저장 탱크로부터의 액체를 가열 부재로 저장 및 안내하는 것에 맞추어, 그리고 가열 부재를 특히 심지 부재로부터 액체를 취하고 액체를 기체 또는 증기로 변환하여 이것을 유동 채널 내로 배출하는 것에 맞추어 최적으로 만들어질 수 있다.

심지 부재가 입상의 알갱이들로 형성된다는 사실로 인해, 심지 부재는 가열 부재에 대해 타이트하고 평평한 방식으로 지탱된다. 따라서, 가열 부재에 대한 심지 부재의 균일한 지탱이 보장되며, 그 결과 한편으로는 최적화된 유체 커플링 및 다른 한편으로는 균질한 열적 연결이 생성된다. 장착된/충전된 상태에서, 심지 부재는 액체의 저장 탱크의 방향으로의 입구측 및 가열 부재에 대한 출구측을 지탱한다. 가열 부재는 차례로 심지 부재에 대해 입구측을 지탱하고 출구측으로 유동 채널로 향한다. 가열 부재의 일정하고 균질한 액체 공급 및 이에 따른 재현가능한 기화 조건은 바람직한 실시예에 의해 보장된다.

가열 부재는 유리하게는 MEMS 구성요소(Micro-electro-mechanical-system)로서, 이것은 실질적으로 실리콘으로 구성되거나 실리콘 또는 p- 또는 n-도핑된 실리콘을 갖고, 심지 부재를 향하는 상부 측으로부터 유동 채널을 향하는 하부 측으로 아래로 진행하면서, 액체- 및 증기-투과성 통로를 갖는다. 이러한 공간-절약형 가열 부재로 특히 효과적인 증기 형성이 달성될 수 있다.

가열 부재에 대한 적어도 접촉 구역에서 심지 부재의 알갱이들의 최소 알갱이 크기는 유리하게는 가열 부재의 통로의 평균 직경보다 크다. 그 결과 가열 부재의 통로가 막히는 것이 효과적으로 방지된다.

하나의 바람직한 실시예에서, 기화기 카트리지는 중공 본체 및 기화기 유닛을 둘러싸는 하우징을 포함하고, 하우징 벽은 주변을 향해 저장 탱크의 범위를 정한다. 따라서, 간단하고 설치 공간-절약형 설계가 보장된다.

하나의 편리한 변형예에서, 하우징 벽은 심지 부재를 제 위치에 유지한다. 저장 탱크를 위한 범위 설정 및 수용 챔버 내의 심지 부재의 고정 수단으로서의 하우징 벽의 이중 기능의 결과로 단순한 설계가 만들어진다.

본 목적은 또한 기화기 카트리지가 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따라 구성되고 형성된다는 점에서 전술한 타입의 흡입기에 의해 달성된다.

이로부터 발생하는 이점들은 기화기 카트리지와 관련하여 이미 설명되었으므로, 반복을 피하기 위해 위의 설명을 참조한다.

기화기 카트리지 및 흡입기에 관련하여 추가 편리한 그리고 유리한 특징들 및 추가 실시예들은 종속 청구항 및 발명의 설명으로부터 명백해질 것이다. 기화기 카트리지 및 흡입기의 특히 바람직한 실시예들은 첨부된 도면에 기초하여 더 상세히 설명될 것이다. 도면은 다음과 같다.

도 1은 부분 단면도에서 카트리지 캐리어 및 기화기 카트리지를 갖는 본 발명에 따른 흡입기의 바람직한 실시예의 개략도를 도시하고,
도 2는 부분 단면도에서 기화기 카트리지의 다른 실시예의 확대도를 도시하며,
도 3은 단면도에서 기화기 카트리지의 일부의 바람직한 실시예의 확대도를 도시하고,
도 4는 기화기 카트리지의 일부의 다른 실시예를 도시하며,
도 5는 기화기 카트리지의 일부의 다른 실시예를 도시하고,
도 6은 부분 단면도에서 도 1에 따른 기화기 카트리지의 실시예의 확대도를 도시하며,
도 7은 기화기 카트리지의 일부의 다른 실시예의 확대도를 도시하고,
도 8은 섹션 A-A를 따라 도 7에 따른 기화기 카트리지를 도시하며,
도 9는 부분 단면도에서 기화기 카트리지의 다른 실시예의 확대도를 도시하고,
도 10은 도 9에 따른 기화기 카트리지를 도시하며,
도 11은 부분 단면도에서 기화기 카트리지의 다른 실시예의 확대도를 도시하고, 그리고
도 12는 도 11에 따른 기화기 카트리지를 도시한다.

도면에 나타내진 기화기 카트리지(vaporizer cartridge)와 흡입기(inhaler)는 활성 성분(active ingredient), 예를 들어 니코틴 및/또는 액체로부터의 에어로졸이 풍부한(enrich) 증기를 흡입하는 목적으로 사용되고 이에 따라 전자 담배(E-cigarette)와 관련하여 설명된다. 기화기 카트리지 및 흡입기는 의약품 및/또는 식품 보조제로부터 의학 활성 성분이 풍부한 증기를 흡입하기 위해 동일한 방식으로 사용될 수 있다.

도시된 기화기 카트리지(10)는 액체를 저장하기 위한 저장 탱크(17) 뿐만 아니라 연속 유동 채널(16)을 갖는 중공 본체(15)를 포함하며, 저장 탱크(17)는 유동 채널(16)에 대한 적어도 하나의 접근 개구(18)를 갖고 전체 접근 개구(18)에 걸쳐 연장되는 기화기 유닛(19)은 각각의 접근 개구(18)의 구역에 배열되고, 기화기 유닛(19)은 심지 부재(20) 및 가열 부재(21)를 갖고, 기화기 유닛(19)은 액체가 저장 탱크(17)로부터 기화기 유닛(19)을 통해 유동 채널(16)의 방향으로 적어도 초기에 모세관 방식(capillary manner)으로 운반될 수 있도록 액체-투과성으로 형성된다.

적어도 하나의 유동 채널(16)을 가진, 예를 들어 2개 이상의 유동 채널(16)이 마찬가지로 제공될 수 있는 중공 본체(15)는 흡입 채널/벤트(suction channel/vent)를 형성한다. 유동 채널(16)의 프로파일(profile)과 같은 중공 본체(15)의 형태는 거의 원하는 대로일 수 있다. 각각의 유동 채널(16)의 입구측(E_S)이 예를 들어 공기를 흡입할 수 있도록 주위로 개방되어 있는 것 및 출구측(A_S)이 특히 소비하는 사람의 흡입에 의해 예를 들어 진공을 생성할 수 있도록 개방되어 있는 것이 중요하다. 이와 관련하여 개방은 입구측(E_S) 및 출구측(A_S)이 공기-투과성임을 의미한다. 저장 탱크(17)와 유동 채널(16) 사이의 접근 개구(18)의 구역에서, 기화기 유닛(19)은 액체가 저장 탱크(17)의 밖으로 바로 그리고 액체로서 유동 채널(16) 내로 흐르는 것을 방지하는 액체 차단 수단(blockade)의 타입을 형성한다. 저장 탱크(17)의 형태 및 형성에 관계없이, 2개 이상의 저장 탱크(17)가 또한 제공될 수 있고, 중공 본체(15) 및 중공 본체(15)에 대한 저장 탱크(17)의 배열/위치설정에 관계없이, 기화기 유닛(19)은 액체가 유동 채널(16)의 방향으로 저장 탱크(17)의 밖으로 필연적으로 안내되고, 늦어도 기화기 유닛(19)으로부터 나올 때 유동 채널(16) 내로 가스 또는 증기로서 출력되는 것을 보장한다.

본 발명에 따르면, 이러한 기화기 카트리지(10)는 심지 부재(20)가 충전(fill) 및/또는 형성(formation)의 결과로 마이크로채널(microchannel)(23)들을 형성하는 복수의 입상 알갱이(granular grain)(24)로 형성된다. 서로 대항하여 위치한 알갱이(24)들은 한편으로는 인접한 알갱이(24)들과 함께 마이크로-공동들을 형성하고, 다른 한편으로는 알갱이(24)들 자체는 기공(pore)으로 알려진 마이크로-공동들을 가질 수 있다. 알갱이(24)들에서의 그리고 알갱이(24)들 사이의 모든 마이크로-공동들의 연결 및 상호작용의 결과로서, 적어도 초기에 모세관 이송을 보장하고 연속적으로 형성되며 비-선형 프로파일을 갖는 마이크로채널(23)들이 형성된다. 심지 부재(20) 및 가열 부재(21)를 포함하는 기화기 유닛(19)을 통과할 때, 기화기 카트리지(10)의 작동 중에, 증기 및/또는 에어로졸이 저장 탱크(17)의 액체로부터 유동 채널(16)을 향하여 형성되고, 심지 부재(20)의 다공성 구조는 한편으로 액체를 위한 저장 매체를 형성하고 다른 한편으로 유동 저항을 나타낸다. 액체의 유동 방향은 저장 탱크(17)로부터 기화기 유닛(19)을 통해 유동 채널(16)의 방향으로 발생한다.

본 발명에 따른 기화기 카트리지(10)는 일회용(single-use) 물품으로서 중공 본체(15), 저장 탱크(17) 및 기화기 유닛(19)의 구성요소들을 포함하는 구조적 유닛일 수 있다. 그러나, 기화기 카트리지(10)는 또한 복수의 부품으로 형성될 수 있고, 이때 기화기 카트리지(10)의 구성요소들은 일회용 물품 및 다회용(multi-use) 물품에 다음과 같은 방식으로 분배되는 것으로, 예를 들어 저장 탱크(17)는 일회용 물품이고, 이것은 다회용 물품일 수 있고 또한 전자 제어 유닛(11) 및 에너지원(12)에 추가하여 기화기 카트리지(10)의 구성요소들 예를 들어 중공 본체(15) 및 기화기 유닛(19)을 포함할 수 있는 카트리지 캐리어(cartridge carrier)(13)와 조합될 때 기화기 카트리지(10)의 구조적 유닛으로 이어진다. 기화기 카트리지(10)는 그의 구성요소, 즉 유동 채널(16), 저장 탱크(17) 및 기화기 유닛(19)을 갖는 중공 본체(15)를 통해 상응하게 형성되며, 다회용 물품 또는 일회용 물품에 대한 구성요소들의 구성적/구조적 배치(assignment)를 통해서는 아니다.

아래에 설명된 특징들 및 추가 실시예들은 그 자체로 또는 서로 조합하여 볼 때 바람직한 실시예들을 나타낸다. 특허청구범위 및/또는 상세한 설명 및/또는 도면에 요약되거나 공동 실시예에 설명된 특징들은 또한 위에서 추가로 설명된 기화기 카트리지(10)를 기능적으로 독립적으로 추가로 발전시킬 수 있다는 것을 분명히 주의해야 한다.

심지 부재(20)는 심지 부재(20)의 입구측(E_D)으로부터 심지 부재(20)의 출구측(A_D)까지 연속적으로 연장되는 마이크로채널(23)들을 갖는다. 제1 실시예에서, 심지 부재(20)는 가열 부재(21)를 동시에 형성한다(특히 도 2 참조). 따라서, 심지 부재(20)는 전체 기화기 유닛(19)을 형성한다. 이를 위해, 입상의 심지 부재(20)를 형성하는 입상의 재료는 적어도 부분적으로 전기 전도성이다. 전기 전도성 알갱이(24)들은 바람직하게는 적어도 유동 채널(16)을 향하는 하부 구역에 위치된다. 전기 접점(22)은 심지 부재(20)의 전기 전도성 구역에 대응하여 배열된다. 이러한 설계에서, 마이크로채널(23)들은 저장 탱크(17) 내의 액체에 노출되는 심지 부재(20)의 입구측(E_D)으로부터 유동 채널(16)에 바로 인접하는 심지 부재(20)의 출구측(A_D)까지 연장된다.

기화기 카트리지(10)는 바람직하게는 흡입기(14)의 형성을 위해 적어도 전자 제어 유닛(11) 및 에너지원(12)을 포함하는 카트리지 캐리어(13)에의 기계적 및 전기적 연결을 위해 구성되고 형성되며, 기화기 유닛(19)은 에너지원(12)과의 전기적 접촉을 위한 전기 접점(electrical contact)(22)들을 포함한다. 흡입기(14)는 예를 들어 흡입하는 사람에 의해, 예를 들어 전자 담배로, 또는 예를 들어 펌프에 의해, 예를 들어 사람 자신이 더 이상 빨 수 없거나 적절한 정도로 빨 수 없는 경우 의료 기기로 작동될 수 있다.

기화기 유닛(19), 도 2의 예에서 심지 부재(20) 및 도 6의 예에서 심지 부재(20) 및 가열 부재(21)를 수용하기 위한 수용 챔버(25)는 접근 개구(18)의 구역에 형성되고, 이때 저장 탱크(17)로부터 기화기 유닛(19)으로 액체를 수용하고 기화기 유닛(19)으로부터 유동 채널(16)로 증기를 배출하기 위한 수용 챔버(25)는 액체- 및 기체- 또는 증기-투과성 구조물에 의해 적어도 부분적으로 경계가 정해진다. 기화기 유닛(19)을 위한 수용 챔버(25)는 기화기 카트리지(10)의 다른 구성요소의 하우징 벽들에 의해, 별도의 벽 요소들, 돌출부들, 플레이트들, 커버들, 코일 요소들, 밸브들 또는 임의의 다른 제한 요소(restriction) 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 수용 챔버(25)는 임의의 원하는 형태 및/또는 윤곽을 가질 수 있다. 도 2 및 6의 예에서, 수용 챔버(25)는 예를 들어 벽 요소(26)들에 의해 원주방향으로 범위가 정해진다. 저장 탱크(17)를 향하여, 내부에 위치된 기화기 유닛(19)을 갖는 수용 챔버(25)는, 예를 들어 액체-투과성으로 형성된 커버 요소(27)에 의해 덮여 있다. 유동 채널(16)을 향하여, 수용 챔버(25)는 예를 들어 액체- 및 기체- 또는 증기-투과성 그리드 구조물(28)(도 2 참조)에 의해 또는 액체- 및 증기-투과성으로 대응하여 형성된 별도의 가열 부재(21)(도 6 참조)에 의해 범위가 정해질 수 있다.

기화기 카트리지(10)는 바람직하게는 중공 본체(15)를 형성하고 한편으로는 유동 채널(16)을 형성하기 위한 관통-개구(through-opening)(30)를 갖고 다른 한편으로는 기화기 유닛(19)을 수용하기 위한 리세스(recess)(31)를 갖는 캐리어 요소(29)를 포함한다. 캐리어 요소(29)는 바람직하게는 관형 본체이다. 기화기 유닛(19)이 배열되는 리세스(31)는 본체의 둘레 벽에 형성된다. 캐리어 요소(29) 및 기화기 유닛(19)으로부터 형성된 유닛은 바람직하게는 저장 탱크(17)를 형성하는 하우징(33) 내에 배열되고, 저장 탱크(17)의 내부 볼륨은 하우징(33)의 하우징 벽(34)과 캐리어 요소(29) 사이에 형성된다. 캐리어 요소(29)는 하우징(33)을 통해 부분적으로만 연장될 수 있다(예를 들어, 도 2 참조). 다른 실시예에서, 캐리어 요소(29)는 또한 하우징(33)을 통해 완전히 연장될 수 있다(예를 들어, 도 6 참조).

알갱이(24)들은 수용 챔버(25) 내부에 또는 리세스(31) 내에 느슨한 충전물로서 놓일 수 있다. 이 경우, 기화기 카트리지(10)의 작동 상태에서도, 알갱이(24)들은 여전히 서로에 대해 이동할 수 있고 따라서 가변형 마이크로채널(23)들을 형성할 수 있다. 서로 옆에 그리고 서로 위에 놓여 있는 알갱이(24)들은 서로에 대항해 지지된다. 알갱이(24)들은 순전히 기계적인 방식으로 서로 부딪힐 수 있다. 그러나, 알갱이(24)들은 또한 서로 상호 기계적으로 맞물릴(toothed) 수 있다. 알갱이(24)들이 서로에 대해 지탱하는 마이크로채널들의 형성에 상응하게 중요하다. 다른 실시예들에서, 특히 심지 부재(20)가 가열 부재(21)로서 동시에 형성되는 실시예들에서, 수용 챔버(25) 내부의 또는 리세스(31) 내의 알갱이(24)들은 적어도 부분적으로 서로 연결된다. 특히 바람직하게는, 입상의 그리고 전기 전도성의 재료로부터 형성된 침전물(sediment)은 침전물이 병렬 저항기 및/또는 직렬로 연결된 저항기를 갖는 3-차원 저항 가열 매트릭스를 형성하는 방식으로 고정된다. 전기 접점(22)들은 이러한 저항 가열 매트릭스 상에 형성되거나 배열된다. 알갱이(24)들을 고정하기 위한 모든 수단은 선택적으로 심지 부재(20)의 구성요소로서 또는 개별 부품으로서 저장 탱크(17)와 가열 부재(21) 사이의 액체 커플링을 보장한다.

심지 부재(20)의 알갱이(24)들은 재료 선택 및/또는 크기의 측면에서 동일하게 그리고/또는 동일하지 않게 형성될 수 있다. 모든 알갱이(24)들은 동일한 크기를 가질 수 있는 것으로, 즉 소정 크기 범위에 있을 수 있다. 그러나, 알갱이(24)들은 상이한 크기를 가질 수 있는 것으로, 즉 상이한 크기 범위에 있을 수 있다. 알갱이 크기는 바람직하게는 0.1㎛ 내지 2mm, 특히 바람직하게는 3㎛ 내지 300㎛이다. 순전히 예로서, 모든 알갱이(24)들은 50㎛와 100㎛ 사이의 크기 범위(소정 크기 범위에 대응함)에 있을 수 있다. 그러나, 심지 부재(20)의 알갱이(24)들은 또한 저장 탱크(17)로부터 유동 채널(16)의 방향으로 진행하는 국부적으로 상이한 알갱이 크기를 가질 수 있다. 따라서 저장 탱크(17)에 가까운 심지 부재(20)의 층들은 예를 들어 200㎛ 내지 300㎛(소정의 크기 범위에 대응함)의 알갱이 크기를 갖는 알갱이(24)들을 가질 수 있는 반면, 유동 채널(16)에 가까운 심지 부재(20)의 층들은 예를 들어 50㎛ 내지 100㎛(소정 크기 범위에 대응함)의 알갱이 크기를 갖는 알갱이(24)들을 가질 수 있다. 예를 들어 상이한 크기 범위들의 알갱이(24)들을 갖는 층들에서 알갱이 크기와 개개의 분포를 선택한 결과로서, 무엇보다도, 심지 부재(20)의 유동 저항은 개별적으로, 궁극적으로는 충전 동안에도 처음으로 설정될 수 있다. 심지 부재(20)에 사용되는 알갱이 크기를 선택한 결과로서, 심지 부재(20)에 대해 개별적인 기공 구배(pore gradient)가 설정될 수 있다. 미세-기공 범위에서 알갱이(24)들의 최소 알갱이 직경은 바람직하게는 기공 구배를 안정되게 유지하기 위해 다음으로 가장 거친(roughest) 범위의 기공들보다 커야 한다. 최대 알갱이 크기는, 각각의 경우에 운반될 액체의 유동 특성에 따라, 모세관 운반을 배제하는 크기 밖에 있다. 다시 말해서, 알갱이(24)들은 심지 부재(20)와 같이 모세관 작용을 여전히 발생시키는 크기일 수 있다. 마찬가지로, 알갱이 직경은 가열 모세관의 차단 및/또는 가열 부재(21) 외부로의 알갱이(24)들의 탈출을 방지하기 위해 가열 부재(21)의 모세관 또는 기공의 직경보다 작아서는 안 된다.

모든 알갱이(24)들은 동일한 재료로 구성될 수 있다. 그러나, 알갱이(24)들은 또한 적어도 2개의 상이한 재료로 구성될 수 있다. 알갱이(24)들은 바람직하게는 모래(석영) 및/또는 흑연으로 구성된다. 그러나, 다양한 다른 물질 또는 물질의 혼합물이 또한 물질로서 가능하다. 알갱이(24)들에 대한 바람직한 재료는 예를 들어, PEEK 입자(폴리에테르에테르케톤 입자), PEK 입자(폴리에테르케톤 입자), PA 분말, VM17 입자, 유리, 스테아타이트(steatite), 이산화규소, 리그닌(lignin), 에어로겔, 바이톤(viton), 규소(silicon), 재, 목탄, 베토나이트(betonite), 제올라이트, 규조암(diatomite), 규산마그네슘, 경성 스파(hard spar), 규조토(diatomaceous earth), 토양 반암(ground porphyr) 및 이들의 혼합물을 포함한다. 저장 탱크(17)로부터 유동 채널(16)읜 방향으로 진행하는 심지 부재(20)의 알갱이(24)들은 특히 바람직하게는 국부적으로 상이한 재료로 구성된다. 예를 들어, 각각의 경우에 동일한 재료로 구성된 알갱이(24)들의 층상 구조는 국부적 배열로 이해된다.

심지 부재(20)의 다양한 특성은 심지 부재(20)의 알갱이(24)들의 재료 선택에 의해 설정될 수 있다. 예를 들어, 상이한 열전도율을 갖는 알갱이(24)들이 사용될 수 있다. 특히 바람직하게는, 알갱이(24)들의 열전도율은 유동 채널(16)의 방향으로 저장 탱크(17)로부터 연속적으로 또는 단계적으로 또는 층적으로 증가한다. 특히 열전도율이 높은 층은 유동 채널(16)에 대해 예를 들어 경계 구역에서 형성될 수 있는 한편, 열전도율이 낮은 층은 저장 탱크(17)의 방향으로 형성된다. 알갱이(24)들의 다른 재료 선택은 또한 알갱이(24)들을 예를 들어 압축성으로 형성하는 것을 가능하게 한다. 알갱이(24)들이 예를 들어 캐리어 요소(29)의 리세스(31)에서 유지되게 하는 접촉 압력의 크기에 따라, 개별 알갱이(24) 또는 인접한 알갱이(24)의 기공의 크기는 탄성 변형에 의해 능동적으로 영향을 받을 수 있다. 기화기 카트리지(10)에는 선택적으로 제어 부재가 할당될 수 있으며, 이에 의해 기화기 카트리지(10)의 작동 상태에서 심지 부재(20)에 대한 접촉 압력이 설정될 수 있다. 제어 부재는 예를 들어 레버 요소, 회전 요소 또는 기타 다른 가압 수단일 수 있다.

다층의 심지 부재(20)가 또한 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 층은 제1 타입의 알갱이의 알갱이(24)들로 형성될 수 있다. 제2 층은 제2 타입의 알갱이의 알갱이(24)들로 형성된다. 제3 층은 다시 제1 타입의 알갱이로 형성된다. 중간층에 있는 제2 타입의 알갱이의 알갱이(24)들은 예를 들어 제어 유닛(11)의 마이크로-컨트롤러에 의해 감지될 수 있는 특정 속성을 가지고 있다. 기화기 카트리지(10)의 작동 동안, 예를 들어, 제2 층에서의 알갱이(24)들의 습윤의 변화는 제2 타입의 알갱이의 특정 속성에서 검출가능한 변화를 유도한다. 이러한 변화는 예를 들어 센서일 수 있는 마이크로-컨트롤러를 통해 감지된다. 다음, 예를 들어 가열 부재(21)의 건조 퍼프(dry puff)로 알려진 것을 방지하기 위해 제어 유닛(11)에 의해 기화 프로세스에 규제 개입(regulatory intervention)을 하는 것이 가능하다.

심지 부재(20)의 알갱이(24)들은 동일하거나 상이한 기하학적 형태를 가질 수 있다. 알갱이(24)들은 예를 들어 바늘형, 구형, 쌀알 형태 또는 삼각형일 수 있다. 알갱이(24)들은 라운드진 엣지를 가질 수 있거나 날카로운 엣지로 형성될 수 있다. "알갱이(grain)"이라는 용어는 명시적으로 섬유질 요소를 나타내지 않는 것으로, 즉 얇고 가는 실 모양의 구조를 나타내지 않는다. 예를 들어, 길이방향 및/또는 구형 기공은 알갱이(24)들의 개개의 형태 및 알갱이 크기에 따라 형성될 수 있다. 기공도 불규칙하게 형성될 수 있다. 알갱이(24)들은 또한 적어도 부분적으로 자성일 수 있다. 그 결과, 알갱이(24)들은 예를 들어 외부 자기장을 원하는 배향으로 적용함으로써 수용 챔버(25) 또는 리세스(31)에 충전/붓는(pour) 동안 정렬될 수 있다. 알갱이(24)들의 정렬 가능성에 의해, 예를 들어 바늘형 알갱이(24)들은 유동 채널(16)에 수직으로 배향될 수 있고, 심지 부재(20)의 속성은 심지 부재(20)를 예를 들어 체크 밸브(non-return valve) 또는 제어 밸브로 사용할 수 있도록 개별적으로 결정될 수 있다.

추가의 특히 바람직한 추가 실시예에서, 심지 부재(20) 및 가열 부재(21)는 접촉 구역(35)에서 서로 지탱하는 별도의 유닛들이며, 이때 심지 부재(20)는 저장 탱크(17)를 향하고 가열 부재(21)는 유동 채널(16)을 향한다. 이러한 변형예에서, 가열 부재(21)는 에너지원(12)과의 전기 접촉을 위한 전기 접점(22)들을 갖는다. 도 6에 따른 실시예의 예를 사용하여, 심지 부재(20) 및 가열 부재(21)로 형성된 "2개-피스(two-piece)" 기화기 유닛(19)은 캐리어 요소(29)의 리세스(31)에 배열된다. 기화기 유닛(19)은 리세스(31)의 벽 요소(26)들에 의해 측방향 원주방향으로 경계가 설정되고 유지된다. 심지 부재(20)의 입구측(E_D)은 저장 탱크(17)를 향한다. 심지 부재(20)의 느슨한 알갱이(24)들 또는 서로 연결된 알갱이(24)들이 그 위치/장소를 이탈하는 것을 방지하기 위해, 심지 부재(20)는 저장 탱크(17)를 향해 고정된다. 고정은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 커버 요소(27)에 의한 기계적 고정은 특히 간단하다. 그러나, 화학적, 정전기적, 공압적 또는 자기적 고정 수단이 선택적으로 사용될 수도 있다. 그러나, 모든 고정 수단은 저장 탱크(17)의 방향으로 액체-투과성으로 형성되고 저장 탱크(17)와 가열 부재(21) 사이의 액체 커플링을 보장하며, 이것은 출구 개구(A_H)가 유동 채널(16)을 향하도록 한다. 따라서, 심지 부재(20)는 가열 부재(21)가 저장 탱크(17)와 직접 접촉하는 것을 차단한다.

심지 부재(20)는 마이크로채널(23)들을 갖는다. 가열 부재(21)는 액체- 및 증기-투과성으로 형성된다. 심지 부재(20)는 위에서 설명된 실시예들 중 하나로 구성되고 형성될 수 있다. 출구측(A_D)으로, 심지 부재(20)는 가열 부재(21)의 입구 개구(E_H)에 대해 지탱되고 접촉 구역(35)을 형성한다. 가열 부재(21) 자체는 바람직하게는 유동 채널(16) 내로 개방되는 선형 및/또는 비선형 통로를 갖는다. 가열 부재(21)는 평평하거나 만곡된 형태 또는 상이한 방식으로 형상화된 형태를 가질 수 있다. 가열 부재(21)는 특히 바람직하게는 MEMS 구성요소(Micro-electro-mechanical-system)로서, 이것은 실질적으로 실리콘으로 구성되거나 실리콘 또는 p- 또는 n-도핑된 실리콘을 갖고, 심지 부재(20)를 향하는 상부 측으로부터 유동 채널(16)을 향하는 하부 측으로 아래로 진행하면서, 액체- 및 기체- 또는 증기-투과성 통로를 갖는다. 가열 부재(21)에 대한 적어도 접촉 구역(35)에서 심지 부재(20)의 알갱이(24)들의 최소 알갱이 크기는 가열 부재(21)의 통로의 평균 직경보다 크다.

전술한 바와 같이, 기화기 카트리지(10)는 중공 본체(15) 또는 캐리어 요소(29) 및 기화기 유닛(19)을 둘러싸는 하우징(33)을 포함하고, 하우징 벽(34)은 주변을 향해 저장 탱크(17)의 범위를 정한다. 하우징(33)은 원통형 또는 로드형으로 형성되는 것이 바람직하다. 하우징 벽(34)은 심지 부재(20)로부터 이격되어 배열될 수 있다. 다른 실시예에서, 하우징 벽(34)은 심지 부재(20)를 제 위치에 유지할 수 있다. 저장 탱크(17)는 또한 하우징(33)과 독립적으로 별도로 형성될 수 있다. 본 발명과 관련된 특징들의 추가 실시예는 도 3 내지 5 및 7 내지 12에 나타내져 있다.

도 3은 예를 들어 리세스(31)에서 2-피스 기화기 유닛(19)을 지탱하는 연속적인 관통-개구(30)를 갖는 관형의 캐리어 요소(29)를 나타낸다. 기화기 유닛(19)은 적어도 심지 부재(20)의 구역에서 액체-투과성으로 형성되는 탄성 슬리브(36)에 의해 리세스(31)에 유지되며, 이를 위해 슬리브(36)는 예를 들어 천공(45)을 가질 수 있다. 탄성 슬리브(36) 대신에, 예를 들어 플리스 재료(fleece material)의 랩이 사용될 수도 있다. 도 4 및 5는 각각의 경우에 관형의 캐리어 요소(29)를 나타내며, 이 경우 기화기 유닛(19)도 마찬가지로 탄성 슬리브(36)에 의해 제 위치에 유지된다. 도 4에서, 슬리브(36)는 심지 부재(20)를 덮는다. 그러나, 슬리브(36)는 심지 부재(20)를 해제하기(release) 위해 슬리브(36)를 윈도우(38)로 당겨(화살표(Z) 참조) 개방되는 슬릿(slit)(37)을 갖는다(도 5 참조). 슬릿(37) 대신에, 원칙적으로 슬리브(36)가 심지 부재(20)를 덮는 위치로부터 윈도우(38)가 심지 부재(20) 위에 놓이는 위치로 슬리브(36)를 회전시키는 것(화살표(D) 참조)에 의해 이동될 수 있는 윈도우(38)가 제공될 수 있다.

도 7 및 8은 캐리어 요소(29)가 관형으로 형성되는 경우의 실시예를 도시하며, 서로 연결된 2개의 챔버(39, 40)는 관통-개구(30) 내에 형성된다. 챔버(39)는 마우스피스(41)의 역할을 한다. 가열 부재(21) 및 심지 부재(20)와 함께 기화기 유닛(19)을 지탱하는 인서트(insert)(42)가 제2 챔버(40)에 배열된다. 기화기 유닛(19)은 "클램핑(clamped)"되어, 즉 인서트(42)와 캐리어 요소(29)의 벽(43) 내측 사이의 위치에 유지된다. 인서트(42)는 또한 유동 채널(16)의 형성을 위해 제1 챔버(39)에 작동가능하게 연결되는 관통-개구(44)를 갖는다. 캐리어 요소(29)는 심지 부재(20)가 관형의 캐리어 요소(29)의 벽(43) 내측에 접하는 구역의 벽(43)에 저장 탱크(17)에 대한 액체 커플링을 보장하는 천공(45)을 갖는다. 저장 탱크(17)는 하우징(33)의 하우징 벽(34)과 캐리어 요소(29)의 벽(43) 사이에 대응하여 형성된다.

도 9 내지 12는 가능한 기화기 카트리지(10)의 추가 실시예들을 도시한다. 이러한 실시예들의 경우, 원통형의 하우징(33)이 제공되어 내부 공간(46)을 형성하고, 내부 공간(46)에는 유동 채널(16)로서 연속적인 벤트가 제공된다. 그러나, 하우징(33)의 형태는 원하는 대로 될 수 있다. 캐리어 요소(29)는 유동 채널(16)의 일부 위로 연장된다. 가열 부재(21)가 배열되는 리세스(31)는 캐리어 요소(29)에 형성된다. 도 9 및 10의 변형예에서, 그리드 구조물(47)은 내부 공간(46)을 2개의 구역(48, 49)으로 분할하며, 1개의 구역(48)은 액체용 저장 탱크(17)의 역할을 하고 1개의 구역(49)은 입상의 심지 부재(20)를 수용하는 역할을 한다. 그리드 구조물(47)은 심지 부재(20)가 캐리어 요소(29)를 완전히 둘러싸고 그에 따라 가열 부재(21)도 덮도록 캐리어 요소(29) 아래에 배열된다. 도 11 및 12의 변형예에서, 내부 공간을 3개의 구역(52, 53, 54)으로 분할하는 2개의 격자 구조물(50, 51)이 제공된다. 2개의 그리드 구조물(50, 51)은 심지 부재(20)를 수용하는 역할을 하는 중심 구역(53)이 적어도 가열 부재(21)의 구역에서 캐리어 요소(29)를 덮도록 가열 부재(21)와 함께 리세스(31)의 위와 아래에 배열된다. 액체는 다른 구역(52, 54)들에 저장될 수 있다.

본 발명에 따른 기화기 카트리지(10)를 포함하는 본 발명에 따른 흡입기(14)의 기능적인 원리는 특히 도 1과 관련하여 흡입기(14)로서의 전자 담배에 기초하여 예시적으로 설명된다. 소비하는 사람은 예를 들어 카트리지 캐리어(13) 및 기화기 카트리지(10)로 형성된 흡입기(14)의 마우스피스(41)를 흡입하며, 이때 예를 들어 글리세린, 프로필렌 글리콜 및 가능하게는 추가 활성 성분 및/또는 향료를 함유하는 액체가 기화기 카트리지(10)의 저장 탱크(17)에 위치한다. 흡입의 결과로, 유동 채널(16)에 진공이 생성되고, 진공 자체가 예를 들어 표시되지 않은 센서를 통해 제어 유닛(11)을 활성화시킨다. 제어 유닛(11)은 에너지원(12)에 의한 에너지를 공급받는 가열 부재(21)를 제어한다. 저장 탱크(17)로부터의 액체는 가열 부재(21)의 방향으로 저장 탱크(17) 밖으로 마이크로채널(23)들을 통해 적어도 초기에 모세관 방식으로 심지 부재(20)에 의해 운송된다. 가열된 가열 부재(21)에서 또는 그 내에서, 액체는 기체 또는 증기로 변환되며, 이때 가열 부재(21)는 액체- 및 기체- 또는 증기-투과성 구조물의 결과로 액체 또는 그로부터 형성된 기체 또는 그로부터 형성된 증기를 유동 채널(16)의 방향으로 운송하고 이를 상기 유동 채널로 배출한다. 가열 부재(21)로부터 빠져나온 기체는 유동 채널(16)에서 공기 유동과 혼합되고, 실제 재응축/증기 형성 프로세스가 발생하고, 소비하는 사람 내에 빨아들여지고 그에 의해 흡입된다.

10 ... 기화기 카트리지 15 ... 중공 본체
16 ... 유동 채널 17 ... 저장 탱크
18 ... 접근 개구 19 ... 기화기 유닛
20 ... 심지 부재 21 ... 가열 부재
23 ... 마이크로채널 24 ... 알갱이

Claims

흡입기의 구성요소인 기화기 카트리지(10)로서, 액체를 저장하기 위한 저장 탱크(17) 뿐만 아니라 연속적인 유동 채널(16)을 갖는 중공 본체(15)를 포함하고, 상기 저장 탱크(17)는 상기 유동 채널(16)에 대한 적어도 하나의 접근 개구(18)를 갖고 전체 접근 개구(18)에 걸쳐 연장되는 기화기 유닛(19)은 각각의 접근 개구(18)의 구역에 배열되고 심지 부재(20) 및 가열 부재(21)를 가지며, 상기 기화기 유닛(19)은 액체가 상기 저장 탱크(17)로부터 상기 기화기 유닛(19)을 통해 상기 유동 채널(16)의 방향으로 적어도 초기에 모세관 방식으로 운반될 수 있도록 액체-투과성으로 형성되는, 기화기 카트리지(10)에 있어서, 상기 심지 부재(20)는 충전 및/또는 형성의 결과로 마이크로채널(23)을 형성하는 복수의 입상 알갱이(24)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항에 있어서, 상기 마이크로채널(23)은 상기 심지 부재(20)의 입구측(E_D)으로부터 심지 부재(20)의 출구측(A_D)까지 연속적으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기화기 카트리지(10)는 흡입기(14)의 형성을 위해 적어도 전자 제어 유닛(11) 및 에너지원(12)을 포함하는 카트리지 캐리어(13)에의 기계적 및 전기적 연결을 위해 구성되고 형성되며, 상기 기화기 유닛(19)은 상기 에너지원(12)과의 전기적 접촉을 위한 전기 접점(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 입상의 심지 부재(20)를 형성하는 입상의 재료는 적어도 부분적으로 전기 전도성인 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기화기 유닛(19)을 수용하기 위한 수용 챔버(25)가 상기 접근 개구(18)의 구역에 형성되고, 상기 저장 탱크(17)로부터 상기 기화기 유닛(19)으로 액체를 수용하고 기화기 유닛(19)으로부터 상기 유동 채널(16)로 기체형 액체/증기를 배출하기 위한 수용 챔버(25)는 액체- 및 기체- 또는 증기-투과성 구조물에 의해 적어도 부분적으로 범위가 정해지는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기화기 카트리지(10)는 중공 본체(15)를 형성하고 한편으로는 상기 유동 채널(16)을 형성하기 위한 관통-개구(30)를 갖고 다른 한편으로는 상기 기화기 유닛(19)을 수용하기 위한 리세스(31)를 갖는 캐리어 요소(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 입상의 그리고 전기 전도성의 재료로부터 형성된 침전물은 상기 침전물이 병렬 저항기 및/또는 직렬로 연결된 저항기를 갖는 3-차원 저항 가열 매트릭스를 형성하도록 고정되는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 심지 부재(20)의 알갱이(24)는 재료 선택 및/또는 크기의 측면에서 동일하게 그리고/또는 동일하지 않게 형성되는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장 탱크(17)로부터 상기 유동 채널(16)의 방향으로 진행하는 상기 심지 부재(20)의 알갱이(24)는 국부적으로 상이한 알갱이 크기를 갖는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장 탱크(17)로부터 상기 유동 채널(16)의 방향으로 진행하는 상기 심지 부재(20)의 알갱이(24)는 국부적으로 상이한 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 심지 부재(20)의 알갱이(24)는 상기 수용 챔버(25)의 내부에 느슨한 충전물로서 놓이는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 심지 부재(20)의 알갱이(24)는 상기 수용 챔버(25) 내부에 서로 연결된 충전물로서 놓이는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 알갱이 크기는 0.1㎛ 내지 2mm, 바람직하게는 3㎛ 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 최대 알갱이 크기는, 각각의 경우에 운반될 액체의 유동 특성에 따라, 모세관 운반을 배제하는 크기 밖에 있는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 심지 부재(20)의 알갱이(24)는 모래 및/또는 흑연으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 심지 부재(20)의 알갱이(24)는 적어도 부분적으로 자성인 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 심지 부재(20) 및 상기 가열 부재(21)는 접촉 구역(35)에서 서로 대항하도록 놓이는 별도의 유닛들이며, 상기 심지 부재(20)는 상기 저장 탱크(17)를 향하고 상기 가열 부재(21)는 상기 유동 채널(16)을 향하며, 상기 가열 부재(21)는 전기 접점(22)을 갖고, 그리고 상기 심지 부재(20)는 마이크로채널(23)을 가지며 상기 심지 부재(20)에 의해 상기 저장 탱크(17)로부터 차단되는 상기 가열 부재(21)는 액체- 및 증기-투과성으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제17항에 있어서, 상기 가열 부재(21)는 MEMS 구성요소(Micro-electro-mechanical-system)로서, 실질적으로 실리콘으로 구성되거나 실리콘 또는 p- 또는 n-도핑된 실리콘을 갖고, 상기 심지 부재(20)를 향하는 상부 측으로부터 상기 유동 채널(16)을 향하는 하부 측으로 아래로 진행하면서, 액체- 및 기체- 또는 증기-투과성 통로를 갖는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 가열 부재(21)에 대한 적어도 접촉 구역에서 상기 심지 부재(20)의 알갱이(24)의 최소 알갱이 크기는 상기 가열 부재(21)의 통로의 평균 직경보다 큰 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기화기 카트리지(10)는 상기 중공 본체(15) 및 상기 기화기 유닛(19)을 둘러싸는 하우징(33)을 포함하고, 상기 하우징(33)의 하우징 벽(34)은 주변을 향해 상기 저장 탱크(17)의 범위를 정하는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
제20항에 있어서, 상기 하우징 벽(34)은 상기 심지 부재(20)를 제 위치에 유지시키는 것을 특징으로 하는, 기화기 카트리지(10).
활성 성분이 풍부한 증기의 흡입을 위해 구성되고 형성된 흡입기(14)로서, 기화기 카트리지(10) 뿐만 아니라 전자 제어 유닛(11) 및 에너지원(12)을 적어도 포함하는 카트리지 캐리어(13)를 포함하는, 흡입기(14)에 있어서, 상기 기화기 카트리지(10)는 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따라 구성되고 형성되는 것을 특징으로 하는, 흡입기(14).